大学计算机第七版读书笔记（第一章）

大学计算机精简内容第一章

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1，计算设备

（1）算筹：追溯到2000多年前的春秋战国时代，世界上最早的计算工具。
（2）算盘：第一种手动式计数器，最早的数字计算机，珠算口诀是最早的体系化算法。
（3）计算尺：1622年英国的奥特瑞德发明，可执行加减乘除指数三角函数等运算。
（4）加法器：1642年法国帕斯卡发明，采用齿轮旋转进位方式只能执行加法运算。
（5）计算器：1673年莱布尼兹发明，能演算加减乘除开方的计算器。
（6）差分机和分析机：1812年，1834年查尔斯巴贝奇分别设计了差分机和分析机。分析机体现了现代电子计算机的结构、设计思想，被称为现代通用计算机的雏形。

2，计算机历史

（1）图灵机：
第二次世界大战期间英国的阿兰·图灵设计并完成了真空管机器Colossus，成功破译了德国作战密码。

• 图灵机的描述方法有两种：1，形式化描述：描述所有细节，非常繁琐且仅在专业中使用。2，非形式化描述：概括地说明图灵机的组成和工作方式。
• 图灵机的组成：1，一条无限长的纸带，纸袋分为一个个方格，每一个都用于储存信息。2，一个读写头，可以在纸带上读写和左右移动。
  运作原理：开始运作时，纸带上只有输入串，其他地方都是空的。若要保存信息，读写头就把信息保存在纸带上。若要读取信息，读写头则来回移动。图灵机有3个状态：接受状态，拒绝状态，进位状态，初始状态图灵机位于进位状态。阅读一段数据的时候，图灵机从右边第一个方格开始从左往右扫描纸带，并且从进位状态转变成接受状态。如果在进位状态碰到0或者空白，就改写成1并且进入接受状态，然后停机。如果读到1，则改写为0，并且状态保住不变，读写头左移。理解为什么这么做就需要理解二进制的原理。
  （2）通用图灵机
  类比上面办法，可以制造许多不同用途的图灵机，具有许多功能的图灵机就叫做通用图灵机。
  （3）ENIAC
  1946年宾夕法尼亚大学研制成功的ENIAC（电子数字积分计算机）被认为是一台电子计算机。但是ENIAC本身有两个缺点：一是没有储存器，二是用布线接板进行控制，搭接耗时太久。因此ENIAC对以后研制的计算机没有什么影响。
  （4）EDVAC
  冯·诺伊曼研制出了人类第二台电子计算机EDVAC（离散变量自动电子计算机）。EDVAC逻辑设计（即冯·诺伊曼体系结构）的主要思想有如下几点：

1. 采用二进制表示数据
2. 把程序和数据一起放在内存中，计算机按照程序顺序执行
3. 计算机由五个部分组成：运算器，控制器，存储器，输入设备和输出设备
   冯·诺伊曼体系结构一直沿用至今，第二点思想来自图灵。
   （5）UNIVAC
   ENIAC的两个发明人莫奇莱和埃克特生产了第一台商用计算机，用于公众领域的数据处理，作为商品出售。

3，计算机的分代

	第一代（1946～1958）	第二代（1958～1964）	第三代（1964～1970）	第四代（1971到现在）
物理器件	电子管	晶体管	集成电路	超大规模集成电路/大规模集成电路
典型计算机举例	IBM650，IBM709	IBM7090，CDC7600	IBM360	微型计算机，高性能计算机
运算速度	每秒几千次	每秒几十万次	每秒几百万次	每秒亿亿次
软件	机器语言，汇编语言	高级语言	操作系统	数据库，计算机网络
应用领域	军事领域，科学计算	数据处理，工业控制	文字处理，图形处理	数据库，计算机网络

未来的计算机会朝着微型化，巨型化，网络化，智能化发展，但是体系结构基本不变，所以还是冯·诺伊曼计算机。
未来计算机的发展方向：

1. 光计算机
2. 生物计算机（分子计算机）
3. 量子计算机

4，计算机的分类

（1）高性能计算机，又称超级计算机。是指目前运行速度最快，处理能力最强的计算机（但是打游戏之类的其实和个人电脑差不多甚至可能更差）。一般用在军事领域和信息探测上。神威·太湖之光是世界第一。
（2）微型计算机（个人计算机，即PC）。1971年Intel（英特尔）公司工程师西安·霍夫制成了第一个微处理器（4位）Intel 4004，成功地在一个芯片上实现了中央处理器（CPU）的功能，并制成了第一台4位微型计算机MCS-4。目前CPU主要分为Intel和AMD两家（书上有错），Core系列是Intel的，但是AMD是另外一个公司。微型计算机的种类主要分成4类：桌面型计算机（台式电脑，一体机），笔记本电脑（游戏本，轻薄本，移动工作站），平板电脑，移动设备。智能手机具有冯·诺伊曼体系结构，配置了操作系统，可以安装第三方软件，所以也是移动设备，是微型计算机。
（3）工作站。属于一种高端的通用微型计算机，具有比个人计算机更强大的性能（不一定），尤其是在图形处理能力，任务并行方面的能力更强。工作站通常配有高分辨率的大屏幕显示器和大容量的内存，储存，具有较强的信息处理功能和高性能的图形图像处理功能以及联网功能。
（4）服务器。服务器在联网时对外提供服务。微型计算机也可以充当服务器，但是要安装网络操作系统，网络协议（例如TCP/IP），各种服务软件。但是为了满足服务器的稳定性安全性和性能等要求，一般选择高性能计算机作为服务器。
（5）嵌入式计算机。是一种信息处理部件，嵌入到应用系统之中。也就是说嵌入式计算机的功能是指定的，例如电冰箱控制器，电视等。

