計(jì)算概論第一講

計(jì)算概論第一講目錄contents計(jì)算與計(jì)算科學(xué)概述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)編程語言與算法基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)操作系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)總結(jié)與展望01計(jì)算與計(jì)算科學(xué)概述計(jì)算的分類根據(jù)計(jì)算的方式和對(duì)象的不同，計(jì)算可以分為以下幾類符號(hào)計(jì)算以符號(hào)為對(duì)象，進(jìn)行代數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算等。圖論計(jì)算以圖為對(duì)象，進(jìn)行圖的遍歷、最短路徑等運(yùn)算。計(jì)算的定義計(jì)算是一種根據(jù)特定規(guī)則對(duì)信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換或處理的過程。它可以包括數(shù)值計(jì)算、符號(hào)計(jì)算、邏輯計(jì)算等。數(shù)值計(jì)算以數(shù)字為對(duì)象，進(jìn)行加減乘除等運(yùn)算。邏輯計(jì)算以邏輯值為對(duì)象，進(jìn)行邏輯運(yùn)算。010203040506計(jì)算的定義與分類計(jì)算科學(xué)的發(fā)展歷程計(jì)算科學(xué)的起源計(jì)算科學(xué)起源于數(shù)學(xué)和工程學(xué)的發(fā)展，隨著計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和普及，計(jì)算科學(xué)逐漸成為一個(gè)獨(dú)立的學(xué)科領(lǐng)域。第一階段（20世紀(jì)40年代-60年代）以數(shù)值計(jì)算為主要內(nèi)容，解決科學(xué)與工程中的數(shù)學(xué)問題。第二階段（20世紀(jì)60年代-80年代）以算法設(shè)計(jì)與分析、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)等為主要內(nèi)容，計(jì)算機(jī)科學(xué)開始形成。第三階段（20世紀(jì)80年代至今）以人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)等為主要內(nèi)容，計(jì)算科學(xué)進(jìn)入智能化時(shí)代。研究計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成、工作原理和設(shè)計(jì)方法，包括中央處理器、存儲(chǔ)器、輸入輸出系統(tǒng)等。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算機(jī)應(yīng)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)研究計(jì)算機(jī)軟件的設(shè)計(jì)、開發(fā)、測(cè)試和維護(hù)方法，包括操作系統(tǒng)、編程語言、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等。研究計(jì)算機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，包括科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、自動(dòng)控制、人工智能等。研究計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本原理、協(xié)議、安全和管理方法，包括局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)等。計(jì)算科學(xué)的研究領(lǐng)域02計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)硬件組成硬盤（HDD或SSD）永久存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和程序，容量大但訪問速度較慢。內(nèi)存（RAM）臨時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和程序指令，供CPU快速訪問。中央處理器（CPU）執(zhí)行計(jì)算機(jī)指令并處理數(shù)據(jù)，是計(jì)算機(jī)的“大腦”。輸入設(shè)備如鍵盤、鼠標(biāo)等，用于向計(jì)算機(jī)輸入數(shù)據(jù)和命令。輸出設(shè)備如顯示器、打印機(jī)等，用于顯示或打印計(jì)算機(jī)處理結(jié)果。如操作系統(tǒng)、編譯器等，是計(jì)算機(jī)運(yùn)行的基礎(chǔ)軟件，提供基本功能和服務(wù)。系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件編程語言如辦公軟件、游戲等，是基于系統(tǒng)軟件開發(fā)的，用于滿足特定需求。用于編寫計(jì)算機(jī)程序的語言，如Python、Java等。030201計(jì)算機(jī)軟件概述計(jì)算機(jī)能識(shí)別的機(jī)器指令集合，是軟件和硬件之間的接口。指令集計(jì)算機(jī)將程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在內(nèi)存中，并按順序執(zhí)行程序中的指令。存儲(chǔ)程序原理計(jì)算機(jī)在執(zhí)行程序時(shí)，可以響應(yīng)外部事件或內(nèi)部異常，暫停當(dāng)前任務(wù)并轉(zhuǎn)去處理其他任務(wù)。