计算机科学导论（读书笔记）

第一章

图灵机：一种可以编程的数据处理器（图灵机是一种理想模型，它可以依据程序进行任何计算)
冯诺依曼：提出程序也可以存储在计算机里（输入输出，控制单元，存储器，算术逻辑）
类：可以理解为自己创造指令，进行组合。
算法：解决问题的方法与步骤
软件工程：结构化程序的设计和编写（程序设计中遵循的原理和规则）
操作系统：一些对所有程序都适用的指令
数字系统：不同的符号来代替指向表示同一个数字

第二章

略

第三章（数据存储）

数据存储：（数字，文本，图像，音频，视频）包含所有上述信息时成为多媒体，16个位称为一个位模式，8个位模式一个字节，两个字节一个字。
整数：定点表示法，小数点被固定在最右侧；
无符号整数：范围由计算机分配给它的位数决定。
补码：从右边开始，进行复制，直到复制一个1之后，将1左边的进行反码。（求反码后再加1）
反码：逐位求反
浮点表示法：符号，位移量，定点数组成
数字存储: 余码表示法；单精度是32位，双精度是64位。
文本存储：Ascll码是Unicode的一部分
音频存储：采用模拟化的方法存储：采样、量化、编码
图像存储：光栅图、矢量图
光栅图：（位图）也是模拟采集，通过扫描得到像素，再进行解析；真彩色：利用三原色对颜色进行编码，每个8位，一共24位；索引色：通过不断索引得到颜色。JPEG:真彩色；GIF：索引色
矢量图：（几何模型，面向对象模型）通过将图像分解为不同的形状进行组合的方式进行存储。（每个形状由数学公式表达）不适合存储较为精细的数据。
视频存储：图像为每一帧，将其进行压缩存储后即是视频存储

第四章（数据运算）

分类：算术运算、逻辑运算、移位运算
逻辑运算用于修改位模式：求反、使指定的位复位（用AND来实现）、对指定位置位（用OR来实现），将指定位置反转（用于实现上述方式的称之为掩码）。
移位运算:逻辑移位运算、算术移位运算
逻辑移位运算：（应用于不带符号位的数的模式）1 逻辑移位 2 循环移位
算术移位运算：算术右移：复制并且保留；算术左移：删除（若前后符号不一样，发生溢出）
算术运算：整数的算术运算、实数的算术运算

第五章（计算机组成）

计算机组成：中央处理单元（cpu) 、存储器、输入输出子系统
中央处理单元：算术逻辑单元（ALU) 、控制单元、寄存器组（快速存储单元）
算术逻辑单元：进行三种运算
寄存器：数据寄存器、指令寄存器、程序计数器
控制单元：控制协调各个子系统之间的合作
主存储器：地址空间
地址空间：所有在存储器中标示的独立的地址单元的总数，内存地址用无符号二进制整数定义。
储存器结构：寄存器、高速缓冲存储器、主存
输入输出子系统：存储设备、非存储设备
CPU和存储器的连接：数据总线、地址总线、控制总线（都与各自控制的位数有关）
I/O设备的连接：通过输入输出控制器将器件连接到总线上。
控制器（接口）：分为串行和并行，常用的有SCSI 火线 USB（通用串行总线）
CPU使用相同的总线在输入输出设备以及存储器之间传输数据，但根据指令的不同来控制何时访问输入输出设备。
输入输出设备的寻址方式：I/O独立寻址，I/O存储器映射寻址
CPU利用重复的机器周期对指令进行执行：取指令、译码、执行
CPU同步输入输出的三种方法：程序控制、中断控制、直接存储器存取（DMA）
体系结构：复杂指令集计算机、精简指令集计算机、
流水线、并行处理（提高数据处理速度的方法）

