《計算機科學(xué)基礎(chǔ)》課件2

計算機科學(xué)基礎(chǔ)課程概述1課程目標掌握計算機基礎(chǔ)理論2學(xué)習(xí)內(nèi)容十大章節(jié)全面覆蓋考核方式第一章：計算機系統(tǒng)概述基本定義計算機的本質(zhì)與特點系統(tǒng)組成硬件與軟件系統(tǒng)計算機分類按規(guī)模與用途劃分計算機的定義和發(fā)展歷史1計算機定義能自動執(zhí)行程序的電子設(shè)備2第一代電子管計算機3第二代晶體管計算機4第三代集成電路計算機5第四代大規(guī)模集成電路計算機計算機系統(tǒng)的組成硬件系統(tǒng)物理設(shè)備與電子部件輸入設(shè)備輸出設(shè)備存儲器CPU軟件系統(tǒng)各類程序與數(shù)據(jù)系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件程序語言馮·諾依曼結(jié)構(gòu)1存儲程序程序存儲在內(nèi)存中2五大部件運算、控制、存儲、輸入、輸出3二進制編碼所有數(shù)據(jù)用二進制表示計算機的分類超級計算機最高性能，科學(xué)計算大型機企業(yè)級，高可靠性微型計算機個人使用，價格適中嵌入式計算機特定功能，體積小第二章：數(shù)據(jù)表示與存儲數(shù)制轉(zhuǎn)換二進制、八進制、十六進制數(shù)據(jù)表示定點數(shù)、浮點數(shù)編碼方式ASCII、Unicode數(shù)據(jù)校驗確保數(shù)據(jù)完整性數(shù)制與數(shù)制轉(zhuǎn)換十進制二進制八進制十六進制000011112102210101012A15111117F定點數(shù)和浮點數(shù)定點數(shù)小數(shù)點位置固定整數(shù)定點小數(shù)浮點數(shù)科學(xué)計數(shù)法表示符號位指數(shù)部分尾數(shù)部分數(shù)據(jù)的編碼方式1ASCII碼7位編碼，共128個字符2擴展ASCII8位編碼，共256個字符3Unicode統(tǒng)一字符集，多語言支持4UTF-8可變長度編碼，兼容ASCII數(shù)據(jù)的校驗奇偶校驗簡單但檢錯能力有限校驗和數(shù)據(jù)塊加總檢驗循環(huán)冗余校驗(CRC)多項式除法生成校驗碼哈希校驗通過哈希函數(shù)生成摘要第三章：計算機硬件基礎(chǔ)中央處理器計算機的大腦1存儲器數(shù)據(jù)臨時與永久存儲2輸入輸出設(shè)備人機交互接口3總線系統(tǒng)連接各部件的通道4中央處理器(CPU)控制單元指令解碼與控制信號產(chǎn)生運算單元數(shù)學(xué)運算與邏輯運算寄存器組高速臨時數(shù)據(jù)存儲緩存加速數(shù)據(jù)訪問存儲器1寄存器速度最快，容量最小2緩存CPU內(nèi)部高速緩存3主存RAM，掉電丟失數(shù)據(jù)4輔存硬盤、SSD等，永久存儲輸入輸出設(shè)備輸入設(shè)備鍵盤鼠標掃描儀攝像頭輸出設(shè)備顯示器打印機音箱投影儀總線數(shù)據(jù)總線傳輸數(shù)據(jù)信息地址總線傳輸?shù)刂沸畔⒖刂瓶偩€傳輸控制信號第四章：操作系統(tǒng)基礎(chǔ)進程管理創(chuàng)建、調(diào)度、終止進程內(nèi)存管理分配、回收、保護內(nèi)存文件管理組織、存儲、檢索文件設(shè)備管理控制外部設(shè)備通信操作系統(tǒng)的概念與功能1定義管理計算機資源的系統(tǒng)軟件2資源管理分配與調(diào)度硬件資源3用戶接口提供人機交互界面4應(yīng)用支持為應(yīng)用程序提供服務(wù)進程管理創(chuàng)建分配進程資源1就緒等待CPU調(diào)度2運行占用CPU執(zhí)行3阻塞等待特定事件4終止釋放進程資源5內(nèi)存管理1連續(xù)分配首次適應(yīng)、最佳適應(yīng)2分頁管理固定大小的頁面3分段管理可變大小的段4虛擬內(nèi)存擴展物理內(nèi)存容量文件管理文件系統(tǒng)組織與管理文件的方式FATNTFSext4文件操作對文件的基本操作創(chuàng)建讀寫刪除重命名設(shè)備管理設(shè)備驅(qū)動程序操作系統(tǒng)與硬件接口中斷處理響應(yīng)設(shè)備請求緩沖區(qū)管理協(xié)調(diào)速度差異設(shè)備分配控制設(shè)備訪問權(quán)限第五章：計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)概述連接計算機的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