參考文檔：
計算機科學(xué)概論
（一）基礎(chǔ)篇
- 計算系統(tǒng)分層（洋蔥）
- 信息層
- 硬件層
- 程序設(shè)計層
- 操作系統(tǒng)層
- 應(yīng)用程序?qū)?/li>
- 通信層
- 計算硬件簡史
- 第一代（1951-1959）：真空管，磁鼓，讀卡機，磁帶驅(qū)動器.
- 第二代（1959-1965）：晶體管，磁芯，磁盤，電路板.
- 第三代（1965-1971）：集成電路，終端（鍵盤，屏幕）
- 第四代（1971至今）：大規(guī)模集成化，PC，網(wǎng)絡(luò).
- 計算軟件簡史
- 第一代：匯編語言，匯編器.
- 第二代：Fortran，Cobol，Lisp，編譯器.
- 第三代：操作系統(tǒng)，裝入器，連接器，SPSS.
- 第四代（1971-1989）：結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計（Pascal，Modula-2，C，C++），Unix系統(tǒng)，PC-DOS和MS-DOS系統(tǒng)，Macintosh機操作系統(tǒng)（引入鼠標概念和點擊式圖形界面）
- 第五代（1989至今）：微軟崛起，面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計（Java），萬維網(wǎng)普及.
（二）信息層
- 二進制計數(shù)系統(tǒng)
- 現(xiàn)代計算機中的數(shù)字都以二進制形式表示.
- 每個存儲二進制數(shù)字的單元稱為比特位（bit），每8個比特構(gòu)成一個字節(jié)（byte），一個字（word）包含一個或多個字節(jié).
- 二進制可與八進制和十六進制進行快速轉(zhuǎn)換.
- 給定2進制數(shù)字，從右至左，每3位組字是8進制，每4位組字是16進制.
- 給定8進制或16進制數(shù)，將每一位按3位和4比特展開，即為對應(yīng)的2進制數(shù).
- 十進制轉(zhuǎn)二進制（20.25）：20 = 2 * 10+0，10 = 2 * 5 +0，5 = 2 * 2+1，2 = 2 * 1+0，1 = 2 * 0+1，20 = (10100)2，0.25 * 2 ＝0.50，0.50 * 2 = 1.00，20.25 = (10100.01)2.
- 數(shù)據(jù)表示法
- 計算機以數(shù)字形式表示信息（區(qū)別于模擬信號形式）.
- 數(shù)字表示
- 負整數(shù)以二進制補碼形式存放，即將對應(yīng)正整數(shù)的二進制每位取反后再加1.
- 實數(shù)以浮點形式表示，包括符號位，尾數(shù)和指數(shù)（指示小數(shù)點位置），如 -120.01 = -12001 * 10 ^(-2).
- 文本表示
- 字符集：Unicode（16位）是對ASCII（7或8位）的擴展.
- 文本壓縮方式
- 關(guān)鍵碼編碼（代替）
- 行程長度編碼（AAAAA = *A5）
- Huffman編碼（字符編碼按頻率變長）
- 音頻表示
- 對音頻信號進行周期性采樣.
- CD（激光唱片）表面有凹點，激光照射后反射強度不同，以此表示二進制數(shù)字，這是信號被數(shù)字化后的電壓值，將此信號重現(xiàn)后發(fā)送給揚聲器.
- 圖像表示
- 顏色用RGB值表示（紅綠藍），每種成份取值在0-255之間.
- 數(shù)字化一幅圖像成一個點集，里面的點稱為像素，每個像素由一種顏色構(gòu)成，像素個數(shù)稱為分辨率.
- 圖像表示法有位圖（只保存像素）和矢量圖（線段和幾何形狀），矢量圖一般較小.
- 視頻表示
視頻被分割成了一系列靜態(tài)圖像（幀），可以根據(jù)連續(xù)幀之間的差別來壓縮視頻（時間壓縮法），也可以通過刪除一個幀中的冗余信息，將差別不大的像素聚集成塊來壓縮（空間壓縮法）.
（三）硬件層
- 門和電路
- 門是電信號執(zhí)行基本運算的設(shè)備，接受一個或多個輸入信號，生成一個輸出信號，由晶體管實現(xiàn)；基本運算有與、或、非，表示法有Bool式、邏輯圖和真值表.
- 電路是門的組合，分成組合電路和時序電路.
- 加法器：分為半加器和全加器（考慮進位輸入）.
- 多路復(fù)用器：實現(xiàn)選擇控制合成函數(shù).
- CPU芯片是一種集成電路.
- 計算部件
- 馮諾伊曼體系結(jié)構(gòu)
- 內(nèi)存單元：每個存儲單元都有唯一的物理地址.
- 輸入／輸出單元
- 算術(shù)邏輯單元（ALU）：ALU一般有少量存儲單元（寄存器）.
- 控制單元：掌管“讀?。瓐?zhí)行”周期，包含指令寄存器 IR(存放正在執(zhí)行的指令)和程序計數(shù)器PC(存放下一條要執(zhí)行的指令的地址). 控制單元和ALU合稱為CPU.