第六章（计算机网络）

局域网（LAN）广域网（WAN）通过路由器不断相互连接形成互联网。
因特网是互联网的一种：由ISP提供服务。
TCP/IP协议族：应用层、传输层、网络层、数据链路层、物理层；路由器只使用到了前三层。每一层调用下一层的服务。
应用层：向用户提供服务；客户 /服务器体系结构 ；服务器的应用层地址帮助客户端找到服务器计算机的IP地址。DNS将域名与IP地址匹配。IP（类似于大楼号）
访问http：需要采用统一资源定位符（URL）
域名服务器（DNS）
传输层：负责用户和服务器进程间的消息的逻辑传递；多路复用和解多路复用；
传输层地址（端口号）：标记服务器进程（类似于公寓号）
传输层协议：UDP（用户数据报协议）、TCP（传输控制协议）、SCTP（流控制传输协议）
网络层：单个数据包从源地到目的地的传输。
网络层的路由选择：根据现有的可用路由，选择出最优的路径。
网络层协议：IP（因特网协议）是主协议，目前主要使用IPv4，（一共32位，用三个点分开，每个四位，从0到255，
数据链路层：负责数据帧节点到节点之间的传输。
数据链路层地址（物理地址、介质访问控制（MAC））：采用以太网协议，48位，分为6部分，每部分由两位16进制组成。
物理层：将组成帧的单位通过广播的形式进行传播，不需要地址。
万维网：超文本、超链接
万维网（WWW）的组成：浏览器、Web服务器、超文本传输协议（http）
浏览器：解释和显示Web文档；由控制器、客户端程序、解释器构成
服务器：存储所有属于Web站点的页面
地址：由方法、主机、端口号、路径组成（方法：// 主机：端口号/路径）
方法：存取文档使用的协议。如HTTP
主机：信息所在的计算机（计算机可以是别名，如WWW）
端口号：可有可无，如果存在，用 ： 进行分隔
路径：本身可以包含有 /
静态文档：超文本标记语言（HTML）（可以理解为一种通用性更广的MarkDown语言）

第七章（操作系统）

计算机系统：硬件和软件
软件：操作系统和应用程序，应用程序控制硬件完成用户要求，操作系统控制用户对硬件的访问。
操作系统：计算机硬件到用户（程序和人）之间的一个接口，它使得其他程序能够方便有效地运行，并能方便地对计算机硬件和软件资源进行访问。
两个目标：1、有效地使用硬件 2、容易地使用资源
自举程序：完成操作系统作为程序的自我调用。
操作系统：用户界面（与其他四个独立）、内存管理器、进程管理器、设备管理器、文件管理器
用户界面：UNIX的命令解释程序（shell)、windows的图形用户界面（GUI）
内存管理器：单道程序、多道程序、虚拟内存
进程管理器：程序、进程和作业；
UNIX：多用户、多道程序、可移植的操作系统；由 内核、命令解释器、一组工具、和应用程序组成。内核是心脏、命令解释器是向用户开放的界面、标准化工具用来为用户工作提供简洁方法：有文本编辑器、搜索程序和排序程序三部分组成。工具本质上是复杂的程序、应用是用户自己编写的，一些十分有用的被发展成为了工具。
Linux：内核、系统库、系统工具
Windows：硬件抽象层（HAL），内核，执行者，抽象子系统。

第八章（算法）

算法：一种逐步解决问题或完成任务的方法。
三种结构：顺序、判断、循环
算法表示：统一建模语言（UML）（理解为流程图）、伪代码、结构图（在设计阶段使用）
算法的进一步定义：一组明确步骤的有序集合，他产生结果并在有序的时间内终止。
基本算法：求和、乘积、最大和最小、排序、查找
递归：算法包含本身
迭代：算法定义不包含自身

第九章（程序设计语言）

机器语言：计算机唯一可以识别的语言（第一代编程语言）
缺点：1、依赖于计算机、不同的硬件机器语言不相同。2、编写过程单调乏味。
汇编语言：带符号和助记符的指令和地址代替二进制编码。（也称为符号语言）
高级语言：可以被转化为机器语言，（这一过程被称为编译或解释）
翻译：将源程序转化为目标程序；两种方法：编译和解释
编译：将整个源程序翻译成目标程序
解释：把源程序中的每一行翻译成目标程序中相应的行，并执行的过程。
解释的两种方法：每一个行被翻译完毕后，被立即执行；先编译再解释，但此编译并非直接编译为机器语言。
翻译过程：源程序经过词法分析器、语法分析器、语义分析器、代码分析器后生成目标文件
编程模式：过程式、面向对象、函数式、说明式
过程式：活动主体（程序）操控被动对象（数据），为了操控被动对象，活动主体发布动作，称之为过程。对象和过程是完全分开的实体。过程与程序触发分开，程序不定义过程，只触发或调用过程，过程必须已经存在。
过程式高级语言：程序是过程调用的集合，考虑过程和被控制的对象，程序分为三部分：对象创建部分（说明）、一组过程调用（命令）、每个过程的一组代码。
面向对象：处理活动对象，而不是被动对象，对象自己包括可执行的动作，只需要接受合适的外部刺激来激发相应的动作。将文件所有执行的过程（也称为方法）打包在一起为对象。面向对象的方法属于对象。
类：相同类型的对象（如文件）需要一组方法，这些方法显示了对象面对外部刺激时做出的反应。
类的方法：是面向过程时编写的过程的扩展，C++是C的很好扩展。
函数式编程：提供一系列原始程序供程序员选择组合成为新的函数。
说明式语言：需要大量的逻辑定义，应用：人工智能
共同概念：标识符（给数据和其他对象命名）、数据类型（简单和复杂）、变量（存储单元的名字）：变量声明、变量初始化、字面值（程序中使用的预定义的值）、常量、输入和输出、表达式：运算符、操作数、语句：赋值语句、复合语句（代码块）、控制语句、子程序

