计算机思维导论

这是一篇关于计算机思维导论的思维导图，主要内容有图灵机的思想与模型、自动存取，存储器的工作原理、机器指令与机器级程序、机器级程序的执行机制等。

计算机思维导论

• 第三章
  • 计算机中的信息表示
    • 计算机存储信息的单位
      • 都是以二进制存储
      • 位是组成信息的最小单位，不可分割
      • 字节是最小的信息存储计量单位
      • 字母B表示
      • 位与字节
        • 组成计算机的电子元器件
        • 晶体管
        • 0和1
        • 位表示文件大小
      • 不同量级间的单位换算——1024=2^10
    • 符号数
      • 无符号数
        • 无符号数用于表示颜色，网络，地址等，取值范围在0——无穷大的信息
          • 八位无符号数表示的取值范围0到225
        • 特点
          • 所有二进制位都表示数值
        • 十进制正整数转换成8位无符号数
          • 除2取余
        • 无符号数转换成十进制数
          • 权展开式
        • 简便方法
          • 二进制减法与权展开式
        • N位无符号数二进制数能表示最大的十进制整数
          • (2^n) - 1
      • 有符号数
        • 用于表示数值机选结果取值在负无穷——正无穷
          • 八位有符号数表示的取值范围-127到127
        • 最高位0正整数，最高位1负整数
        • 数值位为除最高位外的其他二进制位
        • 步骤
          • 设置符号位占一位。正数0负数1
            • 十进制整数取绝对值
              • 除2取余进行编码
                • 是负数按位取反获得反码
                  • 符号位不参与
                    • 反码与1求和获得补码
    • 字符与汉字的编码
      • 字符与字符编码
        • 字符数据
          • 有字母，符号以及不用在算术运算中的数字组成
        • 字符编码
          • 将字母等各种字符转换成二进制数的过程
        • 不同的字符编码标准
          • ASCII，1字节
            • 美国标准信息交换代码
              • 128个编码
                • 95个显示字符，26个英文字母，0-9共10个数字
                • 35个控制字符如Delete，Enter
                • 一个字节存储一个ASCII码
            • ASCII码表
          • GB2312，2字节
          • Unicode，2字节
          • GBK，2字节
        • 举例
      • 汉字编码
        • 国标码
          • 汉字信息交换的标准编码GB2312的区位码+2020H
          • 两个字节存储一个国标码
          • 国标码不能直接在计算机内部使用，会与ASCII部分字符冲突，所以使用国标码+8080H将国标码转换成机内码
        • 机内码
          • 内码
          • 计算机内部使用的汉字编码
          • 两个字节
        • 输入码
          • 外码
          • 从形编码和从音编码
        • 汉字各编码之间的联系
    • 图像的编码
      • 位图与像素
        • 像素
        • 位图
          • 位图图像是通过若干个有颜色的独立的点组成，点被称为像素
        • RGB模式
          • 0-255
            • 三种颜色16581375种yanse
      • 图像数字化
        • 图像的数字化过程
          • 采样
            • 量化
        • 图像分辨率和颜色深度与图像存储大小
          • 分辨率相乘为像素点个数
            • 每个像素3个字节即24位存储
              • 存储容量为像素点*3B
        • BMP位图文件未压缩传输慢
        • JPG压缩文件便于网络传输
• 第四章
  • 图灵机的思想与模型简介
    • 图灵机的思想与模型
      • 图灵1937提出图灵机模型，人工智能开山鼻祖
      • 什么是计算
        • 计算着对一条两端可无限延长的纸带上的一串0或1，执行指令
          • 数据 指令 程序 自动执行
      • 模型
        • 特点
          • 思想模型
            • 子主题
          • 由一个控制器，一条可无限延长的带子和一个在带子上左右移动的读写头构成
          • 离散的，有穷的
          • 示例
    • 自动存取，存储器的工作原理
      • 存储器的存储位数
        • 存储字长
      • 存储矩阵的逻辑控制关系
      • 容量不够怎么办
        • 用多个存储器芯片可搭建容量更大的存储器
      • 概要
    • 机器指令与机器级程序
      • 机器指令