中斷機(jī)制計(jì)算機(jī)通過輸入設(shè)備接收數(shù)據(jù)和命令，經(jīng)過處理后通過輸出設(shè)備輸出結(jié)果。輸入/輸出原理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的工作原理03編程語言與算法基礎(chǔ)編程語言概述及分類編程語言定義編程語言是用于編寫計(jì)算機(jī)程序的一系列指令和規(guī)則，它允許程序員與計(jì)算機(jī)進(jìn)行交互，并告訴計(jì)算機(jī)執(zhí)行特定的任務(wù)。低級(jí)語言如匯編語言和機(jī)器語言，它們更接近計(jì)算機(jī)硬件，執(zhí)行效率高但難以編寫和理解。高級(jí)語言如Python、Java、C等，它們更接近人類語言，易于學(xué)習(xí)和使用，且具有較高的可移植性和抽象級(jí)別。解釋型語言和編譯型語言解釋型語言（如Python）在運(yùn)行時(shí)逐行解釋執(zhí)行代碼，而編譯型語言（如C）則需要將代碼編譯成機(jī)器語言后執(zhí)行。算法定義算法是一組有窮的規(guī)則，它們用于解決特定問題或執(zhí)行特定任務(wù)。算法是計(jì)算機(jī)程序的核心，它們決定了程序的效率和準(zhǔn)確性?？尚行运惴ǖ拿總€(gè)步驟都必須是計(jì)算機(jī)可以執(zhí)行的。有窮性算法必須在有限步驟內(nèi)終止。輸入項(xiàng)算法有0個(gè)或多個(gè)輸入，這些輸入取自于某個(gè)特定的對(duì)象的集合。確定性算法的每個(gè)步驟都必須有明確的定義，不會(huì)產(chǎn)生歧義。輸出項(xiàng)算法有一個(gè)或多個(gè)輸出，這些輸出是與輸入有著某種特定關(guān)系的量。算法的定義與特性排序算法冒泡排序：通過重復(fù)地遍歷待排序序列，比較相鄰元素并交換不符合順序的對(duì)，直到?jīng)]有需要交換的元素為止。快速排序：采用分治策略，選取一個(gè)基準(zhǔn)元素將序列分為兩部分，一部分小于基準(zhǔn)，一部分大于基準(zhǔn)，然后遞歸地對(duì)兩部分進(jìn)行快速排序。查找算法線性查找：從序列的一端開始，逐個(gè)檢查每個(gè)元素是否等于要查找的值，直到找到或遍歷完整個(gè)序列。二分查找：針對(duì)有序序列，每次取中間元素與要查找的值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果縮小查找范圍，直到找到或查找范圍為空。常見算法舉例與分析04數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的分類根據(jù)數(shù)據(jù)元素之間關(guān)系的不同，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可分為線性結(jié)構(gòu)、樹形結(jié)構(gòu)、圖形結(jié)構(gòu)等。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是算法設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，對(duì)于提高算法效率、降低程序復(fù)雜度具有重要意義。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)、組織數(shù)據(jù)的方式，指相互之間存在一種或多種特定關(guān)系的數(shù)據(jù)元素的集合。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本概念線性表線性表是最基本、最簡(jiǎn)單的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，具有n個(gè)元素的有限序列。線性表中數(shù)據(jù)元素之間的關(guān)系是一對(duì)一的關(guān)系，即除了第一個(gè)和最后一個(gè)數(shù)據(jù)元素之外，其它數(shù)據(jù)元素都是首尾相接的。棧棧是一種特殊的線性表，其只允許在表的一端進(jìn)行插入和刪除操作。棧中沒有元素時(shí)，稱為空棧。棧頂元素總是最后被插入的元素，從而也是最先被刪除的元素；棧底元素總是最先被插入的元素，從而也是最后才能被刪除的元素。隊(duì)列隊(duì)列也是一種特殊的線性表，只允許在表的前端（front）進(jìn)行刪除操作，而在表的后端（rear）進(jìn)行插入操作。隊(duì)列中沒有元素時(shí)，稱為空隊(duì)列。線性表、棧和隊(duì)列等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是由數(shù)據(jù)庫及其管理軟件組成的系統(tǒng)，是為適應(yīng)數(shù)據(jù)處理的需要而發(fā)展起來的一種較為理想的數(shù)據(jù)處理的核心機(jī)構(gòu)。它是一個(gè)實(shí)際可運(yùn)行的存儲(chǔ)、維護(hù)和應(yīng)用系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)的軟件系統(tǒng)，是存儲(chǔ)介質(zhì)、處理對(duì)象和管理系統(tǒng)的集合體。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述SQL（StructuredQueryLanguage）是結(jié)構(gòu)化查詢語言的縮寫，是一種專門用來與數(shù)據(jù)庫通信的語言。SQL語言具有功能強(qiáng)大、簡(jiǎn)單易學(xué)、使用方便靈活等特點(diǎn)，已成為關(guān)系數(shù)據(jù)庫的標(biāo)準(zhǔn)語言。通過SQL語言可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫的查詢、插入、刪除和更新等操作。