导图社区 大一计算思维导论
计算机与计算思维：计算思维的本质是抽象与自动化、人类应具备的三大思维能力为实验思维、理论思维与计算思维。
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计算思维导论
计算机与计算思维
计算机
计算工具的发展
手动式计算工具：算筹，算盘
机械式计算工具：帕斯卡加法器，差分机
机电式计算机
电子计算机
巴贝奇
差分机
分析机：存储器，运算装置，程序控制，输入输出
布尔
阿兰图灵
图灵机，只是一个理论上发计算模型
冯诺依曼
EDVAC计算机：提出两个重要的改进，分别为采用二进制和存储程序控制思想的概念
提出计算机应有的五个基本组成部分分别为运算器，控制器，存储器，输入设备和输出设备；存储程序
ENIAC计算机
全电子管电路，电容，电阻，继电器
没有采用二进制
计算弹道
基本元器件
电子管，晶体管，中小规模集成电路，大规模和超大规模集成电路四个阶段
目前微机中广泛采用的电子元件为大规模和超大规模集成电路
集成电路可分为小、中、大、超大和极大规模集成电路
发展方向：巨型化、微型化、网络化、智能化
计算思维
计算思维的本质是抽象与自动化
人类应具备的三大思维能力为实验思维、理论思维与计算思维
信息在计算机中的表示
计算机中的数制
基本单位：比特（位）
8比特＝1字节
不同进位制数
表示：十六进制H、十进制D、八进制O或Q、二进制B
换算：除二取余法
数值信息的表示
整数
无符号
自然码
取值范围：8位——0～255
带符号
符号用最高位表示，0正1负
数值部分
原码
正整数原码，反码，补码相同
补码
负数：绝对值自然码取反+1
计算机中采用补码，补码比原码表示的数多一个
实数
浮点数
N=±S*2ᴾ
定点数
小数点位置固定
文字符号的表示
西文字符集：ASCII字符集
128个字符
每个字符7个二进位
一个字节存储一个字符
汉字字符集
汉字输入码
GB2312汉宇编码字符集
收录6763个常用汉字，一级汉字3755个，二级汉字3008个
所有国标汉字与符号构成94*94的矩阵
每个汉字或符号对应的唯一位置编码叫作该字符区位码
国标码
机内码
汉字字形码
点阵
1黑0白
一点一比特，16×16点阵中每个汉字占32字节
矢量
地址码指的是每个汉字字形码在汉字字库中的相对位移地址，地址码和机内码之间有简明的对应转换关系
一个字符占两个字节
数字图像的表示
像素
两个属性：坐标和像素值
二值图像
像素值：1白0黑
灰度图像
（灰度值）像素值：0～255，黑～白
可变
灰度值为0～255用8个比特表示一个像素
彩色图像
RGB红绿蓝
每一个分量用8比特表示，一个像素需8*3=24位，这样表示的颜色称为24位真彩色
应用
去噪
边缘检测
水印
数字视频的表示
压缩编码
MPEG1：VCD，数码相机
MPEG2：用途最广，DVD，数字有线电视
MPEG4：MP4，手机平板
计算机动画
GIF
Flash
矢量，位图
画面大小任意调节，不影响清晰度
单独动画or嵌入网页文件
流式传输，边下载边播放
数字音频的表示
系统思维
计算机硬件系统
逻辑结构
冯诺依曼计算机
现代计算机
中央处理器（CPU）
寄存器组
运算器ALU
控制器
指令计数器PC
指令寄存器IR
指令译码器ID
时序控制电路和微操作控制电路
指令与指令系统
指令
操作码
操作数地址
指令系统：CPU所能执行的全部指令
计算机性能指标
主板
CMOS存储器：存放硬件配置信息和系统基本参数
ROM BIOS：存放基本输入输出系统
加电自检程序
系统自举程序
CMOS设置程序
常用外部设备的驱动程序
芯片组
北桥
存储器控制功能
连接CPU，存储器，显卡，南桥芯片的枢纽
南桥
