计算机导论（6）
1.程序语言设计
1.程序设计语言简介
1.为了实现人与计算机之间的交流，也必须遵守一定的规则，由此产生了程序设计语言，即一组用来定义计算机程序的语法规则。它是一种被标准化的交流技巧，用来向计算机发出指令。语言的基础是一组记号和一组规则。根据规则由记号构成的记号串的总体就是语言。在程序设计语言中，这些记号串就是程序。
2.拥有语言的三个元素：语法、语义和语用。
（语法表示程序的结构或形式，亦即表示构成语言的各个记号之间的组合规律，但不涉及这些记号的特定含义，也不涉及使用者。语义表示程序的含义，亦即表示按照各种方法所表示的各个记号的特定含义，但不涉及使用者）
3.基本成分：数据成分、运算成分、控制成分和传输成分。
2.分类
机器语言：用二进制代码表示的计算机能直接识别和执行的机器指令的集合，指令系统是计算机硬件的语言系统，也叫机器语言，它是软件和硬件的主要界面，从系统结构的角度看，它是系统程序员看到的计算机的主要属性（高级语言和汇编语言都要转化才能被识别）
汇编语言：采用助记符来编写程序，是机器语言的符号化，汇编语言是一种用于电子计算机、微处理器、微控制器或其他可编程器件的低级语言，亦称为符号语言
高级语言：高级语言相对于机器语言（是一种指令集的体系。这种指令集，称机器码，是电脑的CPU可直接解读的数据）而言，是一种面向用户的语言，是一种与自然语言相近并为计算机所接收和执行的计算机语言。常用的高级语言有：C,C++,Java等
3.编程模式
过程式编程模式：过程式编程模式是一种以过程为中心的编程思想。这些都是以什么正在发生为主要目标进行编程，不同于面向对象的是谁在受影响。与面向对象明显的不同就是封装、继承、类
面向对象编程模式：向对象程序设计作为一种新方法，其本质是以建立模型体现出来的抽象思维过程和面向对象的方法。模型是用来反映现实世界中事物特征的。任何一个模型都不可能反映客观事物的一切具体特征，只能对事物特征和变化规律的一种抽象，且在它所涉及的范围内更普遍、更集中、更深刻地描述客体的特征。通过建立模型而达到的抽象是人们对客体认识的深化
说明式编程模式：说明式编程模式依据逻辑推理的原则响应查询，他是在逻辑推理的基础上发展而来的
函数式编程模式：函数式编程是种编程典范，它将电脑运算视为函数的计算。函数编程语言最重要的基础是λ演算。而且λ演算的函数可以接受函数当作输入和输出
3.高级编程语言
简介：高级语言（High-level programming language）相对于机器语言（machine language）是一种指令集的体系。在这种语言下，其语法和结构更类似汉字或者普通英文，且由于远离对硬件的直接操作，使得一般人更容易学习。高级语言通常按其基本类型、代系、实现方式、应用范围等分类。
编译过程：
解释型:编译一条执行一条
编译型:(C/C++)
- 预编译:处理宏,进行宏展开
- 编译:编译程序
- 链接:加入各种外部资源和库链接出最终的目标代码
4.并行程序设计
为了提高计算机的运行速度和系统的处理能力，在总体设计和逻辑设计中广泛采用并行操作技术，使各部件并行工作，要求操作系统具有并发性及资源共享，于是采用了并行程序设计，它是能够同时执行2个以上运算或逻辑操作的程序设计技术
2.计算机中的数据
1.数据
数据的定义：是事实或观察的结果，是对客观事物的逻辑归纳，是用于表示客观事物的未经加工的原始素材。
数据就是所有能输入计算机并能被计算机程序处理的符号的总称，数字、文字、音频、图形、图像和视频等 统称为数据。
在计算机系统中，数据以二进制信息单元0,1的形式表示。
数据和信息的区别：通常来说，输入计算机的字母、数字等符号为数据，如果这些符号具有一定含义且能帮助人们完成某个动作或做出决策，那么就称它们为信息。
数据是供计算机处理的，信息是供用户使用的。
2.计算机常用的编码方式
ASCII码：用一个字节大小表示常用的字符，最开始ASCII码只表示128个字符，只需要7位表示，最高位统一用0表示。ASCII码编码方式通过大端方式对齐。
非ASCII码：不同国家，使用的字符不一致，仅仅128个字符不够使用，所以针对本国字符特点，使用了256个字符。
