计算机发展史
最近一直在学习python语言,总结了一下所需的计算机相关知识体系如下:
- 计算机组成及原理(熟悉)
- 数据的概念(重点)
- 字符编码以及OSI七层模型(重点)
- 通信原理及网络基础(重点)
- 常用DOS命令(熟悉)
这篇文章主要讲的是计算机的组成及原理
学python为什么要学计算机基础?
首先举个🌰:
一个公司老板手下有三个员工: 1号是一个中国人, 2号是一个美国人, 3号一只猫, 然后呢,老板想让猫写一首诗!!! 🐱🐱🐱肯定是不可能做到的,所以呢,🐱就和计算机一样,我学了python语言但是我不知道计算机能干什么
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你会编程语言,他只是一种沟通工具,并不知道沟通对象能干什么事.
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学python语言,让计算机干活,但是计算机能干什么,根本不知道
所以说写代码如果计算机的底层知识严重缺乏,越写会越觉得力不从心,越高端越接近底层.有的人写代码永远只能写代码,有的人就会写成架构师等等,对底层的了解非常重要.
什么是计算机
计算机(computer), 俗称电脑,是现代一种用于高速计算的电子计算机器,可以进行数值计算,又可以进行逻辑计算,还具有存储功能,能够按照程序运行,自动,高速处理海量数据的现代智能电子设备.
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程序自动化: 可以将预先编好的程序组纳入计算机内存,在程序的控制下,计算机可以连续,自动的工作,不需要人的干预
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高速: 当今计算机系统的运算速度已达到每秒万亿次,使大量复杂的科学计算问题得以解决(卫星轨道计算等等)
计算机发展过程
首先计算机是中国人发明的:
- 算盘
远古的人们用石头来计算捕获的猎物,石头就是他们的计算工具,著名科普作家阿西莫夫说，人类最早的计算工具是手指，英语单词“Dight”既表示“手指”又表示“整数数字”；而中国古人常用“结绳”来帮助记事，“结绳”当然也可以充当计算工具。石头、手指、绳子……，这些都是古人用过的“计算机”。
不知何时，许多国家的人都不约而同想到用“筹码”来改进工具，其中要数中国的算筹最有名气。商周时代问世的算筹，实际上是一种竹制、木制或骨制的小棍。古人在地面或盘子里反复摆弄这些小棍，通过移动来进行计算，从此出现了“运筹”这个词，运筹就是计算，后来才派生出“筹”的词义。中国古代科学家祖冲之最先算出了圆周率小数点后的第6位，使用的工具正是算筹，这个结果即使用笔算也很不容易求得。
欧洲人发明的算筹与中国不尽相同，他们的算筹是根据“格子乘法”的原理制成。例如要计算1248×456，�可以先画一个矩形，然后把它分成3×2个小格子，在小格子边依次写下乘数、被乘数的各位数字，再用对角线把小格子一分为二，分别记录上述各位数字相应乘积的十位数与个位数。�把这些乘积由右到左，�沿斜线方向相加，最后就得到乘积。1617年，英国数学家纳皮尔把格子乘法表中可能出现的结果，印刻在一些狭长条的算筹上，利用算筹的摆放来进行乘、除或其他运算。纳皮尔算筹在很长一段时间里，是欧洲人主要的计算工具。算筹在使用中，一旦遇到复杂运算常弄得繁杂混乱，让人感到不便，于是中国人又发明了一种新式的“计算机”。
著名作家谢尔顿在他的小说《假如明天来临》里讲过一个故事：骗子杰夫向经销商兜售一种袖珍计算机，说它“价格低廉，绝无故障，节约能源，十年中无需任何保养”。当商人打开包装盒一看，这台“计算机”原来是一把来自中国的算盘。世界文明的四大发源地──黄河流域、印度河流域、尼罗河流域和幼发拉底河流域──先后都出现过不同形式的算盘，只有中国的珠算盘一直沿用至今。珠算盘最早可能萌芽于汉代，定型于南北朝。它利用进位制记数，通过拨动算珠进行运算：上珠每珠当五，下珠每珠当一，每一档可当作一个数位。打算盘必须记住一套口诀，口诀相当于算盘的“软件”。算盘本身还可以存储数字，使用起来的确很方便，它帮助中国古代数学家取得了不少重大的科技成果，在人类计算工具史上具有重要的地位。
以及后续还有人对其进行了改进.
