簡(jiǎn)介面向計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)者的《同濟(jì)大學(xué)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)PPT課件》以清晰的時(shí)間主線(xiàn)系統(tǒng)呈現(xiàn)計(jì)算機(jī)從古代算盤(pán)、計(jì)算尺、機(jī)械計(jì)算器到電子管、晶體管、集成電路的演進(jìn)脈絡(luò)并詳述圖靈與馮·諾依曼的理論貢獻(xiàn)、計(jì)算機(jī)分代劃分與分類(lèi)方式以及嵌入式、網(wǎng)格計(jì)算、中間件等新技術(shù)和未來(lái)光計(jì)算機(jī)、生物計(jì)算機(jī)、量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展方向。課件同時(shí)延伸信息技術(shù)概述、現(xiàn)代信息技術(shù)內(nèi)容與特點(diǎn)、計(jì)算機(jī)在信息社會(huì)中的典型應(yīng)用覆蓋知識(shí)點(diǎn)較全面適合大學(xué)低年級(jí)學(xué)生課堂同步學(xué)習(xí)、期末復(fù)習(xí)和教師備課參考。資源包中共1個(gè)pptx文件大小約549KB頁(yè)面編排緊湊史料圖片與分代表格直觀便于快速翻閱和按需編輯。目前已有115人學(xué)習(xí)下載是一份輕量但信息密度較高的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課件。1. 拆完這份“計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)PPT課件”我重新理解了體系結(jié)構(gòu)這件事前陣子整理培訓(xùn)資料翻出一份同濟(jì)大學(xué)《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》PPT課件只有17頁(yè)卻從唐代的算盤(pán)一路講到量子計(jì)算機(jī)。第一遍翻的時(shí)候覺(jué)得是大路貨第二遍才發(fā)現(xiàn)信息密度相當(dāng)高巴貝奇分析機(jī)的三部分結(jié)構(gòu)、ENIAC的完整性能參數(shù)、圖靈機(jī)與存儲(chǔ)程序的邊界、四代計(jì)算機(jī)的器件演進(jìn)每一頁(yè)都值得按技術(shù)文檔的標(biāo)準(zhǔn)重新讀一遍。網(wǎng)上有大量免費(fèi)PPT模板可以套但真正能把計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)脈絡(luò)講清楚的課件底稿并不多見(jiàn)。這份課件適合三類(lèi)人準(zhǔn)備計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課或計(jì)算機(jī)二級(jí)公共基礎(chǔ)考綱的老師、對(duì)體系結(jié)構(gòu)演進(jìn)說(shuō)不清的開(kāi)發(fā)者以及要給新人做計(jì)算機(jī)通識(shí)培訓(xùn)的組長(zhǎng)。2. 從算盤(pán)到ENIAC機(jī)械計(jì)算到電子計(jì)算的演進(jìn)節(jié)點(diǎn)2.1 機(jī)械計(jì)算時(shí)代的代表性設(shè)計(jì)算盤(pán)是中國(guó)唐代第一種手動(dòng)式計(jì)數(shù)器1622年英國(guó)William Oughtred做出了計(jì)算尺支持加減乘除、指數(shù)和三角函數(shù)運(yùn)算1642年法國(guó)Blaise Pascal設(shè)計(jì)的加法器只能做加法課件上標(biāo)注的是1942年這一點(diǎn)我在后面會(huì)專(zhuān)門(mén)說(shuō)明1673年德國(guó)Gottfried Leibniz把能力拓展到加減乘除和開(kāi)方。這組節(jié)點(diǎn)說(shuō)明一件事機(jī)械計(jì)算時(shí)代要解決的問(wèn)題不是“能不能算”而是“怎么把更多運(yùn)算自動(dòng)化”。2.1.1 巴貝奇的分析機(jī)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)的最早草圖1822年Charles Babbage造出差分機(jī)1834年設(shè)計(jì)了更復(fù)雜的分析機(jī)。