計算機科學(xué)導(dǎo)論 課件 第1-3章 計算與計算機、邏輯思維、數(shù)據(jù)思維

第1章計算與計算機本章目錄

計算機的概念01計算與計算工具02計算思維（自學(xué)）0301計算機的概念計算機是20世紀(jì)最先進的科學(xué)技術(shù)發(fā)明之一，其應(yīng)用領(lǐng)域從最初的軍事科研應(yīng)用擴展到社會的各個領(lǐng)域，業(yè)已成為信息社會中必不可少的工具。一、計算機的應(yīng)用01計算機的概念Computersareeverywhere！第一節(jié)計算機的概念

計算機是一種能夠按照事先存儲的程序，自動地、高速地、精確地進行大量數(shù)值計算，具有記憶（存儲）能力、邏輯判斷能力以及數(shù)字化信息處理能力的現(xiàn)代化智能電子設(shè)備。二、什么是計算機01計算機的概念第一節(jié)計算機的概念輸入：一個實數(shù)C例如：9輸出：例如：3中央處理器CPU存儲器內(nèi)存硬件軟件C=input()B=do_sqrt(C)print(B)軟件描述了用戶的需求，硬件則實現(xiàn)了用戶的需求01計算機的概念操作系統(tǒng)（OS）第一節(jié)計算機的概念02計算與計算工具一、什么是計算計算3+2=5計算規(guī)則及其簡化計算方法，便于人應(yīng)用規(guī)則進行計算，獲得計算結(jié)果。自動計算要解決的幾個問題:表示-存儲-執(zhí)行“數(shù)據(jù)”的表示“計算規(guī)則”的表示：程序數(shù)據(jù)與計算規(guī)則的“自動存儲”計算規(guī)則的“自動執(zhí)行”自動計算是指計算過程不再依賴人類的大腦，而是按照某種步驟和程序機械地、自動地完成計算，并獲得計算結(jié)果第一節(jié)計算機的概念02計算與計算工具二、計算工具手工計算工具機械計算機機電計算機電子計算機原始計數(shù)法算籌算盤第一節(jié)計算機的概念02計算與計算工具手工計算工具原始計數(shù)法結(jié)繩計數(shù)事大，大其繩；事小，小其繩；結(jié)之多少，隨物眾寡。第一節(jié)計算機的概念02計算與計算工具算籌算籌始于商周時代，并在古代軍事中發(fā)揮著巨大的作用《漢書·張良傳》

“運籌策帷幄中，決勝千里之外”手工計算工具我國古代數(shù)學(xué)家利用算籌創(chuàng)造了璀璨的數(shù)學(xué)成果祖沖之3.1415926~3.1415927之間比西方早了近一千年圓周率之父秦九韶算法天文歷法第一節(jié)計算機的概念02計算與計算工具算盤中國計算機之稱手工計算工具第二節(jié)數(shù)制及轉(zhuǎn)換01巴貝奇現(xiàn)代計算機：一般程序--任意可變的計算規(guī)則Pascal機械計算機:第一臺機械計算機-能夠自動完成計算Babbage分析機:特定程序--可有限變化的計算規(guī)則萊布尼茨機械計算機:自動計算--固定的計算規(guī)則1642年1673年1833年計算與計算工具第二節(jié)數(shù)制及轉(zhuǎn)換01超大規(guī)模集成電路(VLSI)電子管:可自動控制0和1變化的元件集成電路:可自動實現(xiàn)一定變換的元件晶體管：可自動控制0和1變化的元件電子管計算機ENIAC,1946年,17468只電子管人類第一只電子管(真空二極管),1895人類第一只晶體管(點接觸晶體管),1947第一臺晶體管計算機TRADIC，1953集成電路的發(fā)明,1959第三代計算機IBM360,1964第四代計算機—個人計算機,1981VLSI出現(xiàn),1974計算與計算工具第一節(jié)計算機的概念01計算與計算工具1958年1959年1960年1964年1965年第一臺電子計算機誕生：八一型數(shù)字電子計算機。該機在738廠小批量生產(chǎn)，改名為103型計算機(即DJS-1型)，共生產(chǎn)了38臺。中國計算機發(fā)展第一臺大型通用電子計算機(104機)的研制完成夏培肅院士領(lǐng)導(dǎo)的科研小組首次自行設(shè)計并研制成功一臺小型通用電子計算機，即107機第一臺自行設(shè)計的大型通用數(shù)字電子管計算機119機研制成功，平均浮點運算速度達到5萬次/秒成功研制了第一臺大型晶體管計算機(109乙機，共用2萬多支晶體管，3萬多支二極管)，隨后對109乙機加以改進，兩年后又推出109丙機，在我國兩彈試驗中發(fā)揮了重要作用，被用戶譽為“功勛機”。第一節(jié)計算機的概念02計算與計算工具1983年1983年1983年1992年1993年中國科學(xué)院計算所完成我國第一臺大型向量機（757機）計算速度達到1000萬次/s。國防科技大學(xué)研制的銀河-Ⅰ億次巨型計算機，是我國高速計算機研制的一個重要里程碑，它標(biāo)志著我國十年動亂時期與國外拉大的距離又縮小到7年左右(銀河-Ⅰ的參考機克雷-Ⅰ于1976年推出)。國防科技大學(xué)成功研制了銀河-Ⅱ通用并行巨型機，總體上達到80年代中后期國際先進水平電子部六所研制成功與IBMPC機兼容的DJS-0520微機。國家智能計算機研究開發(fā)中心成功研制曙光一號全對稱共享存儲多處理機。第一節(jié)計算機的概念02計算與計算工具1995年1997-1999年2000年2011年2013年中心又推出了中國第一臺具有大規(guī)模并行處理機(MPP)結(jié)構(gòu)的并行機曙光1000(含36個處理機)1997年國防科技大學(xué)成功研制銀河-Ⅲ百億次并行巨型計算機系統(tǒng)，系統(tǒng)綜合技術(shù)指標(biāo)達到90年代中期國際先進水平。國家智能計算機研究開發(fā)中心與曙光公司于1997-1999年先后在市場上推出具有機群結(jié)構(gòu)的曙光1000A、曙光2000-Ⅰ、曙光2000-Ⅱ超級服務(wù)器推出浮點運算速度為3000億次/秒的曙光3000超級服務(wù)器推出浮點運算速度為1271萬億次/秒的曙光6000超級服務(wù)器。天河二號第四十一屆世界大型超級計算機TOP500排行榜的第一名第一節(jié)計算機的概念03計算思維我們使用的工具影響著我們的思維方式和思維習(xí)慣，從而也將深刻地影響著我們的思維能力。計算思維是數(shù)字化計算時代的產(chǎn)物，成為這個時代每個人都具備的一種基本能力。艾茲格·迪科斯徹EdsgerWybeDijkstra著名計算機科學(xué)家1972年圖靈獎獲得者計算思維是運用計算機科學(xué)的基礎(chǔ)概念求解問題、設(shè)計系統(tǒng)以及理解人類行為，它涵蓋計算機科學(xué)領(lǐng)域的一系列思維活動。周以真本部分自學(xué)！第一節(jié)計算機的概念總結(jié)