第十章（软件工程）

软件生命周期：开发，使用，修改，直到软件过时。
开发过程：分析、设计、实现和测试；两个模型：瀑布模型、增量模型
文档：是一个持续的过程、分为用户文档、系统文档和技术文档。
用户文档：用户手册
系统文档：软件在开发过程中四个过程的描述。
技术文档：软件的安装与服务、

第十一章（数据结构）

数组：元素的顺序集合，通常这些元素具有相同的数据类型。
数组操作：数组作为数据结构的操作；查找、插入、删除、检索、遍历
记录：相关元素的集合，元素可以是不同类型，但记录中的元素必须是相关的
链表：有序数据的集合，每个元素包含两个部分：数据和指针

第十二章（抽象数据类型）

抽象：1、知道一个数据类型能做什么；2、如何去做是隐藏的
抽象数据类型：1、数据的定义；2、操作的定义；3、封装数据和操作
栈：数据定义：后入先出；操作定义：建栈、进栈、出栈、空
栈的实现：栈的抽象数据类型既可以通过数组实现，也可以通过列表实现。
队列：数据定义：先入先出；操作定义：建队、入队、出队、空
队列的实现：队列的抽象数据类型既可以通过数组实现，也可以通过列表实现。
广义线性表：插入和删除可以在任何地方进行的表；操作定义：建表、插入、删除、检索、遍历、空
广义线性表的实现：广义线性表的抽象数据类型既可以通过数组实现，也可以通过列表实现。
二叉树：数据定义：二叉树是一棵空树或由一个根节点和两个子树构成、每个子树又均是二叉树；操作定义：建树、插入、删除、检索、遍历、空
二叉树的实现: 通过链表抽象数据类型实现更为适用一些。
二叉搜索树（BST）：根节点值大于左子树小于右子树
二叉搜索树的实现：类似于广义线性表的抽象数据类型

第十三章（文件结构）

文件：作为一个单元看待的外部数据的集合。文件是数据记录的集合，每一个记录由一个或多个域构成。
存取方法：顺序存取（顺序文件）、随机存取（索引文件、散列文件)
目录：操作系统提供的，用来组织文件。
特殊目录：根目录、主目录、工作目录、父目录
文本文件与二进制文件

第十四章（数据库）

数据库：一个组织内被应用程序使用的逻辑相一致的数据的集合
相较于平面文件的优点：1、冗余较少 2、避免不一致性 3、效率 4、数据完整性 5、机密
数据库管理系统（DBMS）：定义、创建、维护数据库的一套工具；由硬件、软件、数据、用户、规程构成。
数据独立于软件，这样可以在更换软件时保证数据不被改变。
数据库体系结构：内层、概念层、外层
数据库模型：层次模型、网状模型、关系模型
关系模型：分布式数据库、面向对象数据库
在关系数据库中，定义一些操作来通过已知的关系来创建新的关系：如 插入、删除、更新、选择、投影、连接、并、交和差。将他们描述成在SQL中的定义。
结构化查询语言（SQL）：是一种描述性语言（不是过程化），意味着只需要声明，而不需要详细编写。
一元操作：插入、删除、更新、选择（选择几行，即属性不变，基数减少）、投影（选择几列，即基数不变，属性减少）
二元操作：连接（基于共有的属性把两个关系联合起来）、并（两个关系的属性要相同）、交（两个关系的属性要相同）和差（两个关系的属性要相同,生成一个在第一个关系中而不在第二个关系中的新关系）
语句的组合：通过SQL语言的组合来获取更为复杂的数据、
数据库设计：1、数据的收集；2、建立实体关系模型（ERM）
1、实体关系模型 2、通过实体关系模型，建立关系数据库中的关系。分为实体集上的关系和关系集上的关系。3、规范化，将建立的关系规范处理，为后续进行的操作简约做准备。

第十五章（数据压缩）

第十六章（安全）

第十七章（计算理论）

简单语言：递增语句、递减语句、循环语句
图灵机：磁带、读写头、控制器

第十八章（人工智能）

人工智能：一个程序系统，在一定程度上能模仿人类的活动，如感知、思考、学习和反应。
智能体：软件智能体、硬件智能体
知识表示：智能体可以通过程序操控被表示成数据结构存储在计算机里的事实。
知识表示方法：语义网、框架、谓词逻辑、基于规则的系统
启发式算法：从初始态到终态，每一部分经过所需要的步骤称为h值，当h值降到0时即是终态。