计算机科学概论复习笔记（1）

计算系统的分层

信息层是一个纯概念层，反映了在计算机上表示信息的方式。

硬件层由计算机系统的物理硬件组成

程序设计层负责处理软件、用于实现计算的指令以及管理数据。

操作系统是用来管理计算机资源的。

前面的分层都属于内部层，重点在于使计算机系统运转，而应用层的重点则是用计算机解决真实世界的问题。

通信层是计算机系统操作的基础层。

计算机硬件简史

早期历史

公元前十六世纪，出现了算盘(abacus)这种记录数值的工具。

十七世纪中叶，法国数学家 Blaise Pascal 建造并出售了一种齿轮驱动的机械机器，它可以执行整数的加法和减法运算。

十七世纪末，德国数学家 Gottfried Wilhelm von Leibniz 建造了第一台能够进行四则运算的机器。遗憾的是，当时由于机械齿轮和操纵杆的水平有限使得Leibniz机的结果并不那么可信。

十八世纪晚期，Joseph Jacquard 发明了Jacquard织布机。 它利用一套穿孔卡片来说明需要什么颜色的线，从而控制了纺织图案。它第一次使用了穿孔卡片这种输入形式。

十九世纪英国数学家Charles Babbage 发明了分析机(analytical engine)。这台机器由于设计过于复杂而没有被建造出来。设计中第一次出现了内存。采用了与Jacquard织布机相同的，使用穿孔卡片输入数据的方式。

第一位程序员

Ada Augusta是英国的一名数学家，以第一位程序员著称。循环的概念也归功于她。美国国防部广泛使用的Ada程序设计语言也是用她的名字命名的。

十九世纪晚期和二十世纪初，计算系统迅速发展，William Burroughs 制造并销售了第一台机械加法机(mechanical adding machine)。

Herman Hollerith发明了第一台机电制表机，从穿孔卡片读取信息。（后来Hollerith创建了IBM公司）

图灵机

1936年，英国数学及Alan Turing发明了一种抽象数学模型，也就是图灵机(Turing machine)，为计算理论的主要领域奠定基础。计算机科学这一领域的最高荣誉奖项就是图灵奖(Turing Award)。

电子计算机发展历史

二战爆发的时候，已经有几台计算机正在处于设计和建造之中。

Harvard Mark Ⅰ和 ENIAC是当时最著名的两台机器。

EDVAC的建造完成于1950年。

UNIVAC Ⅰ是第一台用于统计美国总统大选结果的计算机。

UNIVAC Ⅰ的出现，结束了以算盘为开端的计算的早期历史。

第一代计算机（1951-1959)

第一代计算机使用真空管(vacuum cube)存储信息。它不是很可靠。

主存储器

在读/写磁头下旋转的磁鼓

输入设备

读卡机(card reader)，可以阅读IBM卡上的孔。

磁带驱动器( megnetic tape drive ）。磁带是线性存储设备。

输出设备

穿孔卡片( punched card )或行式打印机(line printer).

在计算机存储器外部的存储设备叫做辅助存储设备(auxiliary storage device),输入设备、输出设备和辅助存储设备一起构成了外围设备(peripheral device)

第二代计算机（1959-1965）

以晶体管(transistor)的出现为标志。

出现了即时存取存储器(immediate-access-memory)

磁盘(magnetic disk)作为一种新的辅助存储设备出现了。磁盘上的数据都有一个地址，磁头可以直接移动到存储所需信息的特定位置。

第三代计算机（1965-1971）

第三代计算机的特征是集成电路(integrated circuits).

摩尔定律被提出。

晶体管存储器不稳定，信息将会在断电之后消失。因此辅助存储设备是必须的

终端(Terminal)在这一代计算机中出现。使得用户可以直接访问计算机，屏幕可以立即提供响应。

第四代计算机（1971至今）

大规模集成化( large-scale integration )是第四代计算机的特征。

摩尔定律被改写为芯片的集成度每18个月增长一倍。

20世纪80年代中期，出现了工作站(workstations)

摩尔定律被改写为每十八个月，计算机的性能会在同样价格水平下增长一倍，或者以一半的价格就可以购买到同样的计算机性能。

并行计算( parallel computing )

使用并行体系架构的计算机依靠的是一套互相连接的中央处理器

联网

Internet由分布在世界各地的不同网络组成，这些网络之间采用通用的TCP/IP（传输控制协议/网际协议，Transmission-Control Protocol/Internet Protocal）协议进行通信。

计算机软件简史

第一代软件(1951-1959)

第一代程序是用机器语言编写的。

第一代人工程序设计语言——汇编语言( assembly languages )。汇编语言使用助记码表示每条机器语言指令。

汇编语言通过汇编器(assembler)把助记码转换为等价的机器语言

第二代软件(1959-1965)

出现了高级语言，比如FORTRAN 和 COBOL。

高级语言的出现加速了在多台计算机上运行同一个程序。

每种高级语言都具有相应的翻译程序，把高级语言编写的语句翻译成等价的机器码指令。最早的时候，高级语言通常被翻译成汇编语言，然后再把汇编语句翻译成机器码。

第三代软件(1965-1971)

出现了操作系统(operating system)

第四代软件(1971-1989)

20世纪70年代出现了结构化程序设计( structured-programming)方法.

出现了C语言，使用C语言的时候，用户可以在高级程序中使用一些汇编语句

更强大的操作系统被开发出来。

第五代软件(1990至今)

第五代软件中有三个著名事件

1、微软公司的崛起

2、面向对象的程序设计方法

3、万维网的普及