计算机教育信息流体系结构探讨

计算机教育信息流体系结构探讨

摘要:“计算机教育信息流(jsjjyxxl)”贯穿于计算机教育体系(图1[1]),是一个抽象发展概念,对于不同领域计算体系软件体系,规模大小复杂程度虽不尽相同,但必然有限,且它们的抽象具体化过程,具相同的模式。基于UNIX操作指令系统(Czzlxt)的汇编语言软体体系可能规模最小,生成jsjjyxxl最小计算语句系列,而Wondows2000Server软体体系则可能规模最大,jsjjyxxl计算语句系列可能最长,但必然都是有限的jsjjyxxl抽象具体化思想,更能体现现代计算机教育目的和宗旨。Jsjjyxxl抽象具体化过程引导开发科学系统计算机教育方案,更能体现混合教学模式优越性,以利于深化学生计算概念、计算过程和计算体系的认知过程,体念计算思维感觉,潜移默化养成计算思维习惯。

关键词:运算符系列;操作指令系列;计算语句系列;计算结构;计算体系

Jsjjyxxl抽象具体化概念,通过一组计算关键词解析说明,深化理解。计算体系由计算机硬体体系和软体体系合成。基于硬体体系,面对不同确定应用领域(或称定义域),可开发不同的软体体系,并以各自的计算语句集,与硬体体系交互链接,计算处理定义域对象。这个计算语句集,记为Jsjjyxxl。Jsjjyxxl遂成为所有软体体系共用的抽象概念,但不同定义域的软体体系,它们的Jsjjyxxl计算语句集各不相同,对于不同软体体系,视为Jsjjyxxl一次具体化实现。提供自身定义域所有可计算处理问题(P),计算处理时需要的所有计算语句。

1Jsjjyxxl抽象具体化过程

作为一个特例,汇编语言软体体系,包含UNIX操作系统,形成的计算语句集合,直接定义于硬体,可视为Jsjjyxxl一次具体化实现。UNIX完全仿真于计算机硬体,体现计算机硬体结构特征,充分完美地表达计算机硬体体系结构、计算方式和基本的计算能力;以UNIX为基础,开发的汇编语言软体体系,它的定义域限于数字领域,适用于数字科学计算。但远不足以作为一个更通用操作指令系统(Czzlxt),开发能力更强软体体系,在更宽广的领域,为更多对象类型,处理可计算问题(P)。一般来说确定Czzlxt仍然严格地建立在硬体体系基础上,同时有赖于开发软体体系的定义域,形成确定的运算符系列,系统地刻画施加于定义域对象的所有操作形态和方式方法,才能形成有效的Jsjjyxxl,完成P计算过程的计算语句系列(Pjsxxl)。正因为如此,自UNIX开始,经历ALGOL-60、BISCAL、PASCAL到C语言,其后随着网络和AI智能应用领域发展,不断更新丰富计算语句集合,也就是Jsjjyxxl不断更新具体化。时至今日,还在不断新的软体体系,意味着流经计算机的语句信息及其信息流结构也随之相应发展,不断满足现实世界实现数字化社会的要求。语言发展过程,正好体现计算机发展的科学规律,展现一些基本性发展特征:(1)语言发展的动力来源于现实需求,最重要的目的是提升计算能力,扩大计算对象,开拓更大应用领域。如C语言,数据结构丰富,具有链表、树和栈多类高级数据类型,极大地扩大了计算处理对象;(2)C的运算类型极其丰富,表达式类型多样化,灵活使用各种运算符可以实现在其它高级语言中难以实现的运算;(3)后期发展语言对它们前期语言的运算符号,皆有包容性或兼用性,如C语言能实现汇编语言大部分功能,可以直接对硬件进行操作,既是高级语言,又具有低级语言功能;(4)运算符精细设计,成为提升计算能力的基本功。从UNIX拾多个运算符到C语言32个运算符,实现了计算能力能级跨越,从数值计算进入到数据结构处理,极大地扩大应用领域,深入到社会生活更一般对象处理。精细化运算符设计方向,引导其后语言,向着逐进深入数字化智能社会发展,导致对更多更智能化可计算问题(P)处理能力。[2]

