《计算机是怎样跑起来的》读书笔记

第一章 计算机的三大原则

1. 计算机是执行输入、运算、输出的机器。
2. 程序是指令和数据的集合。
3. 计算机的处理方式有时与人类的思维习惯不同

• 输入、运算、输出是计算机硬件的基础，输入、输出的都是数据，运算是对数据的计算、加工处理。
• 对计算机来说什么都是数字，然后通过编码技术才能转换成人类能直接识别的信息。
• 任何新技术的产生都离不开计算机的三大原则，为提升效率而贴合人类习惯。

第二章 试着制作一台计算机吧

第二章内容看的是云里来雾里去，各种IC元件组装成一台微型计算机，主要的三大件是CPU、内存、I/O，其他元件都是辅助作用。计算机中最小的信息单位是比特，二进制数中一位就是1比特，信息中基本单位是字节，1字节=8比特，K=2^10=1024，2K字节=8×1024×2

第三章 体验一次手工汇编

汇编：一种使用助记符的编程语言，很简单，但不适合编写大型程序，因为计算机三大件的每步操作都要处理非常细致。
助记符：每种CPU都可能有不同的操作指令，而且CPU所能识别的任何指令合数据都是二进制格式，很不便于人们记忆和识别，所以就用固定的英文单词符号表示每个指令（为什么是英文？因为是说英语的人发明的）。手工汇编就需要对照CPU说明书，每个指令所对应的二进制格式，然后在计算机中运行。

第四章 程序像流水一样流动着

• 程序执行流程：顺序、循环、分支
• VBScript小游戏：石头剪刀布.vbs

Dim gesture(2)
gesture(0) = "石头"
gesture(1) = "剪刀"
gesture(2) = "布"
wins = 0
Randomize
MsgBox "石头剪刀布游戏 Ver.1.00 by Eugene"
For i = 1 To 5
    user = CInt(InputBox("0:石头。1：剪刀。2：布"))
    computer = CInt(Rnd * 2)
    s ="玩家：" & gesture(user) & "、计算机：" & gesture(computer)
    If user = computer Then
        MsgBox s & "...平局！"
    ElseIf computer = (user+1) Mod 3 Then
        MsgBox s & "……玩家获胜！"
        wins = wins + 1
    Else
        MsgBox s & "……计算机获胜!"
    End If
Next
MsgBox "玩家获胜次数： " & wins

• 流程图（Flowchart）

  
  石头剪刀布.png
• 结构化程序设计：良好的程序设计都是通过程序的基本三大操作流程完成，但是CPU中存在跳转操作指令goto，会导致程序变得混乱，所以在很早就有学者戴克斯特拉结构化程序设计**思想。但其本意并不是摒弃CPU的goto指令，而是在一些高级语言中不推荐有类似的功能语法，比如Java中的goto语句，只是保留了这个关键字，但是并没有用到。
• 特殊的程序流程：
• • 中断处理：Interrupt，计算机硬件具有的一种处理中断的能力。
• • 事件驱动：这是一种适用于GUI编程的一种设计风格，通过事件的产生触发程序的执行。

第五章、第六章 算法与数据结构

• 从计算机的机械式的工作方式介绍了算法、数据结构的作用，介绍了典型的算法，最基本的数据结构：数组和链表，还介绍的哨兵技巧，是在线性查找中所使用的一种技巧。
• 算法：计算机的工作方式不能跟人比，只能依靠数据机械式的尽量逻辑推理，所以算法并不是单纯的数学公式，一段简单的代码程序也可以称为算法，但是有了数学公式的基础可以实现更为高效的代码程序。
• 数据结构：计算机的存储是靠连续的物理介质存储的，比如最基础的数组和链表类型数据结构，为什么它们在不同的数据操作性能完全不同，最主要的原因就是数组存储在连续的物理内存中，而链表不需要，只需要随机存储，依靠指针相连，数组虽然查找数据很快，但是如果想插入数据，则需要挪动插入位置后面的所有数据，甚至可能需要重新分配连续的内存空间，这个开销还是很大的，而链表性能表现则是想反的，当然也是跟它的数据存储根本方式有直接的原因。

第七章 面向对象编程

• 这本书已经很老了，以至于在读这个章节的时候回觉得面向对象编程才刚刚开始……
• 面向对象：三大特性：继承、封装、多态。书中也截取了很多学者的领悟，来阐述什么是面向对象。面向对象只是一种编程思想，主要是为了解决大工程项目那已维护和扩展的问题，就好像与其对立的面向过程编程思想，在项目达到一定规模就会变得难以维护，而面向对象则会充分体现出它的特性的优势，不论是是分工协作还是代码组织上都会变得简单可行，正是有了这种编程思想才有了众多出色的面向对象编程语言，最具代表性的就是Java语言，经久不衰这么多年，似乎也快被Kotlin所替代，个人也体验了一段时间，确实比Java灵活、便捷、安全，我觉得他的精髓就在于类型推导，才能写出各种灵活便捷的lamda高阶函数，以及各种便捷的语法特性。

第八章 数据库

想当初在学校的时候SQL语句还是很6的，如今都还给老师了……

• DBMS：Data Base Management System，数据库管理系统，用于协助应用程序对数据库进行操作，保证数据一致且安全的存储。
• 数据库设计：拆表实现规范化、设置主键和外键、确保没有多对多的关系（连接表实现一对多）、根据需要设置参照完整性（数据安全机制）和索引（提升排序和检索效率）。
• CRUD：CREAT、REFER（SELETE）、UPDATE、DELETE
• 事务控制：由多条SQL语句构成数据库操作，为防止意外发生，可以保证数据一致性，事务操作主要有：BEGIN TRANSACTION（开启事务）、COMMIT（提交事务）、ROLL BACK（事务回滚）

