计算机⽂化基础（完整版）
第⼀课说在前⾯的话
梳理IT产业⼤脉络
⼀.摩尔定律（动⼒强劲的引擎）：1.集成电路芯⽚上所集成的电路的数⽬，每隔18个⽉就翻⼀番。
2.微处理器的性能每隔18个⽉提⾼⼀倍，⽽价格下降⼀倍。
3.⽤⼀个美元所能买到的电脑性能，每隔18个⽉翻两番。
⼆.安迪-⽐尔定律
三.反摩尔定律（反摩尔定律使得新兴的⼩公司有可能在发展新技术⽅⾯和⼤公司在同⼀个起跑线上）
四.麦特卡尔夫定律（⽹络价值同⽹络⽤户数量的平⽅成正⽐）
你的第⼀门计算机⼊门课
⼀.技术鉴别的能⼒
能够结合⾃⼰的学科专业理解某种信息技术的优点及不⾜
⼆.技术应⽤的能⼒
能够了解问题的哪些⽅⾯适合⽤信息技术来解决，并具备对所采⽤⼯具和技术的解决⼒的评判
三.创新应⽤的能⼒
能够将信息技术应⽤到新的地⽅，或者通过⼀种新的⽅式来应⽤技术
第⼆课揭开计算机的神秘⾯纱
现代计算机为什么是数字计算机？--数字装置与模拟装置
⼀.数字
使⽤的线路主要是数字线路，计算机内部处理的数据都是被数字化的离散的量
⼆.电⼦
计算机中完成数据计算、存储、传送、控制等功能的部件都是选⽤电⼦器件实现的
⼆进制与⼗进制有什么区别--了解⼆进制
进位记数制
⼀.如果采⽤的数制有R个基本符号，则称为基R数制，R称为数制的“基数”
进位记数制的编码符号“逢R进位”的规则
⼗进制 R=10 可使⽤0，1 (9)
⼆进制 R=2 可使⽤0，1
⼋进制 R=8 可使⽤0，1， (7)
⼗六进制 R=16 可使⽤0，1......9，A,B,C,D,E,F
⼆.数制中每⼀固定的位置对应的单位值称为“权”
各位的权是以R为底的幂
⼀个数可按权展开成为多项式
三.⼆进制的优点
易于物理实现
运算规则简单
机器可靠性⾼
通⽤性强（逻辑运算）
四.转换⽅法：⼗进制转换⼆进制：整数部分除R取余数，⼩数部分乘R取整
为什么莱布尼兹没有认识到⼆进制的重要性--与或⾮、⼆进制数的数字实现⼀.数字计算机的理论基础--布尔代数
英国数学家布尔创⽴布尔代数（约1850年）
描述客观事物逻辑关系的数学⽅法；逻辑常量和逻辑变量只能取两个值0或1；代表两种相反的逻辑状态。
基本逻辑运算：与、或、⾮
复合逻辑运算：同或、异或等
⼆.基本逻辑运算-与
五大编程app
“与”逻辑AND
决定事物结果的全部条件都满⾜时，事件才发⽣；符号是*，逻辑式：F=AB;F取值1仅当A 和B都是1
“或”逻辑OR
决定事物结果的全部条件只要有⼀个满⾜时，时间就发⽣；符号是+，逻辑式：F=A+B;F取值1，如果任⼀或全部为1
”⾮“逻辑NOT
“异或”“同或”
三.数字计算机的理论基础--开关电路
⾹农1938年硕⼠毕业论⽂《继电器和开关电路的分析》第⼀次在布尔代数和继电器开关之间架起了桥梁；⽤布尔代数进⾏开关电路分析，并证明可以⽤继电器电路来实现布尔代数的逻辑运算。
数字运算都转化成⼆进制，⼆进制运算都转化成逻辑运算，⽤逻辑门电路实现。
四.开启电⼦计算机时代
采⽤电⼦线路和电⼦元件执⾏算术运算、逻辑运算和存储信息，速度快。
从ENIAC到现代通⽤计算机--ENIAC到现代计算机、新材料带来新发展⼀.改造ENIAC缺点的最佳⼈选
冯-诺依曼，20世纪最伟⼤的科学全才之⼀，因科研⼯作遇到的⼤量计算问题，成为ENIAC 研制⼩组的顾问
⼆.冯诺依曼著名的“101页报告”