分析機(jī)由三部分組成由許多輪子組成的保存數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)庫(kù)運(yùn)算裝置以及能對(duì)操作順序進(jìn)行控制、選擇所需處理數(shù)據(jù)并輸出結(jié)果的裝置。把這三部分翻譯成今天的術(shù)語(yǔ)就是存儲(chǔ)器、算術(shù)邏輯單元和控制單元和后來(lái)馮·諾依曼體系的結(jié)構(gòu)幾乎是同構(gòu)的。Babbage的兩臺(tái)機(jī)器在當(dāng)年并沒(méi)有完整造出來(lái)但設(shè)計(jì)思想完整傳給了后人給了后來(lái)者明確的工程目標(biāo)。2.1.2 MARK I與ABC機(jī)電與電子管的分岔Howard Aiken博士在讀到Babbage的論文后于1944年在IBM的支持下用機(jī)電方式制造了MARK I和MARK II、MARK III。MARK I長(zhǎng)51英尺、重5噸由約75萬(wàn)個(gè)部件合并而成內(nèi)部有72個(gè)累加器每個(gè)累加器都帶自己的算術(shù)部件和23位寄存器。這是機(jī)電方式能到達(dá)的天花板。稍早一些1941年John和Clifford為數(shù)學(xué)物理研究研制了ABC計(jì)算機(jī)它是電子管數(shù)字計(jì)算機(jī)。機(jī)電和電子兩條路線(xiàn)在40年代交匯之后電子管路線(xiàn)全面勝出。提示課件將Pascal加法器標(biāo)注為1942年但史實(shí)是1642年差了三百年是原課件的校對(duì)失誤教學(xué)使用時(shí)建議訂正。2.2 ENIAC電子計(jì)算機(jī)時(shí)代的開(kāi)端1946年2月賓夕法尼亞大學(xué)研制的ENIAC問(wèn)世全稱(chēng)是Electronic Numerical Integrator And Calculator電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)。它的參數(shù)放在今天依然能給人沖擊重30噸、占地250平方米、啟動(dòng)功耗150000瓦、18000個(gè)電子管、每秒約5000次加減運(yùn)算。兩個(gè)容易被忽視的細(xì)節(jié)是它沒(méi)有存儲(chǔ)器程序靠插拔電纜和設(shè)置開(kāi)關(guān)完成改一次程序等于重新配線(xiàn)內(nèi)部采用十進(jìn)制而不是二進(jìn)制。所以ENIAC雖然算力在當(dāng)時(shí)是顛覆性的但在體系結(jié)構(gòu)上只能算“先例”而非“范本”。2.2.1 UNIVAC從實(shí)驗(yàn)室到商用莫奇萊和?？颂卦?947年成立公司推出了第一款商用計(jì)算機(jī)UNIVAC把電子計(jì)算從軍事和科研實(shí)驗(yàn)室?guī)нM(jìn)商業(yè)場(chǎng)景。一項(xiàng)技術(shù)是否進(jìn)入成熟期的標(biāo)志通常就是出現(xiàn)第一個(gè)可靠商用產(chǎn)品。UNIVAC之于計(jì)算機(jī)相當(dāng)于后來(lái)的商用數(shù)據(jù)庫(kù)之于數(shù)據(jù)處理它驗(yàn)證了電子計(jì)算不只能算彈道也能跑企業(yè)業(yè)務(wù)。2.3 把課件時(shí)間線(xiàn)整理成結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)給新人講歷史我習(xí)慣先把這類(lèi)時(shí)間線(xiàn)轉(zhuǎn)成結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)方便后面畫(huà)圖、答疑、出題。下面是我常用的Python寫(xiě)法把所有關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)整理成一組字典# timeline.py - 把課件里的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)整理為結(jié)構(gòu)化時(shí)間線(xiàn) timeline [ {era: 唐代, device: 算盤(pán), kind: 手動(dòng), note: 第一種手動(dòng)式計(jì)數(shù)器}, {era: 1622, device: 計(jì)算尺, kind: 手動(dòng), note: 四則與三角運(yùn)算}, {era: 1642, device: 加法器, kind: 機(jī)械, note: 僅支持加法}, {era: 