计算机科学概述

我们知道的历史比较悠久的学科有数学,哲学,物理学，二十世纪五六十年代随着计算机的发展产生了一门新的学科：计算机科学。

简单的说计算机科学就是研究与计算机相关的内容，我们可以把计算机科学研究的内容分为两大类:系统领域和应用领域。系统领域覆盖那些与硬件和软件构成直接相关的领域。如计算机体系结构，计算机网络，操作系统，算法，程序设计语言和软件工程。应用领域覆盖了与计算机使用相关的领域，如数据库和人工智能。我们采用广度优先的方式对这些领域做一下简单介绍。

体系结构

布尔代数为数字电路提供了数学基础,没有它就没有数字电路，也就不会有计算机，布尔代数是1847年由英国数学家乔治·布尔发明的，传统数学的运算都是加减乘除操作，而布尔代数上的运算被称为AND(与)、OR(或)和NOT(非)。

运算数字就是0和1，0代表假，1代表真，0 AND 0 = 0，0 OR 1 = 1。

此后布尔代数沉睡多年，直到1938年21岁的香农在他的硕士论文《A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits》（继电器与开关电路的符号分析）中指出电子工程师可以用布尔代数的理论来设计电路，把布尔代数的“真”与“假”和电路系统的“开”与“关”对应起来，并用1和0表示。

看上图的电路，用1代表开关闭合，0代表开关断开，1代表灯亮，0代表灯灭，图1的串联电路正是布尔代数里与操作，图2的并联电路正是或操作，根据简单的与或非操作可以组合成图3或其他更复杂的电路。

布尔代数从此找到了用武之地，香农的论文也成了数字电路的理论基础，电子工程师根据香农的理论制造出了与门/或门/与非门/异或门等组成数字电路和计算机电路的基本单元，从这里也可以看出为什么计算机使用二进制。

香农的伟大之处远不至此，1948年香农发表了《A Mathematical Theory of Communication 》（通讯的数学原理）的论文，创造了信息论，奠定了通信原理的理论基础，他提出将一切信号都用0和1进行编码，没有香农的理论就没有现在的图片压缩，文件压缩，高清电影或数字通信。

1948年还有项重要发明-晶体管，晶体管终结了电子管，大大缩小了计算机的体积和开支，晶体管和信息论都诞生于贝尔实验室。

香农的理论指出了用布尔代数来设计数字电路，但并没有说明计算机应该设计成什么样子，1936年，年仅24岁的图灵发表一篇题为《On Computable Numbers, with an Application to the Entscheidungsproblem》（论数字计算在决断难题中的应用）的论文，论文中提出一种计算装置，后被称为“图灵机”，图灵机是一种抽象计算模型，即将人们使用纸笔进行数学运算的过程进行抽象，由一个虚拟的机器替代人们进行数学运算。