計算無所不在，古有運籌帷幄，決勝于千里之外，今有春風(fēng)化雨，潛入千家萬戶，計算文明的發(fā)展，計算工具的迭代，計算環(huán)境的演變，計算機的發(fā)展業(yè)已成為社會發(fā)展的標(biāo)志。人類運用計算工具不斷影響、改變著人類社會形態(tài)、思維方式。計算思維的本質(zhì)是抽象和自動化，這不僅是數(shù)字化時代實施自動計算的產(chǎn)物，也是這個時代的人們必備信息素養(yǎng)和能力。謝謝！第2章邏輯思維數(shù)據(jù)表示03數(shù)制及轉(zhuǎn)換01數(shù)據(jù)存儲與運算02本章目錄圖靈機模型0401數(shù)制及轉(zhuǎn)換

數(shù)制是用一組固定的數(shù)碼和一套統(tǒng)一的規(guī)則來表示數(shù)值的方法。

日常生活中通常用十進制來計數(shù)。計算機內(nèi)部，一切信息的存取、處理和傳輸均采用二進制計數(shù)。

一、為什么選擇二進制01數(shù)制及轉(zhuǎn)換實現(xiàn)簡單、工作可靠

具有兩種穩(wěn)定狀態(tài)的器件容易找運算規(guī)則簡單。3個運算規(guī)則邏輯操作簡單

對象是真和假，兩種狀態(tài)與之對應(yīng)計算機中用二進制優(yōu)勢在計算機的世界里，沒有文字、沒有電影、沒有音樂，只有無數(shù)個0和1！01數(shù)制及轉(zhuǎn)換

10100101第二節(jié)數(shù)制及轉(zhuǎn)換二進制八進制十進制十六進制數(shù)碼0,10~70~90~9，A~F基數(shù)281016位權(quán)2n8n10n16n進位原則逢2進1逢8進1逢10進1逢16進1借位原則借1當(dāng)2借1當(dāng)8借1當(dāng)10借1當(dāng)16表示方法(101)2

101B(17)8

17O(45)1045D(1A)16

1AH二、數(shù)制轉(zhuǎn)換D(Decimal)B(Binary)O(Octonary)H(Hexadecimal)01數(shù)制及轉(zhuǎn)換第二節(jié)數(shù)制及轉(zhuǎn)換按權(quán)展開式：每位上的數(shù)碼乘以對應(yīng)位權(quán)之和305.56的按權(quán)展開式：

305.56=3×102+0×101+5×100+5×10-1+6×10-201數(shù)制及轉(zhuǎn)換N=an-1×rn-1＋an-2×rn-2＋…＋a0×r0＋a-1×r-1＋…＋a-m×r-mR進制數(shù)N展開式可表示為：第二節(jié)數(shù)制及轉(zhuǎn)換

101.01B

=1×22+0×21+1×20+0×2-1+1×2-2=5.25D（1）二進制/八進制/十六進制轉(zhuǎn)十進制101.01B按權(quán)展開式01數(shù)制及轉(zhuǎn)換【例】將101.01B轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)第二節(jié)數(shù)制及轉(zhuǎn)換整數(shù)部分:除基取余逆排列

