1. 硬件
1.1. 硬件是计算中固态的、可见的部分
- 1.1.1. 可以看到并用手接触的设备和器材
1.2. 早期的计算设备都是专用的，通常用于预测天文事件和位置
1.3. 在约翰·纳皮耶(John Napier)描述了对数之后不久，计算尺就于17世纪早期被发明出来
1.4. 和现代计算机最接近的先驱是雅卡尔提花织机，在1800年左右由法国的约瑟夫·马里·雅卡尔(Joseph Marie Jacquard)发明
- 1.4.1. 1811～1816年在英国发生的卢德运动就是一场针对机械化的暴力抗议
1.5. 现代意义上的计算始于19世纪中期的英国，源于查尔斯·巴贝奇(Charles Babbage)的工作
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1.5.1. 巴贝奇是一位对航海和天文学感兴趣的科学家
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1.5.2. 在伦敦科学博物馆和加州山景城的计算机历史博物馆，可以看到他的一些机器的现代实现
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1.5.3. 巴贝奇的机器是由齿轮、车轮、杠杆和拉杆构成的复杂机械组合
1.6. 奥古斯塔·艾达·拜伦
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1.6.1. Augusta Ada Byron
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1.6.2. 诗人乔治·拜伦(George Byron)的女儿
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1.6.3. 后来的洛芙莱斯伯爵夫人(Countess of Lovelace)
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1.6.4. 艾达·洛芙莱斯通常被认为是世界上第一个程序员，Ada编程语言也以她的名字命名
1.7. 赫尔曼·霍尔瑞斯
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1.7.1. Herman Hollerith
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1.7.2. 于19世纪末与美国人口普查局(US Census Bureau)合作，设计并制造了能够比手工更快地将人口普查信息制成表格的机器
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1.7.3. 由于有了霍尔瑞斯的打孔卡和制表机，1890年的人口普查只花了1年，而不是预计的10年或更长时间
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1.7.4. 霍尔瑞斯创立了一家公司，通过多次合并和收购，1924年这家公司成为国际商业机器公司，也就是我们今天所知的IBM
1.8. 第一个完全由电器组成的计算机是ENIAC（Electronic Numerical Integrator and Computer，电子数字积分计算机）
1.9. 第一台真正将程序和数据存储在一起的计算机是在英国建造的，最著名的是EDSAC(Electronic Delay Storage Automatic Calculator)，即电子延迟存储自动计算器，于1949年在剑桥建成
1.10. 早期的电子计算机用真空管作为计算元件
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1.10.1. 真空管是大小、形状和圆柱形电灯泡类似的电子设备
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1.10.2. 不仅贵，而且脆弱、笨重，能耗也很高
1.11. 随着1947年晶体管的发明，以及1958年集成电路的发明，现代计算机时代才真正开始
1.12. 硬件本身并没有对理论上哪些可以被计算产生根本性的改变
2. 计算机
2.1. 逻辑或功能组织
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2.1.1. 有哪些部件，它们用于做什么以及它们是如何连接的
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2.1.2. 从功能上来说，这几百年来汽车一点都没变
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2.1.2.1. 汽车中的引擎通过利用某种燃料来运转，从而驱动汽车移动
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2.1.2.2. 驾驶员利用汽车的方向盘来控制汽车
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2.1.2.3. 车上的空间分别用来储存燃料、供乘客乘坐和存放乘客的物品
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2.1.3. 从逻辑上来说，今天的计算机和20世纪50年代的计算机非常相似，但是其表面上发生的变化远远超过汽车发展的变化
2.2. 物理结构
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2.2.1. 各部分的外观以及它们的制造方式
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2.2.2. 从物理上而言，在过去的一个世纪里汽车发生了巨大的变化
- 2.2.2.1. 它们使用了不同的材料，而且变得更快、更安全、更可靠和更舒适
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2.2.3. 今天的计算机不仅变得更小、更便宜、运算速度更快，而且比50年前的那些更加可靠，在某些性能上确实要好一百万倍
2.3. 事物的功能性行为与其物理特性之间的区别，即它的作用与其内部构建或工作方式之间的区别
- 2.3.1. 对于计算机来说，它的构建方式和运行速度都在以惊人的速度发生变化，但"它的作用"部分是相当稳定的
2.4. 网络效应
- 2.4.1. 当一样东西被其他人使用得更多时，它对你来说就更有用，其有用程度与使用者数量大致成正比
2.5. 计算机硬件，确切地说是所有类型的数字硬件，从集成电路的发明开始，都在过去60年间经历了呈几何级数的改进
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2.5.1. 选择Mac的人则是因为认可它的可靠性、品质、审美设计以及"物有所值"的感觉，许多消费者愿意为此支付更高的价格
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2.5.2. 智能手机、平板电脑和电子书阅读器等更专业的设备，其实也都是功能强大的电脑
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2.5.3. 功能手机指的是除了打电话以外没有其他功能的手机
3. 逻辑结构
3.1. 一个处理器，一些主存储器，一些二级存储器，以及各种其他组件
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3.1.1. 这些组件都由一组叫作总线(bus)的电线连接起来，总线在它们之间传递信息
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3.1.2. 总线的称呼采用了电子工程的术语
3.2. 基本结构
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3.2.1. 自从20世纪40年代起就已经形成规范
- 3.2.1.1. 冯·诺依曼架构，以约翰·冯·诺依曼命名，他在1946年发表的论文里描述了这一架构
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3.2.2. 处理器、存储指令及数据的内存和存储设备、输入和输出设备
3.3. 处理器
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3.3.1. 处理器历史上一直被称为CPU或中央处理单元，但现在通常只指处理器
