《计算机原理》课件

计算机原理本课件将带您深入了解计算机原理，涵盖从计算机定义到人工智能的各个关键领域我们将探索计算机硬件组成、软件系统、算法和数据结构、操作系统、网络和互联网技术，以及数据库、大数据和人工智能等前沿领域计算机的定义和特点定义特点计算机是一种能够按照事先存储的程序自动、高速地处理数高速、高效、精确、自动化、通用性强、可扩展性好、存储据的现代电子设备它可以接收、存储、处理和输出数据，容量大、可靠性高并根据输入信息和程序进行计算、判断和决策计算机的发展历程第一代1946-19571电子管计算机，体积庞大，耗电量高，速度慢第二代1958-19642晶体管计算机，体积减小，速度提高，可靠性增强第三代1965-19713集成电路计算机，体积进一步缩小，速度更快，成本降低第四代至今1972-4大规模集成电路和超大规模集成电路计算机，体积微型化，速度极快，功能强大计算机的硬件组成1中央处理器CPU:计算机的控2存储器内存:用于存储正在运3输入设备:将外部信息输入到计制中心，负责执行指令、处理数行的程序和数据，分为主存储器算机中，例如键盘、鼠标、扫描据和辅助存储器仪4输出设备:将计算机处理的结果输出到外部，例如显示5存储设备:用于长期存储数据，例如硬盘、光盘、U盘器、打印机、音箱中央处理器CPU功能组成控制和执行计算机的所有操作，负责解释和执行程序指令，运算器执行算术运算和逻辑运算；控制器控制整个计算处理数据，控制数据流机系统的操作；寄存器用于暂时存储数据和指令存储器内存主存储器辅助存储器外存RAM用于存储正在运行的程序和数据，速度快，容量较小，断电用于长期保存数据，速度慢，容量大，断电后数据不丢失后数据丢失输入设备键盘用于输入文字、数字、符号等信息，是计算机最常用的输入设备鼠标用于控制光标的位置，进行选择、拖动、点击等操作扫描仪用于将纸质文档、图片等转换为数字图像，以便计算机处理麦克风用于将声音信号转换为数字信号，以便计算机录制和处理输出设备显示器打印机用于显示计算机处理的结果，是计算机最主要的输出设备用于将计算机处理的结果打印在纸张上音箱投影仪用于播放声音信号，例如音乐、语音等用于将计算机屏幕上的内容投影到更大的屏幕上，以便多人观看存储设备硬盘光盘盘U容量大，速度较快，是计算机中主要容量较小，速度较慢，用于存储数据容量较小，便于携带，用于存储数据的存储设备，用于保存操作系统、软，常见的有、、蓝光光盘，可以连接到计算机、手机等设备CD DVD件和数据计算机软件概述定义分类计算机软件是指计算机系统中所有非硬件的程序、数据和文系统软件、应用软件、支撑软件档的总称，它控制计算机硬件运行，实现特定的功能系统软件操作系统管理计算机资源，控制硬件运数据库管理系统用于创建、维护和管理网络操作系统用于管理网络资源，提供行，为用户提供界面，例如、数据库，例如、、网络服务，例如、Windows MySQLOracle SQLWindows Server、Linux macOSServer LinuxServer应用软件办公软件用于处理文浏览器用于访问互联游戏软件用于娱乐，字、表格、演示文稿等网，例如、例如《英雄联盟》、《Chrome，例如、王者荣耀》Microsoft FirefoxSafari、Office Office多媒体软件用于播放音乐、视频等，例如音乐、网易云音乐QQ编程语言1机器语言由0和1组成的2汇编语言使用助记符代指令，直接被计算机理解替机器语言，易于编写，执行，效率最高，但难度但仍与硬件架构相关大3高级语言使用接近自然语言的语法，易于学习和使用，可移植性好，例如、、、C C++Java