小數(shù)部分:乘基取整順排列01數(shù)制及轉(zhuǎn)換(2)十進制轉(zhuǎn)二進制/八進制/十六進制【例】將26.25D轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)第二節(jié)數(shù)制及轉(zhuǎn)換(3)二進制與八進制、十六進制轉(zhuǎn)換01數(shù)制及轉(zhuǎn)換三位一并法（八進制），四位一并法（十六進制）二進制轉(zhuǎn)換為八/十六進制：從小數(shù)點開始分別向左（整數(shù)）和向右（小數(shù)）劃分?jǐn)?shù)位，每隔3位/4位一組，最后一組若不足3位/4位則補0,再將每組二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為八/十六進制數(shù)。八/十六進制轉(zhuǎn)換為二進制：將每1位八/十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換為3位/4位二進制數(shù)按次序?qū)懗觥?0110101.10111100010110101.101100（265.54）8（35.BC）16第二節(jié)數(shù)制及轉(zhuǎn)換十進制、十六進制、八進制與二進制之間的對應(yīng)關(guān)系01數(shù)制及轉(zhuǎn)換第二節(jié)數(shù)制及轉(zhuǎn)換各種進制之間的轉(zhuǎn)換方法總結(jié)01數(shù)制及轉(zhuǎn)換02數(shù)據(jù)存儲與運算位（bit）比特：1或者0，是二進制信息組成、處理、存儲、傳輸?shù)淖钚?shù)據(jù)單位。字節(jié)（Byte）：1Byte=8bits，信息存儲的基本單位。字（Word）：計算機在同一時間內(nèi)處理的一組二進制數(shù)，字由若干字節(jié)構(gòu)成，字的位數(shù)稱為字長。如8bits、16bits、32bits、64bits等。字長是計算機進行數(shù)據(jù)處理和運算的單位。（1）數(shù)據(jù)存儲單位一、數(shù)據(jù)存儲02數(shù)據(jù)存儲與運算計算機存儲容量的常用表示單位第三節(jié)計算機中的數(shù)據(jù)表示（2）大端和小端存儲內(nèi)存：以字節(jié)Byte為單位，每個字節(jié)有唯一的地址，就可方便地存取數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)存放：不同的數(shù)據(jù)類型占據(jù)的字節(jié)數(shù)不同。02數(shù)據(jù)存儲與運算intn=100；//占4個字節(jié)doublex=3.56；//占8個字節(jié)第三節(jié)計算機中的數(shù)據(jù)表示02數(shù)據(jù)存儲與運算大端存儲小端存儲inta=0x11223344較高的有效字節(jié)存放在較低的存儲器地址，較低的有效字節(jié)存放在較高的存儲器地址，稱為大端存儲較高的有效字節(jié)存放在較高的存儲器地址，較低的有效字節(jié)存放在較低的存儲器地址，稱為大端存儲第三節(jié)計算機中的數(shù)據(jù)表示02數(shù)據(jù)存儲與運算二、算術(shù)運算第三節(jié)計算機中的數(shù)據(jù)表示02數(shù)據(jù)存儲與運算三、邏輯運算（1）與運算第三節(jié)計算機中的數(shù)據(jù)表示02數(shù)據(jù)存儲與運算（2）或運算第三節(jié)計算機中的數(shù)據(jù)表示02數(shù)據(jù)存儲與運算（3）非運算第三節(jié)計算機中的數(shù)據(jù)表示02數(shù)據(jù)存儲與運算（4）異或運算02性質(zhì)x∨0

=x,x∨1=1,x∧0

=0,x∧1=xx∨?x=1,x∧?x=0

x∧y=y∧x,x∨y=y∨x

(x∧y)∧z=x∧(y

∧z)(x∨y)∨z=x∨(y

∨z)(x∧y)∨z=(x∨z)∧(y∨z)(x∨y)∧z=(x∧z)∨(y∧z)?(x∨y)=?x∧?y?(x∧y)=?x∨?yx→y=?x∨yx⊕y=(?x∧y)∨(x∧?y)(結(jié)合律)(分配律)(DeMorgan律)(0-1律)(交換律)(互補律)數(shù)據(jù)存儲與運算02從實際問題到邏輯函數(shù)

舉重比賽時有A、B、C三個裁判，在兩名以上或兩名以上裁判判決成功時，才能最終判決運動員舉重成功。請分析判決結(jié)果Y與三名裁判A、B、C的判斷的邏輯關(guān)系。解：（1）根據(jù)裁判判決與最終結(jié)果的關(guān)系寫出真值表裁判判決成功為1，不成功為0最終結(jié)果成立為1，不成立為0列出真值表數(shù)據(jù)存儲與運算02

由真值表寫出邏輯函數(shù)表達式，先選定輸出結(jié)果為1的項，順序?qū)懗鲚斎胱兞?，如果對?yīng)為1則為原變量，對應(yīng)為0則為反變量。再將這些項相或。

（2）根據(jù)上面的真值表寫出函數(shù)表達式數(shù)據(jù)存儲與運算03數(shù)據(jù)表示第三節(jié)計算機中的數(shù)據(jù)表示03數(shù)據(jù)表示第三節(jié)計算機中的數(shù)據(jù)表示一、數(shù)值數(shù)據(jù)的表示符號位S11101100最高位符號位，“0”表示正，“1”表示負數(shù)，其余位為數(shù)值位。-108解決符號問題：問題：數(shù)值在計算機中二進制形式存放，則正負符號、小數(shù)點如何表示？03數(shù)據(jù)表示機器數(shù)是指數(shù)在計算機中的表示形式。在計算機中只有機器數(shù)，不存在數(shù)的真值。

