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講電腦科學(xué)前先要介紹下基礎(chǔ)的信息技術(shù)。 信息技術(shù)的基本任務(wù)是由機(jī)器實(shí)現(xiàn)：信息表達(dá)，信息存儲，和信息處理。我們分別講下。 信息表達(dá)：機(jī)器最容易實(shí)現(xiàn)的是二種狀態(tài)表達(dá)，用電路實(shí)現(xiàn)即高電平和低電平，兩種狀態(tài)組合成n位，就有2的n次方個組合，用這些組合和信息一一對應(yīng)，就實(shí)現(xiàn)了信息的二進(jìn)制方式的機(jī)器表達(dá)。十進(jìn)制數(shù)可以轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)，負(fù)數(shù)，小數(shù)用指定位的數(shù)值表達(dá)，字母，符號和各國文字可以用二進(jìn)制數(shù)來一一對應(yīng)，另外就是基礎(chǔ)控制命令也用二進(jìn)制數(shù)一一對應(yīng)，如換行，換頁，空字，制表，響鈴，移出，查詢，開始，結(jié)束，替代，設(shè)備控制等。這樣就實(shí)現(xiàn)了文本信息的表達(dá)。圖像信息通過數(shù)字矩陣來表達(dá)每個像素的值，用數(shù)值來對應(yīng)像素的顏色。聲音信息是用二進(jìn)制數(shù)值表示每個幾萬分之一秒處聲音的大小，然后組合成一個巨量數(shù)值串，播放時再通過電容把相鄰的取樣的聲音平滑過渡，這樣就接近原聲了，如果更接近原聲，可以把取樣頻率變大。視頻信息是取樣每個幾十分之一秒處的畫面，用二進(jìn)制數(shù)表示畫面上的像素顏色，形成數(shù)字矩陣構(gòu)成畫面信息。這樣數(shù)值，字符，符號，圖像信息，音頻，視頻的表達(dá)就實(shí)現(xiàn)了，。 信息存儲：二進(jìn)制的信息的存儲可以有多種辦法，常用的是磁性的方向來表示兩個狀態(tài)，光盤是用材料的凸凹來表示兩種狀態(tài)。 信息處理：包括數(shù)學(xué)運(yùn)算和信息的傳輸，查詢，分析，推理等。 大部分?jǐn)?shù)學(xué)運(yùn)算都可以轉(zhuǎn)化為加減乘除運(yùn)算，即算術(shù)運(yùn)算，不能轉(zhuǎn)化為算術(shù)運(yùn)算的就用逼近的辦法取得近似解。算術(shù)運(yùn)算都可以轉(zhuǎn)化為加減運(yùn)算，二進(jìn)制數(shù)的加減運(yùn)算很容易由電路實(shí)現(xiàn)，實(shí)際的做法是由cpu中的運(yùn)算器實(shí)現(xiàn)。 信息的傳輸，查詢，分析，推理，過程控制等都由算法設(shè)計最終轉(zhuǎn)化為國際標(biāo)準(zhǔn)碼中的基礎(chǔ)控制命令，基礎(chǔ)控制命令可以轉(zhuǎn)化為邏輯運(yùn)算，電路可以實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制表示信息的邏輯運(yùn)算，實(shí)際的做法同樣是由cpu中的運(yùn)算器實(shí)現(xiàn)。 講完信息技術(shù)，就接下來講電腦的工作原理。 電腦的工作原理：首先把信息和操作指令轉(zhuǎn)化為01兩個字符的組合字節(jié)來表達(dá)，一個字節(jié)有32位，有64位，分兩部分，前一部分用來表示指令（有規(guī)定好的指令集，用01組合一一對應(yīng)），后一部分用來表示數(shù)據(jù)，可以是數(shù)值，可以是字符（有規(guī)定好的代碼表，一一對應(yīng)）。一個字節(jié)在一個時鐘內(nèi)執(zhí)行，然后下個字節(jié)。用電子線路的開關(guān)兩種狀態(tài)來對應(yīng)01兩個字符，用電子線路組合實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制的算術(shù)運(yùn)算和01兩個狀態(tài)的邏輯運(yùn)算，用電子線路實(shí)現(xiàn)狀態(tài)的表達(dá)，存取，傳送，移位等。最早的計算機(jī)是用齒輪的嚙合來實(shí)現(xiàn)數(shù)值的表達(dá)和運(yùn)算，后來用繼電器的電子線路來實(shí)現(xiàn)，然后就是真空管，晶體管，現(xiàn)在是集成電路。 電腦的硬件組成： 運(yùn)算器，控制器，存儲器，輸入和輸出設(shè)備，總線，基礎(chǔ)電路 運(yùn)算器是執(zhí)行各種算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。算術(shù)運(yùn)算是指各種數(shù)值運(yùn)算，比如：加、減、乘、除等。邏輯運(yùn)算是進(jìn)行邏輯判斷的非數(shù)值運(yùn)算，比如：與、或、非、比較、移位等。 