Python算法概念定义作用算法是指解决特定问题的一系列步骤，它是一套清晰的指令指导计算机解决各种问题，提高效率，实现自动化，用于输入一些数据，并通过一系列计算或操作，最终得到期望的输出结果算法的基本特性输入输出确定性算法必须有零个或多个输入算法至少要有一个输出算法的每一步都必须是明确的，没有歧义有限性有效性算法的步骤必须是有限的，不能无限循环算法的每一步都必须是可以执行的，且在有限时间内可以完成算法的基本运算1算术运算加、减、乘、除、取2逻辑运算与、或、非、异或等3关系运算大于、小于、等于、模等不等于等4赋值运算将数据赋给变量5数据移动运算将数据从一个位置移动到另一个位置算法的时间复杂度定义表示方法算法的时间复杂度是指执行算法所需要的时间，通常用算法大表示法，例如、、O OnOn^2Olog n中基本运算次数来衡量，表示算法执行时间随输入数据规模变化的趋势数据结构概述定义分类数据结构是指数据在计算机中的组织方式，它描述数据之间线性结构、树形结构、图形结构的关系，为有效地存储和操作数据提供了一种框架线性结构线性表数据元素按线栈后进先出，队列先进先出LIFO FIFO性顺序排列，每个元素例如函数调用栈，例如排队等待有唯一的前驱和后继，例如数组、链表树形结构树一种非线性结构，由节点组二叉树每个节点最多有两个子成，每个节点可以有多个子节点节点，例如二叉搜索树，例如文件系统图形结构定义应用图形结构是由节点和边组成的非线性结构，节点表示数据元网络、地图、社交关系等素，边表示数据元素之间的关系操作系统概述定义功能操作系统是计算机系统中所有软件的基石，它负责管理和控进程管理、存储管理、文件管理、设备管理、安全与保护制计算机系统的所有资源，为应用程序提供运行环境进程管理定义主要任务进程管理是指操作系统管理进程的创建、撤销、挂起、激活进程创建、进程调度、进程同步、进程通信、同步和通信等活动，以确保多个进程能够安全、有效地共享系统资源存储管理定义主要任务存储管理是指操作系统管理计算机内存空间的分配、回收和内存分配、内存保护、内存回收、页面调入调出保护，以提高内存利用率，防止程序之间相互干扰文件管理定义主要任务文件管理是指操作系统管理计算机存储设备上的文件，提供文件存储、文件访问控制、文件备份和恢复创建、删除、打开、关闭、读写、查找等操作，以方便用户访问和管理文件设备管理定义主要任务设备管理是指操作系统管理计算机系统中所有硬件设备，提设备驱动程序的管理、设备分配和释放、设备访问控制、设供统一的接口，为应用程序提供访问设备的途径备故障处理安全与保护目的措施保护计算机系统资源不被非法访问和破坏，防止系统受到攻用户身份验证、访问控制、数据加密、防火墙、防病毒软件击和入侵，保证系统正常运行网络概述定义作用网络是指连接多台计算机，通过通信线路，使用通信协议，实现信息共享、资源共享、协同工作、远程控制等实现数据传输和资源共享的系统网络分类局域网覆盖范广域网覆盖范城域网覆盖范LAN:WAN:MAN:围较小，连接同一建筑围广，连接不同地区、围介于局域网和广域网物或同一区域内的计算不同国家甚至全球的计之间，连接同一城市内机算机的计算机网络协议定义作用网络协议是一组规则和约定，规定网络中数据传输的格式、实现不同网络设备之间的互操作性，保证数据传输的可靠性流程和方法，保证不同计算机之间能够相互通信和安全性网络拓扑结构总线型所有设备连接到一星型所有设备连接到一个环型所有设备连接成环，网状型每个设备都与其他条公共总线上，成本低，但中心设备，易于管理，但中数据在环上循环传播，可靠设备直接相连，可靠性高，可靠性差心设备故障会影响整个网络性高，但成本较高但成本最高树型一种层次结构，类似于树状结构，易于扩展，但管理较为复杂互联网概述定义特点互联网是一个全球性的计算机网络系统，它将世界各地的计全球性、开放性、互联互通性、信息丰富、应用广泛算机连接在一起，通过标准化的协议和技术，实现信息和资源共享因特网的发展19911969万维网问世，标志着互联网进入了一个新的发展WWW诞生，标志着互联网的起源阶段ARPANET123419832