兩個數(shù)N1和N2的真值分別為：N1＝＋1101010N2＝－1011100所對應(yīng)的機器數(shù)分別為：N1：01101010N2：11011100第三節(jié)計算機中的數(shù)據(jù)表示03數(shù)據(jù)表示有符號數(shù)無符號數(shù)無符號機器數(shù)的表示范圍：0

X<28，即0~255（00000000）2

（11111111）2

數(shù)的符號用0和1表達，0表“+”號，1表“-”號（00000000）2

（01111111）2

（10000000）2

（11111111）2

8位機器字長無符號機器數(shù)的表示范圍：-27<X<27，即-127~127第三節(jié)計算機中的數(shù)據(jù)表示求：-5+4？問題：若符號位參加運算，結(jié)果錯；若考慮符號位，則運算變得復(fù)雜；怎么解決？引入數(shù)的編碼二進制數(shù)值數(shù)據(jù)在計算機中有原碼、反碼和補碼3種表示方法。03數(shù)據(jù)表示第三節(jié)計算機中的數(shù)據(jù)表示

123（10）的原碼表示是：

01111011-123（10）的原碼表示是：

111110110有兩種原碼表示：0000000010000000原碼表示03字長為8bit一個正數(shù)的反碼與其原碼相同；一個負數(shù)的反碼：對其原碼的數(shù)值位按位變反（1→0、0→1）。 (123)（反）=(123)（原）=01111011 (-123)（反）=10000100

(11111011→10000100)反碼表示0有兩種反碼表示：00000000111111111數(shù)據(jù)表示第三節(jié)計算機中的數(shù)據(jù)表示9999999里程表補碼表示當(dāng)字長為8bit，則(123)

10=(01111011)

2要得到(-123)

10,求一個二進制數(shù)c：

c+01111011=0000000這樣的c就是|(-123)

10|的二進制表示：

10000101

10000101+）01111011

00000000進位被丟棄03再行進1公里0

0

0

0

0

0

0當(dāng)限制了數(shù)據(jù)的表示長度時，要得到與正數(shù)對應(yīng)的負數(shù)表示，可以認為：要得到的負數(shù)加上對應(yīng)的正數(shù)之后等于0，稱之為求補。數(shù)據(jù)表示第三節(jié)計算機中的數(shù)據(jù)表示負數(shù)補碼對其原碼數(shù)值位按位變反后加1原碼表示是：10011010按位變反后：11100101加1后得到補碼：11100110一個正數(shù)的補碼表示與它的原碼表示相同0只有一種補碼表示：00000000補碼表示

在計算機系統(tǒng)中，數(shù)值用補碼來表示。

03求：-5+4？

11111011+）00000100

11111111補碼再求補即為原碼數(shù)據(jù)表示第三節(jié)計算機中的數(shù)據(jù)表示小結(jié)03數(shù)據(jù)表示正數(shù)負數(shù)范圍正0負0原碼0數(shù)值1絕對值-(２ｎ-１-１）~+(２ｎ-１–

１)0000000010000000反碼0數(shù)值1按位取反-(２ｎ-１-１)~+(２ｎ-１-１)0000000011111111補碼0數(shù)值1按位取反+1-(２ｎ-１)~+(２ｎ-１-１)0000000000000000解決小數(shù)點問題：第三節(jié)計算機中的數(shù)據(jù)表示小數(shù)點表示定點浮點03數(shù)據(jù)表示+11110101.0100011110101.01000111101010100小數(shù)點默認在此位置(無需用符號表示)，機器中全部是小數(shù)小數(shù)點默認在此位置(無需用符號表示)，機器中全部是整數(shù)(+245.25)100111101010100解決小數(shù)點問題：第三節(jié)計算機中的數(shù)據(jù)表示小數(shù)點表示定點浮點實數(shù)可以表示成：一個純小數(shù)和一個乘冪之積形式。

(+245.25)10=0.24525×10303數(shù)據(jù)表示小數(shù)點位置變化的數(shù)稱為浮點數(shù)+11110101.0100011110101.010000.111101010100×

2+800.111101010100×

201000N=S.M×2E解決小數(shù)點問題：第三節(jié)計算機中的數(shù)據(jù)表示小數(shù)點表示定點浮點實數(shù)可以表示成：一個純小數(shù)和一個乘冪之積形式。

(+245.25)10=0.24525×103數(shù)符S階碼E尾數(shù)M

階碼的位數(shù)決定數(shù)的范圍03數(shù)據(jù)表示小數(shù)點位置變化的數(shù)稱為浮點數(shù)+11110101.0100011110101.010000.111101010100×

2+800.111101010100×

2010000010000111101010100N=S.M×2E尾數(shù)的位數(shù)決定數(shù)的精度第三節(jié)計算機中的數(shù)據(jù)表示03數(shù)據(jù)表示S階碼尾數(shù)8bits23bits1bitS階碼尾數(shù)11bits52bits1bit浮點數(shù)的精度是否還能提高？單精度：32bits雙精度：64bits-0.11101