4，计算机的应用

1，科学计算：也称为数值计算，指使用计算机处理科学研究和工程技术中遇到的数学计算。计算工作量大，数值变化范围大。
2，数据处理：也称为非数值计算或事物处理。对大量的数据进行加工处理。数值处理设计的数据量大，计算方法简单。
3，电子商务：指利用计算机和网络进行的新型商务活动。（1）B2B：交易双方是企业与企业。（2）B2C：交易双方是企业与消费者。（3）C2C：交易双方是消费者与消费者。
4，过程控制：工业生产中对生产过程的自动控制。
5，
（1）计算机辅助设计CAD
（2）计算机辅助制造CAM
（3）计算机辅助工艺规划CAPP
（4）计算机辅助工程CAE
（5）计算机辅助教育CBE
（6）计算机集成制造系统CIMS：集成了计算机辅助质量管理，产品数据管理系统，管理与决策，网络语数据库及质量保证系统等子系统。
6，多媒体技术。
7，人工智能。

5，大数据

大数据是具有海量，高增长率和多样化的信息资产。
大数据有4个特征：

1. 数据量巨大
2. 数据类型多
3. 速度快
4. 价值密度低：只有通过分析才能实现从数据到价值的转变

大数据的处理的思维和方法有三个特点

1. 面对全体样本调查
2. 允许不精确和混杂性
3. 相互关系

6，云计算

云计算能让人通过互联网随时随地为用户提供资源和服务，例如储存。
云计算有3个特点：

• 超大规模
• 资源抽象
• 高可靠性
  云计算分为三个层次：

1. 基础设施即服务
   给用户提供虚拟内存，I/O设备，存储，计算能力，例如云储存，云主机，云服务器。
2. 平台即服务，提供软件研发平台给用户，如云数据库。
3. 软件即服务，通过互联网就能使用软件应用，不需要本地安装。

7，物联网

物联网就是物物相连的互联网，让所有物体连上网。

1. RFID技术：射频识别技术，即电子标签，通过射频信号自动式表目标对象，并对其进行标记，登记，储存和管理。
2. 传感技术
3. 嵌入式技术：将应用软件与硬件固化在一起，具有软件代码小，高度自动化，响应速度快的特点，可独立工作，应用于数码相机，车载多媒体等领域。
4. 位置服务技术：定位技术，包括全球定位系统GPS，地理信息系统GIS，电子地图等。
5. IPv6技术：前一代IPv4采用32位地址长度，到现在地址几乎被耗尽，IPv6采用128位地址长度，几乎可以给每一个物体分配一个IP地址。（32位即2³²个地址，128同理）

物联网的应用：智能家居，智能交通，智能医疗。

8，虚拟现实

虚拟现实通过计算机等设备来产生拥有一个逼真的三维视觉，触觉，嗅觉等多种感官的世界。
虚拟现实技术具有3个突出特征：

1. 沉浸性
2. 交互性
3. 想像性

9，计算思维

计算思维的本质是抽象和自动化。计算思维是人类求解问题的一条途径，是人的思维方式，不是计算机的。计算思维的过程可以由人执行，也可以由计算机执行。计算思维是思想，是概念化的而不是程序化的。
计算思维有可计算性和计算复杂性，但是并不是所有问题都是可计算的，例如图灵机的停机问题，哥德巴赫猜想。计算复杂性则由空间复杂性和时间复杂性组成。

10，图灵测试

在不接触的情况下，由人提问并判断回答者是机器还是人。计算思维的核心是计算思维方法，分为来自数学和工程的思想方法和计算机科学独有的方法。
周以真教授提出的七大方法：

1. 约简，嵌入，转换，仿真的方法。
2. 递归，并行，代码数据互转，多维分析推广的类型检查方法。
3. 抽象和分解，基于关注分离的方法。
4. 选择合适的方法陈述问题并用方法建模来简化问题的方法。
5. 按照预防，保护及通过冗余，容错，纠错，从最坏的情况进行系统修复的思维方法。
6. 启发式推理，在不确定情况下规划，学习，调度的方法。
7. 利用海量数据加快运算，在时间和空间之间，在处理能力和存储容量之间进行折中的思维方法。

11，计算思维的应用

（1）计算物理：模拟自然规律
（2）计算化学：用大量数值运算方式来讨论化学系统的性质，进行数值计算，化学模拟，模式识别，化学数据库及检索。
（3）计算生物学：开发和应用数据分析及理论的方法，数学建模，计算机仿真技术用于生物学，行为学，社会群体系统研究。
（4）计算经济学