1.1 机械计算机和图灵机
计算机定义
- 存储库 - 用于存储数据，包括输入数据、运算的中间数据、计算结果
- 运算室 - 用于计算
- 控制装置 - 控制解题步骤、存取数据
霍华德艾肯（美国）
机械电子式计算机
基于 分析机 的思想，借助IBM总裁沃森的投资，最终1944年制造出世界上第一台机械电子式计算机。
分析机的机械结构 + 电子电路 实现阿兰·图灵（英国）
论文，理论机器 —— 有限状态自动机（图灵机）图灵机：计算机的雏形
图灵机理论上来说，可以解决任何一个有解的数学问题。
原理：
想象一个小盒子，一个带有读写头的控制器。
其处理的对象是一个无限长的纸带。纸带上分成了很多的格子，每一个格子可以记录(存储)一个数字或符号。
控制器可以存储自身的状态，并且操作纸带做前进或后退运动，同时读取纸带上的数字或字母信息，最终根据读到的信息改变自身的状态。
此外，控制器也可以改写纸带上的信息。工作方式：
二进制数的运算规则：
逢二进一：
0 + 0 = 0
0 + 1 = 1
1 + 1 = 10 // 二进制没有2，得到一零根据规则，得到算法：
如果二进制数后若干位是连续的1，那么这些位都应该由1变成0.而在计算过程中，由后向前搜索到的第一个0，应该变成1.根据算法，设计图灵机的工作方式
1、当前的工作状态
2、当前纸条上读取的信息
3、根据1、2，决定当前纸条的值应该被改写成什么。
4、机器应该如何进行运动
5、对当前状态进行记录总结：
对具体问题进行分析，并设计出合理的算法，根据算法设置好图灵机的运行规则，同时在纸带上存储初始数据。图灵机就能解决任何一个数学问题。（gjf：这样的解题思路，是解决任何一个难题的思维模式和方法啊）图灵机的意义
1、证明了通用计算理论、证明了通用计算机是可以实现的。
2、揭示了计算机的工作模式和主要架构：应该事先制订好运行规则，从而让计算机能够自动的完成工作。数据应该事先存储，控制装置和数据之间应该能够互相作用。
3、引入了读写、算法与程序语言的概念。
图灵机是计算机的雏形。对计算机科学具有重要的作用，对计算机的研究奠定了基础。（gjf：后来计算机的发明和设计思路上，就是图灵机的工作模式）恩格玛密码机
二战德国海军密码使用恩格玛密码机。密码机内部是一个电路，将明文转化为电信号加载到密码机的输入端，就会输出加密后的信息。电路上的转子可以随时旋转，调整加密规则。破译是在加密文件中找规律，本质是重复搜索，而搜索是一种机器可以代替人脑的工作。
电影：《模仿游戏》
计算机仿真
人工智能
1950 论文 《机器能思考吗》 提出名词：人工智能
后发展成计算机科学的另一个重要分之
图灵：人工智能之父
图灵测试
图灵奖
美国计算机协会（Association for Computing Machinery; ACM） 1966
课件
1.2 电子计算机的诞生
第一台电子计算机：ENIAC
背景：
二战 美国 火炮研究所 研究炮弹的飞行轨迹。
用于弹道计算的计算机 宾夕法尼亚大学
埃尼亚克 1946 电子计算机时代的开始
特点：计算速度非常快
进行弹道计算是由其电路决定的，当设计成型后，电路固定。再想做别的计算，需要重新修改电路构造。
致命缺点：通用性很差
电子计算机的工作原理：
电子计算机的核心部件是一个庞大的电路，因此计算机中的所有信息都是以电信号的形式存在的，实际上所有的信息都是电压值
电压值的两种取值：
高电平、低电平
每一根导线、每一个时刻，都能传递一个电压值。一组导线，就可以传递多位电压值。
电信号与二进制数
计算机内部是一个二进制数的世界。
二进制数是用数字对电压信号进行数学抽象，0表示低电平，1表示高电平。
一组电压信号就转换成了一个由0和1构成的字符串。这种由0和1构成的字符串就是二进制数。
二进制数是对电信号的数学抽象。
从物理角度来看，所有信息在计算机内部都是电信号。
从逻辑角度来看，所有信息在计算机内部都是二进制数。
计算机内部有硬件和软件，硬件就是电路，软件就是电信号，也就是各种各样的二进制数。
计算机硬件——电路的输入和输出
计算机的核心部件是一个电路，那么就有输入和输出。
