计算概论第一讲

计算概论第一讲目录contents计算与计算科学概述计算机系统基础编程语言与算法基础数据结构与数据库基础操作系统与网络基础总结与展望01计算与计算科学概述计算的分类根据计算的方式和对象的不同，计算可以分为以下几类符号计算以符号为对象，进行代数运算、逻辑运算等。图论计算以图为对象，进行图的遍历、最短路径等运算。计算的定义计算是一种根据特定规则对信息进行转换或处理的过程。它可以包括数值计算、符号计算、逻辑计算等。数值计算以数字为对象，进行加减乘除等运算。逻辑计算以逻辑值为对象，进行逻辑运算。010203040506计算的定义与分类计算科学的发展历程计算科学的起源计算科学起源于数学和工程学的发展，随着计算机的出现和普及，计算科学逐渐成为一个独立的学科领域。第一阶段（20世纪40年代-60年代）以数值计算为主要内容，解决科学与工程中的数学问题。第二阶段（20世纪60年代-80年代）以算法设计与分析、数据结构、操作系统等为主要内容，计算机科学开始形成。第三阶段（20世纪80年代至今）以人工智能、机器学习、大数据等为主要内容，计算科学进入智能化时代。研究计算机系统的基本组成、工作原理和设计方法，包括中央处理器、存储器、输入输出系统等。计算机系统结构计算机软件计算机应用计算机网络研究计算机软件的设计、开发、测试和维护方法，包括操作系统、编程语言、数据库管理系统等。研究计算机在各个领域的应用，包括科学计算、数据处理、自动控制、人工智能等。研究计算机网络的基本原理、协议、安全和管理方法，包括局域网、广域网和互联网等。计算科学的研究领域02计算机系统基础计算机硬件组成硬盘（HDD或SSD）永久存储数据和程序，容量大但访问速度较慢。内存（RAM）临时存储数据和程序指令，供CPU快速访问。中央处理器（CPU）执行计算机指令并处理数据，是计算机的“大脑”。输入设备如键盘、鼠标等，用于向计算机输入数据和命令。输出设备如显示器、打印机等，用于显示或打印计算机处理结果。如操作系统、编译器等，是计算机运行的基础软件，提供基本功能和服务。系统软件应用软件编程语言如办公软件、游戏等，是基于系统软件开发的，用于满足特定需求。用于编写计算机程序的语言，如Python、Java等。030201计算机软件概述计算机能识别的机器指令集合，是软件和硬件之间的接口。指令集计算机将程序和数据存储在内存中，并按顺序执行程序中的指令。存储程序原理计算机在执行程序时，可以响应外部事件或内部异常，暂停当前任务并转去处理其他任务。中断机制计算机通过输入设备接收数据和命令，经过处理后通过输出设备输出结果。输入/输出原理计算机系统的工作原理03编程语言与算法基础编程语言概述及分类编程语言定义编程语言是用于编写计算机程序的一系列指令和规则，它允许程序员与计算机进行交互，并告诉计算机执行特定的任务。低级语言如汇编语言和机器语言，它们更接近计算机硬件，执行效率高但难以编写和理解。高级语言如Python、Java、C等，它们更接近人类语言，易于学习和使用，且具有较高的可移植性和抽象级别。解释型语言和编译型语言解释型语言（如Python）在运行时逐行解释执行代码，而编译型语言（如C）则需要将代码编译成机器语言后执行。算法定义算法是一组有穷的规则，它们用于解决特定问题或执行特定任务。算法是计算机程序的核心，它们决定了程序的效率和准确性。可行性算法的每个步骤都必须是计算机可以执行的。有穷性算法必须在有限步骤内终止。输入项算法有0个或多个输入，这些输入取自于某个特定的对象的集合。确定性算法的每个步骤都必须有明确的定义，不会产生歧义。输出项算法有一个或多个输出，这些输出是与输入有着某种特定关系的量。算法的定义与特性排序算法冒泡排序：通过重复地遍历待排序序列，比较相邻元素并交换不符合顺序的对，直到没有需要交换的元素为止。快速排序：采用分治策略，选取一个基准元素将序列分为两部分，一部分小于基准，一部分大于基准，然后递归地对两部分进行快速排序。查找算法线性查找：从序列的一端开始，逐个检查每个元素是否等于要查找的值，直到找到或遍历完整个序列。二分查找：针对有序序列，每次取中间元素与要查找的值进行比较，根据比较结果缩小查找范围，直到找到或查找范围为空。常见算法举例与分析04数据结构与数据库基础数据结构的分类根据数据元素之间关系的不同，数据结构可分为线性结构、树形结构、图形结构等。