计算机科学概论图解
2022-07-22 15:50:09 8 举报AI智能生成
计算机科学概论图解是一种通过图形和图表来展示计算机科学基本概念、原理和方法的视觉化教学工具。它以简洁明了的方式呈现了计算机科学的核心内容，包括计算机硬件、软件、数据结构、算法、编程语言、网络通信、人工智能等多个方面。通过这种图解方式，学生可以更容易地理解和掌握计算机科学的基础知识，激发学习兴趣，提高学习效果。同时，计算机科学概论图解也有助于教师进行教学设计和课程规划，为学生提供更加生动有趣的学习体验。总之，计算机科学概论图解是一种有效的教学辅助工具，对于推动计算机科学教育和普及具有重要意义。
作者其他创作
大纲/内容
一、数据的表示、运算和存储
位和位存储
布尔运算
门电路
触发器
16进制记数法
主存储器
存储单元
海量存储器
位模式表示信息
二进制
数据压缩
通讯差错
二、数据的操控与逻辑
cpu
算术/逻辑单元
控制单元
寄存器单元
总线(传输位模式)
存储程序概念
机器语言
指令系统(精简/复杂)
数据传输类
计算/逻辑类
控制类
编码形式(操作码、操作数)
程序执行
程序计数器
指令寄存器
机器周期
取址
译码
执行
程序与数据
三、操作系统
体系结构(机器软件)
应用软件
系统软件
实用软件
操作系统
用户界面
内核
文件管理程序
设备驱动程序
内存管理程序
调度程序
分派程序
系统启动(boot引导)
只读存储器(ROM)
引导装入程序
固件(BIOS)
协调机器的活动
进程和进程状态
调度程序
进程表
等待状态
就绪状态
分派程序(多道程序设计)
时间片
中断信号
中断处理程序
进程切换
处理进程间的竞争
信号量
清零标志(0)
置位标志(1)
测试并置位指令
死锁
不可共享资源
假脱机
四、组网及因特网
基础
总线型拓扑
星型拓扑
集线器(hub)
中继器
网桥
交换机
路由器
网关
客户端/服务器模型(C/S)
IP地址
域名系统(DNS)
分布式系统
集群计算
高可用性
负载均衡
网格计算
分布式存储
分布式计算
万维网
HTML(超文本标志语言)
URL(统一资源定位地址)
HTTP(超文本传输协议)
CGI(公共网关接口)
因特网协议
TCP/IP协议簇
通信分层
应用层
产生报文+目的地址
传输层
报文分段+序列号
网络层
维护路由器转发表
确定报文转发方向
链路层
传输分段报文
传输控制协议(TCP)
三次握手
流量控制
拥塞控制
用户数据报协议(UDP)
网际协议(IP)
网络层标准协议
转发
路由
心跳
IPV4
IPV6
五、算法
算法的概念
可终止
无歧义
可执行
有序集合
算法的抽象本质
抽象
算法的表示
原语: 程序设计语言
算法的发现
理解问题
设计计划
完成计划
评估计划
自顶而下
自底而上
迭代结构
顺序搜索算法
循环控制
初始化
测试
修改
终止条件
插入排序算法
递归结构
二分搜索算法
递归控制
初始化
修改
终止测试
经典排序算法
插入排序
归并排序
选择排序
冒泡排序
快速排序
堆排序
算法效率
软件验证
前置条件
传播过程
后置条件
六、程序设计语言
历史回顾
早期程序设计语言
机器语言[第一代程序设计语言]
计数制系统
助记符系统
汇编器
汇编语言[第二代程序设计语言]
高级原语集合[第三代程序设计语言]
编译器
解释器
机器无关和超越机器无关
程序设计范型
函数式范型
面向对象范型
命令型范型
说明性范型
程序设计概念
变量和数据类型
数据结构
常量和字面量
赋值语句
控制语句
注释
过程单元
函数
局部变量
作用域
全局变量
参数
形参
实参
按值传递
按引用传递
语言实现
翻译过程
词法分析器
语法分析器
代码生成器
面向对象程序设计
继承
多态
封装
程序设计并发活动
说明性程序设计
逻辑推演
七、软件工程
软件工程与传统工程差别
缺少通过预制软件来构建系统的能力
缺少用来衡量软件属性的定量技术[度量学]
软件生命周期
需求分析
软件设计
软件实现
软件测试
软件发布
程序理解
软件维护
用户体验
软件工程方法学
瀑布模型
敏捷开发
极限编程
增量模型
迭代模型
原型开发
演化式原型开发
抛弃式原型开发
快速原型开发
开源开发
模块化
模块化实现
耦合
控制耦合
数据耦合
内聚
逻辑内聚
功能内聚
信息隐藏
使其他模块不需要读取它的内部信息
以强化模块边界的方式实现一个模块
构件
行业工具
统一建模语言