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3.3.2. 处理器就是大脑
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3.3.2.1. 处理器进行算术运算、移动数据并控制其他组件的操作
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3.3.2.2. 处理器只能执行有限的基本操作，但它的执行速度惊人，达到每秒数十亿次
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3.3.3. 内核本身就是一个处理器，但CPU可能有多个内核，这些内核可以协同工作或独立工作以计算得更快
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3.3.4. 每秒的一个节拍被称为赫兹(Hz)，是以德国工程师海因里希·赫兹(Heinrich Hertz)的名字命名的
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3.3.4.1. 无线电台的广播频率以兆赫（MHz，百万赫兹）为单位
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3.3.4.2. 2.2GHz处理器正在以每秒22亿次的速度运行着
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3.3.4.3. 人类的心跳频率约为1赫兹，每天约10万次，每年约3000万次
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3.3.4.4. 兆是100万，也就是10^6
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3.3.4.5. 吉是10亿，也就是10^9
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3.4. 主存储器
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3.4.1. 主存储器存储信息的容量很大但有限，并且当电源关闭时，其内容消失
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3.4.2. 主存储器通常被称为RAM或随机访问存储器，二级存储器则通常是磁盘或驱动器，反映了不同的物理实现
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3.4.3. 主存储器存储着处理器和计算机的其他部分正在使用的信息，其中的内容可以被处理器改变
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3.4.4. 主存储器不仅存储处理器当前处理的数据，还存储告诉处理器如何处理这些数据的指令
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3.4.5. 主存储器在计算机运行时提供了一个存储信息的地方
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3.4.6. 主存储器被称为随机存取存储器(RAM)，因为处理器可以快速访问存储在其中任意位置的信息，简单来说就是以随机顺序访问内存位置并不会减缓速度
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3.4.7. 大多数RAM是易失性的，也就是说，如果电源关闭，它的内容就会消失，并且所有当前活动的信息都会丢失
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3.4.8. 更多的内存通常意味着更快的计算速度，因为没有足够的内存来同时容纳所有想要使用它的程序，而且要花时间将不活动的程序移出，为新程序腾出空间
3.5. 二级存储器
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3.5.1. 二级存储器主要有两种：较旧的磁盘称为硬盘或硬盘驱动器，较新的形式称为固态驱动器(SSD)
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3.5.2. 这两种驱动器存储的信息比主存储器多得多，而且不具有易失性---即使没有电源，这两种驱动器上的信息也会保留
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3.5.3. 通过设置旋转着的金属表面上磁性材料微小区域的磁化方向，磁盘得以存储信息
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3.5.4. 数据存储在同心圆磁道中，由在轨道之间移动的传感器读取和写入
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3.5.5. 磁盘存储空间的价格约为RAM的1/100，但访问信息的速度更慢
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3.5.6. 十年前，几乎所有的笔记本电脑都有磁盘
- 3.5.6.1. 《傲慢与偏见》大约有250页，约680000个字符，因此1GB可以容纳近1500份该书的拷贝
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3.5.7. 今天，几乎所有的设备都使用SSD，它使用闪存而不是旋转机器
- 3.5.7.1. 闪存是非易失性的，信息以电荷的形式存储在电路中，即使在断电的情况下，这些电荷仍然存在于单个电路元件中
3.6. 其他
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3.6.1. 利用鼠标、键盘、触摸屏、麦克风、照相机和扫描仪等进行输入，显示器、打印机和扬声器则负责向用户输出
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3.6.2. 网络组件如Wi-Fi或是蓝牙负责与其他计算机通信
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3.6.3. 各种辅助技术帮助人们解决视力、听力或其他相关访问问题
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3.6.4. 如果是为手机或平板电脑，框架也是类似的，尽管鼠标、键盘和显示器都融合进了一个组件---屏幕
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3.6.5. 手机现在可以用作手表、计算器、照相机和摄像机、音乐和电影播放器、游戏机、条形码阅读器、导航仪，甚至手电筒
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3.6.6. 智能手机有着和笔记本电脑相同的抽象架构，即使因为不同的尺寸和供电约束，两者的实际外表有着很大不同
4. 物理结构
4.1. 搭载计算机部件的电路板则有着明显的进步
4.2. 由于内置电路的原因，现在的元件更少了，布线越来越精细，连接引脚也比20年前更多、更紧凑了
4.3. 计算机中的电子电路由大量的少数几种基本元素搭建而成
4.4. 集成电路由罗伯特·诺伊斯和杰克·基尔比于1958年独立发明
5. 摩尔定律
5.1. 集成电路的设计和制造非常复杂，而且竞争激烈
- 5.1.1. 最能反映电路规模的单个数字是集成电路中单个特征的大小
5.2. 1965年，戈登·摩尔发表了一篇名为《把更多组件塞到集成电路中》的短文章
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5.2.1. 现在所说的摩尔定律，已经持续了近60年，所以集成电路现在拥有的晶体管数量是1965年的100多万倍
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5.2.2. 最简单的版本是摩尔定律是：每隔18个月左右，固定大小的集成电路中可以安装的设备数目会翻倍
5.3. 摩尔定律不是自然法则，而是半导体业界用来设定目标的指南
- 5.3.1. 从某种意义上来说这个定律会有失效的一天