2jsjjyxxl形式定义

不同计算语言,皆有对应抽象jsjjyxxl,语言发展过程,则视为抽象jsjjyxxl具体化过程。依据图灵可计算理论,存在这样的语言,它的运算符满足可计算理论,这样语言的运算符系列就是jsjyxxl最大具体化计算语句系列。Jsjjyxxl是有限计算语句系列抽象概念,还不是一个具体真实计算过程信息流,泛称可计算问题计算过程信息流,但可视为这些可计算问题(P),计算过程的计算语句信息流(Pjsxxl)载体。归结上面的讨论,现在正式定义jsjjyxxl形式定义。对任何可计算(P),必然存在一个Pjsxxl,PJsxxl=s1,s2,…sk(1)其中k>0是一个有限整数。并且,P可计算性,认定存在PJsxxl,表达实际运算过程,实现P计算表达式,F(X)=y(2)正确计算,其中X为定义域,Y为值域。即,pjsxxl运行等效于实施(2)的计算。综合(1)(2)将得到下面表达式(3),称为jsjjyxxl形式定义。jsjjyxxl形式定义:在jsjjyxxl上,直接实施P计算。意味着P的计算结构F,展开成计算语句系列pjsxxl,T表示表达式成立,并确认Y就是P计算结果值。(∀P∃Pjsxxl=s1,s2,…sk→∀si(i=1…k)∈jsjjyxxl)→(F(X)=y)=T(3)特别值得指出:(1)(3)式Pjsxxl是软体结构F计算语句线性展开系列;(2)依据图灵计算理论,任何可计算问题(P),存在一个软体结构,它的jsjjyxxl,实现F的Pjsxxl。

3Jsjjyxxl生成形式模式

(3)式实际上慨括了这个模式。jsjjyxx是计算体系语句集合,如(3)式说明,该计算系统任何可计算问题(P),pjsxxl的每个计算语句都属于jsjjyxx。因此jsjjyxx称为该计算系统计算语句抽象集合。不仅如此,jsjjyxx生成过程,还形成计算系统形式结构。软件体系包含操作系统和服务软件两部分,即,在操作系统的基础上,开发面向社会应用软件系统(服务软件),以键盘为操作平台,通过操作系统,进入计算机硬体,进行用户要求的实时处理,操作系统则称为人-机交互接口。Jsjjyxxl抽象概念,是一个通用性概念。凡是软体体系,都必定形成本系统的Jsjjyxxl。因此现有的计算语言,能够开发专用于该语言软体体系。首先定义一组运算符,处理其定义域的计算对象,形成该定义域操作指令系列,得以形成Jsjjyxxl。(3)式说明,每个可计算对象计算语句系列pjsxxl,其中每个计算语句都来自Jsjjyxxl。(3)式从形式上定义Jsjjyxxl,该定义蕴含Jsjjyxxl抽象具体化过程的形式结构。这个形式结构将贯穿计算概念:从运算符系列,形成操作指令系列,到计算语句系列定义及其计算结构,伴随软体体系系统软件生成,最终形成该语言的jsjjyxxl。总之,每个语言都经历一次这样的具体化过程,生成它的计算体系,同时生成该语言的jsjjyxxl。计算体系的软体体系由操作指令系列和系统软件两部分合成;系统软件定义域就是它面对的数据对象集合,并为规范定义域数据对象的运算处理,定义一组运算符,确定语句形态和语法规则,以及计算过程语句系列的计算结构。综上所述,Jsjjyxxl抽象具体化过程也正好随着图1[1]模块系统地展开,形成它生成的形式结构。

