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计算机科学速成课【学习笔记】 2022.6.20完结

时间:2023-04-04 21:37:00 tb固态继电器集成电路true

文章目录

  • 前言
  • 计算机早期历史的第一课
  • 电子计算机子计算机发展史
  • 布尔逻辑与逻辑门的第三课
  • 第四课,二进制
  • 第五课:算术逻辑单元:
  • 第六课,寄存器和内存
  • 第七课,中央处理器CPU
  • 第九课,高级CPU设计
  • 第十课,早期编程方法
  • 编程语言发展史第十一课
  • 第十五课,阿兰图灵
  • 第十六课,软件工程
    • 第十七课、集成电路和摩尔定律(硬件开发)
  • 第十八课,操作系统
  • 第十九课,内存和存储介质
  • 第二十课
  • 第二十二课,命令界面
  • 第二十三课,屏幕和2D图形显示
  • 第二十四课,冷战和消费主义
  • 第二十五课,个人计算机革命
  • 图形用户界面GUI
  • 3D图形
    • 计算机网络
  • 互联网
  • 万维网
  • 计算机安全
  • 加密与解密
  • 机器学习和人工智能
  • 计算机视觉
  • 自然语言处理NLP
  • 机器人
  • 计算机心理学
  • 计算机教育
  • 奇点、天网


前言

当然,基础课很重要,所以要学习。
参考笔记地址:https://shimo.im/docs/PJAUY30F1uYksv0h/read


计算机早期历史的第一课

1、公元前 2500 年,算盘出现,是十进制,功能类似于计数器。
2、公元前 2500 年-公元 1500 年:依靠机械运动的计算设备,如星盘、计算尺等。
3、公元 1613 年:computer 概念出现时,指的是专门从事计算的职业,
4、1694 步进计算器是世界上第一台能自动完成加减乘除的计算器。
5、1694-1900 年:计算表兴起,类似字典,可用于查找各种巨大的计算值。
6、1823 年:差分机的想法出现了,可以做函数计算,但计划最终失败了。
7、19 世纪中期:分析机的想法出现了,有一个通用的计算机可以计算一切。
8、1890 年:打孔卡制表机。原理:纸上打孔。→孔穿过针→针泡入汞→电路连通→齿轮使计数 1。

电子计算机子计算机发展史

1.电子计算机元件的变化
继电器→真空管→晶体管 相当于开关,从机械到真空电子管再到固体电子管

2.计算机背景的出现
20 世纪人口激增,科学与工程进步迅速,航天计划形成。上述数据的复杂性急剧增加,计算量急剧增加,对计算的自动化和高速度有迫切需求。

3.电子计算机的发展
1945 年 哈佛马克 1.使用继电器,用电磁效应控制机械开关,缺点是磨损和延迟。*最早,由于昆虫飞进来,故障被引申 bug=故障的意思。
1943 年 巨人 1 使用真空管(三极管)制造世界上第一台可编程计算机。
1946 年 ENIAC:第一台电子通用数值积分计算机。
1947 年 晶体管采用固体半导体材料,比真空管更可靠。
1950s 空军 ANFSQ-7: 真空管达到计算极限。
1957 年 IBM 608: 第一台消费者可以购买的晶体管计算机出现了。

布尔逻辑与逻辑门的第三课

为什么计算机使用二进制?
1.计算机的组件晶体管只有 2 通电(1)&断电(0),计算机可以根据组件的状态直接设计。
此外,数学中的布尔代数分支可以使用 True 和 False(可用 1 代表 True,0 代表 False)进行逻辑操作,而不是实数计算。
3.计算状态越多,信号越容易混淆,影响计算。对于当时每秒计算数百万次以上的晶体管,信号混淆尤其令人头疼。

用晶体管实现与或非、异或门

逻辑门的符号表示
在这里插入图片描述

抽象的好处
使分工明确,不同职业的工程师各司其职,不用担心其他细节。

第四课,二进制

1.二进制原理,存储单元 MB/GB/TB 解释
1.计算机中的二进制表示:单个数字 1 或 0,1 二进制数字命名为位(bit),也称 1 比特。

2、字节(byte)的概念:1byte=8bit,即 1byte 代表 8 位数。最早的计算机是八位,即以八位为单位处理数据。为方便起见,将八位数命名为 1 字节(1byte).

3.十进制和二进制的区别:十进制 10 数字,0-9,逢 10 进 1(不存在 10 这个数字),每向左进一个,数字大 10 倍。二进制有 2 数字,0-1,逢 2 进 1,(不存在 2 这个数字),每向左进一个,数字大 2 倍。

4、byte 计算机中的单位转换:
1kb=2^10bit = 1024byte =1000b
1TB=1000GB
1GB=十亿字节=1000MB=10^6KB

5、32 位与 64 位电脑的区别
32 最大位数为 43 亿左右 32 能表示的数字:0-232次方-1,共232次方64 最大位数为 9.2*10^18

2.美国信息交换标准代码-ASCⅡ,用来表示字符

3、UNICODE,统一所有字符编码的标准
1 诞生背景:1992 随着亚洲计算机的兴起,需要解决 ASCⅡ不足以表达所有语言问题。编码标准诞生,以提高代码的互用性。
2 内容:UNICODE 为 17 组的 16 位数字,有超过 100 一万个位置可以满足所有语言的字符需求。

第五课:算术逻辑单元:

1.算术逻辑单元是什么?
1 命名:简称 ALU,Arithmetic&Logic Unit
2 组成:ALU 有 2 个单元,1 算术单元和 1 个逻辑单元(Arithmetic Unit 和 Logic Unit)
3 功能:负责计算机运算处理数字/逻辑的组件运算最基本单元。

2、算术单元
由和或非、异或门组成的半加器和全加器。
算术单元组成了各种具有进位和错位的加法器。

3、溢出
在存储空间有限的存储器中,不能存储超过位数的数字,超过现象称为溢出。

4、逻辑单元
例如,与门或门非门,异或门

5、ALU的抽象
ALU让工程师不在考虑具体的实现方式,只关注输入输出以及标志位,就像一个大写的V

第六课,寄存器和内存

1、内存
随机存取存储器RAM,又称内存,只能在通电时使用,导致断电时文档和游戏数据丢失。

2、概念
1.
定器各种门电路组成,可存储一位二进制位器件。
2.寄存器:由一组锁定器组成的装置可以存储多位二进制数。
3.矩阵:组合锁存器按行和列排列,形成 以位址 搜索数据 存储空间。
4、内存(RAM):存储器,由一系列矩阵和电路组成的装置,可以根据地址写入和读写。

第七课,中央处理器CPU


1、概念梳理
CPU:负责处理程序的中央处理单位。ALU、由寄存器、控制单元和时钟组成RAM实施计算机程序。CPU和RAM地址线、数据线和读写指令线通常用于通信。

取指令—>解码—>执行阶段

第九课,高级CPU设计

1、缓存
为了提升RAM给CPU在CPU内部设置了一小块内存RAM一堆数据可以一次传输到CPU中。
空等原因:从RAM传输到CPU需要时间(数据需要通过总线,RAM通过地址找数据、配置以及输出数据也需要时间)

2、缓存同步
当CPU的缓存数据已满时,如果CPU仍然需要输入缓存,所以缓存与RAM不一样的数据(脏位)会优先传输回RAM,以免被覆盖造成错误。

第十课、早期的编程方式

早期用纸带打孔的方式进行编程
现代计算机的基础结构:
冯诺依曼计算机:一个处理器(ALU组成)+数据寄存器+指令寄存器+指令地址寄存+内存

第十一课、编程语言发展史

伪代码-----汇编语言-----高级编程语言

第十五课、阿兰图灵

图灵测试:机器人能够骗过人,无法分辨是否是计算机,则称计算机达到了智能程度。

第十六课、软件工程

1、API程序编程接口

2、集成开发环境IDE

3、调试DeBug

4、文档和注释

5、版本控制

6、beta版本
软件接近完成,但是还没有完全测试通过,让公众测试BUG的版本。

第十七课、集成电路和摩尔定律(硬件的发展)

1、集成电路和仙童半导体
集成电路:将多个组件封装成一个新的独立组件就叫做集成电路IC,仙童半导体公司让集成电路变成了现实,发明了印刷电路板PCB,通过刻蚀金属线的方式将零件连接到一起。

2、光刻工艺

3、摩尔定律
每过两年,相同大小的集成电路,晶体管的数量翻倍,

4、进一步小型化会遇到的问题
1、由于光的波长的限制,精度已经到达极限。
2、量子隧穿效应:当晶体管非常小的时候,电极之间可能只距离几个电子,电子会跳过间隙,产生漏电问题。

第十八课、操作系统

1、操作系统OS
操作系统也是一个程序,但是具有操作硬件的权限,以及能够运行和管理其它程序。

2、虚拟内存
为了解决一个程序所占内存可能不连续的问题,操作系统将内存地址虚拟化,将不连续的映射成连续的给用户。

第十九课、内存和存储介质

1、纸卡和纸带

2、磁芯、磁带、磁鼓、磁盘、软盘、光盘、固定硬盘SSD

第二十课

1、无损压缩和有损压缩JPEG格式

第二十二课、命令行界面

纸带打孔------命令行界面

第二十三课、屏幕和2D图形显示

1、屏幕
阴极管映射CRT------液晶
显示器LCD-----光笔

第二十四课、冷战和消费主义

冷战和消费主义促进了集成电路的发展,带动了计算机的发展

第二十五课、个人计算机革命

图形用户界面GUI

3D图形

计算机网络

1、LAN局域网
2、MAC媒体访问地址

互联网

1、局域网LAN-----广域网WAN
2、IP-互联网协议
3、UDP-用户数据报协议
4、校验和
5、TCP - 传输控制协议
6、DNS - 域名系统

万维网

1、万维网在互联网上运行,它的基本单位是页面
2、点超链接可以去到另一个页面,文字超链接又叫超文本
3、URL - 统一资源定位器:网页的唯一网址
4、HTTP - 超文本传输协议
5、HTML - 超文本标记语言
6、网络中立性:平等地对待每个数据包

计算机安全

加密与解密

1、密钥交换

机器学习与人工智能

1、决策边界
2、混淆矩阵
3、决策树
4、支持向量机:本质上是用任意线段来切分决策空间,不一定是直线。
5、强AI和弱AI:通用的,和人一样智能的AI叫做强AI,目前没有人能做到。

计算机视觉

1、核、过滤器:用来检测垂直边缘的算法的数学符号
2、卷积

自然语言处理NLP

识别人说的话,原理是快速傅里叶变换

机器人

计算机心理学

计算机教育

奇点、天网

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