数据结构的重要性数据结构是算法设计的基础，对于提高算法效率、降低程序复杂度具有重要意义。数据结构的定义数据结构是计算机中存储、组织数据的方式，指相互之间存在一种或多种特定关系的数据元素的集合。数据结构的基本概念线性表线性表是最基本、最简单的一种数据结构，具有n个元素的有限序列。线性表中数据元素之间的关系是一对一的关系，即除了第一个和最后一个数据元素之外，其它数据元素都是首尾相接的。栈栈是一种特殊的线性表，其只允许在表的一端进行插入和删除操作。栈中没有元素时，称为空栈。栈顶元素总是最后被插入的元素，从而也是最先被删除的元素；栈底元素总是最先被插入的元素，从而也是最后才能被删除的元素。队列队列也是一种特殊的线性表，只允许在表的前端（front）进行删除操作，而在表的后端（rear）进行插入操作。队列中没有元素时，称为空队列。线性表、栈和队列等数据结构数据库系统是由数据库及其管理软件组成的系统，是为适应数据处理的需要而发展起来的一种较为理想的数据处理的核心机构。它是一个实际可运行的存储、维护和应用系统提供数据的软件系统，是存储介质、处理对象和管理系统的集合体。数据库系统概述SQL（StructuredQueryLanguage）是结构化查询语言的缩写，是一种专门用来与数据库通信的语言。SQL语言具有功能强大、简单易学、使用方便灵活等特点，已成为关系数据库的标准语言。通过SQL语言可以实现对数据库的查询、插入、删除和更新等操作。SQL语言基础数据库系统概述及SQL语言基础05操作系统与网络基础操作系统是一组控制和管理计算机软硬件资源、合理组织计算机工作流程以及方便用户使用的程序的集合。定义提供计算机运行的基本环境，管理计算机资源，提供用户与计算机硬件系统之间的接口，控制程序的执行，改善人机界面，为其他软件提供支持等。功能根据运行环境的不同，操作系统可分为批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、网络操作系统、分布式操作系统等。分类操作系统的定义、功能及分类进程是操作系统中进行资源分配和调度的基本单位。进程管理的主要功能包括进程的创建、终止、阻塞、唤醒、同步与互斥等。进程的状态信息存储在进程控制块（PCB）中，操作系统通过PCB对进程实施控制和管理。进程管理内存是用于存放和访问数据的重要资源。内存管理的主要任务是合理分配内存空间、实现内存的保护与共享、提供内存扩充等。常见的内存管理技术包括分区管理、页式管理、段式管理和段页式管理等。内存管理进程管理和内存管理原理VS计算机网络是由若干结点（包括计算机、网络设备、通信设备等）和连接这些结点的链路组成。计算机网络的主要功能包括数据通信、资源共享、分布式处理等。TCP/IP协议族TCP/IP协议族是一组网络通信协议的集合，包括TCP（传输控制协议）和IP（网际协议）等。TCP/IP协议族定义了计算机之间通信的规则和标准，使得不同厂商生产的计算机和网络设备能够相互通信。TCP/IP协议族分为四层，分别是应用层、传输层、网络层和链路层。计算机网络概述计算机网络概述及TCP/IP协议族06总结与展望奠定计算机科学基础计算概论作为计算机科学入门课程，为学生提供了计算机基础知识、编程语言和算法等方面的基本概念和技能，为后续专业课程的学习打下坚实的基础。培养计算思维能力计算概论课程注重培养学生的计算思维能力，即运用计算机科学的基础概念和方法进行问题求解的能力，这对于学生未来在各个领域的发展都具有重要意义。拓宽视野和认知通过计算概论课程的学习，学生可以了解到计算机科学的广泛应用和前沿技术，拓宽视野，激发对计算机科学领域的兴趣和热情。计算概论课程的重要性如何学好计算概论这门课程课堂讨论和互动是学好计算概论的重要环节，通过与其他同学和教师的交流和讨论，可以加深对课程内容的理解和记忆。积极参与课堂讨论和互动学好计算概论的关键在于掌握计算机科学的基本概念、原理和算法，理解计算机如何表示和处理数据，以及如何进行问题求解。掌握基本概念和原理通过大量的编程实践，学生可以加深对计算机科学理论和方法的理解和掌握，培养编程技能和计算思维能力。多实践多编程人工智能的广泛应用随着人工智能技术的不断发展和成熟，未来将在各个领域实现广泛应用，如自动驾驶、智能家居、医疗诊断等，这将极大地改变我们的生活方式和社会结构。量子计算的突破量子计算作为一种全