1673, device: 計(jì)算器, kind: 機(jī)械, note: 加、減、乘、除和開(kāi)方}, {era: 1822, device: 差分機(jī), kind: 機(jī)械, note: 自動(dòng)計(jì)算}, {era: 1834, device: 分析機(jī), kind: 機(jī)械, note: 存儲(chǔ)庫(kù)運(yùn)算控制}, {era: 1941, device: ABC, kind: 電子管, note: 數(shù)學(xué)物理研究}, {era: 1944, device: MARK I, kind: 機(jī)電, note: 72個(gè)累加器}, {era: 1946, device: ENIAC, kind: 電子管, note: 無(wú)存儲(chǔ)器}, ] for item in timeline: print(f{str(item[era]):6} | {item[device]:8} | {item[kind]:5} | {item[note]})這段代碼把年份、設(shè)備、類(lèi)型和備注放到字典里再用f-string統(tǒng)一格式輸出。字段設(shè)計(jì)上era用于排序和畫(huà)時(shí)間軸的X軸kind用于區(qū)分手動(dòng)、機(jī)械、機(jī)電和電子管note是為后續(xù)講解留下的口語(yǔ)化備注。如果要把數(shù)據(jù)喂給matplotlib或ECharts做可視化只需要在這個(gè)循環(huán)里追加兩個(gè)列表不需要改動(dòng)字典結(jié)構(gòu)。函數(shù)能直接跑通輸出結(jié)果就是一張規(guī)整的歷史演進(jìn)表。需要提醒的是課件里的年份存在筆誤我轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)時(shí)把Pascal加法器從1942年訂正為1642年這類(lèi)歷史課件轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)時(shí)值得逐條核對(duì)一遍。3. 圖靈與馮·諾依曼兩層理論如何支撐起現(xiàn)代計(jì)算機(jī)3.1 圖靈可計(jì)算性的邊界與機(jī)器智能的判據(jù)英國(guó)科學(xué)家阿蘭·圖靈在課件里被明確標(biāo)為“計(jì)算機(jī)科學(xué)奠基人”。他的兩個(gè)貢獻(xiàn)至今還在發(fā)揮作用建立圖靈機(jī)模型奠定可計(jì)算理論的基礎(chǔ)提出圖靈測(cè)試闡述機(jī)器智能的概念。圖靈機(jī)的抽象結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單——一條無(wú)限長(zhǎng)的紙帶、一個(gè)讀寫(xiě)頭、一組狀態(tài)轉(zhuǎn)移規(guī)則但它能精確回答“什么問(wèn)題是可以計(jì)算的”這個(gè)根本問(wèn)題。凡是在圖靈機(jī)上不可計(jì)算的問(wèn)題任何算法都無(wú)法完成這條邊界在今天的算法設(shè)計(jì)里依然有效。美國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)ACM從1966年開(kāi)始設(shè)立圖靈獎(jiǎng)作為計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的最高榮譽(yù)課件這頁(yè)把人物、貢獻(xiàn)、獎(jiǎng)項(xiàng)收在同一頁(yè)里信息量不小。3.2 馮·諾依曼存儲(chǔ)程序概念的工程價(jià)值美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮·諾依曼被稱(chēng)為“電子計(jì)算機(jī)之父”主要貢獻(xiàn)是與同事研制EDVAC并提出“存儲(chǔ)程序”概念。這里需要解釋一下課件寫(xiě)的“人類(lèi)第二臺(tái)計(jì)算機(jī)”容易被誤讀更準(zhǔn)確的表述是ENIAC是第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)而EDVAC是首臺(tái)采用存儲(chǔ)程序設(shè)計(jì)的電子計(jì)算機(jī)。存儲(chǔ)程序概念的核心思想是程序和數(shù)據(jù)用同一種形式存放在存儲(chǔ)器中CPU逐條取出指令、執(zhí)行、再取下一條。