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说计算机是中国人发明的原因还有一点:
- 八卦图
不久，因独立发明微积分而与牛顿齐名的莱布尼茨，又为计算机提出了“二进制”数的设计思路。有人说，他的想法来自于东方中国。
大约在公元1700年左右某天，友人送给他一幅从中国带来图画，名称叫做“八卦”，是宋朝人邵雍所摹绘的一张“易图”。莱布尼茨用放大镜仔细观察八卦的每一卦象，发现它们都由阳（—）�和阴（--）两种符号组合而成。他挠有兴趣地把8种卦象颠来倒去排列组合，�脑海中突然火花一闪──这不就是很有规律的二进制数字吗？�若认为阳（—）是“1”�，阴（--）是“0”，八卦恰好组成了二进制000到111共8个基本序数。正是在中国人睿智的启迪下，莱布尼茨最终悟出了二进制数之真谛。虽然莱布尼茨设计的计算机用的还是十进制，但他率先系统提出了二进制数的运算法则，直到今天，二进制数仍然左右着现代电脑的高速运算。
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八卦图由两种情况组成: 长的线 和 两个短线, 那么 长的代表1 两个短的代表0,那八卦图就可以理解为:
111, 110, 010, 100, 000, 001, 101, 011 一共八种情况, 这就是后来我们所常知的二进制.
- 提花纺织机
要让机器听人类的话，按人类的意愿去计算，就要实现人与机器之间的对话，或者说，要把人类的思想传送给机器，让机器按人的意志自动执行。
说来也怪，实现人与机器对话的始作俑者却不是研制计算机的那些前辈，而是与计算机发明毫不相干的两位法国纺织机械师。他们先后发明了一种指挥机器工作的“程序”，把思想直接“注入”到了提花编织机的针尖上。
顾名思义，提花编织机具有升降纱线的提花装置，是一种能使绸布编织出图案花纹的织布机器。
应该是，提花编织机最早出现在中国。在我国出土的战国时代墓葬物品中，就有许多用彩色丝线编织的漂亮花布。据史书记载，西汉年间，钜鹿县纺织工匠陈宝光的妻子，能熟练地掌握提花机操作技术，�她的机器配置了120根经线，平均60天即可织成一匹花布，每匹价值万钱。明朝刻印的《天工开物》一书中，还赫然地印着一幅提花机的示意图。可以想象，当欧洲的王公贵族对从“丝绸之路”传入的美丽绸缎赞叹不已时，中国的提花机也必定会沿着“丝绸之路”传入欧洲。
不过，用当时的编织机编织图案相当费事。所有的绸布都是用经线（纵向线）和纬线（横向线）编织而成。若要织出花样，织工们必须细心地按照预先设计的图案，在适当位置“提”�起一部分经线，�以便让滑梭牵引着不同颜色的纬线通过。机器当然不可能自己“想”到该在何处提线，只能靠人手“提”起一根又一根经线，不厌其烦地重复这种操作。
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织布机要想工作,就需要预先设计好图案,这就是编程序.
然后就是杰卡德穿孔卡片:
1725年，法国纺织机械师布乔（B.�Bouchon）突发奇想，想出了一个“穿孔纸带”的绝妙主意。布乔首先设法用一排编织针控制所有的经线运动，然后取来一卷纸带，根据图案打出一排排小孔，并把它压在编织针上。启动机器后，正对着小孔的编织针能穿过去钩起经线，其他的针则被纸带挡住不动。这样一来，编织针就自动按照预先设计的图案去挑选经线，布乔的“思想”于是“传递”给了编织机，而编织图案的“程序”也就“储存”在穿孔纸带的小孔之中。真正成功的改进是在80年后，另一位法国机械师杰卡德（J.Jacquard），大约在1805年完成了“自动提花编织机”的设计制作。
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接下来是一个非常厉害的人,叫巴贝奇,发明了差分机,在计算机发明史上有很大的作用.