SQL語言基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述及SQL語言基礎(chǔ)05操作系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)操作系統(tǒng)是一組控制和管理計(jì)算機(jī)軟硬件資源、合理組織計(jì)算機(jī)工作流程以及方便用戶使用的程序的集合。定義提供計(jì)算機(jī)運(yùn)行的基本環(huán)境，管理計(jì)算機(jī)資源，提供用戶與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之間的接口，控制程序的執(zhí)行，改善人機(jī)界面，為其他軟件提供支持等。功能根據(jù)運(yùn)行環(huán)境的不同，操作系統(tǒng)可分為批處理操作系統(tǒng)、分時(shí)操作系統(tǒng)、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、分布式操作系統(tǒng)等。分類操作系統(tǒng)的定義、功能及分類進(jìn)程是操作系統(tǒng)中進(jìn)行資源分配和調(diào)度的基本單位。進(jìn)程管理的主要功能包括進(jìn)程的創(chuàng)建、終止、阻塞、喚醒、同步與互斥等。進(jìn)程的狀態(tài)信息存儲(chǔ)在進(jìn)程控制塊（PCB）中，操作系統(tǒng)通過PCB對(duì)進(jìn)程實(shí)施控制和管理。進(jìn)程管理內(nèi)存是用于存放和訪問數(shù)據(jù)的重要資源。內(nèi)存管理的主要任務(wù)是合理分配內(nèi)存空間、實(shí)現(xiàn)內(nèi)存的保護(hù)與共享、提供內(nèi)存擴(kuò)充等。常見的內(nèi)存管理技術(shù)包括分區(qū)管理、頁式管理、段式管理和段頁式管理等。內(nèi)存管理進(jìn)程管理和內(nèi)存管理原理VS計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是由若干結(jié)點(diǎn)（包括計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、通信設(shè)備等）和連接這些結(jié)點(diǎn)的鏈路組成。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主要功能包括數(shù)據(jù)通信、資源共享、分布式處理等。TCP/IP協(xié)議族TCP/IP協(xié)議族是一組網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的集合，包括TCP（傳輸控制協(xié)議）和IP（網(wǎng)際協(xié)議）等。TCP/IP協(xié)議族定義了計(jì)算機(jī)之間通信的規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)，使得不同廠商生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備能夠相互通信。TCP/IP協(xié)議族分為四層，分別是應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層和鏈路層。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述及TCP/IP協(xié)議族06總結(jié)與展望奠定計(jì)算機(jī)科學(xué)基礎(chǔ)計(jì)算概論作為計(jì)算機(jī)科學(xué)入門課程，為學(xué)生提供了計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)、編程語言和算法等方面的基本概念和技能，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。培養(yǎng)計(jì)算思維能力計(jì)算概論課程注重培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力，即運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念和方法進(jìn)行問題求解的能力，這對(duì)于學(xué)生未來在各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展都具有重要意義。拓寬視野和認(rèn)知通過計(jì)算概論課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以了解到計(jì)算機(jī)科學(xué)的廣泛應(yīng)用和前沿技術(shù)，拓寬視野，激發(fā)對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的興趣和熱情。計(jì)算概論課程的重要性如何學(xué)好計(jì)算概論這門課程課堂討論和互動(dòng)是學(xué)好計(jì)算概論的重要環(huán)節(jié)，通過與其他同學(xué)和教師的交流和討論，可以加深對(duì)課程內(nèi)容的理解和記憶。積極參與課堂討論和互動(dòng)學(xué)好計(jì)算概論的關(guān)鍵在于掌握計(jì)算機(jī)科學(xué)的基本概念、原理和算法，理解計(jì)算機(jī)如何表示和處理數(shù)據(jù)，以及如何進(jìn)行問題求解。掌握基本概念和原理通過大量的編程實(shí)踐，學(xué)生可以加深對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)理論和方法的理解和掌握，培養(yǎng)編程技能和計(jì)算思維能力。多實(shí)踐多編程人工智能的廣泛應(yīng)用隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，未來將在各個(gè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)廣泛應(yīng)用，如自動(dòng)駕駛、智能家居、醫(yī)療診斷等，這將極大地改變我們的生活方式和社會(huì)結(jié)構(gòu)。量子計(jì)算的突破量子計(jì)算作為一種全