沒(méi)有存儲(chǔ)程序計(jì)算機(jī)每換一個(gè)任務(wù)就要重新接線(xiàn)有了存儲(chǔ)程序換程序只需要換內(nèi)存內(nèi)容硬件配線(xiàn)被軟件加載取代。這個(gè)轉(zhuǎn)變直接定義了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)和工作原理。人物核心概念對(duì)工程的影響圖靈圖靈機(jī)模型、圖靈測(cè)試可計(jì)算理論、AI判據(jù)馮·諾依曼存儲(chǔ)程序概念EDVAC、現(xiàn)代計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)表格里的兩條線(xiàn)索分別對(duì)應(yīng)“理論邊界”和“工程實(shí)現(xiàn)”。圖靈給出了計(jì)算這件事的數(shù)學(xué)極限馮·諾依曼給出了跨過(guò)工程門(mén)檻的具體方案。沒(méi)有圖靈我們不知道哪些問(wèn)題根本無(wú)解沒(méi)有馮·諾依曼即便知道有解也造不出通用機(jī)器。3.3 用一段簡(jiǎn)化模型理解取指-執(zhí)行周期講體系結(jié)構(gòu)時(shí)我喜歡把存儲(chǔ)程序拆成一個(gè)可運(yùn)行的極簡(jiǎn)模型# minimal_cpu.py - 最小存儲(chǔ)程序計(jì)算機(jī)模擬 program [ (LOAD, 0), # 把data[0]的值放入累加器 (ADD, 1), # 累加器加上data[1]的值 (STORE, 2), # 把結(jié)果寫(xiě)回data[2] (HALT, None), # 停機(jī) ] data [100, 200, 0] reg 0 # 累加器 pc 0 # 程序計(jì)數(shù)器 while pc len(program): op, operand program[pc] # 取指從程序區(qū)讀指令 pc 1 # 自增指向下一條 if op LOAD: reg data[operand] elif op ADD: reg data[operand] elif op STORE: data[operand] reg elif op HALT: break print(結(jié)果:, data[2])循環(huán)里的五步就是經(jīng)典的取指-執(zhí)行周期用程序計(jì)數(shù)器定位指令從program取出操作碼和操作數(shù)計(jì)數(shù)器自增按操作碼執(zhí)行最后停機(jī)。變量pc對(duì)應(yīng)真實(shí)CPU里的程序計(jì)數(shù)器寄存器reg對(duì)應(yīng)累加器。這個(gè)模型把程序段和數(shù)據(jù)段分開(kāi)寫(xiě)了是為了讓Python代碼更直觀真實(shí)存儲(chǔ)程序計(jì)算機(jī)里兩者是落在同一個(gè)存儲(chǔ)介質(zhì)的不同地址區(qū)間。把這段代碼跑一遍再回來(lái)看“存儲(chǔ)程序”概念的表述理解會(huì)實(shí)在很多。4. 計(jì)算機(jī)分代與分類(lèi)用器件和性能讀懂選型邏輯4.1 四代計(jì)算機(jī)的劃分邏輯課件把計(jì)算機(jī)發(fā)展分成四個(gè)階段每一代對(duì)應(yīng)一組邏輯器件和軟件形態(tài)。把表格畫(huà)出來(lái)比單看年份清楚得多代際時(shí)間邏輯器件軟件標(biāo)志典型應(yīng)用一1946-1958電子管機(jī)器語(yǔ)言/匯編語(yǔ)言科學(xué)計(jì)算二1958-1964晶體管高級(jí)語(yǔ)言數(shù)據(jù)處理、工業(yè)控制三1964-1971集成電路操作系統(tǒng)文字處理、圖形處理四1971至今大規(guī)模集成電路數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)等社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域這張表值得記住的不是年份而是兩條主線(xiàn)邏輯器件決定運(yùn)算速度和物理體積軟件形態(tài)決定使用門(mén)檻。第一代計(jì)算機(jī)只有專(zhuān)家能用機(jī)器語(yǔ)言操作第三代出現(xiàn)操作系統(tǒng)后普通人也能上手這個(gè)門(mén)檻下降的過(guò)程和今天的云原生、大模型普及是同一套邏輯——每次硬件密度上升都會(huì)催生一層新的軟件抽象。4.2 按綜合性能指標(biāo)分類(lèi)與選型課件按綜合性能指標(biāo)把計(jì)算機(jī)分為四類(lèi)這個(gè)分類(lèi)方式在今天依然可以作為選型判斷的參照。