只要在计算机的输入端，加载上一组电压信号或者说一个二进制数，经过计算机内部电路的处理和转换后，就能产生一个有效的输出。这就是计算机工作的基本过程。
计算机指令
那些能让计算机产生特定的、有效输出的二进制数，被称作计算机指令。
工作过程
计算机电路非常庞大，所以输出多种多样。
如果指令是在进行数学计算，那么输出数值。
如果要显示一个信息，应该输出点阵信息或者声音。
更多的是一组控制信号，用来控制计算机的所有部件，共同来完成某项工作。
冯·诺伊曼 - 电子计算机之父、博弈论之父
冯•诺伊曼是家财万贯的公子哥，不过他一定是公子哥中最勤奋的一个。 他每天五点起床，昨夜他派对宴请的朋友还一个个倒在他的大宅沙发上打呼噜，他已经在书房里沙沙地写了几页论文了，早晨九点开早饭，他停止工作走出书房，和留宿的朋友谈笑风生邀请他们下次再来。 十点，他的凯迪拉克已经稳稳当当地停在帕尔玛物理实验室前面，他身着一身标志性的西装地走向相邻的数学楼，继续写论文。
1943年参加曼哈顿计划，原子物理研究。需要大量数学计算。对于机器自动计算有需求。
研究埃尼亚克，认为硬件驱动任务的方式限制了其功能。
提出了采用软件驱动任务的方式：
用计算机指令排成一个队列构成程序
一个程序完成一项工作、但因为计算机指令的排列方式无穷尽，所以可以编写出成千上万的程序。实现各种各样的任务。
EDVAC 艾德瓦克
根据上边的想法，像美国国防部提出制造的一个新型计算机。提出了其设计思想被称为冯诺伊曼的设计思想
冯诺伊曼设计思想（存储程序工作原理）
1、计算机内部采用二进制
2、计算机应该能够存储程序、并自动执行程序
3、计算机的硬件构成是五大模块：运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备
冯诺伊曼式计算机
里程碑：
巴贝奇、图灵、冯·诺伊曼 思想对照
| 分类 | 巴贝奇分析机思想 | 图灵机思想 | 冯诺伊曼电子计算机设计思想 |
|---|---|---|---|
| 硬件方向的设计思想 | 存储室 运算室 控制装置 包含输入输出 |
- | 运算器 控制器 存储器 输入和输出设备 |
| 存储程序方向的设计思想 | - | 根据当前机器所处的状态、以及当前读写头所指的格子上的符号，来确定读写头下一步的动作 | 程序和数据存储在计算机中，计算机能够自动执行程序 |
课件
1.3 计算机的发展和展望
计算机发展的四个阶段（四代）
计算机发展断代的主要依据：计算机采用的物理器件
物理器件：计算机的核心是电路。搭造电路需要各种各样的电子元件，比如电阻、电容、三极管、二极管等。
按照构成这些元件的材料划分，计算机的发展分为以下几个阶段：
第一代计算机（1946-1957）电子管
第一代计算机采用的主要元件是电子管，称为电子管计算机。
缺点：体积大、寿命短、故障率高
第二代计算机（1958-1964）晶体管
第三代计算机（1965-1970）集成电路
第三代采用中小规模的集成电路元件。
集成电路：电路做的很小，放到硅晶片上。并对其进行封装，引出管脚，生产出集成电路。
（gjf：有点像函数封装）
第四代计算机（1971～至今）大规模集成电路
微型计算机（1971～至今）
微型计算机就是指体积非常小、集成度非常高。
微机的诞生，标志着大规模集成电路被广泛使用。
计算机未来发展的方向（所谓的第五代计算机 - 新型计算机）
1、光子计算机
用光信号（光束）取代电信号（电子）进行数据运算、传输和存储的计算机。
优点：
不需要导线、两束光交叉不影响数据传输，因此数据密度可以做到很高。在数据存储和运算上具有优势。
光子芯片：
2、生物计算机
采用由生物工程技术产生的蛋白质分子（有机大分子）构成的生物芯片进行数据运算、传输和存储的计算机。
（gjf：是不是可以做成人体内芯片？）
3、量子计算机
使用量子力学的一些原理，利用处于多现实态下的原子进行运算的计算机。
这种多现实态是量子力学的标志。
目前已经有第一台商用的量子计算机。说明量子计算机目前发展是比较成熟的。另外两种仍然局限在芯片阶段。但是三者距离应用还有很大的距离，不能代表计算机发展的一代。我们现在使用的仍然是第四代计算机。
计算机发展的趋势
1、巨型化 - 追求功能的强大
