其中的理论是现代密码协议、计算机设计和许多应用领域的基础。该领域主要关心三个方面的问题：这三方面的问题可以用一个问题来总括：「电脑的基础能力及限制到什么程度？」计算理论的「计算」并非指纯粹的算术运算（Calculation），而是指从已知的输入透过算法来取得一个问题的答案（Computation），因此，计算理论属于计算机科学和数学。为了对计算进行严谨的研究，电脑科学家会将计算以数学的方式抽象化，称为计算模型。有几种目前在使用的计算模型，其中最出名的是图灵机。电脑科学家研究图灵机的原因是它很容易叙