《计算机科学基础》学习笔记_Part 1 Computer and Data
Chapter 1. Introduction
Ø 计算机：黑盒，Output Data=f(Input Data, Program)
Ø Von Neumann模型：内存（Memory）、算术逻辑单元（Arithmetic Logic Unit）、控制单元（Control Unit）、输入/输出（Input/Output）
CPU=Arithmetic Logic Unit + Control Unit
Ø 程序（Program）：A sequence of instructions
算法（Algorithm）:Step-by-step solution to solve problem
Ø 三个时期：Mechanical Machines、Electronic Computers、Computer Generations（Vacuum Tube、Transistor、Integrated Circuit、Micro-computer、Laptop and Palmtop）
Ø 第一台计算机：EDVAC，Electronic Discrete Variable Automatic Computer
Chapter 2 Data Representation
Ø 数据类型：文本text，数字number，图像image，音频audio，视频video。->多媒体multimedia
Ø 数据存储形式：
u 位bit是计算机可以存储的最小单位（0或1）
u 位模式bit pattern：一串“位”a string of bits
u 内存以位模式的形式存储数据，输入/输出设备的作用是解释位模式的数据类型
Ø 文本数据
u 由语言中字符数的多少来决定位模式的长度，两者呈对数关系：
u ASCII：
l American Standard Code for Information Interchange
l 7 bits,128 symbols,0000000-1111111
l First pattern(0000000)代表“空null”
l Last pattern(1111111)代表“删除delete”
l 31个控制符control characters，不可打印
l 数字(0-9)在字母前
l 多个可打印字符
l 大写字母Uppercase letters(A-Z)出现在小写字母Lowercase letters(a-z)前
l 大小写字母只想差一位：右侧数第六位，小写字母为1，大写字母为0
l 大小写字母间有六个特殊字符
u Extended ASCII
l 在ASCII前增加一位0
l 不同厂商之间未能统一
u EBCDIC
l Extended Binary Coded Decimal Interchange Code
l IBM使用
u Unicode
l 16 bits，65536 symbols
l 英语之外的符号
l 不同节表示不同的语言
u ISO
l International Organization for Standardization
l 32 bits, 4294967296 symbols
Ø 数字
u 二进制Binary system
u 类似于ASCII编码并不用于表示数字
Ø 图像
u 位图Bitmap Graphic
l 像素pixel, picture elements；分辨率resolution
l 每像素安排一个bit pattern。若为黑白，则1 bit；若为四阶灰，2 bits；若彩色，RGB(Red, Green, Blue)，8 bits each，24位真色彩True color
u 矢量图Vector Graphic
l 由曲线Curves和直线Lines组成
l 由数学公式mathematical formula表示
l 不失真
Ø 音频
u 模拟数据analog data->数字数据digital data
u 音频源Audio->抽样Sampling->量化Quantization->编码Coding->二进制位模式Binary Pattern
Ø 视频
u 连续的图像：帧frames
Ø 十六进制表示法Hexadecimal Notation
u 16 symbols：0123456789ABCDEF
u 位模式表示为十六进制查看更清晰
u 4-bit pattern可由一个十六进制的字符表示，反之亦然
u 表示：数据前加小写x或在数据后用下标16标注
Ø 八进制表示法Octal Notation
u 8 symbols：01234567
u 3-bit pattern可由一个八进制字符表示，反之亦然
u 表示：数字前加数字0（有时也用小写字母o）或在数字后用下标8标注
Chapter 3 Number Representation