2-1001

能否去掉指數(shù)的符號0-127+1270+127+254帶正負號的指數(shù)不帶正負號的指數(shù)指數(shù)平移：-127~127→0~254，

避免指數(shù)符號與整個數(shù)符號的混淆能否可多表示1尾數(shù)第三節(jié)計算機中的數(shù)據(jù)表示02計算機中的數(shù)據(jù)表示浮點數(shù)的精度是否還能提高？-0.11101

2-1001

能否可多表示1尾數(shù)

-1.1101×2-1010

101110101加(27-10)后得到默認存在，但不存儲(-127)10-01111111(-0,+0)1000000000(+127)10+01111111+127(0)1000000000(127)1001111111(254)1011111110(-10)10-00001010(117)+01110101S階碼尾數(shù)8bits23bits1bit11010000000000000000000IEEE754標(biāo)準(zhǔn)

于1985建立

之前由每個計算機制造商設(shè)計自己的規(guī)則

支持所有主流的CPU第三節(jié)計算機中的數(shù)據(jù)表示二、字符表示符號和英文字母編碼標(biāo)準(zhǔn)：

ASCII碼、Unicode碼等03數(shù)據(jù)表示ASCII碼(AmericanStandardCodeforInformationInterchange，信息交換美國標(biāo)準(zhǔn)碼)ASCII碼可表示10個數(shù)字，26個小寫字母，26個大寫字母，以及各種運算符號和標(biāo)點符號。常規(guī)ASCII碼（8bits）:最高位為0，其他7位表示128種符號和字母。擴展ASCII碼（8bits）:8位表示256種符號和字母，其中前128種與常規(guī)ASCII碼相同。0b6b5b4b3b2b1b0擴展ASCII標(biāo)準(zhǔn)兩個主要障礙：（1）不足以容納許多亞洲語言和一些東歐語言的字母表。（2）無法支持包含不同語種的語言文本的文檔。Unicode為每種語言中的每個字符設(shè)定了統(tǒng)一并且唯一的二進制編碼，以滿足跨語言、跨平臺進行文本轉(zhuǎn)換、處理的要求。國際組織制定的Unicode標(biāo)準(zhǔn)，采用兩個字節(jié)來表示一個數(shù)字、字母、符號或文字，并為中文、日文等都分配了相應(yīng)的碼段（碼值連續(xù)的區(qū)間），以實現(xiàn)各種文字的國際交流。第三節(jié)計算機中的數(shù)據(jù)表示Unicode碼03數(shù)據(jù)表示第三節(jié)計算機中的數(shù)據(jù)表示三、漢字表示03“大”da10110100111101110000001100000000000000110000000000000011000000000000001100000100111111111111111100000011000000000000001100000000000000110000000000000011000000000000001110000000000001100100000000001100001000000001100000110000000100000001100000100000000011101100000000000100計算機內(nèi)部由外到內(nèi)由內(nèi)到外2個字節(jié)表示一個漢字大漢字內(nèi)碼漢字輸入碼漢字字形碼0011010001110111國標(biāo)碼1011010011110111機內(nèi)碼計算機內(nèi)部對漢字進行存儲、處理的漢字代碼。用兩個字節(jié)表示，每個字節(jié)的最高位都是1國標(biāo)碼+8080H

=漢字內(nèi)碼數(shù)據(jù)表示數(shù)字碼（區(qū)位碼和電報碼）音碼（全拼和雙拼）形碼（五筆字型）音形碼（智能ABC）所有字形編碼的集合稱為字庫點陣:

1代表亮、0代表不亮。

矢量：每個字形通過數(shù)學(xué)曲線描述。第三節(jié)計算機中的數(shù)據(jù)表示四、音頻表示用計算機對音頻信息處理，就要將模擬信號（如語音、音樂等）轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。模擬信號采樣量化編碼數(shù)字信號時間離散幅值連續(xù)3.0129623….136731507703數(shù)據(jù)表示每秒鐘存儲聲音容量的公式為：

采樣頻率×采樣精度×聲道數(shù)/8=字節(jié)數(shù)第三節(jié)計算機中的數(shù)據(jù)表示分辨率（行、列）和顏色深度采樣：用多少個像素點的“列數(shù)×行數(shù)”表示，分辨率越高，圖像越清晰，存儲量也越大。

圖像采樣量化數(shù)字圖像03數(shù)據(jù)表示五、圖形圖像表示指單位長度內(nèi)包含像素點的數(shù)量；分辨率單位：dpi（點/英寸）等。第三節(jié)計算機中的數(shù)據(jù)表示①黑白圖

