计算思维导论笔记

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计算思维导论笔记

2024-04-08 10:54| 来源: 网络整理| 查看: 265

第一节 计算机 计算 计算思维 电子自动计算——计算机系统

组成:输入 控制与计算(cpu)储存设备(内存与外存)输出 发展趋势:微型化 大型化 智能化 网络化

计算思维

➢实验思维: 实验 ➔ 观察 ➔ 发现、推断与总结. ---观察与归纳 ➢理论思维: 假设/预设 ➔ 定义/性质/定理 ➔ 证明. ---推理和演绎 ➢计算思维: 设计, 构造 与 计算. ---设计与构造 0和1思维 程序思维 递归思维 ◼“0和1”思维--符号化➔计算化➔自动化 ➢0和1是实现任何计算的基础;社会/自然与计算融合的基本手段; 0和1是 连接硬件与软件的纽带;0/1是最基本的抽象与自动化机制。 ◼“程序”思维--千变万化复杂功能的构造、表达与执行 ➢程序是基本动作(指令)的各种组合,是控制计算系统的基本手段 ◼“递归”思维--无限事物及重复过程的表达与执行方法 ➢递归是最典型的构造程序的手段;递归函数是可计算函数的精确的数学 描述;递归函数是研究计算学科理论问题的基础

第二节 符号化 计算化 自动化 0和1与逻辑

基本逻辑运算:与 或 非 抑或 用0表示假 1表示真 “与”运算(AND):有0为0 全1为1 “或”运算(OR):有1为1 全0为0 “非”运算(NOT): 非0则1 非1则0 “异或”运算(XOR):相同为0 不同为1 image.png

0和1与数值信息 进制相关见程序设计基础笔记1 二进制计算结果超出表示范围会导致溢出 补码相关见C语言笔记1 信息度量单位 bit比特(位) 1位二进制 Byte字节 = 8bit 8位二进制 1字 = 2字节 1KB = 2^10字节 (市场约1,000字节) 1MB = 2^10KB (市场约1,000,000字节) 1GB = 2^10MB (市场约1,000,000,000字节) 1TB = 2^10GB = 2^20MB 1PB = 2^10TB = 2^30MB 1EB = 2^10PB = 2^40MB 1ZB = 2^10EB = 2^50MB 定点数浮点数 定点数

在8位计算机中 前五位表示一个小数的整数部分 后三位表示小数部分 但是最大只能表示31.875 精度和范围都太小啦 所以我们一般使用浮点数

举例 image.png

浮点数

利用指数达到浮动小数点的效果 从而可以灵活地表达更大范围的实数 分为单精度32位和双精度64位 使用IEEE754标准 类似科学计数法

几个概念:

数符S 放在第一位表示正负0为负1为正 阶码P 放在数符后面表示2的几次方 尾数M 放在阶码后面表示有效数字部分

转换步骤:

将所给数转换为二进制数 用二进制的科学计数法表示 即调整阶码 使尾数最高位为1 然后将这个最高位的1和小数点一起隐含表示(省略这个1)得到尾数 将上一步规格化后的阶码加上127/1023,并且转换为二进制 按照符号位、阶码、尾数有效位的顺序 依次写出即可

单精度:符号位占1位 阶码占8位 尾数占23位 双精度:符号占1位 阶码占11位 尾数占52位

举例 image.png

0和1与非数值信息

用编码(唯一性 公共性 易于记忆/便于识认性)表示 例如 ASCII表 见C语言笔记1 BCD码 用4位0和1的不同组合(与进位制保持一致)表示10个十进制组合 unicode码 囊括了世界上所有字符 image.png 汉字 通过汉字外码输入 以汉字内码存储 以汉字字形码输出 没看懂

0和1与电子技术实现

电信号转换为数字信号 高电平为1低电平为0 通过二极管三极管实现与或非门 image.png 进而实现基本逻辑运算 与或非门符号如下 有圆圈表示非 image.png image.png 表达式化简

与 A·B 或 A+B 非 在A上加横线 等值演算公式 - 杜嘟嘟 - 博客园 (cnblogs.com)

然后集成化 用已验证的一位加法器 封装构造成复杂的高层电路 就可以处理复杂逻辑运算啦 如2-4译码器 image.png

第三节 程序与递归组合抽象构造

计算系统=基本动作+指令+程序执行机构 指令=控制基本动作执行的命令 组合-抽象-构造 程序=基本动作指令的组合或执行序列 用以实现复杂的动作 程序执行机构=解释并调用指令的机构 组合 由数值到基本运算式嵌套 抽象 命名计算对象和构造 类似宏定义 要易懂的名字 递归与迭代 比如数列 通项公式就是递推式 可依次计算每一项 比如p(i)为真(递归基础) 则p(i+1)也为真(递归步骤) 就是数学归纳法 递归是抽象的表达方法 用递归定义无限的相似事物 是程序构造步骤 自身调用自身 高阶调用低阶 构造无限的计算步骤 是执行过程 由后向前带入 由前向后计算 拆解到递归基础 递归包含了递推(迭代) 但递推(迭代)不能覆盖递归 递推是简单的重复 递归是层层套用知道递推基础 递归 image.png 递推 image.png 运用递归进行程序构造 具有无限的自相似性步骤的表达 自身调用自身 高阶调用低阶 比如斐波那契数列和阶乘



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