了解计算机的发展历程
Python课件一
1 简述计算机硬件的发展历史
第一代计算机——电子管计算机（时间1946~1957）
无论如何，一项技术的突破必然伴随着其他行业的突破，简而言之，电子计算机的出现，前提必须有电子技术的进步，否则一切都是空谈！
| 时间 | 事件 | |
|---|---|---|
| 1906年 | ||
| 1924年2月 | 一个具有划时代意义的公司成立，IBM | |
| 1935年 | IBM推出IBM 601机。 这是一台能在一秒钟算出乘法的穿孔卡片计算机。这台机器无论在自然科学还是在商业意义上都具有重要的地位。大约造了1500台。 | |
| 1937年 | 英国剑桥大学的Alan M. Turing (1912-1954)出版了他的论文 ，并提出了被后人称之为"图灵机"的数学模型。 | |
| 1937年 | 美国贝尔试验室的George Stibitz展示了用继电器表示二进制的装置。尽管仅仅是个展示品，但却是世界上第一台二进制电子计算机。 | |
| 1941年 | Atanasoff和学生Berry完成了能解线性代数方程的计算机，取名叫"ABC"（Atanasoff-Berry Computer），用电容作存储器，用穿孔卡片作辅助存储器，那些孔实际上是"烧"上的。 时钟频率是60HZ，完成一次加法运算用时一秒。这就是ABC计算机。 | |
| 1946 | 美国宾夕法尼亚大学，第一台通用电子计算机ENIAC (Electronic Numerical Integrator 和 Computer)诞生。总工程师埃克特在当时年仅25岁。 |
这时的计算机的基本线路是采用电子管结构，程序从人工手编的 机器指令程序（0 1），过渡到符号语言（汇编），电子管计算机是计算工具革命性发展的开始，它所采用的进位制与程序存贮等基本技术思想，奠定了现代电子计算机技术基础。以冯·诺依曼为代表。
第二代计算机——晶体管计算机（时间1957~1964）
电子管时代的计算机尽管已经步入了现代计算机的范畴，但其体积之大、能耗之高、故障之多、价格之贵大大制约了它的普及应用。直到晶体管被发明出来，电子计算机才找到了腾飞的起点，一发而不可收……
20世纪50年代中期，晶体管的出现使计算机生产技术得到了根本性的发展，由晶体管代替电子管作为计算机的基础器件，用 磁芯或磁鼓作存储器，在整体性能上，比第一代计算机有了很大的提高。
第三代计算机——中小规模集成电路计算机（时间1964~1971）
20世纪60年代中期， 计算机发展历程随着半导体工艺的发展，成功制造了集成电路。中小规模集成电路成为计算机的主要部件，主存储器也渐渐过渡到 半导体存储器，使计算机的体积更小，大大降低了计算机计算时的功耗，由于减少了 焊点和 接插件，进一步提高了计算机的可靠性。
第四代计算机——大规模和超大规模集成电路计算机（时间1971~至今）
随着大规模集成电路的成功制作并用于计算机硬件生产过程，计算机的体积进一步缩小，性能进一步提高。集成更高的大容量半导体存储器作为内存储器，发展了并行技术和多机系统，出现了 精简指令集计算机（RISC），软件系统工程化、理论化，程序设计自动化。微型计算机在社会上的应用范围进一步扩大，几乎所有领域都能看到计算机的“身影”。
第五代计算机——泛指具有人工智能的计算机（至今~未来）
目前还没有明确地定义
2 简述计算机软件的发展历史
编程语言的发展
计算机软件系统的发展，也伴随着编程语言的发展。计算机程序设计语言的发展，经历了从机器语言、汇编语言到高级语言的历程。
机器语言：简单点说，机器本身也只认识0和1，电路无非就只有通和断两种状态，对应的二进制就是二进制的1和1。
汇编语言：汇编语言只是把一些特殊的二进制用特殊的符号表示，例如，机器要传送一个数据，假设“传送”这个指令对应的机器码是000101，则人们把000101用一个特殊符号，比如mov来表示，当人们要用这个指令时用mov就行，但是mov的本质还是000101，没有脱离硬件的范围，有可能这个指令不能在其他机器上用。