圖像的顏色深度為1，則用一個二進制位1和0表示純白、純黑兩種情況；②灰度圖

圖像的顏色深度為8，占一個字節(jié)，灰度級別為256級。通過調(diào)整黑白兩色的程度（稱顏色灰度）來有效地顯示單色圖像；③RGB24位真彩色由紅、綠、藍三基色通過不同的強度混合而成，當(dāng)強度分成256級（值為0～255），每個像素點占3個字節(jié)24位，就構(gòu)成了224=16777216種顏色的“真彩色”圖像。03數(shù)據(jù)表示量化：量化是在圖像離散化后，將表示圖像色彩濃淡的連續(xù)變化值化為整數(shù)值的過程。把量化時所確定的整數(shù)值取值個數(shù)稱為量化級數(shù),也稱為顏色深度.第三節(jié)計算機中的數(shù)據(jù)表示第三節(jié)計算機中的數(shù)據(jù)表示03數(shù)據(jù)表示一個像素的位數(shù)越多，顏色深度越深，表達的顏色數(shù)目就越多，所占用的存儲空間越大。相反，如果顏色深度太小，圖像讓人覺得粗糙和很不自然。圖像的分辨率和像素位的顏色深度決定了圖像文件的大小，計算公式為：

列數(shù)×行數(shù)×顏色深度÷8=圖像字節(jié)數(shù)視頻是將一幅幅獨立圖像組成的序列按照一定的速率連續(xù)播放，利用視覺暫留現(xiàn)象在人的眼前呈現(xiàn)出連續(xù)運動的畫面。模擬視頻常用兩種標(biāo)準(zhǔn)：NTSC制式(30幀/秒，525行/幀)PAL制式（25幀/秒，625行/幀），我國采用PAL制式。640×480×3×30×60=1658880000字節(jié)分辨率幀/秒采樣深度時間第三節(jié)計算機中的數(shù)據(jù)表示六、視頻表示容量=列數(shù)×行數(shù)×像素的顏色深度/8×幀/秒=字節(jié)數(shù)真彩色03數(shù)據(jù)表示04圖靈機模型04圖靈機模型蘋果之父：史蒂夫·喬布斯TuringAward一、圖靈及貢獻圖靈是誰？他做了什么？為什么要以他的名字命名？模仿游戲了解圖靈的一生04圖靈機模型1966年開始，美國計算機學(xué)會(AssociationforComputingMachinery—ACM)每年頒發(fā)“圖靈獎”(TuringAward)給世界上最優(yōu)秀的計算機科學(xué)家1912年6月，生于倫敦，中學(xué)期間獲國王愛德華六世數(shù)學(xué)金盾獎?wù)?935年，當(dāng)選劍橋大學(xué)國王學(xué)院院士1937年，發(fā)表論文-論數(shù)字計算在決斷難題中的應(yīng)用，提出圖靈機，1938年，美國普林斯頓大學(xué)獲博士學(xué)位1938-1945年二戰(zhàn)期間，密碼破譯工作1946年，獲不列顛帝國勛章1950年，發(fā)表論文-機器能思考嗎，提出“圖靈測試”.

(開啟了人工智能的研究)1951年，當(dāng)選英國皇家學(xué)會會員(家族中第四位皇家學(xué)會會員)1954年，逝世04圖靈機模型圖靈的貢獻

圖靈機模型：解決了可計算問題

計算機的理論問題圖靈測試：回答什么機器具有智能人工智能的理論基礎(chǔ)計算機科學(xué)之父人工智能之父1937年，圖靈發(fā)表著名論文《論可計算在判定問題中的應(yīng)用》提出理想的計算機的數(shù)學(xué)模型---圖靈機（TuringMachine）1950年，圖靈發(fā)表了論文“計算機和智能”(ComputingMachineryandIntelligence)—“圖靈測試”(TuringTest)。04圖靈機模型計算機中的問題

可計算：不可計算：如漢諾塔問題

設(shè)函數(shù)的定義域為D,值域為R,如果存在一種算法，對D中任意給定的x，都能計算出f(x),則稱函數(shù)f是可計算的。三、圖靈機研究思路：為計算建立一個數(shù)學(xué)模型，稱之為計算模型。計算模型能夠完成的任務(wù)就是可計算任務(wù)，也就是可計算問題。04圖靈機模型圖靈機由圖靈提出的一種抽象計算模型，即將人們使用紙筆進行數(shù)學(xué)運算的過程進行抽象，由一個虛擬的機器替代人們進行數(shù)學(xué)運算。

圖靈機模型是計算機科學(xué)最核心的理論之一，它不僅指導(dǎo)了現(xiàn)代電子計算機的設(shè)計，為計算機設(shè)計指明了方向，并且是算法分析和程序語言設(shè)計的基礎(chǔ)理論。http://.04圖靈機模型1、圖靈機的構(gòu)成無限長的紙帶（tape，存儲帶）紙帶被劃分為若干小格子，每個格子存儲一個數(shù)字或符號。

讀寫頭（head）。讀寫頭在紙帶上移動，對所指格子上的符號或數(shù)字進行讀取或修改。控制程序指令狀態(tài)寄存器。記錄圖靈機的當(dāng)前狀態(tài)，并且有一種特殊狀態(tài)為停機狀態(tài)。04圖靈機模型1111111q111Rq1q1b1Rq2q211Rq2q2bbLq3q31bHq3q3bbHq3當(dāng)前狀態(tài)：q1圖靈機開始工作：①讀寫頭讀出存儲帶上當(dāng)前方格中的字母/數(shù)字②根據(jù)控制器當(dāng)前狀態(tài)和所讀到的字符，找到相應(yīng)程序語句③根據(jù)相應(yīng)語句，做三個動作2、圖靈機運行機理04圖靈機模型1111111q111Rq1q1b1Rq2q211Rq2q2bbLq3q31bHq3q3bbHq3當(dāng)前狀態(tài)：q3圖靈機做了什么事？圖靈機停機意味著什么？停機表示計算完畢，表示當(dāng)前存儲帶上保留的是計算結(jié)果。對于一個問題的輸入A,問：A能否推證出B?如果能找到一個圖靈機，得到對應(yīng)符號序列B，則A到B是可計算的，否則問題是不可計算的。04圖靈機模型圖靈機為什么受到重視？