巴贝奇巨星陨落后，世人已逐渐将他淡忘，20世纪已经来临。计算机的历史等待着，等待着巴贝奇式的人物再世，等待着人类划时代的壮举。
差分机(物理设备)分为三部分组成:
- 仓库: 存数据
- 作坊: 运算室
- 控制器: 相当于杰卡德的穿孔卡片,目的是控制程序运行
后来一个叫艾肯的人在图书馆读书发现了巴贝奇和他的女助手阿达,然后就想继续研究,就找到IBM拿到了投资
差分机是根据此轮来运转的,艾肯所发明的则是通过电来运转,性能提升非常大,也就是电磁铁(通电代表1,断电代表0, 同性相吸,异性相克)
艾肯设计的马克1号已经是一种电动的机器，�它借助电流进行运算，最关键的部件，用的是普通电话上的继电器。�马克1号上大约安装了3000个继电器，每一个都有由弹簧支撑着的小铁棒，�通过电磁铁的吸引上下运动。吸合则接通电路，代表“1”；释放则断开电路，代表“0”。继电器“开关”能在大约1/100秒的时间内接通或是断开电流，当然比巴贝奇的齿轮先进得多。
当时也出现了现在所说的bug:
在调试程序时出现了故障，拆开继电器后，发现有只飞蛾被夹扁在触点中间，从而“卡”住了机器的运行。于是，霍波恢谐地把程序故障统称为“臭虫”�（bug），而这一奇怪的“称呼”，后来成为计算机领域的专业行话，如DOS系统中的调试程序，程序名称就叫DEBUG。
正是由于艾肯,人类社会已经跨进了电子的时代,而原理都是基于差分机的原理
马克1号终于实现了巴贝奇的夙愿。�事隔多年后，已经担任大学教授的艾肯谈起巴贝奇其人其事来，仍然惊叹不已，他曾感慨地说，如果巴贝奇晚生75年，我就会失业。但是，马克1号是早期计算机的最后代表，�从它投入运行的那一刻开始就已经过时，因为此时此刻，人类社会已经跨进了电子的时代。
时代变化: 蒸汽时代-电时代-电子时代-电子管-集成管....
计算机构成
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计算机组成指的是系统结构的逻辑实现，包括机器机内的数据流和控制流的组成及逻辑设计等。主要分为五个部分：控制器，运算器，存储器，输入设备，输出设备
CPU = 运算器+控制器
主板 = I/O总线, 输入输出设备
存储器: 内存+硬盘
I/O设备：键盘,鼠标，扫描仪，显示器等等
- 硬件(差分机三部分)
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运算器: 负责算术运算和逻辑运算,与控制器组成了中央处理器(CPU)
CPU: 运算器,控制器,寄存器(缓存)
- 寄存器:存储数据最快,缓存CPU和内存的速度差
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控制器: 发送和接受指令
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存储器: 存储正在进行程序,将要进行程序的数据及刚处理完的数据,所有的存储都是二进制方式(CPU,内存,硬盘)
机械硬盘: 笔记本电脑,机械手臂,不能直接拔电源,硬盘指标(转速快,转的越快读取的速度越快,再快也快不过内存),永久存放一些数据
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输入设备: 键盘,鼠标等
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输出设备: 显示器,音响等
- 软件
编织机-需要打孔的图案, 差分机-需要规则, 写程序就是在写程序
- 计算机-需要软件(让计算机完成特定的事)
软件是为了完成某一项特定工作而开发的工具
层级关系: 计算机硬件-系统软件-应用软件(不能识别硬件)-用户(可以开发应用软件,也可以控制操作系统)
- 应用软件:运行流程: 一开始在硬盘上,启动的时候加载到内存当中,CPU从内存中来调(不能从硬盘上来调,很慢)
- 系统软件的启动流程
主板上有个写死的程序(bios),开机启动该程序(CPU来调用),该程序告诉该从哪来读取该系统,系统在哪块硬盘上
bios- 找到启动介质(硬盘)-把系统加载到内存中-CPU执行
- 应用软件的启动流程
双击鼠标-通知操作系统在硬盘中找到该软件-加载到内存中
和硬件交互的都需要通过操作系统
最后
以上就是计算机组成及其原理的大概,具体的可以去深入了解,会发现很有意思!
下一章我会在总结一下关于数据方面相关的知识!
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