高性能計(jì)算機(jī)巨型機(jī)或大型機(jī)速度最快、處理能力最強(qiáng)課件里舉例NEC Earth Simulator峰值每秒40萬(wàn)億次浮點(diǎn)運(yùn)算這個(gè)數(shù)據(jù)在課件成稿年代是榜首現(xiàn)在早被超越但作為教學(xué)案例仍然成立。同頁(yè)還給出了一個(gè)對(duì)比型號(hào)曙光4000A采用2560顆64位AMD Opteron處理器每秒8萬(wàn)億次浮點(diǎn)運(yùn)算當(dāng)時(shí)全球排名第10。工作站介于PC與小型機(jī)之間具備高分辨率、大容量?jī)?nèi)外存和較強(qiáng)的圖形功能微型計(jì)算機(jī)覆蓋臺(tái)式機(jī)、筆記本和曾經(jīng)的個(gè)人數(shù)字助理PDA服務(wù)器在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中為多個(gè)用戶(hù)提供服務(wù)。工程場(chǎng)景里的對(duì)應(yīng)關(guān)系很直接深度學(xué)習(xí)模型訓(xùn)練看的是高性能計(jì)算集群的浮點(diǎn)算力和互聯(lián)帶寬三維渲染和EDA更適合配了專(zhuān)業(yè)顯卡的工作站通用業(yè)務(wù)跑在服務(wù)器上個(gè)人開(kāi)發(fā)和辦公用微型機(jī)就夠了。4.3 嵌入式、網(wǎng)格計(jì)算與中間件這三項(xiàng)是課件里最容易被跳過(guò)的內(nèi)容但它們的生命力比前面所有歷史都長(zhǎng)。嵌入式技術(shù)把計(jì)算機(jī)作為信息處理部件嵌入應(yīng)用系統(tǒng)系統(tǒng)和功能軟件固化工作方式類(lèi)似BIOS今天的智能攝像頭、變頻空調(diào)主控、車(chē)機(jī)控制器都是嵌入式場(chǎng)景。網(wǎng)格計(jì)算利用互聯(lián)網(wǎng)把分散在不同地理位置的電腦組織成一個(gè)虛擬的超級(jí)計(jì)算機(jī)每臺(tái)電腦是一個(gè)節(jié)點(diǎn)整張網(wǎng)格承擔(dān)計(jì)算任務(wù)它的優(yōu)勢(shì)是數(shù)據(jù)處理能力超強(qiáng)同時(shí)能利用網(wǎng)上閑置的計(jì)算能力。中間件則介于應(yīng)用軟件和操作系統(tǒng)之間今天看就是消息隊(duì)列、RPC框架、分布式事務(wù)組件的祖先沒(méi)有中間件應(yīng)用層直接面對(duì)異構(gòu)操作系統(tǒng)復(fù)雜度會(huì)爆炸。課件里的D2OL網(wǎng)格計(jì)算項(xiàng)目現(xiàn)在回看就是早期分布式計(jì)算的實(shí)踐雛形。給一個(gè)分類(lèi)判斷的小函數(shù)把課件里的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)成可執(zhí)行邏輯# classify.py - 按課件標(biāo)準(zhǔn)粗略判斷計(jì)算機(jī)類(lèi)型 def classify(cpu_gflops, is_server, graphics_levellow): if cpu_gflops 10000: return 高性能計(jì)算機(jī)巨型機(jī)/大型機(jī) if is_server: return 服務(wù)器 if graphics_level high: return 工作站 return 微型計(jì)算機(jī) print(classify(cpu_gflops15000, is_serverTrue)) print(classify(cpu_gflops20, is_serverFalse, graphics_levelhigh)) print(classify(cpu_gflops1, is_serverFalse))這里的cpu_gflops表示CPU理論浮點(diǎn)能力is_server用于判斷是否承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)角色graphics_level標(biāo)記圖形需求等級(jí)。三個(gè)閾值是我自己拍的經(jīng)驗(yàn)值萬(wàn)級(jí)GFLOPS以上基本進(jìn)入高性能計(jì)算區(qū)間幾百到幾千是典型服務(wù)器區(qū)間工作站主要看圖形需求。輸出結(jié)果依次是高性能計(jì)算機(jī)、工作站、微型計(jì)算機(jī)。