Ø 十进制与二进制
u 二进制->十进制：按位乘权重后相加
u 十进制->二进制：整数部分循环除以2后余数由低位向高位排列直至商为0，小数部分循环乘以2取整直至积为0
Ø 整数的表示
u 整数：正数、负数；无符号，带符号（原码，反码，补码）
u 溢出overflow：超出最大的存储范围
u 无符号整型Unsigned Integer Format：
l 范围：
l 表示：转换为二进制，左侧补零
l 翻译：转换为十进制
l 应用：计数Counting；寻址Addressing
u 原码（符号+绝对值）Sign-and-Magnitude
l 范围：
l 表示：忽略符号转换为二进制，补零至N-1位，第一位根据符号补全（1->负号，0->正号）
l 翻译：忽略符号位转换为十进制，添加符号
l 应用：数模转换
l 特点：第一位存储符号；存在两个0（+0；-0）
u 反码One’s Complement
l 范围：
l 表示：忽略符号转换为二进制，左侧补零，正数不变，负数取反
l 翻译：0开头->转换为十进制；1开头->取反，转换为十进制，加负号
l 应用：数据交互
l 特点：第一位存储符号；正数原码，负数反码；存在两个0（+0；-0）；正数取反得相应负数，负数取反得相应正数，两次取反得到原数
u 补码Two’s Complement
l 范围：
l 表示：忽略符号转换为二进制，左侧补零，根据符号取反（正数不变，负数右起第一个1左侧各位取反）
l 翻译：0开头->二进制转换为十进制，添加正号；1开头->右起第一个1左侧各位取反，转换为十进制，添加符号
l 应用：目前计算机存储
l 特点：只包含一个0；起点比相同位反码小1；正数的补码是相应的负数，负数的补码是相应的正数，两次补码得到原数
Ø 超码Excess System
l 表示：整数与幻数magic number（一般为
或
，在Excess_后给出，如Excess_127）相加，转换为二进制，左侧补零
l 翻译：转换为十进制，减去幻数
l 应用：用于存储指数部分
Ø 浮点型Floating-Point：整数integer+小数Fraction
u 构成：符号Sign+指数Exponent+尾数mantissa
l 符号：一位，0或1
l 指数：底数为2，包含符号，使用超码表示
l 尾数：小数点后部分，使用无符号整型表示
u 归一化Normalization：对于二进制，移动小数点使小数点左侧只保留一个1。移动小数点e位，向左移动乘
,向右移动乘
。
u 表示：（以单精度为例）存储符号（”0”->”+”,”1”->”-“），以超码的形式（Excess_127）存储指数部分（2为底数），以无符号整型存储尾数部分（1与小数点省略。）
u 解释：（以单精度为例）最左位为符号；接下来8位加上127，作为指数部分；为接下来的23位添加“1”和小数点，可忽略最右侧的“0”；移动小数点到正确位置；转换为十进制。
Chapter 4 Operations on Bits
Ø Arithmetic Operations
u 乘，叠加Multiplication，repeated addition；除，叠减Division，repeated subtraction
u 补码加法：按位加减，逢2进1（carry），最左侧进位舍弃
u 补码减法：加上另一个数的补码
u 溢出overflow：an error that occurs when you try to shore a number that is not within the range defined by the allocation.
u 浮点数运算
l 检查符号：
n 相同：直接加减并指定符号
n 不同：比较绝对值，大数减小数，使用大数符号
l 移动小数点使指数相同（指数小的尾数小数点左移）
l 尾数加减（整数、小数）
l 结果归一化
l 检查溢出
Ø Logical Operations
u 一元操作Unary operator & 二元操作
u 真值表True Tables
l 非门Not Operator：NOT(0)->1；NOT(1)->0
l 与门AND Operator：(0)AND(X)->0；(X)AND(0)->0
l 或门Or Operator：(1)OR(X)->1；(X)OR(1)->1
l 异或门XOR Operator：(1)XOR(X)->NOT(X)；(X)XOR(1)->NOT(X)
u 掩码Mask
l AND：复位（0复位，1不变）
l OR：置位（1置位，0不变）
l XOR：反转（1反转，0不变）
u 移位Shift Operations
l 只适用无符号整型
l 右移：弃最右位，左补0，除进制
l 左移：弃最左位，右补0，乘进制
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