高级语言：高级语言完全脱离了硬件范畴，所有的语法更贴近人类的自然语言，人们只需要清楚高级语言的语法，写出程序就行了，剩下的交给编译器或者解释器去编译或者解释成机器语言就行了，看，这样就完全脱离了硬件的范畴，大大提高了程序的开发效率。接下来我们就来看看高级语言的发展，高级语言非常多，我们主要看看比较经典的几个。
高级语言的发展
B语言与Unix
20世纪60年代，贝尔实验室的研究员Ken Thompson（肯·汤普森）发明了B语言，并使用B编了个游戏 - Space Travel，他想玩自己这个游戏，所以他背着老板找到了台空闲的机器 - PDP-7，但是这台机器没有操作系统，于是Thompson着手为PDP-7开发操作系统，后来这个OS被命名为 - UNIX。
C语言
1971年，Ken Thompson（肯·汤普森）的同事D.M.Ritchie（DM里奇），也很想玩Space Travel，所以加入了Ken Thompson，合作开发UNIX，他的主要工作是改进Thompson的B语言。最终，在1972年这个新语言被称为C，取BCPL的第二个字母，也是B的下一个字母。
C语言和Unix
1973年，C主体完成。Ken Thompson和D.M.Ritchie迫不及待的开始用C语言完全重写了UNIX。此时编程的乐趣已经使他们完全忘记了那个“Space Travel”，一门心思的投入到了UNIX和C语言的开发中。自此，C语言和UNIX相辅相成的发展至今。
Ken Thompson（left）和D.M.Ritchie（right）
类C语言起源、历史
C++（C plus plus Programming Language） - 1983
还是贝尔实验室的人，Bjarne Stroustrup（本贾尼·斯特劳斯特卢普） 在C语言的基础上推出了C++，它扩充和完善了C语言，特别是在面向对象编程方面。一定程度上克服了C语言编写大型程序时的不足。
Python （Python Programming Language）--1991
1989年圣诞节期间，Guido van Rossum 在阿姆斯特丹，Guido van Rossum为了打发圣诞节的无趣，决心开发一个新的脚本解释程序，做为ABC语言的一种继承。之所以选中Python（大蟒蛇的意思）作为该编程语言的名字，是因为他是一个叫Monty Python的喜剧团体的爱好者。第一个Python的版本发布于1991年。
Java（Java Programming Language） - 1995
Sun公司的Patrick Naughton的工作小组研发了Java语言，主要成员是James Gosling（詹姆斯·高斯林）
C#（C Sharp Programming Language） - 2000
Microsoft公司的Anders Hejlsberg（安德斯·海尔斯伯格）发明了C#，他也是Delphi语言之父。
当然现在还有一些新语言，比如2009年Google的go语言，以及麻省理工的julia等。
3 为什么我们学的是Python
Python有哪些优点
1 语法简单 漂亮：我们可以说Python是简约的语言，非常易于读写。在遇到问题时，我们可以把更多的注意力放在问题本身上，而不用花费太多精力在程序语言、语法上。
2 丰富而免费的库：Python社区创造了各种各样的Python库。在他们的帮助下，你可以管理文档，执行单元测试、数据库、web浏览器、电子邮件、密码学、图形用户界面和更多的东西。所有东西包括在标准库，然而，除了它，还有很多其他的库。
3 开源：Python是免费开源的。这意味着我们不用花钱，就可以共享、复制和交换它，这也帮助Python形成了丰富的社区资源，使其更加完善，技术发展更快。