解决了计算机的运算⾃动化的问题，速度配合问题（CPU与外设）
三.存储程序+程序控制
使⽤⼆进制，存储程序结构，五⼤部件：运算器、逻辑控制装置、存储器、输⼊和输出设备
四.什么是计算机
计算机产⽣输出：报表、⽂档、⾳乐、图形、图⽚等都是计算机输出的形式；
计算机接受输⼊：输⼊设备收集输⼊信息（数据和指令），并把它们转化为计算机可以处理的形式；
计算机处理数据：计算机在CPU中处理数据，结果被临时存放在内存。该结果可以从内存输出或被存储起来；
计算机存储数据：当数据不需要⽴即处理时，它们被存储到外存上（⽐如磁盘或硬盘上）
五.现代微机结构组成
微机的硬件由CPU、存储器、输⼊/输出设备构成；
输⼊/输出设备通过输⼊/输出接⼝（简称I/O接⼝）与系统相连；
各部件通过总线连接
六.⼀台能够⼯作的计算机
存储程序+程序控制
两种使⽤计算机的⽅式：编写程序；运⾏程序
计算机系统：硬件：计算机+外围设备；软件：系统软件+应⽤软件
七.新材料带动计算机⾼速发展
电⼦管（1946-1956 5千-4万次/秒）→晶体管（1957-1964⼏⼗万-百万次/秒）→集成电路（1965-1970百万-⼏百万次/秒）→超⼤规模集成电路（⼏百万-⼏亿次/秒）
⼋.被爱迪⽣忽略的伟⼤发明-电⼦管
电⼦管开启计算机的电⼦纪元（德-福雷斯特发明真空三极管）
电⼦管的缺点：体积⼤、耗能⾼、散热量⼤、寿命较短、价格昂贵
九.电⼦管的替代品-晶体管
电⼦管具有的功能晶体管都能做到，电⼦存在的缺点晶体管都没有（肖克利等三⼈）
⼗.从晶体管到集成电路
杰克-基尔⽐发明集成电路
半导体产业进⼊“商⽤时代”（罗伯特-诺伊斯发明可⽤于商业⽣产的集成电路）
⼗⼀.摩尔定律
每18个⽉，计算机等IT产品的性能会翻⼀番，或者说，相同性能的计算机等IT产品，每18个⽉价钱会降⼀半。
摩尔定律会失效吗
⼀、摩尔定律催⽣芯⽚⾰命
3D晶体管让CPU性能更⾼功耗更低
3D的架构则意味着平⾯到空间的转换，⾯对⾮常⼩的设备尺⼨，物理定律成为晶体管技术进步的障碍。
计算平台的Soc集成：实现了低系统功耗、⼩尺⼨、低成本、新使⽤模式......CPU占据SOC 芯⽚的⼀⼩部分
⼆.计算机发展⽅向
⾯向科学计算追求计算速度（巨型机、⼩型机）
⾯向个⼈追求⾼性能⾼存储（台式机、⼀体机、⼯作站）
⾯向个⼈追求便携移动（笔记本电脑、iPad）
⾯向智能应⽤（嵌⼊式应⽤、可穿戴智能设备）
讲座：计算机世界中的巨⽆霸
⼀、超级计算机：（supercomputer）指能够执⾏个⼈电脑⽆法处理的⼤数据量和⽆法完成的⼤计算量的⾼速电脑。
⼆.超级计算机核⼼技术：并⾏处理：多个任务在多个处理单元上同时执⾏
sp：串⾏处理：多个任务在处理单元上依次执⾏
三.超级计算机⽤来⼲什么？
更快：同⼀个问题能够算的⽐单机系统更快例如，可扩展的数值天⽓预报系统
更强：计算⽐单机系统更⼤的问题例如，海上三维地震勘探数据量数⼗TB以上
更多：同时计算更多组任务例如，Google每秒钟可以处理成千上万的搜索请求
四、超级计算机的发展史
TOP500：世界上最快的500台超级计算机评选www.doczj/doc/9a15879912.html
TOP500评选依据：LINPACK benchmark 性能结果（Rmax）