實(shí)際選型還需要疊加內(nèi)存、存儲(chǔ)和GPU但這個(gè)函數(shù)足以讓新人理解分類(lèi)不是按跑分一錘定音而是按用途和性能綜合判定。5. 嵌入式、網(wǎng)格計(jì)算與信息技術(shù)框架課件里的隱藏主干5.1 信息與數(shù)據(jù)一組經(jīng)常被混淆的概念課件用了一個(gè)非常直觀的例子病歷卡上記載病人體溫39℃39℃是數(shù)據(jù)本身沒(méi)有意義當(dāng)它被解釋為“某個(gè)病人的體溫是39℃”并和正常范圍比較時(shí)才成為信息。數(shù)據(jù)是信息的載體信息是對(duì)數(shù)據(jù)解釋之后的意義。這個(gè)區(qū)分在數(shù)據(jù)工程里對(duì)應(yīng)著data到information再到knowledge的分層原始數(shù)據(jù)必須經(jīng)過(guò)清洗、對(duì)齊、補(bǔ)全上下文之后才能支撐決策和課件里“信息是有意義的”這個(gè)判斷完全一致。做數(shù)據(jù)管道的人把這個(gè)例子記住就理解了為什么單純的采集和存儲(chǔ)不叫數(shù)據(jù)治理。5.2 現(xiàn)代信息技術(shù)的內(nèi)容與3C框架課件引用聯(lián)合國(guó)教科文組織的定義把信息技術(shù)拆成信息基礎(chǔ)技術(shù)、信息系統(tǒng)技術(shù)和信息應(yīng)用技術(shù)三個(gè)層次。信息基礎(chǔ)技術(shù)里微電子技術(shù)被稱(chēng)為當(dāng)今世界新技術(shù)革命的基石光電子技術(shù)采用光子作為信息載體這是光通信和光互連的理論源頭。信息系統(tǒng)技術(shù)包括五個(gè)環(huán)節(jié)獲取對(duì)應(yīng)傳感技術(shù)、遙測(cè)技術(shù)和遙感技術(shù)處理環(huán)節(jié)以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心傳輸環(huán)節(jié)涉及光纖通信和衛(wèi)星通信控制環(huán)節(jié)利用信息傳遞和反饋來(lái)實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)則覆蓋縮微品、磁盤(pán)、光盤(pán)等介質(zhì)。這五個(gè)環(huán)節(jié)拼起來(lái)就是一條完整的數(shù)據(jù)鏈路今天的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)依然按照這個(gè)框架在組織只是傳輸介質(zhì)從光纖換成了無(wú)線(xiàn)與有線(xiàn)混用。通信、計(jì)算機(jī)、控制合稱(chēng)3C是信息技術(shù)最核心的三個(gè)方向。課件還總結(jié)了現(xiàn)代信息技術(shù)的四個(gè)特點(diǎn)數(shù)字化讓大量信息可以被壓縮并以光速傳輸多媒體化把文字、聲音、圖形、圖像與計(jì)算機(jī)集成高速度、網(wǎng)絡(luò)化、寬頻帶指向下一代互聯(lián)網(wǎng)智能化強(qiáng)調(diào)軟件代理在超媒體世界里主動(dòng)收集信息。這四個(gè)特點(diǎn)寫(xiě)在課件里可能覺(jué)得抽象對(duì)應(yīng)到今天的流媒體、物聯(lián)網(wǎng)和推薦系統(tǒng)就具體了。5.3 未來(lái)計(jì)算機(jī)的三種方向課件在結(jié)尾處談到了三種新型計(jì)算機(jī)。光計(jì)算機(jī)利用光子取代電子進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算、傳輸和存儲(chǔ)不同波長(zhǎng)表示不同的數(shù)據(jù)優(yōu)點(diǎn)是超高速代價(jià)是體積龐大這對(duì)應(yīng)今天硅光子互連的研究方向。生物計(jì)算機(jī)從20世紀(jì)80年代中期開(kāi)始研制采用生物芯片本質(zhì)上是嘗試把分子層面的化學(xué)反應(yīng)變成計(jì)算過(guò)程。量子計(jì)算機(jī)利用處于多現(xiàn)實(shí)態(tài)下的原子進(jìn)行運(yùn)算課件里說(shuō)的“多現(xiàn)實(shí)態(tài)是量子力學(xué)的標(biāo)志”指的就是疊加態(tài)。三種方向都沒(méi)有在通用計(jì)算領(lǐng)域大規(guī)模落地但它們把“計(jì)算”的定義擴(kuò)展到了電子之外。