議通信規(guī)則與標準網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)物理與邏輯拓撲網(wǎng)絡(luò)安全保護網(wǎng)絡(luò)資源計算機網(wǎng)絡(luò)概述1定義互聯(lián)的計算機系統(tǒng)集合2局域網(wǎng)(LAN)小范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)3廣域網(wǎng)(WAN)跨地域的大型網(wǎng)絡(luò)4互聯(lián)網(wǎng)全球最大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議OSI七層模型應(yīng)用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層TCP/IP協(xié)議族應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)際層網(wǎng)絡(luò)接口層網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)不同拓撲結(jié)構(gòu)各有優(yōu)缺點，適用于不同場景IP地址與域名系統(tǒng)IPv4地址32位，如192.168.0.1IPv6地址128位，解決地址短缺域名系統(tǒng)(DNS)名稱到IP地址的轉(zhuǎn)換URL統(tǒng)一資源定位符網(wǎng)絡(luò)安全1病毒與惡意軟件破壞系統(tǒng)運行2網(wǎng)絡(luò)攻擊DDoS、中間人攻擊3數(shù)據(jù)加密保護數(shù)據(jù)機密性4防火墻過濾不安全流量5入侵檢測監(jiān)控可疑活動第六章：程序設(shè)計基礎(chǔ)編程語言人機交流的工具算法解決問題的步驟數(shù)據(jù)類型不同數(shù)據(jù)的表示函數(shù)模塊化程序單元程序設(shè)計語言概述1機器語言二進制代碼，直接執(zhí)行2匯編語言符號化指令，需匯編3高級語言接近自然語言，需轉(zhuǎn)換算法基礎(chǔ)1算法概念解決問題的步驟序列2正確性能得到正確結(jié)果3有限性在有限步驟內(nèi)結(jié)束4可行性能夠被執(zhí)行5確定性每步操作明確數(shù)據(jù)類型與變量基本數(shù)據(jù)類型語言內(nèi)置類型整數(shù)浮點數(shù)字符布爾復(fù)合數(shù)據(jù)類型由基本類型組合而成數(shù)組結(jié)構(gòu)體類指針控制結(jié)構(gòu)順序結(jié)構(gòu)按語句順序執(zhí)行選擇結(jié)構(gòu)if-else,switch-case循環(huán)結(jié)構(gòu)for,while,do-while函數(shù)與模塊化程序設(shè)計函數(shù)定義聲明函數(shù)頭和函數(shù)體函數(shù)調(diào)用傳參并執(zhí)行函數(shù)體值傳遞傳遞參數(shù)的副本引用傳遞傳遞參數(shù)的引用第七章：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是數(shù)據(jù)組織、管理和存儲的方式，影響算法效率數(shù)組一維數(shù)組線性排列的同類元素二維數(shù)組表格形式的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)多維數(shù)組三維或更高維度排列鏈表單鏈表每個節(jié)點存一個后繼指針雙鏈表每個節(jié)點存前驅(qū)和后繼指針循環(huán)鏈表尾節(jié)點指向頭節(jié)點棧與隊列棧后進先出(LIFO)入棧(push)出棧(pop)棧頂(top)隊列先進先出(FIFO)入隊(enqueue)出隊(dequeue)隊頭(front)隊尾(rear)樹1二叉樹每個節(jié)點最多兩個子節(jié)點2二叉搜索樹左子樹值小于節(jié)點，右子樹值大于節(jié)點3平衡樹保持樹的高度平衡4遍歷方式前序、中序、后序、層序圖表示方法鄰接矩陣、鄰接表圖的遍歷廣度優(yōu)先搜索、深度優(yōu)先搜索最短路徑Dijkstra算法、Floyd算法最小生成樹Prim算法、Kruskal算法第八章：數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫概念組織存儲數(shù)據(jù)的系統(tǒng)關(guān)系模型表格形式組織數(shù)據(jù)SQL語言操作數(shù)據(jù)庫的標準語言數(shù)據