多种I/O设备控制功能
I/O总线功能
提供各种I/O接口
存储器
内存储器
存储单元：字节B
地址线n条：2的n次方内存空间
数据线n条：计算机字长n位
寄存器
cache存储器
由静态SRAM组成
高速缓存
主存储器
动态DRAM
ROM
外存储器
硬盘
非易失性存储器
容量大，可靠性高，成本低，可读写
磁盘
磁头数✖️柱面数✖️扇区数✖️512＝容量
光盘
光学头不与光盘直接接触
输入输出设备
计算机软件系统
分类
系统软件
操作系统：macOS，Linux，Andriod，Windows，iOS，UNIX，Linux
功能
处理器管理
存储器管理
设备管理
文件管理
作业管理
文件与文件系统
基本输入输出系统BIOS
程序设计语言处理系统：汇编语言，汇编器，C语言编译
数据库管理系统：Access，Oracle
实用程序
应用软件
通用应用软件
定制应用软件
程序设计语言
机器语言
二进制代码0和1
汇编语言
助记符表示
面向机器
高级程序设计语言
程序设计语言处理系统
编译程序
解释程序
汇编程序
网络化思维
计算机网络基础
计算机网络的组成
终端设备
数据通信链路
用于传输数据的介质：双绞线、光缆、无线电波等
通信控制设备：如网卡、集线器、交换器、调制解调器、路由器等，确保通信正确、可靠、有效地进行
网络通信协议
网络操作系统和网络应用软件
按使用的传输介质
有线网
无线网
按网络使用性质
公用网
专用网
虚拟专网（VPN）
按覆盖范围
局域网
城域网或市域网
广域网
性能指标
传输速率
带宽
工作模式
对等工作模式（P2P）
QQ，迅雷，微信，Skype
客户/服务器模式（C/S）
淘宝，校园网
特点
数据传输速率高
地理范围有限
组成
服务器、工作站、插在服务器和工作站中的网卡、通信介质和网络软件
结构
总线型
星型
环形
树形
物理拓扑
以太网
原理
MAC地址
每台计算机都需要安裝1块网卡，每块以太网卡都有1个全球惟一的编号，称为MAC地址，也称为该计算机的物理地址
帧格式
总线式以太网
集线器（hub）
交换式以太网
交换机
千万兆位以太网
无线局域网
互联网的组成
网络分层结构
数据链路层：帧
物理层：比特
应用层
Telnet. FTP, SMTP, DNS, HTTP
传输层
TCP， UDP
网络层
IP, ARP, RARP, ICMP
网络接口
名种通信网络接口(以太网等）（物理网络〕
IP协议
IP地址：32位
网络号
主机号
点分十进制
子网
把主机号分为子网和主机号
子网掩码
网络地址URL（统一资源定位器）
协议名称：//主机域名或IP地址［：端口号］/文件路径/文件名
intranet：企业内部网
域名
IP地址的文字表示
一个IP地址可对应多个域名，一个域名只能对应一个IP 地址
互联网服务提供商（ISP）
算法思维
什么是算法
特征
可行性
确定性
有穷性
拥有足够的情报
算法表示
自然语言
流程图
伪代码
算法分析
时间复杂度
执行算法所需要的基本运算次数
空间复杂度
执行算法所需要的内存空间大小
常用算法
查找算法
顺序查找
适用于所有线性表，其中无序线性表和有序线性表链式存储结构只能使用顺序查找
对于长度为n的线性表，平均要进行1/2 次比较，在最坏情况下进行n次比较。
二分法查找
适用于顺序存储的有序表，对长度为n的线性表，在最坏情况下进行log₂n次比较。
对于长度为n的有序线性表，在最坏情况下，二分法比较log₂n次，顺序查找比较n次
排序算法
交换类排序
冒泡排序
快速排序
插入类排序
直接插入法
每个元素距其最终位置不远时
希尔排序
希尔排序的时间复杂度比直接插入排序的时间复杂度要小
选择类排序
直接选择排序
选出最小提前
堆排序