簡單！

強大！

可實現(xiàn)！3、圖靈機的意義可計算性的判定：凡是能用算法解決的問題，也一定能用圖靈機解決；凡是圖靈機解決不了的問題，任何算法也解決不了。給出一個可實現(xiàn)的通用計算模型：思維模型引入通過“讀寫符號”和“狀態(tài)改變”進行運算的思想證實基于簡單的字母表完成復(fù)雜運算的能力引入存儲區(qū)、程序、控制器等概念的原型：本身沒有帶來計算機的發(fā)明04圖靈機模型漢諾塔問題---現(xiàn)實中難以計算的問題64個直徑大小不一的盤子從下往上按照從大到小的順序放在第一根柱子上，形成一座漢諾塔。并按照以下規(guī)定將第一根柱子上的64個盤子借助第二根柱子，全部移到第三根柱子。

①每次只能移動一個盤子；

②盤子只能在三根柱子上來回移動，不能放在他處；

③在移動過程中，三根柱子上的盤子必須始終保持大盤在下，小盤在上。04圖靈機模型搬多少次搬完？一個盤子直接將盤子從A移動到C：一次（21-1）04圖靈機模型搬多少次搬完？二個盤子①將盤子1從A移動到B②將盤子2從A移動到C③將盤子1從B移動到C三次（22-1）04圖靈機模型搬多少次搬完？三個盤子23-1=7次64個盤子時，最佳移動盤子次數(shù)為：264-1=18446744073709551615。假設(shè)移動一次盤子需要1秒鐘，不停搬動，需要大約5849億年時間。

