计算机导论课程总结1

信息

信息是什么

维基百科的定义： 信息（英语：Information），又称情报，是一个严谨的科学术语，其定义不统一，是由它的极端复杂性决定的，获取信息的主要方法为六何法。信息的表现形式多不胜数：声音、图片、温度、体积、颜色……信息的类别也不计其数：电子信息、财经信息、天气信息、生物信息……。

信息的度量

信息论

基本假设
1 信息是可以用一组符号来编码的
2 信息的产生和传输是可以用概率论和随机过程来描述的
3 从概率的角度来看，同样的信息包含同样的信息量

信息熵

美国数学家，克劳德·艾尔伍德·香农（Claude Elwood Shannon）在《通信的数学理论》提出了信息熵的概念——信息中排除了多余重复信息之后的平均信息量。
定义如下：

当各个符号出现的几率相等，即“不确定性”最高时，信息熵最大。故信息可以视为“不确定性”或“选择的自由度”的度量。

计算机对信息的处理

位模式的信息表示

文本表示

ASCII码 大小写英文字母和标点都有唯一的一个位模式来表示。最初，一个字符用长度为7的位模式来表示，后来扩展到8位 — 在最高位补0。这样，8位的位模式与字节型储存单元的长度相匹配，而且还附加了128个位模式（最高位赋值1）

ASCII码表示英文字母虽已足够，但表示非拉丁语系的字符明显不足，因此产生了UNICODE码

数值的表示

数值编码称为：二进制记数法

表示整数的数值编码为二进制补码记数法。二级制补码记数法可以方便的表示正数和负数。

表示小数的浮点记数法

图像的表示

图像是由点的集合构成，每个点称为一个像素，每个像素被编码。此为位图。
　　 矢量图与位图比较

　　黑白图像每个像素由1个位来表示，位的值取决于该像素是白还是黑。进一步细致的黑白图片由一组位（通常8位）来表示，使得不同灰度的灰色能表示出来。

彩色图像每个像素则由更复杂的 方式来编码。
RGB（红，绿，蓝）：每个像素表示为3种颜色的成分。其中，用一个字节表示一个颜色的强度，那么一个像素则占用3个字节来表示。

声音的表示

按有规律的时间间隔对声波振幅进行采样并编码。例如：语音电话采用对每秒8000次振幅进行采样编码。CD对音质音质要求更高，每秒44100次振幅采样。每次的采样以16位的编码记录下来（32位用于立体声录制）。

计算机信息处理过程

计算机的硬件组成有点像人的大脑、眼睛、耳朵及笔、纸等，计算机处理信息的过程也类似于人脑处理信息的过程。
比如我们要把书上的一段文字在Word中用拼音输入法输入到计算机中，我们首先应该用眼睛看这段文字，眼睛把看到的字传给大脑，大脑要对这个字进行处理，看看认识不认识这个字，如果认识，大脑就可以产生这个字的拼音编码(不认识可以利用字典查出这个字的读音)，然后大脑指挥手利用键盘输入这个字。这样继续下去一段文字就会输入进去了。人在这一连串的动作中眼睛相当于输入设备；大脑相当于主机进行各种处理工作；手就相当于输出设备，把大脑的处理表现出来(利用键盘输入字)。
计算机的工作过程也像人一样，在输入字的这个过程中，首先通过输入设备键盘把这个字的编码信息输入主机，由主机对信息进行加工处理，再把加工处理后的信息通过输出设备输出(在屏幕出打印这个字)。

图灵机

图灵的基本思想是用机器来模拟人们用纸笔进行数学运算的过程，他把这样的过程看作下列两种简单的动作：

在纸上写上或擦除某个符号；
把注意力从纸的一个位置移动到另一个位置；
而在每个阶段，人要决定下一步的动作，依赖于（a）此人当前所关注的纸上某个位置的符号和（b）此人当前思维的状态。

在某些模型中，纸带移动，而未用到的纸带真正是“空白”的。要进行的指令（q4）展示在扫描到方格之上。

在某些模型中，读写头沿着固定的纸带移动。要进行的指令（q1）展示在读写头内。在这种模型中“空白”的纸带是全部为0的。有阴影的方格，包括读写头扫描到的空白，标记了1,1,B的那些方格，和读写头符号，构成了系统状态。）

为了模拟人的这种运算过程，图灵构造出一台假想的机器，该机器由以下几个部分组成：

一条无限长的纸带TAPE。纸带被划分为一个接一个的小格子，每个格子上包含一个来自有限字母表的符号，字母表中有一个特殊的符号 {\displaystyle \square } \square表示空白。纸带上的格子从左到右依次被编号为0, 1, 2, …，纸带的右端可以无限伸展。
一个读写头HEAD。该读写头可以在纸带上左右移动，它能读出当前所指的格子上的符号，并能改变当前格子上的符号。
一套控制规则TABLE。它根据当前机器所处的状态以及当前读写头所指的格子上的符号来确定读写头下一步的动作，并改变状态寄存器的值，令机器进入一个新的状态，按照以下顺序告知图灵机命令：

1. 写入（替换）或擦除当前符号；
2. 移动 HEAD， 'L’向左， 'R’向右或者’N’不移动；
3. 保持当前状态或者转到另一状态

一个状态寄存器。它用来保存图灵机当前所处的状态。图灵机的所有可能状态的数目是有限的，并且有一个特殊的状态，称为停机状态。参见停机问题。
注意这个机器的每一部分都是有限的，但它有一个潜在的无限长的纸带，因此这种机器只是一个理想的设备。图灵认为这样的一台机器就能模拟人类所能进行的任何计算过程。

计算机科学

定义

是系统性研究信息与计算的理论基础以及它们在计算机系统中如何实现与应用的实用技术的学科。
它通常被形容为对那些创造、描述以及转换信息的算法处理的系统研究。
计算机科学包含很多分支领域；有些强调特定结果的计算，比如计算机图形学；而有些是探讨计算问题的性质，比如计算复杂性理论；还有一些领域专注于怎样实现计算，比如编程语言理论是研究描述计算的方法，而程序设计是应用特定的编程语言解决特定的计算问题，人机交互则是专注于怎样使计算机和计算变得有用、好用，以及随时随地为人所用。

参考链接:

https://www.cnblogs.com/mysic/p/9873323.html
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%9B%BE%E7%81%B5%E6%9C%BA
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%A7%91%E5%AD%A6