Unicode：统一编码，对于不同国家字符都能解析（汉字用两个字节表示）
UTF-8：作为Unicode一种实现方式，使用1-4个字节进行编码。UTF-8与ASCII码表示的二进制数完全一致。
其他：GB-2312、音频编码、图像编码等
3.数据结构
定义：是程序中数据的一种组织方式，目的是配合相应的算法编写出好的程序。
主要内容：逻辑结构、物理结构和对数据的基本操作（算法）
物理结构（存储结构）：
a)定义：数据元素及其关系（数据的逻辑结构）在计算机存储器中的存储形式，是逻辑结构用计算机语言的实现，它依赖于计算机语言。
b)内容:数据域、链域
c)存储方法：顺序存储结构、链式存储结构、索引存储结构
同一种逻辑结构可采用不同的存储方法
逻辑结构：
数据元素间抽象化的相互关系，与数据的存储无关，独立于计算机，它是从具体问题抽象出来的数学模型。
a)线性结构:集合、线性表、栈、队列、串
b)非线性结构：树、图等
但主要分为四种
算法：
是指解题方案的准确而完整的描述，是一系列解决问题的清晰指令，算法代表着用系统的方法描述解决问题的策略机制。
一个算法的优劣可以用空间复杂度与时间复杂度来衡量。
特性：输入、输出、有穷性、确定性、可行性
4.数据库
定义：数据库是“按照数据结构来组织、存储和管理数据的仓库”，是一个长期存储在计算机内的、有组织的、有共享的、统一管理的数据集合。
特点：数据结构化、数据共享性高、易扩充、数据独立性高、数据由数据库管理系统统一管理和控制
数库的体系结构：三级模式、二级映射
数据库模型：层次模型、网状模型、关系模型
关系的操作及结构化查询语言：插入、删除、显示、维护、打印、查找、选择、排序和更新等操作
数据库模型
数据库模型描述了在数据库中结构化和操纵数据的方法，模型的结构部分规定了数据如何被描述（例如树、表等）
a)概念模型
b)层次模型(物理模型、数学模型、结构模型)：层次模型是指用一颗“有向树”的数据结构来表示表示各类实体以及实体间的联系，树中每一个节点代表一个记录类型，树状结构表示实体型之间的联系。层次模型是最早用于商品数据库管理系统的数据模型。层次模型中从一个节点到其双亲的映射是惟一的，所以对每一个记录型（除根节点外）只需要指出它的双亲，就可以表示出层次模型的整体结构。
c)网状模型：用网络结构表示实体类型及其实体之间联系的模型。顾名思义，一个事物和另外的几个都有联系，这样构成一张网状图。
网状模型是一种可以灵活地描述事物及其之间关系的数据库模型。
d)关系模型：关系实际上就是关系模式在某一时刻的状态或内容。也就是说，关系模式是型，关系是它的值。关系模式是静态的、稳定的，而关系是动态的、随时间不断变化的，因为关系操作在不断地更新着数据库中的数据。
每一列中的分量是类型相同的数据； 列的顺序可以是任意的； 行的顺序可以是任意的；表中的分量是不可再分割的最小数据项，即表中不允许有子表； 表中的任意两行不能完全相同。
5.数据中心
定义：是在一个武理空间内实现数据集中处理、储存、传输、交换、管理的一整套复杂的设施。数据中心的主要目的是通过运行应用系统来处理组织的数据。
组成：核心计算机机房和其他支持空间
发展：随着数据中心应用的广泛化，人工智能、网络安全等也相继出现，更多的用户都被带到了网络和手机的应用中。随着计算机和数据量的增多，人们也可以通过不断学习积累提升自身的能力，是迈向信息化时代的重要标志。
6.计算机一应用的发展方向
高性能化
（1）高性能计算机的应用：计算密集型应用、数据密集型应用、通信密集型应用。
（2）未来高性能计算机：量子计算机、光子计算机、DNA计算机、纳米计算机。
网络化
（1）发展现状：电子不停车收费系统、电子银行、证券及期货交易、校园网、远程教育
（2）发展展望：网络化未来场景、泛在网络、泛在网与传感网、物联网的关系、泛在网的网络结构、泛在网络的关键技术
智能化
（1）发展现状：个人计算机、智能手机、还没有广泛普及的智能机器人、以及工业生产等。
（2）发展展望：智能地球的构想、智慧的电力、智慧的医疗、智慧的城市、智慧的交通、智慧的银行