理論上可以計算的問題，在實際中并不一定能行。可計算問題需要考慮計算量是否超過了目前的計算能力。謝謝第3章數(shù)據(jù)思維

數(shù)據(jù)的組織數(shù)據(jù)的管理02

數(shù)據(jù)的價值0301本章目錄01數(shù)據(jù)的組織數(shù)據(jù)的組織011、數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的組織012、數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)在內(nèi)存中存放有兩種形態(tài)：一是存放數(shù)據(jù)的內(nèi)存單元地址是相鄰的，二是存放數(shù)據(jù)的內(nèi)存單元地址不相鄰。因此，當(dāng)數(shù)據(jù)元素存放在地址連續(xù)的存儲單元中，其數(shù)據(jù)之間的邏輯關(guān)系和存儲關(guān)系是一致的，這樣的存儲結(jié)構(gòu)稱為順序存儲結(jié)構(gòu)。當(dāng)數(shù)據(jù)元素存放在任意的存儲單元中，這組存儲單元可以是連續(xù)的或不連續(xù)的，數(shù)據(jù)元素的存儲關(guān)系并不能反映其邏輯關(guān)系，通常使用地址指針來表示數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，這種存儲結(jié)構(gòu)稱為鏈?zhǔn)酱鎯Y(jié)構(gòu)。此外，數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)還有索引存儲結(jié)構(gòu)和散列（Hash）存儲結(jié)構(gòu)，這兩種存儲結(jié)構(gòu)并不是一種“全新”的存儲結(jié)構(gòu)，而是在前兩種存儲結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上擴展定義出的存儲結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)的組織013、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義數(shù)據(jù)是計算機處理符號的總稱，數(shù)據(jù)是由數(shù)據(jù)元素構(gòu)成的，數(shù)據(jù)元素之間存在關(guān)系，數(shù)據(jù)的存儲需要根據(jù)內(nèi)存的特點選擇適當(dāng)?shù)姆绞竭M行存儲，由此，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)DS可用一個三元組描述為：DS=（E,R,M）其中，E表示數(shù)據(jù)元素的集合，R表示數(shù)據(jù)元素之間關(guān)系的集合，M表示存儲數(shù)據(jù)元素的存儲單元的集合。數(shù)據(jù)的組織01線性表數(shù)據(jù)的組織01樹（1）度。一個結(jié)點的子樹個數(shù)稱為此結(jié)點的度，樹中所有結(jié)點的度的最大值稱為樹的度。（2）樹的高度。樹中的結(jié)點有層次之分，從根結(jié)點開始定義，根結(jié)點的層次為1，根的直接后繼的層次為2，依次類推，樹中所有結(jié)點的層次的最大值稱為樹的高度，亦稱深度。（3）葉子結(jié)點和分支結(jié)點。根據(jù)結(jié)點的度，樹中的結(jié)點可以分為兩類，一類是度為0的結(jié)點稱為葉子結(jié)點或終端結(jié)點；一類是度不為0的結(jié)點稱為分支結(jié)點或非終端結(jié)點。（4）雙親結(jié)點、孩子結(jié)點和兄弟結(jié)點。一個結(jié)點的直接前驅(qū)稱為該結(jié)點的雙親結(jié)點。一個結(jié)點的直接后繼稱為該結(jié)點的孩子結(jié)點。同一雙親結(jié)點的孩子結(jié)點之間互稱兄弟結(jié)點。（5）祖先結(jié)點和子孫結(jié)點。從根結(jié)點到某一個結(jié)點的路徑上的所有結(jié)點稱為該結(jié)點的祖先結(jié)點，以某結(jié)點為根的子樹中的任一結(jié)點都稱為該結(jié)點的子孫結(jié)點。樹是指在n（n≥0）個結(jié)點構(gòu)成的有限集合T中，當(dāng)n=0時，稱為空樹；當(dāng)n>0時，稱為非空樹，且滿足如下條件：（1）樹有一個稱為根（Root）的結(jié)點，即根結(jié)點，該結(jié)點沒有直接前驅(qū)，但有零個或多個直接后繼。（2）除根結(jié)點之外的其余n-1個結(jié)點可以劃分成m（m≥0）個互不相交的有限集T1，T2，T3，...，Tm，其中子集Ti又是一棵樹，稱為根結(jié)點的子樹。數(shù)據(jù)的組織01樹在一棵樹中，如果各子樹之間是有先后次序的，則稱為有序樹，否則稱為無序樹。二叉樹（BinaryTree）是一棵除葉子結(jié)點外，每個結(jié)點至多只有兩棵子樹的有序樹，即結(jié)點的度都不大于2。與此同時，二叉樹的這兩棵子樹有左右之分，其次序不能任意顛倒，位于左邊的子樹稱為左子樹，位于右邊的子樹稱為右子樹。數(shù)據(jù)的組織01圖圖由頂點和頂點之間的邊的集合組成，設(shè)V為圖G頂點的非空有限集合，圖G中每一條邊的兩個頂點互為鄰接點，E是圖G邊的有限集合，則圖G可形式化描述為：G=<V，E>若圖中的每條邊沒有方向，則稱該圖為無向圖，無向圖中的邊均為頂點的無序?qū)ΑＨ魣D中的每條邊是有方向的，則稱該圖是有向圖，有向圖中的邊也稱為弧，是由兩個頂點構(gòu)成的有序?qū)?2數(shù)據(jù)的管理02數(shù)據(jù)的管理一、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)DBMS管理數(shù)據(jù)庫的一種系統(tǒng)軟件DBA完成某一功能的應(yīng)用程序1應(yīng)用程序2應(yīng)用程序nDBAP1DBAP2DBAPn相互有關(guān)聯(lián)關(guān)系的表形式數(shù)據(jù)的集合數(shù)據(jù)庫//DatabaseDBMS如何支持用戶操縱數(shù)據(jù)庫？數(shù)據(jù)庫(DB):Database數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS):DatabaseManagementSystem數(shù)據(jù)庫應(yīng)用(DBAP):DataBaseApplication數(shù)據(jù)庫管理員(DBA):DataBaseAdministrator計算機軟硬件02數(shù)據(jù)的管理二、數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型是一組嚴(yán)格定義的概念集合，是對現(xiàn)實世界中的事物特征、聯(lián)系和行為的抽象。數(shù)據(jù)模型精確地描述了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作和數(shù)據(jù)完整性約束條件。02數(shù)據(jù)的管理概念數(shù)據(jù)模型簡稱概念模型，是對現(xiàn)實世界的第一層抽象，用戶和數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員之間進行交流的工具。概念模型是整個數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)，側(cè)重于對客觀世界復(fù)雜事物的結(jié)構(gòu)及它們內(nèi)在聯(lián)系的描述，與具體的計算機平臺和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)無關(guān)的。目前常用概念模型是實體-聯(lián)系模型（Entity-RelationshipModel，E-R模型）課程學(xué)生選修學(xué)號姓名年齡性別系別課程號學(xué)分課程名成績mn用矩形表示實體型；用橢圓表示屬性；用菱形表示聯(lián)系，并標(biāo)示出聯(lián)系的類型02數(shù)據(jù)的管理邏輯數(shù)據(jù)模型簡稱邏輯模型，是客觀世界的抽象描述到信息世界的轉(zhuǎn)換。邏輯模型直接與DBMS有關(guān)，概念模型只有在轉(zhuǎn)換成邏輯模型后才能在數(shù)據(jù)庫中得以表示。目前成熟的邏輯模型有層次模型（HierarchicalModel）、網(wǎng)狀模型（NetworkModel）、關(guān)系模型（RelationalModel）以及面向?qū)ο竽Ｐ停∣bjectOrientedModel）。02數(shù)據(jù)的管理物理數(shù)據(jù)模型簡稱物理模型，是面向計算機物理表示的模型，是信息世界模型在機器世界的實現(xiàn)，即將信息世界的實體及其聯(lián)系抽象為便于計算機存儲的二進制格式。物理模型給出了數(shù)據(jù)模型在計算機上真正的物理結(jié)構(gòu)的表示。02數(shù)據(jù)的管理三、關(guān)系數(shù)據(jù)庫市場上常見的關(guān)系數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品包括Oracle、SQLServer、MySQL