巨型化是向高速度、大容量和强大功能发展的巨型计算机。
2、微型化
微型化是进一步提高集成度，使用高性能的超大规模集成电路，整个体积更加小巧的微型计算机。
降低成本和售价、拓展使用领域：个人电脑、笔记本、智能手机、可穿戴设备（谷歌眼镜、苹果手表等）
3、网络化
网络化就是将分布在不同位置上独立的计算机通过通讯线路连接起来，以便各用户之间可以相互通信并能使用公共的资源。
以前指网络技术，即信息在网络上的分布。现在指分布式处理和云计算。
4、智能化（热门）
智能化是指让计算机具有能够模拟人的思维的能力，具有解决问题和逻辑推理的功能，可以越来越多地替代人类的脑力劳动。
计算机技术
机器学习技术
人工智能的发展，依赖该项技术。包括数据挖掘、模式识别、计算机视觉、自然语言处理等多个方面。
无人驾驶技术
机器翻译技术
第二个人工智能成熟的代表。基于自然语言处理，与语音识别、计算机视觉相结合。
课件
扩展资料1：计算机领域的科学家们
如果巴贝奇制造出了分析机，如果图灵不拒绝诺伊曼的邀请而留在美国一起制造计算机，如果没有图灵团队破解德国恩格玛密码机，如果马尔孔没英年早逝……
这么多如果，假如当时任何一个条件变了，现在我们看到的世界应该是另一幅天地吧。
历史成为历史，有遗憾但是没有如果。
伟人的生平也有悲凉，但是他们依旧能做出温暖社会的伟大事迹。
世界本是冰冷的，是因为人活着才有了温度。
扩展资料2：计算机新技术
第一讲测试
第一讲作业
图灵在在计算机发展史上的主要贡献有哪些？
图灵是计算机发展史上不可获取的一位天才。
他发明的图灵机是计算机的雏形，图灵机的发明证明了通用型计算机可以实现。奠定了计算机的工作模式和主要架构，还提出了算法和程序等思想；
图灵提出的计算机仿真成为计算机科学的一个分之；
发表的《机器能思考吗》论文，提出“人工智能”的概念，发展成计算机科学的另一个重要分支。也因此，图灵被誉为“人工智能”之父；
另外，图灵还提出了“图灵测试”用于验证计算机是否可以思考。为人工智能的发展和研究提供了方向；
基于图灵的卓越成就，美国计算机协会设立了“图灵奖”。
什么是计算机？计算机的特点有哪些？
计算机区别于计算工具，是能够自动计算并处理数据和信息的工具。
其特点是能够自动计算、具有数据存储和运算、控制的能力。并能根据输入指令经过自动计算后得出正确的输出信息。
按照计算机采用的物理器件，一般将计算机的发展分为4个阶段，分别对应的主要元件是什么？
第一代的采用电子元件
第二代采用晶体管
第三代采用中小规模集成电路
第四代采用大规模和超大规模集成电路
未来计算机的发展趋势是什么？
未来的发展趋势是巨型化、微型化、网络化和智能化。
所谓巨型化是指功能的强大，并且在计算中具有高速度、大容量的特点。
微型化是指物理体积越来越小，逐渐融入生活的细微之处。
网络化是指对分布式数据和云计算的处理。
智能化是指计算机越来越趋向于像正常人类一样思考、行动。是目前最为热门的一个方向。且人工智能领域在人类生活中已经有发展较为成熟的技术，如无人驾驶、识图翻译和美颜相机等。
第一讲讨论
图灵机的哪些设计在今天的计算机中仍在使用？举例说明
- 图灵机的设计理念有：
- 数据以二进制的形式存储在机器中
- 机器能够读取并改写数据
- 机器根据数据自动执行、并更改自身的状态
今天的计算机中，内部依旧采用二进制，且计算机软件和应用程序都是运行在计算机硬件上的。并且计算机可以自动运行程序并读写内存数据、修改自身状态。
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论述人工智能的发展现状，及其在本专业的应用展望，结合自己的专业加以说明。
在未来很短的时间内，人工智能将会迅速普及，并彻底颠覆人类的生活方式。
本人专业是前端开发。感觉未来人工智能在本专业的发展和应用上，可能会有机器自动化开发前端界面、根据输入数据自动绘制地图等，彻底解放重复繁琐的前端脑力劳动。比较有代表性是现在的人脸识别后一键下单、支付的这种免交互方式，就是人工智能解放了前端的生产力的表现。
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