(jù)庫設(shè)計規(guī)劃數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述數(shù)據(jù)庫相關(guān)數(shù)據(jù)的集合數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)管理數(shù)據(jù)庫的軟件數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫、DBMS及應(yīng)用的整體關(guān)系型數(shù)據(jù)庫關(guān)系模型數(shù)據(jù)以表格形式存儲表(Table)行(Row)列(Column)主鍵(PrimaryKey)SQL基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)化查詢語言SELECTINSERTUPDATEDELETECREATEDROP數(shù)據(jù)庫設(shè)計ER圖實體關(guān)系圖，描述數(shù)據(jù)模型范式理論減少數(shù)據(jù)冗余的規(guī)則模式設(shè)計數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)的設(shè)計數(shù)據(jù)庫事務(wù)原子性(Atomicity)全部執(zhí)行或全部不執(zhí)行1一致性(Consistency)事務(wù)前后數(shù)據(jù)完整2隔離性(Isolation)事務(wù)之間互不干擾3持久性(Durability)事務(wù)完成后永久生效4數(shù)據(jù)庫安全1訪問控制用戶權(quán)限管理2數(shù)據(jù)加密敏感數(shù)據(jù)保護3備份與恢復(fù)防止數(shù)據(jù)丟失4審計跟蹤記錄數(shù)據(jù)庫操作第九章：軟件工程基礎(chǔ)1需求分析確定系統(tǒng)目標和功能2設(shè)計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和接口設(shè)計3編碼實現(xiàn)功能的程序代碼4測試驗證程序正確性5維護修復(fù)和改進已發(fā)布軟件軟件工程概述軟件工程定義應(yīng)用工程化方法開發(fā)軟件軟件危機軟件開發(fā)中的各種問題軟件生命周期從概念到淘汰的全過程需求分析需求獲取收集客戶需求信息需求分析理解并精確化需求需求規(guī)格說明書正式文檔化需求需求驗證確認需求的完整性軟件設(shè)計結(jié)構(gòu)化設(shè)計自頂向下分解功能面向?qū)ο笤O(shè)計以對象為中心的設(shè)計軟件測試1單元測試測試單個模塊功能2集成測試測試模塊間接口3系統(tǒng)測試測試整個系統(tǒng)功能4驗收測試用戶確認系統(tǒng)滿足需求軟件維護糾錯性維護修復(fù)系統(tǒng)缺陷1適應(yīng)性維護適應(yīng)環(huán)境變化2完善性維護增強現(xiàn)有功能3預(yù)防性維護提高未來可維護性4第十章：人工智能與機器學(xué)習(xí)導(dǎo)論人工智能模擬人類智能的系統(tǒng)機器學(xué)習(xí)從數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)的算法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬大腦結(jié)構(gòu)的模型計算機視覺理解圖像內(nèi)容的技術(shù)人工智能概述1人工智能定義使機器具有類人思維的科學(xué)2弱人工智能專注特定領(lǐng)域任務(wù)3強人工智能具有通用智能能力4應(yīng)用領(lǐng)域醫(yī)療、金融、交通等機器學(xué)習(xí)基礎(chǔ)監(jiān)督學(xué)習(xí)有標簽數(shù)據(jù)訓(xùn)練模型無監(jiān)督學(xué)習(xí)無標簽數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)模式強化學(xué)習(xí)通過獎懲機制學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與深度學(xué)習(xí)神經(jīng)元基本計算單元感知機最簡單的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)多層網(wǎng)絡(luò)多層神經(jīng)元結(jié)構(gòu)深度學(xué)習(xí)多層次特征學(xué)習(xí)自然語言處理1文本分類對文本進行