2020—2021-1学期20202417《网络空间安全》第三周学习总结

学习内容：《计算机科学概论》第6、7章

经过上两周的学习，我现在对计算机的信息层以及硬件层都有了初步的认识，本周的学习内容将围绕程序设计层展开。

第6 章低级程序设计语言与伪代码，主要讲述了计算机中一些基本的低等级编程语言：机器语言与汇编语言。

知识点：

（一）计算机操作：

1.计算机：能够存储、检索和处理数据的可编程电子设备。

（二）机器语言：

1.机器语言：由计算机直接使用的二进制编码指令构成的语言。每一条机器语言指令只能执行一个非常低级的任务。

2.虚拟机：为了模拟真实机器的重要特征而设计的假想机器。

2.Pep/9：一种虚拟计算机，有40条机器语言指令。

（1）基本特性：

• 内存单元由65536字节的存储空间构成。
• 字长为2字节，或者16位。
• 有七个寄存器：（重点研究3个）程序计数器（PC），其中包含正在被执行的指令或地址。指令寄存器（IR），其中包含正在被执行的指令的一个副本。累加器（A），用来存储数据和运算结果。

(2)指令格式：一条指令由两部分构成，8位的指令说明符和（可选的）16位的操作数说明符。Pep/9的指令在长度上是1字节或3字节，取决于是否需要用操作数说明符。

• 指令说明符：说明了要执行什么操作和如何解释操作数的位置。
• 操作数说明符：存放操作数本身或者操作数的地址。有些指令没有操作数说明符。

3位的寻址模式说明符表示了怎样解析指令中的操作数部分。如果寻址模式是000，那么指令的操作数说明符中存储的就是操作数。这种寻址模式称为立即寻址(i)。如果寻址模式是001，那么操作数说明符中存储的是操作数所在的内存地址名称。这种寻址模式称为直接寻址(d)。

• 没有操作时的指令称为一元指令，这些指令没有操作数说明符，长度为1字节。

（3）一些示例指令：

• 0000停止执行：程序终止。是一元指令，指令说明符最右边三位被忽略，这三位将指示寻址模式。
• 1100将字载入寄存器A中：将一个字（两字节）载入寄存器A中。寻址模式决定了要载入的值要么是操作数说明符中的实际值，要么是在操作数说明符中找到的地址的内存位置。
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• 1101将字节载入寄存器A中：只载入1字节而不是2字节。如果寻址模式是立即寻址，那么操作数说明符的第一个字节将被忽略，只有第二个字节会载入寄存器A中。如果寻址模式是直接寻址，则只会载入内存位置的1字节而不是2字节。
• 1110存储寄存器A中的字：把寄存器A中的内容存储到操作数中指定的位置。
• 1111存储寄存器A中的字节：只存储1字节而不是2字节(一个字)。不支持立即寻址模式。只有寄存器A的第二个字节会存储在操作数说明符给出的地址中。
• 0110将操作数加到寄存器A中：有立即寻址与直接寻址两种方式。
• 1000从寄存器A减操作数：与加法操作相似。

3.Pep/9的输入和输出：

遵循原则：内存映射输入/输出：将输入和输出设备与主存中特定的、固定的地址联系起来。输入设备在地址FC15，输出设备在地址FC16。

使用ASCII字符集表示字符。

(三)一个程序实例 

1.Pep/9模拟器：

通过选中“构建”>“装入”菜单选项来装入程序。将程序装入内存之后，可以通过选中“构建”>“执行”菜单选项运行程序。

当模拟器执行程序时，它像真实机器一样每次只运行一条程序命令，并且遵循第5章所讲的读取-执行周期：

(1)从由程序计数器确定的存储器位置上获取指令；

(2)解码指令，更新程序计数器；

(3)获得操作数（如果需要）；

(4)执行指令。

程序计数器、指令寄存器、累加器（寄存器）都将会显示在模拟器的CPU窗口中，同样还会展示一些其他的寄存器：

2.另一个机器语言实例：

(四)汇编语言

1.汇编语言：一种低级语言，用助记码表示特定计算机的机器语言指令。

2.汇编器：把汇编语言翻译成机器代码的程序。

3.Pep/9汇编语言：

(1)汇编器指令：翻译程序用的指令。

(2)注释：为程序读者提供的解释性文字。

4.数字数据、分支、标签

(1)分支：指出执行下一条指令的指令。

(2)标签：对内存位置起的名字，可以将这个名字当做操作数。

标签和它们对应的地址会在代码清单后以符号表的形式进行展示：

5.汇编语言中的循环

(五)表达算法

1.算法：解决方案的计划或概要，或解决问题的逻辑步骤顺序。

2.伪代码：一种表达算法的语言。

3.伪代码功能

变量、赋值、输入/输出、选择、重复

• 布尔表达式：评价为真或假的表达式。
• 伪代码语句：
• 

4.执行伪代码算法

5.写伪代码算法

• 桌面检查：在纸上走查整个设计。

6.翻译伪代码算法

(六)测试

1.测试计划：一个文档，说明了要全面测试程序需要运行的次数以及运行程序使用的数据。

2.代码覆盖（明箱）测试法：通过执行代码中的所有语句测试程序或子程序的测试方法。

3.数据覆盖（暗箱）测试法：把代码作为一个暗箱，基于所有可能的输入数据测试程序或子程序的测试方法。

4.测试计划实现：用测试计划中规定的测试用例验证程序是否输出了预期的结果。

第7章 问题求解与算法设计

知识点：

(一)如何解决问题

1.提出问题

2.寻找熟悉的情况

3.分治法

4.算法：在有限的时间内用有限的数据解决问题或子问题的明确指令集合。

5.计算机问题求解过程

四个阶段：分析和说明阶段、算法开发阶段、实现阶段、维护阶段。

6.方法总结：

分析问题、列出主要任务、编写其余的模块、根据需要进行重组和改写。

7.测试算法

(二)有简单变量的算法

1.带有选择的算法

2.带有循环的算法

• 计数控制循环
• 事件控制循环：嵌套结构：控制结构嵌入另一个控制结构的结构，又称为嵌套逻辑。
• 平方根
• 

抽象步骤：细节仍未明确的算法步骤。

具体步骤：细节完全明确的算法步骤。

(三)复杂变量

1.数组：同构项目的有名集合。

2.记录：异构项目的有名集合。

(四)搜索算法

1.顺序搜索

2.有序数组中的顺序搜索

3.二分检索：在有序列表中查找项目的操作，通过比较操作排除了大部分检索范围。

(五)排序

1，选择排序

2.冒泡排序

3.插入排序

(六)递归算法

递归：算法调用它本身的能力。

1.子程序语句

2.递归阶乘

3.递归二分检索

4.快速排序

• 分裂算法
• 

(七)几个重要思想

1.信息隐蔽：隐蔽的模块的细节以控制对这些细节的访问的做法。

2.抽象：复杂系统的一种模型，只包括对观察者来说必需的细节。

• 数据抽象：把数据的逻辑视图和它的实现分离开。
• 过程抽象：把动作的逻辑视图和它的实现分离开。
• 控制抽象：把控制结构的逻辑视图和它的实现分离开。
• 控制结构：用于改变正常的顺序控制流的语句。

3.事物命名:在编写算法时，我们使用速记短语表示要处理的任务和信息，也就是说，给数据和过程一个名字，这些名字叫做标识符。

4.测试——白盒测试：基于代码本身。黑盒测试：基于测试所有可能的输入值。

最后用两张脑图总结一下：