用一段Python把“數(shù)據(jù)到信息”的過(guò)程演示出來(lái)比單純背定義直觀# data_to_info.py - 數(shù)據(jù)如何借助判斷標(biāo)準(zhǔn)成為信息 temperatures [39.0, 37.2, 36.5] threshold 37.3 for t in temperatures: status 發(fā)熱 if t threshold else 正常 print(f體溫 {t} ℃ - {status})threshold在這里是判斷標(biāo)準(zhǔn)temperatures是原始數(shù)據(jù)集合status是解釋之后的信息。同樣的數(shù)據(jù)換一個(gè)threshold輸出的信息就不同這正是課件強(qiáng)調(diào)“數(shù)據(jù)本身無(wú)意義”的工程化體現(xiàn)。在真實(shí)監(jiān)控系統(tǒng)里threshold就是告警閾值數(shù)據(jù)管道只負(fù)責(zé)傳輸規(guī)則引擎負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)變成可以決策的信息模型和課件里的邏輯完全一致。6. 把17頁(yè)P(yáng)PT映射到現(xiàn)代技術(shù)棧一份可操作的驗(yàn)證清單6.1 一張映射表把課件概念接到現(xiàn)在的工程術(shù)語(yǔ)課件里的歷史概念不是死知識(shí)。給新手講分布式、講云原生之前先把這張映射表過(guò)一遍很多名詞就串起來(lái)了課件概念現(xiàn)代工程對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)程序CPU指令流水線(xiàn)、虛擬內(nèi)存網(wǎng)格計(jì)算分布式計(jì)算、云計(jì)算資源調(diào)度中間件消息隊(duì)列、RPC框架、微服務(wù)嵌入式技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、固件開(kāi)發(fā)3C框架通信、計(jì)算、控制三類(lèi)系統(tǒng)的協(xié)同這張表的作用不是類(lèi)比而是把同一思想在不同階段的實(shí)現(xiàn)形式對(duì)應(yīng)起來(lái)。網(wǎng)格計(jì)算的初衷是跨組織調(diào)度閑置算力這個(gè)思想在云原生環(huán)境里變成了Kubernetes對(duì)容器的編排中間件當(dāng)年的職責(zé)是屏蔽異構(gòu)操作系統(tǒng)今天的消息隊(duì)列屏蔽的是分布式環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)不確定性和服務(wù)版本差異。6.2 用課件思考題做一次自測(cè)閉環(huán)課件末尾有7道思考題非常適合做驗(yàn)收題目。我的建議是合上PPT一周后試著完成三件事第一畫(huà)一遍四代計(jì)算機(jī)劃分的時(shí)間軸標(biāo)出每代的器件和軟件形態(tài)第二默寫(xiě)ENIAC的五個(gè)關(guān)鍵參數(shù)包括重量、占地、功耗、電子管數(shù)和運(yùn)算速度第三用自己的話(huà)解釋為什么ENIAC每秒能做5000次加減法卻依然沒(méi)有存儲(chǔ)器。第三問(wèn)是關(guān)鍵能答出“程序靠外部插拔電纜實(shí)現(xiàn)”而不是“存儲(chǔ)空間小”才算真正理解了存儲(chǔ)程序的價(jià)值。把這三件事做成筆記卡片放在自己常用的筆記軟件里每月回看一次。答不上的部分回到前面的對(duì)應(yīng)小節(jié)重點(diǎn)看2.1和4.1。課件里還有一組值得擴(kuò)展的索引嵌入式對(duì)應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備開(kāi)發(fā)網(wǎng)格計(jì)算對(duì)應(yīng)分布式計(jì)算中間件對(duì)應(yīng)微服務(wù)基礎(chǔ)組件3C框架對(duì)應(yīng)現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的通信、計(jì)算、控制三層結(jié)構(gòu)。下次拿到一臺(tái)新設(shè)備或新技術(shù)框架用這套思路去套一遍它建立在什么器件與介質(zhì)上程序形態(tài)是什么中間層處理了哪些復(fù)雜度。套完你會(huì)發(fā)現(xiàn)這17頁(yè)P(yáng)PT里的歷史就是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的全部索引。本文還有配套的精品資源點(diǎn)擊獲取