计算机导论课后总结第五弹

高级编程程序语言介绍

1.BASIC语言

BASIC易学、易懂、易记、易用，可作为初学者的入门语言，也可作为学习其他高级语言的基础。

2.PASCAL语言

PASCAL是一种结构程序设计语言。PASCAL具有大量的控制结构，充分反映了结构化程序设计的思想和要求，直观易懂，使用灵活，既可用于科学计算，又能用来编写系统软件。

3.C语言

C语言是程序设计中广泛使用的计算机高级语言。C语言的主要特色是兼顾了高级语言和汇编语言的特点，简洁、丰富、可移植性强。

4.C++语言

C++语言是应用较广的面向对象的程序设计语言，可以实现面向对象的程序设计。C++是在C语言的基础上发展起来的，既支持传统的过程式程序设计，又支持面向对象的程序设计。

5.Java语言

Java语言的特点：

（1）简单性：没有指针，使用接口取代多重继承

扫描二维码关注公众号，回复： 8197715 查看本文章

（2）面向对象：支持面向对象封装、继承、多态

（3）分布性：Java的分布性包括操作分布和数据分布

（4）可移植性：Java程序具有与系统结构无关的特性

（5）安全性：Java删除了类似C语言中的指针对内存的操作

（6）强壮性：Java在编译和运行程序时，都要对可能出现的问题进行检查

6.Ada语言

Ada语言是一种表现能力很强的通用程序设计语言。Ada语言是美国国防部指定的唯一的一种可用于军用系统开发的语言，我国军方也将Ada语言作为军内开发标准。

7.Logo语言

Logo是一种计算机程序设计语言。设计Logo的初衷是为了向儿童教授计算机编程技能。绘图使得Logo用户可以通过简单的编程创作出丰富多彩的视觉效果或图案。

8.脚本语言

脚本语言又称为扩建的语言或动态语言。脚本语言通常都有简单、易学、易用的特性，目的就是希望让程序员能够快速完成程序的编写工作。

并行程序设计

1.并行程序设计语言

并行程序设计语言是一种用于并行程序设计的语言。并行程序设计语言可分为显式并行语言和具有并行编译功能的串行语言。

【1】

2.并行程序设计语言的编译过程

在编译过程中，首先要确定源程序中数据和控制的相关性。在进行相关分析时，要把程序流的模式分析出来。在编译过程中，还要进行程序优化。代码生成一般指从一种描述转换为另一种被称为中间形式的描述。

3.OpenMP

OpenMp是一个编译器指令和库函数的集合，主要用于共享式储存计算机上的并行程序设计。

计算机中的数据

数据

1.数据的定义

数据就是用文字、数字、图形、图像、声音等方式对人、事件、事物等进行的描述。在计算机科学中，数据是指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、文本、音频、图形、图像和视频等统称为数据。

2.数据和信息的区别

如果字母、数字等符号具有一定含义且能帮助人们完成某个动作或作出决策，那么就称它们为信息。需要说明的是，数据是供计算机处理的，信息是供用户使用的。

3.计算机常用的编码方式

（1）ASCII

目前使用最广泛的西文字符集及其编码是ASCII ((American Standard Code for Information Interchange): 美国信息交换标准代码）字符集和ASCII，它们同时也被国际标准化组织批准为国际标准。

【2】

（2）扩展ASCII

在小型电脑开发的初期，就已经严格地建立了8位元位元组。因此，如果使用一个位元组来保存字元，则需要128个附加的字元来补充ASCII。1981年，当最初的IBM PC推出时，视讯卡的ROM中烧有一个提供256个字元的字元集，这也成为IBM标准的一个重要组成部分。

（3）Unicode

Unicode（统一码、万国码、单一码）是计算机科学领域里的一项业界标准，包括字符集、编码方案等。Unicode 是为了解决传统的字符编码方案的局限而产生的，它为每种语言中的每个字符设定了统一并且唯一的二进制编码，以满足跨语言、跨平台进行文本转换、处理的要求。

（4）UTF-8

UTF-8（8位元，Universal Character Set/Unicode Transformation Format）是针对Unicode的一种可变长度字符编码。它可以用来表示Unicode标准中的任何字符，而且其编码中的第一个字节仍与ASCII相容，使得原来处理ASCII字符的软件无须或只进行少部份修改后，便可继续使用。因此，它逐渐成为电子邮件、网页及其他存储或传送文字的应用中，优先采用的编码。