4 Python既支持面向过程，也支持面向对象编程。在面向过程编程中，程序员复用代码，在面向对象编程中，使用基于数据和函数的对象。尽管面向对象的程序语言通常十分复杂，Python却设法保持简洁。
5 Python兼容众多平台，所以开发者不会遇到使用其他语言时常会遇到的困扰。Linux原装Python。
Python有哪些作用
Python是什么都能做，但是我们学的是数据分析，我们看看在数据分析领域Python能做什么。
数据采集：以Scrapy 为代表的各类方式的爬虫
数据链接：Python有大量各类数据库的第三方包，方便快速的实现增删改查
数据清洗：Numpy、Pandas，结构化和非结构化的数据清洗及数据规整化的利器
数据分析：Scikit-Learn、Scipy，统计分析，科学计算、建模等
数据可视化：Matplotlib、Seaborn等等大量各类可视化的库
4 Python和anaconda
Python我们说过了是一门编程语言，ok，这个没问题，同时我们也已经说过了计算机只认识0 1 这种机器码，这个也没有问题。那么我写的Python代码到底是通过谁变成了了0 1 这种计算机能识别的机器码呢？
我们平常所说的下载一个Python，其实下载的是一个Python解释器，就是利用它，把我们写的Python代码变成了计算机能识别的东西。
Python解释器的官方网站是：https://www.python.org/
需要注意的是，我们想想这个问题，我们下载下来的Python解释器归根结底也是一个软件，那它又是用什么语言编写的呢？注意下，我们平常说的Python解释器是用c语言编写的，可以称作CPython，原因在于c语言的稳定性和运行速度在高级语言里首屈一指。除此之外还有其他语言编写的。比如：Java语言变得JPython，c#编写的IronPython等等。但是官方，也就是我们用的还是c语言编写的CPython。
接下来就给大家演示如何使用Python解释器
方法一：直接在命令行编写Python代码并且运行
当大家从Python解释器的官方网站下载后，安装并且配置好环境变量后，我们可以直接在命令行打开Python环境，进行编程和运行。
win+R---cmd打开命令行窗口
直接往里面输入Python ，然后回车（如果说找不到路径，那就是没有配好环境变量），没有问题，如下
可以看出，我这里的Python是3.7.3，就可以在这个环境下编写Python代码了，比如 输出 hello world
也可以直接计算，比如计算2的13次方
也可以使用列表推导式 print([x**2+1 for x in range(1,101)])
总之，我们可以在这个环境里进行Python代码的编写和运行。但是这里有一个大问题，我写的代码怎么保存呢，要是不小心把命令窗口关闭了，那就什么都没有了....于是我们再介绍下文本编程。
方法二：文本编程
刚才我们说我们在命令行编写的代码无法保存，那么我们可不可以在文本里编写代码，然后执行呢？答案是可以的。ok，我们新建一个记事本文档(txt),然后往里面写入我们要写的Python代码，比如我们就写一个循环，输出1-10吧。
右键--新建--文本文档
然后文件--另存为---放到一个很容易找到的目录，比如我这里就放到D盘的根目录下，命名为1.py(这是Python执行文件的文件后缀)，还要重点注意的是编码改成utf-8。
现在在呢，我们自然需要调用我们的Python解释器去执行我们刚才写的1.py这个文件，我这里就直接调用anaconda内置的Python解释器，当然如果你另外安装了其他的Python解释器也可以。那么首先呢的找到python.exe这个程序的路径。
我的python.exe的路径是：D:\anacaoda\python.exe (打错了，我之前文件命名写成anacaoda.....)
