2 人工智能的系统数据基础

说明

本文档仅涉及部分内容，仅可用于复习重点知识

本节要点：

2.1 认识人工智能系统

2.1.1 人工智能系统架构

2.1.2 人工智能系统三要素

数据，算法，算力

2.2 人工智能的系统基础

2.2.1 计算机系统组成

硬件系统 + 软件系统

硬件系统的 5 个组成部分（冯·诺伊曼计算机模型）：

• 输入设备、存储器、处理器（运算 + 控制）、输出
• Input, Memory, CPU (Datapath + Controller), Output

硬件系统的 3 个子系统：

1. 存储器
2. 处理器
3. 输入输出

连接三个子系统的是总线（Bus），分为地址总线、数据总线和控制总线

程序存储原理：

1. 程序和程序执行所需要的数据在执行前存放到存储器中
2. 要求程序和数据采用同样的格式 —— 二进制
3. 执行程序时，给出程序所在的存储位置

2.2.2 处理器系统

性能指标：

1. 主频
2. CPU 数量、内核数量
3. 字长：处理器一次能够处理的最大二进制数的位数
4. 协处理器：不单独工作、在 CPU 的协调下完成任务，例如处理浮点运算的协处理器
5. 内部高速缓存器（Cache）

2.2.3 存储器系统

• 存储器由若干个存储单元组成，每个存储单元都有一个唯一的标识叫做存储器地址，用二进制位模式进行标识
• 数据存放在存储单元中，存储单元以字节（Byte，缩写为 B ）为单位，一个字节由 8 位二进制位（bit，缩写为 b） 组成
• 存储容量即存储器中存储单元的总数，也叫做字节数，或者称为地址空间

内存储器（主存储器）

容量小，运行速度快

• 每个内存单元存储 1 个字节的地址，地址也按二进制位进行标识，连续存放
• 内存空间和 CPU 地址总线数目有关

1. 随机存取存储器（RAM）
   1. DRAM：制作内存条
   2. SRAM：制作 Cache
2. 制度存储器（ROM）：断电后存储的数据不会丢失
   1. PROM
   2. EPROM
   3. EEPROM

外存储器（辅助存储器）

容量大，运行速度慢

磁盘（disk）

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固态存储器（SSD），存储介质是内存（Flash Memory）

优势：

1. 速度快
2. 克服了 RAM 的易失性

类型：

1. U 盘，固态硬盘
2. 卡片式固态存储器：CF 卡，SD 卡

2.2.4 输入输出系统

端口：是外部设备与主机连接器。如 USB 接口，Type C 接口

2.2.5 操作系统

操作系统是计算机硬件和用户 其他软件和人之间的接口，位于计算机系统核心，它使用户能够方便地操作计算机，能有效地对计算机软件和硬件资源进行管理和使用

• 内核（kernel）：是操作系统的核心，管理计算机各种资源所需要的基本模块（程序）代码 ，包括文件管理、设备驱动、内存管理、 CPU 调度和控制等功能
• Shell（外壳程序）：负责接收用户（包括用户执行的应用程序）的操作命令，并将这个命令解释后交给 Kernel 去执行
• 在 Windows 系统中 Shell 是 GUI

进程管理

• 进程：正在执行中的程序
• 进程管理：最重要的任务是进程调度，其目的就是有效管理而且防止死锁

时间片轮转法：

• 按照 FCFS（先来先服务原则） 原则，排成一个队列

内存管理

• 内存调度
• 内存和外存数据交换
• 内存保护机制

设备管理

文件系统

2.3 人工智能数据基础

2.3.2 数值数据的表示

• 原码
• 反码
• 补码

浮点数的表示

2.3.3 文本和文档数据的表示

ASCII 码、GBK、UTF-8

2.3.4 多媒体数据的表示

图形和静态图像

矢量图

bmp, gif, jpeg/jpg

音频数据表示

wav, mp3, aac

视频与动画

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