《计算机科学基础》课件2

计算机科学基础课程概述课程目标学习内容考核方式12掌握计算机基础理论十大章节全面覆盖第一章计算机系统概述基本定义系统组成计算机的本质与特点硬件与软件系统计算机分类按规模与用途划分计算机的定义和发展历史计算机定义1能自动执行程序的电子设备第一代2电子管计算机第二代3晶体管计算机第三代4集成电路计算机第四代5大规模集成电路计算机计算机系统的组成硬件系统软件系统物理设备与电子部件各类程序与数据•输入设备•系统软件•输出设备•应用软件•存储器•程序语言•CPU冯诺依曼结构·存储程序程序存储在内存中1五大部件2运算、控制、存储、输入、输出二进制编码3所有数据用二进制表示计算机的分类超级计算机大型机微型计算机最高性能，科学计算企业级，高可靠性个人使用，价格适中嵌入式计算机特定功能，体积小第二章数据表示与存储数制转换二进制、八进制、十六进制数据表示定点数、浮点数编码方式、ASCII Unicode数据校验确保数据完整性数制与数制转换十进制二进制八进制十六进制000011112102210101012A15111117F定点数和浮点数定点数浮点数小数点位置固定科学计数法表示整数符号位••定点小数指数部分••尾数部分•数据的编码方式码1ASCII位编码，共个字符7128扩展2ASCII位编码，共个字符82563Unicode统一字符集，多语言支持4UTF-8可变长度编码，兼容ASCII数据的校验奇偶校验简单但检错能力有限校验和数据块加总检验循环冗余校验CRC多项式除法生成校验码哈希校验通过哈希函数生成摘要第三章计算机硬件基础中央处理器存储器1计算机的大脑数据临时与永久存储2总线系统输入输出设备4连接各部件的通道3人机交互接口中央处理器CPU控制单元指令解码与控制信号产生运算单元数学运算与逻辑运算寄存器组高速临时数据存储缓存加速数据访问存储器寄存器速度最快，容量最小1缓存2内部高速缓存CPU主存3，掉电丢失数据RAM辅存4硬盘、等，永久存储SSD输入输出设备输入设备输出设备•显示器打印机•键盘•音箱••鼠标•投影仪•扫描仪•摄像头总线数据总线传输数据信息地址总线传输地址信息控制总线传输控制信号第四章操作系统基础进程管理内存管理文件管理设备管理创建、调度、终止进程分配、回收、保护内存组织、存储、检索文件控制外部设备通信操作系统的概念与功能定义1管理计算机资源的系统软件资源管理2分配与调度硬件资源用户接口3提供人机交互界面应用支持4为应用程序提供服务进程管理就绪创建等待调度CPU2分配进程资源1运行占用执行CPU35终止阻塞释放进程资源4等待特定事件内存管理连续分配1首次适应、最佳适应分页管理2固定大小的页面分段管理3可变大小的段虚拟内存4扩展物理内存容量文件管理文件系统文件操作组织与管理文件的方式对文件的基本操作•FAT•创建•NTFS•读写•ext4•删除重命名•设备管理设备驱动程序操作系统与硬件接口中断处理响应设备请求缓冲区管理协调速度差异设备分配控制设备访问权限第五章计算机网络基础网络概述连接计算机的系统网络协议通信规则与标准网络结构物理与逻辑拓扑网络安全保护网络资源计算机网络概述定义1互联的计算机系统集合局域网2LAN小范围内的网络广域网3WAN跨地域的大型网络互联网4全球最大的网络系统网络协议七层模型协议族OSI TCP/IP•应用层•传输层•网际层•网络接口层•应用层•表示层•会话层•传输层•网络层•数据链路层•物理层网络拓扑结构不同拓扑结构各有优缺点，适用于不同场景地址与域名系统IP地址IPv4位，如

32192.

168.