然后需要执行的python代码文件1.py的路径是：D:\1.py
那么现在呢，运行命令窗口： win+R---cmd打开命令行窗口
先要找到python.exe,它的路径是：D:\anacaoda\python.exe，所以先进入D盘
输入 d: 回车 然后就进入了D盘，如下
然后我们进入anacaoda 输入：cd anacaoda
然后找到python.exe 后面接上 d:\1.py 然后回车 就执行了1.py这个文件 结果如下
那么，现在我们就完成了在文档里编程，并且执行这个文件，确实比第一种要好，至少能保存我们写的代码了，但是，大家有没有感觉还是很繁琐，要注意编码，要注意文件路径等等，那么接下来呢，给大家介绍一下更加强大的编程工具，我们称之为集成开发环境（IDE）。
Anaconda
Anaconda,我相信助教老师已经发了安装包和安装教程，我这里就简单说一下。
Anaconda官方网站：https://www.anaconda.com/
Anaconda非常好安装，相信安装过的同学是有体会的，就是默认-下一步，但是有一步非常重要，就是帮我们配置Python的环境变量。如下图：
当大家安装好了之后呢，我们就要启用Anaconda中的 Jupyter notebook
启用 Jupyter notebook 的两种方式
1.点击安装时生成的快捷方式（方便，但不推荐使用）
单击 Jupyter notebook,会弹出一个命令行窗口
接着会打开电脑的 默认浏览器 （建议下载一个谷歌浏览器，并将其设置为默认浏览器），弹出以下画面
2.在CMD中执行: jupyter notebook。（推荐使用）
win+R ,输入cmd，打开 命令行窗口
输入 Jupyter notebook 然后 回车
由于我更这里呢更改过工作路径，内容可能不太一样，但是没有关系，打开这个界面就没问题了。
最后说明一下
python的集成开发环境有很多，但是对于我们数据分析领域而言，我们选择Anaconda。这里额外推荐大家去了解下另外一个python的集成开发环境pycharm,对于大型程序的编写，非常好用。
我们为什么选择anaconda作为我们数据分析的利器？主要原因就是以下几点点：
1 anaconda内置python解释器，我们可以直接在anaconda里面的进行python代码的编写和运行，非常方便。
2 不仅能够进行python代码的编写和执行，还能够把每次代码执行结果显示并保留下来，包括图片。
3 自带100多个常用的python的包，方便我们处理包与包之间的关系。
4 可以利用markdown语法进行额外说明。
当然，其优点远远不止这几点。
简要说明一下计算机的编码
前段时时间大家在学习Excel老是碰到什么ANSI, 学习MySQL的时候老是碰到什么utf-8，不知道这些是什么就简要说下。计算机只是一台机器，底层的硬件部分只认识有没有电，什么意思，刚开始的计算机是电子管计算机，通过电路的通断来表示不同的信息，通电用1表示，断开用0表示，就是我们熟悉的二进制。也就说，计算机本质上只认识0 1 这种机器码。那么如何让计算机认识'a',认识’A‘,这就要涉及编码。我们可以用一串0 1的组合来表示某个特定的字符。比如我们可以用0110 0001来表示’a‘,用0100 0001表示’A‘，这样计算机就能识别'a',或者’A‘。于是呢，诞生了经典的ASCII码。
ASCII（American Standard Code for Information Interchange，美国标准信息交换代码）是基于拉丁字母的一套电脑编码系统，主要用于显示现代英语和其他西欧语言，其最多只能用 8 位来表示（一个字节），即：，所以，ASCII码最多只能表示 256 个符号。
那中文怎么办？日文怎么办？于是有的国家自己推出了自己的编码方式，像我国的GB2313 GBK等等，但是每个国家都有自己的编码，如何进行信息交换呢？用GB2313进行编码的中文在日本自己的计算机编码里显示出来就是乱码，于是为了解决不同国家的信息交换问题，诞生了unicode,你可以称之为万国码 国际码等等,几乎包含所有国家的文字的编码，于是如果大家都用Unicode，就不会乱码了。
但是呢，Unicode的储存方式是用2-4个字节，也就是任何一个字符的编码至少需要2个字节来储存，比如"Python"这个字符串，一共6个字符，那么如果用Unicode编码至少需要12个字节，一看，好像也没有多大，是的，但是如果我们的考虑是网络传输时，英文字符用ASCII码就一个字节，而Unicode需要的是至少两个字节，至少多了一倍，对于网络的传输效率来说，太低了。于是就诞生了utf-8 。
utf-8进行了分类，使用1、2、3、4个字节表示所有字符；优先使用1个字节、无法满足则使增加一个字节，最多4个字节。英文占1个字节、欧洲语系占2个、东亚占3个，其它及特殊字符占4个，这样，相比Unicode传输效率上就提高了很多。
当然还有其他编码，这里不过多阐述了，有兴趣的，百度一下即可。
