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  • 2019-2020-1学期 20192428《网络空间安全专业导论》第一周学习总结

    在学习过计算机科学概论第2章,第3章 后,我有良多的收获。

    计算机科学概论第2章,第3章讲述的是计算系统的信息层知识内容,正如分层结构一般,信息层是计算系统和计算机的关键之所在。

    第2章:

    第2章着重讲述了不同的计数系统以及他们的种种关系,其中二进制八进制十六进制计数系统的存在使得原本枯燥无味的数字有了紧密而有趣的联系。在二进制中,0和1是计数系统的基数,每多一位位数,计数系统所表示的情况便是原来的两倍,而因为存在8=2³,16=2⁴的关系,二进制与八进制,十六进制的转换显得尤为简单。例如二进制向八进制的转换,就是从左向右三位比特数为一组(十六进制则为四位比特数一组),但向十进制的转换则相比之下较为复杂。因为现代计算机都是二进制机器的原因,二进制的学习也显得尤为重要,第3章就讲到二进制补码的问题(一种计算机负数的表达方法),由此可见,二进制是学习计算机的基石,也是通向计算机复杂计算的阶梯。

    第3章则是在第2章的基础上深化了信息层面的内容——数据表示法。没有数据,计算机就毫无用处,而没有具体的管理数据的方式,计算机便失去了其诞生的目的。如今的信息类型有很多:数字,文本,音频,图像图形,视频等等。如何表达这种种信息,以及如何更好的传输它们,正是第3章所想描述的内容。因为计算机的精确性要求,数字化数据的储存,校准,传输等是每位计算机工作者所要清楚明白的。同时为何现代计算不使用十进制而转向二进制计数系统的原因也得以在这一章节列举:

    1.脉冲编码调制(PCM)的出现使得二进制计数系统优势得以体现。
    2.传统数据对负数的表示法并不适用于计算机语言(计算机对-0的难以理解等),在十进制补码的基础上出现的二进制补码完美解决的计算机负数表达的问题(Negative(I)=2∧k-I)即将每一位取反再加一,使得八位二进制补码可以轻松表示-128~127的所有数据,同时数据最左边一位表示正负的优点,使二进制解释了其记录数据的优势

    第3章:

    一.文本表示法:

    同时在第三章中也出现了对文本表示法的学习:ASCII字符集Unicode字符集使得计算机具有了国际影响力,使计算机文字有了更丰富多彩的表达;文本压缩则讲述了计算机三种常用的文本压缩类型:关键字编码行程长度编码赫夫曼编码

    1. 关键字编码:关键字编码的核心思想即为将常用词语替换为某个字符,例如将英语中常用的what,why,and等词语替换为不常用的符号¥,%,&,达到减少字符的目的。其优势是最为直观也最为简单。但局限性也非常大:文本不能出现替换的字符,压缩率不稳定,以及对文本的内容依赖也使得这种方法压缩数据的程度局限。
    2. 行程长度编码:适用于某个字符在长序列中反复出现,即AAAAAAA可以压缩为*A7的形式,其优点与局限性一目了然。
    3. 赫夫曼编码:基于前者两种方式的改进,赫夫曼编码对字符使用的概率进行统计,将使用频率较高的字符用较少位数的比特数代替,使得原来多字符的文本压缩效果大大增强,创建这种结构的方法确保了最常用的字符对应与最短的位串。

    二.音频数据表示法:

    要在计算机上表示音频数据,必须数字化音波,把它割成离散的,便于管理的片段,方法之一是真正数字化声音的模拟表示法。而要数字化这种信号,需要周期性地测量信号的电压,并记录合适的数值(即采样),最后得到表示不同电平的一系列数字。音频格式中,MP3最受人青睐,MP3使用的压缩方法极为科学:将分析频率展开,与人类心理声学的数学模型进行比较,然后舍弃那些人类听不到的信息,再用赫夫曼编码进一步进行压缩得到其压缩文件。

    三.图像与图形表示法:

    首先介绍了计算机的颜色表示法,通常使用RGB值表达每种颜色的参与度;其次介绍了逐个像素储存图像信息的方法——光栅图形格式(常见格式为BMP,GIF,JPEG等),同时介绍了这种格式下各个不同格式的优缺点,与之对应的是另一种矢量图形的表示图像方法(常见格式为Flash,SVG

    四.视频表示法:

    视频编译码器(video codec)为一种缩减电影大小的方法,视频信息的捕捉和压缩方法使得它成为最复杂的信息类型之一,视频片段包含许多静态图片,而压缩其主要有两种方法

    1.** 时间压缩(temporal compression)**:时间压缩将选定一个关键帧,作为分析差别的参照物,在帧与帧之间变化不大的地方进行适量的删除,保留其主要信息,以完成其压缩的目的

    2.** 空间压缩(spatial compression)**:空间压缩将删除一个帧的冗杂信息,将颜色相同的像素聚集在一个块中,其思想内容相似与航程长度编码。

    这便是第3章中计算机信息层的深层内容,我回味无穷。

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