第九章 TCP/IP

• 通过几个小实验，了解计算机网络大概全貌，计算机网络大致分为局域网、城际网、广域网等等，不论哪种计算机网络，最终都是通过线缆将计算机设备连接到一起，而且从物理形态或虚拟形态看都是切切实实的网状，每个交叉节点或是一台计算机、或是集线器、或是路由器。
• 网络有了，计算机互相之间想要通信就需要有规则，而TCP/IP就是这个规则之一，规则就好像汉语、英语等语法，说不同语言的人就好比是计算机，如果想互相沟通无障碍，就得按规则进行表达发音，这里的发音就好比是网卡将数字信息转化出的电信号，然后通过集线器、路由器传达给其他计算机。
• 其实网络通信协议非常复杂，而书只是蜻蜓点水的对协议进行描述，如果想了解网络数据是如何从计算机1->运营商网络->计算机2，可以先看一下《网络是怎样连接的》，如果只想了解通信协议，可以看其他TCP/IP系列丛书。
• TCP/IP实际上是两个协议，IP是计算机的地址协议，是一个虚拟地址，最终信号传输还需要通过物理（MAC）地址进行确认，举个例子：快递员第一次去你家送快递，但是找不到门，就会打电话联系你确认具体地址怎么找，然后问清楚之后就会把快递送给你。这里的电话就好比IP地址，而具体地址就好比MAC地址。

第十章 加密数据

• 对称加密：在加密和解密过程中共用同一个秘钥串，秘钥的安全性决定了数据的安全性。
• 非对称加密：加密过程中使用公钥，解密过程用私钥，公钥需要被公开使用，私钥只能是授权人才能获取，安全性相比对称加密要安全。
• 数字签名：数字签名可以验证发送方身份，以及数据的完整性，防止收到未授权用户或者被串改的数据。

第十一章 XML

• Extensible Markup Language，可扩展的标记语言。HTML就是其中一种，可以用html编写网页，XML是标记语言的元语言，可以定义各种新语言。W3C组织为其制定了一系列标准，还退出了XHTML网页标记语言。XML也可以用于通用数据格式在互联网中传输，早期还有CSV（Comma Separated Value，逗号分隔值），但是CSV不便于解读，不如XML每个字段值都定义标签，为其赋予意义，但是如今有更火的JSON数据格式，json结合了XML和CSV的优点，便于解读，数据体量小。
• 适用领域

名称	用途
XSL	为XML中的信息提供显示格式
MathML	描述数学算式
SML	把多媒体数据嵌入到网页中
MML	描述电子病历
SVG	用向量表示图形数据
JepaX	表示电子书
WML	表示移动终端上的数据
CHTML	表示手机上的内容
XHTML	用XML定义HTML4.0
SOAP	实现分布式计算

第十二章 SE负责监管计算机系统的构建

• SE：system engineer，系统工程师。《日经计算机术语辞典2002》解释：SE指的是在进行业务信息化时，负责调查、分析业务内容，确定计算机基础设计及其详细规格的技术人员。同时SE也负责系统开发的项目管理和软件的开发管理、维护管理工作。由于主要的工作是基础设计，所以不同于编写程序的程序员，SE需要具备从硬件结构、软件的构建方法乃至横跨整个业务的广泛知识以及项目管理的经验。也就是说SE未必写过程序，但要对计算机相关知识有一定了解，比如前十一个章节的内容，然而更多的是对项目需求的分析、设计和管理。
• IT：information technology，信息技术。很多时候提到IT这个词更多想到的是计算机（电脑），毕竟计算机的普及，代替和提高了很多行业中手动处理信息的方式，但事实上计算机并不能代表IT，任何一个能有效处理信息的工具和方法都可以称为IT，只不过当今最广泛所使用的就是计算机。如果哪天量子技术或生物技术有了突破，计算机可能还叫计算机，但形态和组成未必是现在的样子。（想想都觉得科幻🤣）
• 软件开发过程模型：瀑布模型、螺旋模型、原型模型等等。书中主要以瀑布模型为例进行讲解，回想实际工作中的规范流程，似乎大部分都是从瀑布模型演变而来，尽管并没有完全按照规范执行，但规范毕竟是规范。瀑布模型流程：开始->需求分析->外部设计->内部设计->程序设计->编码实现->测试->部署、维护->目标。需要说明的可能主要是外部和内部设计，外部设计主要是面向用户的设计，比如UI（用户界面）、功能流程等等，内部设计主要面向程序员，比如架构模型、技术选型等。
• 设计：所谓设计，就是拆解。任何事物流程都可以拆解成细小的子任务，然后再将每个子任务组合起来，并且能有效地运作起来，这便能成为系统。但是否是一个成功的系统并不是系统实现有多完美，而是系统能否解决用户问题，这就取决于最开始的需求分析，老话说得好，万事开头难。设计方法也有很多种：

设计方法	拆解时关注的事物
通用功能分割法	在整个系统中通用的功能
STS法	数据流（输入、变换、输出）
TR法	事务（数据的处理单位）
Jackson法	输入数据和输出数据
Warnier法	输入数据
面向对象法	构成计算机系统的事物（对象）

一个结论：将计算机系统的构成要素设计成多机备份，可以大幅提升设备利用率。
例如：90%利用率设备a ✖️ 80%设备利用率b = 72%整体设备利用率
（90%利用率设备a✖️2） ✖️ （80%设备利用率b✖️2） = 95%整体设备利用率