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
1，计算设备
（1）算筹源自2000多年前的春秋战国时期，在当时就已经作为最原始的计算工具存在。
（2）算盘被公认为世界上最早的计算装置之一，在历史上扮演了重要角色；它不仅是一种手动计数工具，在古代社会中也具有不可替代的价值。
（3）计算尺诞生于1622年英国奥特瑞德的创新设计中，在那个时代被视为一项划时代的发明；它不仅能够完成基本运算还能处理复杂的三角函数问题。
（4）加法器由法国帕斯卡于1642年首次发明并广泛应用；这种机械装置采用齿轮传动方式实现进位操作。
（5）计算器在1673年被莱布尼茨正式研制成功；它集成了加减乘除以及开方运算等多种功能。
（6）差分机与分析机的设计分别在1812年和1834年由查尔斯·巴贝奇完成；其中分析机被认为是现代电子计算机设计思想的重要结构基础。
2，计算机历史
图灵机：在二战期间由英国人阿兰·图靈发明了真空管機Colossus，并成功地將之用於解密德國的戰時密碼。
- 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：
基于二进制编码存储数据
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 |
计算机会朝小型化、大型化、网络型和智能型方向发展；然而体系结构基本未变，则仍沿用冯·诺伊曼计算机。
- 光计算机
- 生物计算机（分子计算机）
- 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
- 科学计算也被认为是数值运算的一种方式，在科学研究和技术工程中运用计算机解决数学问题。由于其工作规模较大且涉及的数值具有显著跨度。
- 数据处理又被称作非数值运算或数据处理工作，在大规模的数据集合上应用特定算法进行信息提取与分析等操作。该类运算涉及的数据量极大但采用的是较为基础的算法。
- 电子商务是指借助计算机和网络平台实现的新型商务活动。（1）B2B：交易双方皆为企业。（2）B2C：交易双方分别为企业与消费者。（3）C2C：交易双方皆为消费者。
- 过程控制指的是工业生产中对于生产流程的严格控制。
（1）计算机辅助设计（CAD）是一种通过软件实现的设计工具应用。
（2）计算机辅助制造（CAM）则是指运用计算机技术实现工艺流程的设计、加工规划及执行。
（3）计算机辅助工艺规划（CAPP）是一种综合性的系统工程管理方法。
（4）计算机辅助工程（CAE）则侧重于产品全生命周期内的数字化管理。
（5）计算机辅助教育（CBE）则是将现代信息技术引入教学领域以提升学习效果。
6. 多媒体技术的发展正在向智能化方向迈进。
7. 人工智能技术的发展前景广阔。
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：
- 数据规模宏大 2. 数据类型丰富 3. 运行迅速 4. 其价值密度较低；仅需通过分析即可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
- 面对全体样本调查
- 允许不精确和混杂性
- 相互关系
6，云计算
云服务能够让人远程访问互联网以满足各种需求的资源和服务存储。
云服务具有三个显著的特点：
- 超大规模
- 资源抽象
- 高可靠性
云计算分为三个层次：
即服务型基础设施 为用户提供虚拟内存空间、I/O设备资源、存储资源以及计算能力资源，并包括云计算中的云存储资源、云主机和云服务器。
- 平台即服务模式下提供软件研发平台支持给用户,例如云计算中的数据库解决方案。
- 软件即服务模式下,无需本地安装即可通过互联网访问相关应用功能。
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。
- 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。
- 传感技术
- 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。
- 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。
- 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
虚拟现实借助计算机等设备创造了一个逼真且具多感官体验的三维环境。
其显著特征体现在三个方面：
一是技术实现层面，
二是系统构建层面，
三是应用效果层面。
- 沉浸性
- 交互性
- 想像性
9，计算思维
从本质上看，计算思维主要体现为抽象化与自动化两个方面。作为解决疑问的一种途径，在人类认知体系中占据重要地位。这一过程既可以在人脑中完成，在计算机系统中也同样可行。它本质上是一种概念化的思维方式，并非程序化的操作方式。涉及可运算性和复杂的算法结构。然而并非所有问题都能被有效解决——例如著名的图灵机停机问题以及哥德巴赫猜想等未获证明的经典命题就超出了可判定范围。具体体现在所需的空间资源和时间资源上。
10，图灵测试
在不接触的情况下进行人与机器身份判断是一种有效的技术手段，在人工智能领域具有重要的应用价值
3
- 采用简化的方式实现目标功能。
- 开发基于递归类型的并行处理方法以实现代码数据互转与多维分析推广的类型检查。
- 应用分层抽象与分解技术对复杂系统进行建模分析。
- 选择合适的方法陈述问题，并利用建模来简化问题。
- 以预防保护为基础，并通过冗余容错纠错的方式在最坏情况下修复系统的思维。
- 基于启发式的推理，在不确定情况下规划和调度任务。
- 利用海量数据加快运算速度，在时间和空间之间折中考虑处理能力与存储容量的关系。
11，计算思维的应用
（1）物理科学中的计算方法用于探究自然规律
（2）以数值运算为基础探讨化学系统的复杂行为特征，并运用数值模拟、模式识别等手段进行研究；同时建立和维护化学数据库以及检索系统以支持相关分析工作
（3）通过分析数据和建立理论模型的研究方向致力于构建数学模型并利用计算机仿真技术对生物现象进行模拟分析；特别关注生物行为学及其在社会群体系统中的应用
（4）研究经济系统中各要素间的数量关系与变化规律