计算机科学——这是跟我们现在乃至未来生活都密切相关的领域

“软件就像性事：免费/自由更好。”
林纳斯·托瓦兹（LINUX创始人）

在我们这个时代，对人类影响最大的机器就是计算机了。

计算机也可以“思考”，而“思考”的最初的物质，是一些从沙子里面提炼出的硅晶体，它是通过1和0两个数字来“思考”并解决问题。

但是，这些物质是怎么被组织起来的？又被施以什么样的魔法，能听懂你的命令，并且与你交流的？

我们将带你进行一次计算机的穿越之旅， 从冯·诺依曼结构开始，由“壳”到“核”，逐

层深入，一直到它的“脑细胞”里…… 

当你在淘宝上完成一次购物，付款、收货、点评之后，这件小事就已经结束了。而这一个购物记录，就静静地存放在计算机存储空间里，跟其他的数据一起，等待着它们的大使命。

半个世纪以来，数据一直以数字化的形式存储在计算机的各种存储媒体中。我们每个人的手里都拿着一部手机，每张办公桌上都有一台工作着的电脑，我们城市每个角落的摄像头日以继夜地传送着信号，还有天文学、高能物理学、基因生物学等学科的科学记录……这些积累，我们把它叫作大数据。据统计，到2020 年，人类每年产生的数据量将达到10Z 字节的数量级。这里的Z，表示1 后面加上21 个0这么大的数。

这么大的一个数据海洋，能为我们带来什么?

人类对知识的获取，几千年来经历了观察自然、做实验、理论推演、计算机模拟等几种范式，而现在，我们需要采纳一种新的范式——数据挖掘。数据挖掘可以让我们在一个新的层面上获取以往未能获取的知识和智慧。数据挖掘的结果，可以驱动商业营销，驱动技术开发，驱动人工智能，驱动经济发展……驱动一个时代。

在这本书里，我们请到大数据行业内的一些专家，给你介绍一些基本的概念，看看数据如何收集、传输、存储，看看数据科学家如何使用模型和算法进行数据挖掘，看看零售业、工业、生物医学、高能物理学、人工智能、智慧城市等等领域如何应用大数据。

科学家认为，我们现在进入了一个“大智物移云”——大数据、智能化、物联网、移动互联网、云计算——的时代。希望这本小书，能让你对这个时代有一个初步的认识。

半个世纪，一组技术，一个时代。互 联网改变了全球的社会形态，改变了几十 亿人的生活方式和意识形态，为科学、技 术、各行各业的发展全盘提速。互联网 50 年，已经足够在人类文明史上形成一个新 的历史阶段。

我们几乎每天都沉浸在互联网中，但 我们对它有多少了解?从肉眼看得到的硬 件结构——海底光纤、卫星通信、5G 基 站，到看不到的信号通路——各种特有的 协议、数模转换、0 和 1 电脉冲信号、计 算机代码，到搜索引擎、社交网络、区块链，

等等，它们是怎么工作的?又或者说，当 你在家中上网，在搜索框里打下“疫情”2 个字，在 1 秒内，这 2 个字的信号经过什 么样的网络?怎么流动?然后产生数以万 计的相关链接;当你点击其中的链接，同 样是 1 秒，信号又是怎么流动，让你立刻 读到全世界任何媒体即时发布的关于疫情 的最新报道?这些都是本书要告诉你的。

经过 50 年发展的互联网正在转型。 在大数据、云计算、物联网和人工智能等 技术的推动下，未来，互联网将承载一个 制约全社会的巨大的价值体系，人类社会 将越来越依赖于互联网。了解互联网，就 是了解我们现在和未来的社会。

对于个人而言，在互联网时代，我们 很容易找到自己的兴趣爱好，很容易交到 朋友，即便相隔很远也可以一起做某件事，

每个人都能为自己发声，人人都有平等的 知识获取权。世界更大了，我们更应该看 到自己的位置、事物间的关联，了解网络 世界背后的运行机制、安全与信用，根据 自己的能力、特点和知识结构找到切入点，

有效利用互联网，甚至是参与创造一个互 联网新世界……

跟计算机相关的学科，包括计算机科学、计算机技术、计算机工程等，已经成为一个庞大的学科领域。我们每个人都可以想象到，自己未来可能从事与计算机相关的工作，包括研发、设计，或者应用等。作为一个学生，学习计算机的知识，宜早不宜迟。  

“少年时”已经出版了一系列跟计算机相关的专集，包括《计算机大穿越》《互联网50年》《数据驱动的时代》《一往无前的人工智能》《解构机器人》等，这一本我们将集中在计算机软件方面。  

计算机系统是由硬件和系统软件组成的，它们共同工作来运行应用程序；软件需要硬件才能运作，反之亦然。软件是包含若干可运行程序和各种资料文档的有机集合体；程序是一系列按照特定顺序组织的电脑数据和指令；算法是程序用来实现特定功能的技巧；编程语言是被选择用来完成计算机程序的形式语言。程序员熟练地掌握了程序设计语言的语法，设计出巧妙的算法，加上软件工程的精心组织，才能做出一个实用的软件。  

据统计，全世界有将近3000万名软件工程师，虽然我们每个人每天都在使用他们开发出来的产品，但是我们却几乎没有接触到他们的工作，哪怕是一行只包括十几个字符的代码。那么，这本书就可以让我们走近他们，看看他们每天在做些什么事情。我们将从计算机最基本的原理开始，包括基本的硬件和软件系统、算法和数据库、程序的日常应用和高端应用、软件项目如何运作，我们还将模仿他们，自己动手写一个实用的软件，做一个属于自己的App……

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