        • CPU可以直接分析并执行的指令，一般由0和1表示
        • 指令=操作码+地址码
      • 怎么样用机器指令表达算法
    • 机器级程序的执行机制
      • 程序计数器PC
        • 存储下一要执行指令的地址
      • 指令寄存器IR
        • 存储当前指令内容
      • 始终与节拍发生器
      • 信号控制器
        • 算数逻辑运算
      • 不同的指令，由一组不同的电信号构成
      • 最小的时间间隔单位——时间周期
      • 同一指令的电信号在时钟与节拍的控制下按次序产生与运输
      • 一条指令占用一个或多个机器周期，一个机器周期又分为多个节拍
    • 机器级程序的执行过程模拟
    • • 算法程序化，程序指令化，指令存储化，执行信号化
• 第二章
  • 计算机中的数值表示
    • 0和1的思维
    • 进位计数制
      • 进位制概念
        • 用数码和带有权值的数位来表示有大小关系的数值性信息的表示方法
      • 进制
        • 计算方法
          • r进制转十进制
          • 十进制转r进制（整数除基取余）
          • 二进制到十六进制
          • 二进制到十进制
        • 十进制
          • 0123456789
        • 二进制B
          • 01
        • 八进制O
          • 01234567
        • 0x十六进制H
          • 0123456789ABCDEF
        • r进制
          • 0——r-1
    • 信息如何用0和1表示
      • 信息
        • 数值性信息
          • 二进制
            • 数值性信息可以用进位制表示
        • 非数值性信息
          • 编码
            • 非数值性信息可以用编码表示
      • 基本思维
      • 英文与符号的编码
        • ASCII码
          • 是英文字母与符号的0，1型编号方法，使用7位0和1的不同组合来表示10个数字，26个英文大写字母，26个小写字母及其一些特殊符号的编码方法，是信息交换的标准编码
          • 0XXXXXXX
            • 第八位始终是零
      • 汉字与汉字编码
        • 汉字在计算机内部采用汉字内码存储，汉字内码是一两字节且最高位均为1的0，1型编码（机内码）
        • 汉字输入码是用键盘上的字母符号编码一个汉字的编码，它使人们通过键入字母符号代替键入汉字
          • 若干输入码：拼音码，字形码，区位码……
        • 汉字字形码使用0和1编码无亮点和有亮点像素，形成汉字字形的一种编码，依据字形码通过显示器或打印机输出汉字（点阵）
    • 0和1与易经
      • 易经
        • 将现象抽象为符号，进行符号组合，利用符号组合表达自然现象
          • 天地日月风雷山泽
          • 三个阴或阳构成一挂
          • 每个位置称为爻阴6阳9下往上123
          • 从里向外看
          • 六画挂：下三内卦，上三外卦，中三互卦（有两组）
    • 如何用0和1进行运算
      • 看逻辑如何基于0和1运算
        • 基本逻辑运算
          • 一个命题有语句表达，即内容为真或为假的一个判断语句
          • AND与运算，或运算OR，非运算NOT，异或运算XOR
        • 0和1表示逻辑运算
          • 与运算有0为0全1为1
          • 或运算有1为1，全0为0
          • 非运算非0则1，非1则0
          • 异或运算相同为0不同为1
    • 数值符号的表示以及如何进行加减法运算
      • 机器数原码和补码
        • 例题
        • 表示规则
      • 补码运算示意（减法变为加法）
• 第一章
  • 计算思维与计算机的发展
    • 人计算与机器自动计算
      • 人计算
        • 规则可能很复杂，但计算量小
        • 人需要知道具体的计算规则
        • 特定规则
      • 机器计算
        • 规则可能很简单，但计算量大
        • 机器也可以采用人所使用的计算规则
        • 一般性的规则
      • example
        • 用差分方法计算乘方
        • 用差分方法计算多项式
      • 基本计算规则 VS. 程序 VS. 机器
        • 用C语言表达
        • 巴贝奇差分机
    • 计算与自动计算
      • 什么是计算
        • 计算
          • 简单计算
            • 计算规则
          • 复杂计算
            • 函数
          • 复杂计算
            • 方程，判定
      • 自动计算的问题
        • 数据的表示
        • 计算规则的表示
        • 数据与计算规则的自动存储
        • 计算规则的自动执行
• 前言
  • 计算机是什么
  • 计算机学科学什么
  • 为什么学大学计算机课程
  • 计算机科学学什么
  • 为什么要学习计算思维
  • 人才培养要什么