控制器是對輸入的指令進(jìn)行分析，并統(tǒng)一控制計算機(jī)的各個部件完成一定任務(wù)的部件。它一般由指令寄存器、狀態(tài)寄存器、指令譯碼器、時序電路和控制電路組成。 運(yùn)算器，控制器，和寄存器，集中在一個芯片上，稱為cpu，是電腦的核心部件，能耗大，所以上面會有個風(fēng)扇散熱。 存儲器分為內(nèi)存儲器（簡稱內(nèi)存或主存）、外存儲器（簡稱外存或輔存）。外存儲器一般也可作為輸入/輸出設(shè)備。計算機(jī)把要執(zhí)行的程序和數(shù)據(jù)存入內(nèi)存中，內(nèi)存一般由半導(dǎo)體器構(gòu)成。半導(dǎo)體存儲器可分為三大類：隨機(jī)存儲器、只讀存儲器、特殊存儲器。 輸入設(shè)備是用來接受用戶輸入的原始數(shù)據(jù)和程序，并將它們變?yōu)橛嬎銠C(jī)能識別的二進(jìn)制存入到內(nèi)存中。常用的輸入設(shè)備有鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀、光筆等。 輸出設(shè)備用于將存入在內(nèi)存中的由計算機(jī)處理的結(jié)果轉(zhuǎn)變?yōu)槿藗兡芙邮艿男问捷敵觥３Ｓ玫妮敵鲈O(shè)備有顯示器、打印機(jī)、繪圖儀等。 總線是一組為系統(tǒng)部件之間數(shù)據(jù)傳送的公用信號線。具有匯集與分配數(shù)據(jù)信號、選擇發(fā)送信號的部件與接收信號的部件、總線控制權(quán)的建立與轉(zhuǎn)移等功能。 基礎(chǔ)電路即主板，是電腦工作的電路平臺，給各部件提供需要的電源，數(shù)據(jù)交換線路，固定插槽等。 算法： 電腦是機(jī)器，只能按照人的指令去運(yùn)作，指令必須是可操作的，有限步驟的，無歧義的，可終止的。把任務(wù)設(shè)計成這樣的指令集，即為算法。例如數(shù)值運(yùn)算，電腦只能做加減乘除，所有函數(shù)求解必須轉(zhuǎn)化為加減乘除才能讓電腦執(zhí)行，即必須轉(zhuǎn)化為多項(xiàng)式。數(shù)學(xué)理論證明不是所有函數(shù)都能轉(zhuǎn)化為多項(xiàng)式，即有些函數(shù)無法用電腦求出精確解的，如三角函數(shù)，只能用近似的方法去逼近。再比如：從一組數(shù)據(jù)中查找某數(shù)，我們可以用循環(huán)指令去對照，只要數(shù)據(jù)量是有限的，執(zhí)行的步驟就是有限的。再比如：求解一元高次方程，我們可以用逼近的方法求近似解，事先規(guī)定精確的程度作為終止條件，然后用循環(huán)語句去執(zhí)行。再比如：人臉識別，先確定人臉特征的數(shù)值，如外廓的長寬比例，眼睛距離頭頂和下巴的尺寸比例等，然后抓取新圖的這幾個比例數(shù)值去比較，不符合就換下張圖，一旦符合就終止。 軟件：電腦只認(rèn)識o1代碼，人編寫01代碼既麻煩又容易出錯，于是人們就發(fā)明了高級語言克服這個問題，先是匯編語言，僅僅是助記符號，然后再發(fā)明接近人類語言的高級語言，執(zhí)行前由電腦翻譯成機(jī)器語言。高級語言有多種，是人們根據(jù)考慮問題角度不同設(shè)計出來的，有：函數(shù)型，面向?qū)ο笮停钚?，說明型。所有高級語言都有常用的程序包供調(diào)用，不需每次都重新編寫。高級語言始終在不斷地發(fā)展中，新的語言不斷出現(xiàn)，但高級語言的格式大致相同，基本的命令語句也大致相同，所以程序員并不需要無休止地學(xué)習(xí)。為了方便使用電腦，電腦都裝有操作系統(tǒng)，最開始是dos系統(tǒng)，只能鍵盤敲命令，后來發(fā)明視窗系統(tǒng)，可以通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊圖案操作，不需記住命令代碼，現(xiàn)在還有觸摸屏更方便操作。還有各種常規(guī)的應(yīng)用軟件，如Ms office 編寫文件，演示稿和簡單數(shù)據(jù)庫，photoshop修改圖片，cad畫圖等。這些軟件的使用方法學(xué)習(xí)都很簡單，先自己思考下應(yīng)該有哪些功能，然后找到操作方法，實(shí)際操作幾遍就會了。 軟件的開發(fā)： 大型項(xiàng)目需要上百萬行代碼，需要多人合作長時間才能做出來，這就需要軟件工程。軟件工程的基本方法就是：分層化模塊化。明確需求后，先在高層次上進(jìn)行項(xiàng)目分割，成為一個個模塊，模塊內(nèi)也可以進(jìn)一步分成多個小模塊。在每個層次內(nèi)考慮模塊間的邏輯關(guān)系，設(shè)計算法，不要涉及其他層次的問題。模塊內(nèi)的問題也不要涉及其他模塊的問題，只有輸入輸出的問題。 講解科學(xué)方法，構(gòu)建知識框架，請長按下面二位嗎關(guān)注123學(xué)苑： |
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