0.1地址IPv6位，解决地址短缺128域名系统DNS名称到地址的转换IPURL统一资源定位符网络安全病毒与恶意软件1破坏系统运行网络攻击

2、中间人攻击DDoS数据加密3保护数据机密性防火墙4过滤不安全流量入侵检测5监控可疑活动第六章程序设计基础编程语言算法数据类型函数人机交流的工具解决问题的步骤不同数据的表示模块化程序单元程序设计语言概述机器语言1二进制代码，直接执行汇编语言2符号化指令，需汇编高级语言3接近自然语言，需转换算法基础算法概念正确性有限性123解决问题的步骤序列能得到正确结果在有限步骤内结束可行性确定性45能够被执行每步操作明确数据类型与变量基本数据类型复合数据类型语言内置类型由基本类型组合而成•整数•数组•浮点数•结构体字符类•••布尔•指针控制结构顺序结构按语句顺序执行选择结构if-else,switch-case循环结构for,while,do-while函数与模块化程序设计函数定义声明函数头和函数体函数调用传参并执行函数体值传递传递参数的副本引用传递传递参数的引用第七章数据结构基础数据结构是数据组织、管理和存储的方式，影响算法效率数组一维数组二维数组多维数组线性排列的同类元素表格形式的数据结构三维或更高维度排列链表单链表双链表循环链表每个节点存一个后继指针每个节点存前驱和后继指针尾节点指向头节点栈与队列栈队列后进先出LIFO先进先出FIFO•入栈push•入队enqueue•出栈pop•出队dequeue•栈顶top•队头front•队尾rear树二叉树1每个节点最多两个子节点二叉搜索树2左子树值小于节点，右子树值大于节点平衡树3保持树的高度平衡遍历方式4前序、中序、后序、层序图表示方法图的遍历最短路径最小生成树邻接矩阵、邻接表广度优先搜索、深度优先搜索算法、算法算法、算法Dijkstra FloydPrim Kruskal第八章数据库基础数据库设计语言SQL规划数据库结构关系模型操作数据库的标准语言数据库概念表格形式组织数据组织存储数据的系统数据库系统概述数据库数据库管理系统DBMS相关数据的集合管理数据库的软件数据库系统数据库、及应用的整体DBMS关系型数据库关系模型基础SQL数据以表格形式存储结构化查询语言表•Table•SELECT行•Row•INSERT列•Column•UPDATE•主键Primary Key•DELETE•CREATE•DROP数据库设计图范式理论模式设计ER实体关系图，描述数据模型减少数据冗余的规则数据库逻辑结构的设计数据库事务原子性一致性Atomicity Consistency全部执行或全部不执行12事务前后数据完整持久性隔离性Durability Isolation43事务完成后永久生效事务之间互不干扰数据库安全访问控制数据加密12用户权限管理敏感数据保护备份与恢复审计跟踪34防止数据丢失记录数据库操作第九章软件工程基础需求分析1确定系统目标和功能设计2系统结构和接口设计编码3实现功能的程序代码测试4验证程序正确性维护5修复和改进已发布软件软件工程概述软件工程定义软件危机应用工程化方法开发软件软件开发中的各种问题软件生命周期从概念到淘汰的全过程需求分析需求获取收集客户需求信息需求分析理解并精确化需求需求规格说明书正式文档化需求需求验证确认需求的完整性软件设计结构化设计面向对象设计自顶向下分解功能以对象为中心的设计软件测试单元测试1测试单个模块功能集成测试2测试模块间接口系统测试3测试整个系统功能验收测试4用户确认系统满足需求软件维护纠错性维护适应性维护1修复系统缺陷适应环境变化2预防性维护完善性维护4提高未来可维护性3增强现有功能第十章人工智能与机器学习导论人工智能机器学习神经网络模拟人类智能的系统从数据中学习的算法模拟大脑结构的模型计算机视觉理解图像内容的技术人工智能概述人工智能定义1使机器具有类人思维的科学弱人工智能2专注特定领域任务强人工智能3具有通用智能能力应用领域4医疗、金融、交通等机器学习基础监督学习无监督学习强化学习有标签数据训练模型无标签数据发现模式通过奖惩机制学习神经网络与深度学习神经元基本计算单元感知机最简单的神经网络多层网络多层神经元结构深度学习多层次特征学习自然语言处理文本分类情感分析12对文本进行分类标记识别文本情感倾向机器翻译文本生成34不同语言间的转换自动产生有意义文本计算机视觉图像处理图像增强与变换图像识别识别图像中的对象目标检测定位并分类多个对象场景理解解释图像整体含义课程总结知识应用解决实际问题1技能提升2编程与系统设计理论基础3计算机科学核心概念通过系统学习，全面掌握计算机科学基础知识，为后续深入学习打下坚实基础。