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计算机科学导论:第一章

计算机科学导论:第一章

作者: KaveeDJ | 来源:发表于2019-06-30 23:55 被阅读0次

封面

  • 书名原文:Foundations of Computer Science, Third Edition
  • 作者:佛罗赞
  • 本书着重讲解基本概念而非数学模型和技术细节
  • 通过大量图表示例讲解计算机科学的基础知识

前言

  • ACM:美国计算机学会,CS0课程
  • 本书可以作为感兴趣的专业人士的自学指南
  • 这本书由18章和8个附录构成

第1章:绪论

首先,我们将计算机看成一个图灵模型

1.1 图灵模型

Alan Turing在1937年首次提出了一个通用计算设备的设想,他设想所有的计算都可能在一种特殊的机器上执行,这就是现在所说的图灵机

1.1.1 数据处理器

  • 它是专用机器,还是通用机器呢?
  • 显然,今天的计算机是通用机器

1.1.2 可编程数据处理器

  • 图灵模型添加一个额外的元素——程序
  • 程序是用来告诉计算机对数据进行处理的指令集合

1.1.3 通用图灵机

通用图灵机是对现代计算机的首次描述,该机器只要提供了合适的程序就能做任何运算

1.2 冯·洛伊曼模型

  • 程序也可以存储在存储器中

1.2.1 4个子系统

  1. 存储器
    • 存储数据和程序
  2. 算术逻辑单元
    • 算术运算
    • 逻辑运算
  3. 控制单元
    • 控制器,控制其它的部分
  4. 输入/输出
    • 磁盘,纸带

1.2.2 存储程序概念

  • 冯·洛伊曼模型中要求程序必须存储在内存中

1.2.3 指令的顺序执行

  • 指令是顺序执行的
  • 今天的计算机可以并行

1.3 计算机组成部分

  • 硬件
  • 数据
  • 软件

1.3.1 计算机硬件

  • 当今的计算机硬件基于冯·洛伊曼模型,且包含四个部分。

1.3.2 数据

  1. 存储数据
    • 电子设备,最好的数据存储方式是电信号
    • 电子信号的出现和消失,可以用0和1表示
    • 计算机只识别二进制
  2. 组织数据
    • 将二进制数据,组织为不同的实体和格式

1.3.3 计算机软件

  1. 程序必须是存储的
    • 存储器中,不仅要存储数据,还要存储程序
  2. 指令的序列
    • 程序员通过组合这些不同的指令来创建任意数量的程序
  3. 算法
    • 步骤解决问题的方法就是所谓的算法
  4. 语言
    • 机器语言:直接写0和1
    • 汇编语言:用符号
    • 高级语言:用单词
  5. 软件工程
    • 结构化程序的设计和编写,以及遵循的原理和规则
  6. 操作系统
    • 最初是为程序访问计算机部件提供方便的一种管理程序

1.4 历史

1.4.1 机械计算机器(1930年以前)

1.4.2 电子计算机的诞生(1930~1950年)

  1. 早期的电子计算机
    • 第一台通用的,完全电子的计算机:ENIAC 1946年 30吨
  2. 基于冯·洛伊曼模型的计算机
    • 可以存储程序,修改程序,不用再重新布线

1.4.3 计算机的诞生(1950年至今)

  1. 第一代计算机
    • 真空管
  2. 第二代计算机
    • 晶体管
  3. 第三代计算机
    • 集成电路
  4. 第四代计算机
    • 微信计算机
  5. 第五代计算机
    • 掌上计算机

1.5 社会问题和道德问题

1.5.1 社会问题

  1. 依赖
    • 太过于依赖计算机,使得人们的生活更困难
  2. 社会公正
    • 低收入群体负担不起计算机
  3. 数字化分裂
    • 有人喜欢去电影院看电影,有人喜欢在家用Netflix
    • 工业化国家没啥影响,发展中国家将持续较长时间

1.5.2 道德问题

  1. 隐私
    • 网络安全问题
  2. 版权
    • 电子版权,谁拥有数据?
  3. 计算机犯罪
    • 病毒

1.6 计算机科学作为一门学科

  1. 系统领域
  2. 应用领域

1.7 课程纲要

1.7.1 第一部分:数据的表示与运算

  • 不同数据如何存储在计算机中

1.7.2 第二部分:计算机硬件

  • 计算机是如何连接成互联网

1.7.3 第三部分:计算机软件

  • 问题求解如何归结为算法

1.7.4 第四部分:数据组织与抽象

  • 原子数据汇集成记录,文件和数据库

1.7.5 高级话题

  • 人工智能

1.8 章末材料

1.9 练习

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