輸入/輸入

現代計算機都采用存儲程序結構，又稱為馮·諾依曼結構，所有對計算機的操作，都可以簡化為如下模型：

現代計算機組成的五大部分：

• 控制器
• 運算器
• 存儲器
• 輸入/輸出設備

馮·諾依曼結構主要特點有：

• 以運算單元為中心；
  輸入/輸出設備與存儲器之間的數據傳送都途經運算器。運算器、存儲器、輸入設備們之間的聯系都由控制器集中控制；

• 指令的執行是順序的，即一般按照指令在存儲器中存放的順序執行，程序分支由轉移指令實現（程序需要根據特定的條件來改變執行的順序，這時就需要使用分支機制）；

• 存儲器是字長固定的、順序線性編址的一維結構；
  存儲器提供可按地址訪問的一級地址空間，每個地址是唯一定義的；

• 數據以二進制編碼；
  指令和數據均采用二進制格式；

• 由指令形式的低級機器語言驅動；

模型分層

計算機和網絡等都采用分層設計的，如下圖：

層的一些通用法則

• 依賴性
  計算機的工程模型是深度層疊的，并且每一層的設計都會影響上、下相鄰的兩層；

• 獨立性

  1. 每一層都獨立處理其特定的任務或功能。層與層之間的設計和實現細節可以獨立進行；
  2. 模型分層讓設計者能夠擺脫現實物理的約束；

• 傳遞性

  1. 不同的層次之間有不同的溝通方式，這個約定好的溝通方式叫作協議，并且不能越層溝通；
  2. 可以沒有上層只有下層，但一定不能只有上層而沒有下層；

這些法則不僅適用于計算機體系，在計算機網絡、操作系統、軟件開發和硬件設計中也廣泛應用。

算法和程序

算法和程序都屬于應用層。

算法定義：
算法是對解決方案的準確而完整的描述，是一系列解決問題的清晰指令，代表著用系統的方法描述解決問題的策略機制。 也就是說，算法對于具有一定規范的輸入，能夠在有限的時間內給出所要求的輸出。

• 程序 = 由計算機系統執行的一系列指令或代碼集合 + 數據；
• 算法其實就是設計者針對問題場景所設計的一些最佳策略；
• 某場景的應用 = 針對該場景的算法 + 數據；

算法在古代就已經存在。算法的雛形是規律，例如古人在治理洪水的過程中發現了勾股術，并且使用勾股術成功測量了兩地的地勢差。除此之外，還有很多例子證明了算法從古至今都存在。

如今，算法不再局限于數學領域的應用，而是升級為解決多領域復雜問題、提供多行業應用方案的有力助手，成為人工智能時代的關鍵要素。

算法無論在政務領域還是在商業領域都有著極大的應用，可以應用到智慧政務、公安防詐、無人駕駛、內容推薦、人臉識別、貨品陳列等多個行業領域。

算法的其它要求

一個好的算法設計，除了需要解決問題之外，通常還要盡力達到“雙低”：

• 一是計算工作量小，速度越快越好；
• 二是所需內存空間小，占地越小越好。

總結：
算法就是一個問題的解決方案，解決問題的形式是：通過輸入和輸出結構。盡量還需要雙底。

一個算法能運行的條件

需要滿足有三要素：

• 算量（數據）
• 算法
• 算力

如果比作一個廚房做菜，數據就是材料，算力就是一個廚房的設備、水、火、鍋具，算法就是做菜的流程。

算法的研發過程

解決具體問題的過程，這個過程就類似于求解數學中的應用題，要嘗試運用各種理論和公式得到最優解。

流程：

• 分析業務問題、
• 收集梳理數據、
• 特征提取、
• 建模、
• 設計算法方案等

宏觀視角看待算法

從宏觀來看待，算法就是一個函數，有輸入、內部運算、輸出 三部分。

輸入：
輸入就是將現實參數轉為可以由計算機處理的二進制數。

內部運算：
內部運算則是以現實目標作為求解的目標，這個步驟需要程序員用自己的經驗去挑選出一個合適的計算方法（計算步驟）來完成這個計算過程。
計算機比手動算的優勢在于，計算機可以大量的循環（重復計算，這個是人腦難以做到的），當然還有大量的存儲。

輸出：
輸出就是將運算的結果輸出。