（5）GB-2312

GB2312-80 是 1980 年制定的中国汉字编码国家标准。共收录 7445 个字符，其中汉字 6763 个。

（6）音频编码

可以通过采样、量化、编码三个步骤将连续变化的模拟信号转换为数字编码

（7）图像编码

图像编码也称图像压缩，是指在满足一定质量（信噪比的要求或主观评价得分）的条件下，以较少比特数表示图像或图像中所包含信息的技术。

数据结构

1.数据结构的定义

数据结构(data structure)是带有结构特性的数据元素的集合，它研究的是数据的逻辑结构和数据的物理结构以及它们之间的相互关系，并对这种结构定义相适应的运算，设计出相应的算法，并确保经过这些运算以后所得到的新结构仍保持原来的结构类型。

2.数据的逻辑结构

指反映数据元素之间的逻辑关系的数据结构，其中的逻辑关系是指数据元素之间的前后件关系，而与他们在计算机中的存储位置无关。逻辑结构包括：

（1）集合：数据结构中的元素之间除了“同属一个集合” 的相互关系外，别无其他关系

（2）线性结构：数据结构中的元素存在一对一的相互关系

（3）树形结构：数据结构中的元素存在一对多的相互关系

（4）图形结构：数据结构中的元素存在多对多的相互关系

3.数据的物理结构

数据元素以及数据元素之间的关系在内存中的表示，称为物理结构或储存映像。数据的物理结构主要有：

（1）顺序结构

（2）链式结构

（3）索引储存

4.常见的数据结构

（1）线性表

线性表是最基本、最简单、也是最常用的一种数据结构。线性表（linear list）是数据结构的一种，一个线性表是n个具有相同特性的数据元素的有限序列。

（2）栈

栈（stack）又名堆栈，它是一种运算受限的线性表。限定仅在表尾进行插入和删除操作的线性表。这一端被称为栈顶，相对地，把另一端称为栈底。向一个栈插入新元素又称作进栈、入栈或压栈，它是把新元素放到栈顶元素的上面，使之成为新的栈顶元素；从一个栈删除元素又称作出栈或退栈，它是把栈顶元素删除掉，使其相邻的元素成为新的栈顶元素。因此，栈又被称为后进先出的线性表。

（3）队列

队列是一种特殊的线性表，特殊之处在于它只允许在表的前端（front）进行删除操作，而在表的后端（rear）进行插入操作，和栈一样，队列是一种操作受限制的线性表。进行插入操作的端称为队尾，进行删除操作的端称为队头。

（4）树

树是典型的非线性结构，它是包括，2个结点的有穷集合K。在树结构中，有且仅有一个根结点，该结点没有前驱结点。在树结构中的其他结点都有且仅有一个前驱结点，而且可以有两个后继结点，m≥0。

（5）图

图是另一种非线性数据结构。在图结构中，数据结点一般称为顶点，而边是顶点的有序偶对。如果两个顶点之间存在一条边，那么就表示这两个顶点具有相邻关系。

算法

1.算法的定义

算法是指由基本的运算及规定的运算顺序所构成的完整的解题步骤。

一个算法应该具有以下五个重要的特征：

（1）输入(Input)

一个算法有0个或多个输入，以刻画运算对象的初始情况，所谓0个输入是指算法本身定出了初始条件

（2）输出(Output)

一个算法有一个或多个输出，以反映对输入数据加工后的结果。没有输出的算法是毫无意义的

（3）有穷性（Finiteness）

算法的有穷性是指算法必须能在执行有限个步骤之后终止

（4）确定性(Definiteness)

算法的每一步骤必须有确切的定义

（5）可行性(Effectiveness)

算法中执行的任何计算步骤都是可以被分解为基本的可执行的操作步骤，即每个计算步骤都可以在有限时间内完成（也称之为有效性）

2.算法示例（略）

3.定义动作

4.细化

5.泛化

数据库

1.数据库的定义

数据库是一个组织内被应用程序使用的逻辑相一致的相关数据的集合。数据库具有以下特点：

（1）数据结构化

（2）数据共享性高、冗余度低、易扩充

（3）数据独立性高

（4）数据由数据库管理系统统一管理和控制

2.数据库的体系结构

（1）三级结构

外模式（视图）外模式也称为用户模式，它是数据库用户能够看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述，是与某一应用有关的数据的逻辑表示。外模式通常是模式的子集，一个外模式可以给多个应用使用，但是一个应用程序只能使用一个外模式。数据库提供外模式定义语言（外模式DDL）来严格定义外模式。

模式（基本表）它是DB中全体数据的逻辑结构和特征的描述，是所有用户的公共数据视图。模式层是数据库模式结构的中间层，既不涉及到数据的物理存储细节和硬件环境，也与具体的应用程序、应用开发工具以及高级程序设计语言无关，且一个数据库只有一个模式。DBMS提供模式描述语言（模式DDL）来严格地定义模式。