000年至今协议成为互联网标准，为互联网的迅速发展奠定互联网不断发展壮大，移动互联网、云计算、大数据、人TCP/IP了基础工智能等新技术不断涌现因特网的应用信息查询电子商务社交网络通过搜索引擎获取各种信息，例如在线购物、支付、物流等，例如淘与朋友家人保持联系，分享信息，新闻、天气、地图、百科宝、京东、亚马逊例如微信、微博、Facebook娱乐教育观看视频、听音乐、玩游戏等，例如优酷、腾讯视频、在线学习、远程教育、网络课程等，例如慕课平台网易云音乐网页设计基础定义主要元素网页设计是指使用、、等技术创建网结构；样式；交互HTML CSSJavaScript HTML:CSS:JavaScript:页，并通过合理的结构、美观的样式和交互的功能来呈现网页内容语言HTML定义主要标签超文本标记语言是一种用来描述网页结构的标记语、、、、、HTML言，通过标签来定义网页中的各种元素，例如标题、段落、图片、链接等、、•、等样式CSS定义主要属性层叠样式表是一种用来描述网页样式的语言，通过规、、、、、CSS font-family colorfont-size widthheight则来定义网页元素的字体、颜色、大小、位置、布局等、、等margin paddingbackground-color脚本JavaScript定义主要功能是一种脚本语言，用于为网页添加交互功能，例处理用户事件、操作元素、通信、定时器、动画JavaScript DOMAJAX如用户输入、动画效果、动态内容更新等效果等数据库概述定义作用数据库是指存储和管理数据的集合，它可以按一定结构组织实现数据的存储、管理、查询和共享，提高数据一致性和安数据，并提供查询、更新、插入、删除等操作全性，支持各种应用数据模型层次模型数据之间网状模型数据之间关系模型数据以二以树形结构组织，适以网状结构组织，适维表格的形式组织，合描述具有层次关系合描述复杂的数据关适合描述各种数据之的数据系间的关系，是目前最常用的数据模型关系数据库定义特点关系数据库是指基于关系模型的数据库，使用二维表格来存结构简单、易于理解、数据完整性高、易于扩展储和管理数据，表格中的每一行表示一条记录，每一列表示一个属性语言SQL定义主要语句结构化查询语言是一种用于访问和管理关系数据库的、、、、、SQL CREATESELECT UPDATEDELETE INSERT标准化语言，它提供了一套命令，用于创建、查询、更新、、等ALTER DROP删除数据，以及控制数据库访问权限等大数据概述定义特点大数据是指规模巨大、类型多样、处理速度快、价值密度低海量性、多样性、高速性、价值密度低的数据集合，它需要新的处理技术和分析方法才能提取有效信息大数据特点海量性数据量巨大，远远超过传统数据库的处理能力多样性数据类型多种多样，包括结构化数据、半结构化数据和非结构化数据高速性数据产生和更新速度快，需要实时处理和分析价值密度低有效信息隐藏在海量数据中，需要使用有效的技术和方法才能提取大数据处理技术分布式存快速、通用数据挖掘从海量数Hadoop:Spark:储和处理框架，用于的大数据处理引擎，据中提取有价值的信处理海量数据支持多种数据处理任息，例如关联规则、务聚类分析人工智能概述定义领域人工智能是指让计算机模拟人类智能，执行人类能够完成的机器学习、深度学习、自然语言处理、计算机视觉、机器人各种任务，例如学习、推理、决策、问题解决等等机器学习算法监督学习根据已知的无监督学习没有预先强化学习通过试错学训练数据进行学习，例定义的标签，需要从数习，获得最佳的行动策如分类、回归据中发现模式，例如聚略，例如游戏AI类分析深度学习技术定义应用深度学习是机器学习的一个分支，它使用多层神经网络来模图像识别、语音识别、自然语言处理、自动驾驶、医疗诊断拟人类大脑的学习过程，可以处理更复杂、更抽象的数据，等例如图像识别、语音识别。