TOP500发榜：⼀年两次，每年11⽉份sc会议（美国），每年6⽉份isc会议（德国）中国的TOP100列表，每年11⽉份的HPC China会议发布
⾛进国家超算中⼼
计算计算机计算能⼒
作业：
1.⼀个完整的计算机系统包括硬件系统和软件系统
2.计算机中⼀个常⽤的存储单位简称GB，表⽰的是2^30字节（B）
3.逻辑变量的取值1和0 ，可以表⽰为电压的⾼和低，电流的有和⽆，开关的闭合和断开，真和假
4.计算机由“庞然⼤物”ENIAC“缩⼩”为掌上电脑，其硬件核⼼技术是集成电路
第3课数字世界中形形⾊⾊的数
数码相机是如何“计算”出⼀张数字照⽚--照相机如何感知世界、如何拍摄彩⾊
照⽚、
⼀.让计算机感知外界
信号提取（传感器等）→信号预处理（放⼤滤波等）→A/D转换→计算机系统→D/A转换→信号的驱动与执⾏
⼆.图像是⾃然界中客观景物通过某种系统的映射，使⼈们产⽣视觉感受。
三.图像传感器表⾯被分成若⼲个感光点，每个点都能感受到光线，并将光线转化成电流。
四.第⼀张彩⾊相⽚
分⾊丢失的⾊彩信息，通过规律的布局，结合相邻滤光点的⾊彩信息猜出来
滤光（分⾊）→数码底⽚（RAW）→计算（猜⾊）→计算（压缩）→数码相⽚（JPG）
认识图像数字化过程中的采样与量化--采样和量化，像素、分辨率和⾊深⼀.多媒体计算机处理图像和视频，⾸先必须把连续的图像函数f（x,y）进⾏空间和幅值的离散化处理，关键动作：采样和量化。
采样的实质就是要⽤多少点来描述⼀张图像。⽐如，⼀幅256*256的图像，表⽰这幅图像由65536个点组成。
⼆.像素
⼀个像素通常被视为图像的最⼩的完整的采样。在很多情况下，它们采⽤点或者⽅块显⽰，每个像素可有各⾃的颜⾊值。
像素译⾃英⽂pixel
三.分辨率
分辨率（dpi）是⽤来说明数字信息的数量或密度，它与像素、图像尺⼨等有密切的联系。在数字影像
领域内，其内涵和表⽰⽅法不是单⼀的、固定的：输⼊分辨率、显⽰分辨率、输出分辨率和图像分辨率。
四.颜⾊深度
图像的颜⾊是⽤若⼲位⼆进制数表⽰的，被称为图像的颜⾊深度。
⿊⽩图，图像颜⾊深度为1；灰度图，图像颜⾊深度为8；RGB 8⾊图，颜⾊深度为3；真深⾊图，颜⾊深度为24
计算机是如何感知声⾳波形的--声⾳的三要素
⼀、响度
声⾳的强弱，通常以分贝（dB)来表⽰响度的⼤⼩。强度在声⾳波形中对应振幅⼤⼩。
⼆.⾳调
声⾳的⾼低，由声源的振动频率决定，频率越⾼则⾳调越⾼。
⾳调的⾼低对应于波形频率的⾼低。
三.⾳⾊
现实中，各种振源产⽣的声⾳都不仅仅是纯粹的单频率声⾳（基⾳），⽽且还包含有丰富的频率成分（泛⾳）。⾳⾊不同时波形有别。
四.模拟声⾳与数字⾳频
五.声⾳的数字化
六.适于⼈类听觉系统的采样频率
采样频率决定了频率响应范围：8000Hz：电话⾳质；22050Hz:⽆线电⼴播；44100Hz：⾼保真效果；48000Hz或更⾼：数字电视、DVD、HDCD、蓝光⾳轨等等
七.量化位数决定⾳频幅值采样的精度
量化位直接决定了采⽤多⾼精度来表⽰声波振幅的动态范围。由于计算机按字节运算，⼀般的量化位数为8位和16位。量化位数越⼤，量化误差越⼩，对⾳频信号的采样精度就越⾼。
动态范围=20*lg(2^量化位数)
⼋.⽴体声与双声道

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