内模式（存储文件）内模式也称为：存储模式(Storageschema)，一个数据库只有一个内模式。它是数据库物理结构和存储方式的描述，是数据在数据库内部的表示方式。如：记录的存储方式是堆存储，还是按照某些属性值的升（降）存储，还是按照属性值聚簇（cluster）存储；索引按照什么方式组织，是B+树索引，还是hash索引等等。 DBMS提供内模式描述语言（内模式DDL/存储模式DDL）来严格定义内模式。

（2）二级映射

（1）外模式/模式映像

外模式/模式映像保证了当模式改变时，外模式不用变— 逻辑独立性。

（2）模式/内模式映像

模式/内模式映像保证了当内模式改变时，模式不用变 — 物理独立性。

【3】

3.数据库模型

（1）层次模型

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。

（2）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。

（3）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

4.关系的操作及结构化查询语言

（1）插入

插入是一元操作，它应用于一个关系

（2）删除

删除也是一元操作，根据要求删除表中相应的元祖

（3）更新

更新是一元操作，它应用于一个关系，用来更新元祖中的部分属性值

（4）选择

选择也是一元操作，它应用于一个关系并产生另外一个新关系

5.数据库管理系统

数据库管理系统（DBMS）是定义、创建、维护数据库的一种工具。

（1）硬件

硬件是指允许物理上存取数据的计算机硬件系统。

（2）软件

软件是指允许用户存取、维护和更新物理数据的程序

（3）数据

数据库中的数据存储在物理存储设备上

（4）用户

最终用户是直接从数据库中获取信息的用户。数据库中数据的其他使用者就是应用程序。

（5）规程

数据库管理系统的一个构成部分，它是必须被明确定义，并由数据库用户遵循的规程或规则的集合

【4】

6.主流数据库

（1）Oracle数据库

（2）Microsoft SQLServer数据库

（3）MySQL数据库

（4）Sybase数据库

（5）DB2数据库

数据中心

1.数据中心的定义

数据中心是在一个物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。

2.数据中心的组成

数据中心从功能上可以分为核心计算机机房和其他支持空间。

3.新一代数据中心

（1）传统数据中心与新一代数据中心实例（略）

（2）传统数据中心的困惑

数据量急速膨胀、能耗压力、管理压力、高可用性压力、合规压力、业务连续性压力

（3）新一代数据中心简介

主要发展趋势：绿色环保、虚拟化和云计算、整合、模块化、灵活性

计算机应用的主要发展方向

高性能化

1.高性能计算简介

高性能计算(High performance computing，缩写HPC) 指通常使用很多处理器（作为单个机器的一部分）或者某一集群中组织的几台计算机（作为单个计算资源操作）的计算系统和环境。

高性能计算机的应用有计算密集型应用、数据密集型应用、通信密集型应用。

2.高性能计算机的研究现状

【5】

3.高性能计算机的发展展望

高性能计算机发展展望有：

（1）多核异构是大势所趋，且编程模式是关键

（2）降低高性能计算机系统功耗，追求绿色计算

（3）个人高性能计算机的发展

（4）集群系统的应用面扩大，形成产业规模市场

（5）网格不仅影响各种应用，也对计算技术产生巨大影响

（6）体系结构的创新和体系软件的发展是高性能计算机逐步面向应用的关键

未来高性能计算机有：

（1）量子计算机

（2）光子计算机

（3）DNA计算机

（4）纳米计算机

网格化

1.网格化定义

网格化是指利用通信技术和计算机技术，把分布在不同地点的计算机及各类电子终端设备互联起来，按照一定的网络协议互相通信，以达到所有用户都可以共享软件、硬件和数据资源的目的。

2.网格化发展现状

（1）电子不停车收费系统

ETC( Electronic Toll Collection ) 电子不停车收费系统是高速公路或桥梁自动收费。通过安装在车辆挡风玻璃上的车载电子标签与在收费站 ETC 车道上的微波天线之间进行的专用短程通讯，利用计算机联网技术与银行进行后台结算处理，从而达到车辆通过高速公路或桥梁收费站无需停车而能交纳高速公路或桥梁费用的目的。

（2）电子银行

根据中国工商银行《电子银行业务管理办法》，电子银行业务是指我行通过面向社会公众开放的通讯通道或开放型公众网络，以及为特定自助服务设施或客户建立的专用网络等方式，向客户提供的离柜金融服务。主要包括网上银行、电话银行、手机银行、自助银行以及其他离柜业务。

（3）证券及期货交易

（4）校园网

校园网是大学校园区域内用以完成大中型计算机资源及其他网内资源共享的通信网络。

【6】

（5）远程教育

远程教育是一种利用在线服务系统开展学历或非学历教育的全新的教学模式。