4Jsjjyxxl生成形式结构

上面的讨论规范为一种模式,适用于任何计算语言,随着Jsjjyxxl抽象具体化,生成计算系统软体体系的系统软件。这个模式也是一种通用模式。对于更大的综合性更强的软体体系如Windows系统也是正确的。这些软件或称系统软件的服务软件。自X-500,NDS和Exchange到1993年Server起,Nevell的NDS,WindowsNT,Wondows2000Server。NDS的被认为是一次计算的突破,从WindowsNT,到Wondows2000Server,实现目录管理服务,更被视为革命性的进步。[3]这些大型软体体系,类似于基于UNIX数值计算的软体体系的开发。它们的开发也必须遵循上述一般软件体系开发模式。所有软体体系,不论规模大小和复杂程度如何,它们的Jsjjyxxl抽象具体化过程的形式结构也基本上相同。jsjjyxxl一次抽象具体化,意味着:计算体系(jstx)一个确定软体体系(rttx)在其硬体体系(yttx)上的实现。于是三者合成图1,称为jsjjyxxl形式体系单位树。这颗单位树,将基于图1[1]模型,转换成生成jsjjyxxl形式结构体系。计算概念系列遂成为规划教学计划的主轴。贯穿于图1[1]教学进程,逐步展现jsjjyxxl抽象具体化过程。并以线上线下混合教学模式,,实现图1[1]的教学规划。单位树根节点(gjd)为计算体系(jstx),两个叶节点(yjd)分别是yttx和rttx。以图1[1]为基础,两个yjd各自生成自己的单位树,分别显示于图2和3,也就是分解图1[1]成两部分,即yttx单位树的yjd,就是计算机系统(图1[1])成为唯一yjd,图3rttx单位树的yjd为图1[1]其余4个模块(数据、计算语言、软件工程和计算机网络)。自然意味着:计算体系gjddws定位于图1[1]的5个模块,形成它的yjd单位树,也是它的第二级子节点(zjd);最终意味着:jsjjyxxl形式体系将在图1[1]的系统上生成。致使4个软体模块将在硬体模块上严格制约下实现它们的功能。从计算体系单位树gjd到它的第二级yjd,显示gjd抽象度逐层降低趋势。事实上,从第二级叶节点进一步生长它们的yjd,其抽象度将会进一步降低,叶节点单位树进一步生长过程,直至某个第k(>0有限整数)层,它的所有节点都成为计算语句叶节点,不能再生成单位树为止。至此,jstxgjd全树生成,它的所有yjd合成jsjjyxxl。如是得到结论:jstxgjd功能逐层解析过程,也就是随着它的抽象度逐层降低,直至k(>0有限整数)层,所有yjd皆为计算语句,最终生成rttx的jsjjyxxl,或者说,k层叶节点集合即jsjjyxxl。该结论正确性可以形式逻辑证明。本文在下面仅给以简单说明。这个过程演绎jstxyttx直接生成rttx,形成该rttx的jsjjyxxl。硬体系统成为硬化计算概念系列的硬化模型,规范软件体系,在约定运算符系列基础上,生成计算系统的系统服务软件。运算符系列确定rttx的操作指令系列,确定软件体系服务软件的定义域,并生成jsjjyxxl,为服务领域对象处理提供所有的计算语句。最简单的例子,就是直接以数字运算的运算符,如,加、减、乘和除,以及若干逻辑运算符,直接定义运算符系列,形成UNIX操作系统,并随着图1[1]教学演绎过程,生成汇编语言服务软件,同时伴随着具体化的jsjjyxxl语句形成,满足数学科学计算。jsjjyxxl语句,随着jstxgjd功能抽象具体化过程生成步骤:(1)Sjxt(图3)(数据结构模块图1[1])规定数据类型,形成rttx定义域,规划、设计运算符系列(ysfxl);(2)ysfxl进入子节点yttx(图2,jsjxt(图1[1]),其操作指令译码器(czzlymq)进行识别编译,如果识别编译成功,则对ysfxl进行硬化处理:依次编序和符号语义硬化。形成rttx的czzlxl,否则修改ysfxl或必要时jsjxt适当调整,直至rttx的czzlxl形成;(3)yyxt(图3,计算语言模块(图1[1]),依据ysfxl每一个运算符号,生成rttx计算语句系列(jsyjxl),如C语言,计算语句的基本形式归类9类,其中第一类称为表达式语句,有7类表达式语句,而控制语句则有5类;(4)软件结构rjjg(图3),即软件工程模块(图1[1]),形成该rttx任何任何可计算问题(P)计算语句系列(jsyjxl)的rjjg(公式(3)之F);(5)计算网络(wl),提供rttxjsyjxl进入定义域数据通道接口语句。总之,jstxgjd功能抽象具体化,基于计算机教育体系模块(图1[1])逐层降低过程,直至某个第k(>0有限整数)层,它的所有节点都成为计算语句叶节点皆为计算语句(jsyj),至此jstxgjd到K层叶节点形成一个网络型形式结构,jsjjyxxl语句集生成,并且从jstxgjd到jsjjyxxl每个语句有一条连通路径。形式逻辑理论即可证明它的正确性。

5结论

jsjjyxxl形式定义(3),将建立计算体系开发应用领域软体体系、确定计算体系计算能力并有助于开发应用软件,满足社会数字化需求。

参考文献

[1]李晖,张华.计算机教育计算信息流混合教学模式[J].电脑知识与技术,2021,17(35).

[2]谭浩强.C程序设计(计算机基础教育丛书)[M].北京:清华大学出版社,1994.

[3]汪洲,刘砚,龚建,等译.Windows2000Server体系结构与规划[M].北京:机械工业出版社,2002.

作者:李晖 单位:武汉大学 计算机学院