设计模式
质量保证
质量保证的范围
软件测试
文档
用户文档
系统文档
技术文档
人机界面
软件所有权和责任
八、数据抽象
基本数据结构
数组
聚合
列表 [表头、表尾]
栈 [栈顶、栈底、入栈、出栈、后进先出、回溯]
队列 [表头删除、表尾插入、先进先出、缓冲区]
树 [节点、根节点、子节点、深度、二叉树、子树]
二叉树: 每个节点至多只有2个子节点
相关概念
抽象
模拟数据结构
构造抽象工具
将数据作为一个抽象工具来访问
静态结构与动态结构
模拟结构的形状和大小是否随着时间改变
静态结构比动态结构更容易处理
指针
记录数据项存储位置
指针一直指向数据
数据结构的实现
存储数组
按顺序存储在具有连续地址的存储单元中
行主序
列主序
地址多项式 [x + 列数*(第i行-1) + (第j列-1) ]
存储聚合
预留有连续单元的存储块
字段的引用翻译成存储单元
通过指针把分散的存储块链合
存储列表
邻接表: 按顺序存入连续地址的存储单元块
链表: 每个存储单元新加指针字段指向下个存储单元
头指针
null指针结尾
存储栈
预留合适大小的存储空间
栈向着预留块另一端生长
栈指针: 跟踪栈顶的位置
存储队列
预留一块连续的存储空间
在队列的两端都进行操作
头指针记录队列的头
尾指针记录队列的尾
移除一项需调整头指针指向下一项值
新加一项需移动尾指针到下一空闲位
循环队列机制
当队尾到达末端，插入到起始端
当最后一个队首被移除，头指针回到起始端
存储二叉树
类似链表结构存储
每个节点由3个元素组成 [数据、左子指针、右子指针]
根指针存储根节点的地址
null指针表明不再有子节点
操纵数据结构
数据结构实际存储位置分散
让用户将数据结构当作抽象工具来访问
对用户屏蔽实际存储系统的复杂性
把用户指令翻译成实际存储系统步骤
垃圾回收机制
动态数据结构活动造成内存占用和释放
回收不用的存储空间以备将来使用
回收失败会导致有效存储空间越来越小[内存泄漏]
定制的数据类型
用户定义的数据类型
几个基本类型组合形成的聚合体
将这种新的数据类型作为一个基本类型使用
抽象数据类型
同时包含数据和方法
将抽象数据类型的数据和函数组织在一起
将抽象数据类型的内部结构隐藏
类和对象
类实际上是抽象数据类型的描述
九、数据库系统
数据库基础
多维的数据集合
schema是整个数据库结构的描述
subschema是特定用户需求相关部分的描述
数据库管理系统
隐藏数据库内部结构
允许构建和使用抽象工具
能够对数据库访问进行控制
获得数据独立性
数据库模型
把概念视图翻译成存储操作
关系型数据库模型
面向对象数据库模型
关系模型
描绘的是用矩形表格存放的数据
关键步骤是设计构成这个数据库的关系
常见问题是单一关系里融进了多个概念
把一个关系分解成几个比较小的关系
关系运算
SQL[结构化查询语言]
本质上是一种陈述语句
是对所需信息的描述而非操作
面向对象数据库
对象之间通过相互链接反映它们之间的关系
对象的方法使得数据库能够智能回应查询请求
维护数据库的完整性
提交/回滚协议
锁定
错误结算问题
更新丢失问题
共享锁
排它锁
受伤等待协议
传统的文件结构
顺序文件
必须保持文件的顺序特性记录在海量存储器
文件管理程序会维护一张存储文件的扇区列表
顺序文件的末尾称为文件结束[EOF]
索引文件
包含了该文件键的列表和每个键的记录存储的位置
要找到某个记录, 首先在索引中找到表示键
然后在检索存储在该键相应位置的信息块
文件索引与文件存储在同一个海量存储器
在文件处理前, 通常先将索引传送到主存储器
运用层次化方式，构造分层目录系统
散列文件
[存储桶] 数据存储空间被分成几个区
[散列函数] 将键的值转换成桶号的算法
[散列文件] 将散列用在海量存储器
[散列表] 将散列用在主存储器
设计良好散列系统避免群集效应
衡量系统性能比率 [负载因子]
记录的数目与文件中总的记录容量之比小于50%
数据挖掘
[数据仓库] 静态的数据集合
常见形式
[类描述] 找出描绘一组数据项的属性
[类识别] 找出区分两组数据项的属性
[聚类分析] 发现族群的特性类型
[关联分析] 寻找两个数据组之间的联系
[孤立点分析] 识别出不符合规则的数据项
[序列模式分析] 识别随着时间变化的行为模式
数据立方
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