- “讀?。瓐?zhí)行”周期
- 讀取下一條指令：控制單元訪問程序計數(shù)器中的地址，復(fù)制內(nèi)容，放入指令寄存器.
- 譯解指令：指令將被譯解成控制信號(指令本身被逐字地嵌入電路，CPU中的電路邏輯將決定執(zhí)行什么操作).
- 獲取數(shù)據(jù)（如果需要）：某些指令可能需要額外的內(nèi)存訪問.
- 執(zhí)行指令：控制單元把信號發(fā)給算術(shù)邏輯單元以執(zhí)行處理.
- RAM和ROM(主存通常包含一些ROM和通用的RAM)
- RAM是隨機存儲器，每個單元可被直接訪問并改寫，斷電后不再保存.
- ROM是只讀存儲器，內(nèi)容永久不能更改，斷電后仍然保存.
- 二級存儲設(shè)備(在計算機不運行的時候保存數(shù)據(jù))
- 磁帶：常用于備份磁盤上的數(shù)據(jù).
- 磁盤：使用電磁質(zhì)材料制成的薄磁盤存儲數(shù)據(jù)，每個磁盤被劃分成磁道和扇區(qū)，每個扇區(qū)放一個信息塊；分為硬盤和軟盤；硬盤由幾個連接在主軸上的磁盤片構(gòu)成，每個磁盤片都有自己的讀寫頭.
- 光盤（CD/DVD）：CD上沒有同心磁道，而只有一個從里到外盤旋的螺旋磁道.
- 閃存：U盤和固態(tài)磁盤（SSD）都是閃存，可寫入可擦除.
- 觸摸屏
- 電阻式：兩個導(dǎo)電層，一個水平線，一個豎直線，上下層接觸后電流流通，確定觸摸屏幕的位置.
- 電容式：玻璃屏幕上附加一個層壓板，可將電流導(dǎo)向任何方向. 當(dāng)屏幕被接觸后，電流將流向手指或書寫筆，通過比較電流強弱確定觸摸位置.
- 紅外式
- 表面聲波式
- 嵌入式系統(tǒng)：是為完成小范圍功能而專門設(shè)計的計算機，幾乎所有含有數(shù)碼顯示的電子設(shè)備都使用了這一系統(tǒng). 其集成在單個微型處理器芯片上，程序被存儲在ROM中，大多用匯編語言來寫，也有用C來編寫.
- 并行計算結(jié)構(gòu)
- 并行計算形式
- 比特級
- 指令級
- 數(shù)據(jù)級
- 任務(wù)級
- 并行硬件分類
- 多核處理器
- 超標量處理器
- 對稱多處理器
- 大規(guī)模并行處理器
- 并行計算形式
（四）程序設(shè)計層
- 低級程序設(shè)計語言與偽代碼
- 機器語言（可用Pep/8虛擬機模擬）：是一套計算機硬件能夠識別并執(zhí)行的指令，用二進制編寫，指令固定在硬件中.
- 匯編語言：是一種使用輔助記憶碼表示的指令，程序被翻譯成等價的機器語言，而后在Pep/8模擬器上執(zhí)行.
- 可以使用偽代碼來敘述算法，算法設(shè)計中的兩種常見策略是自我提問和推遲細節(jié).
- 問題求解與算法設(shè)計
- 抽象數(shù)據(jù)類型與子程序
- 面向?qū)ο笤O(shè)計與高級程序設(shè)計語言
（四）操作系統(tǒng)層
- 操作系統(tǒng)（是系統(tǒng)軟件，區(qū)別于應(yīng)用軟件）
- 計算機啟動時載入ROM中存儲的一小組系統(tǒng)指令，這些指令從硬盤中載入大部分系統(tǒng)軟件，最終將載入操作系統(tǒng)軟件的所有關(guān)鍵元素，執(zhí)行啟動程序，提供用戶界面，系統(tǒng)準備就緒.
- 內(nèi)存管理：所有程序在執(zhí)行時與其要引用的數(shù)據(jù)都存儲在主存中. 操作系統(tǒng)必須管理內(nèi)存，以控制和監(jiān)管把進程載入主存中的什么位置，任何內(nèi)存管理技術(shù)必須定義聯(lián)編邏輯地址（虛擬）和物理地址（真實）的方法. 分為單塊內(nèi)存管理法和分區(qū)法.
- 進程管理：操作系統(tǒng)管理進程的生命狀態(tài)（創(chuàng)建－準備完畢－運行－等待－終止）；PCB（進程控制塊）存儲了每個進程的必要信息.
- CPU調(diào)度：要確定下一個使用CPU的進程. 算法有先到先服務(wù)（順序使用），最短作業(yè)優(yōu)先（按時間最短），輪詢法（輪流使用）.
- 文件系統(tǒng)和目錄
（五）應(yīng)用系統(tǒng)層
- 信息系統(tǒng)
- 人工智能
- 模擬，圖形學(xué)，游戲和其他
（六）通信層
- 網(wǎng)絡(luò)
- 萬維網(wǎng)
- 計算機安全
