计算机发展速成40课时

2021-03-09 01:09:14   20  举报

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AI智能生成

计算机发展速成课程是一门为期40课时的紧凑课程，旨在帮助学员快速掌握计算机科学的基本概念和技能。在这40课时中，我们将涵盖计算机硬件、软件、网络、编程等方面的知识，通过理论讲解与实践操作相结合的方式，使学员能够在短时间内建立起扎实的计算机基础。此外，我们还将邀请业界专家进行授课，分享最新的技术动态和发展趋势，帮助学员更好地了解行业现状和未来发展方向。总之，计算机发展速成课程将为您提供一个全面、系统的学习平台，助您在计算机领域迅速成长。

计算机发展速成40课时

计算机发展速成

计算机发展速成课

计算机发展速成课笔记

笔记

作者其他创作

大纲/内容

20201007开始学习视频

Crash Course Computer Science: https://www.bilibili.com/video/BV1EW411u7th?p=7

笔记部分参考

https://github.com/1c7/crash-course-computer-science-chinese

学习动机

强烈的好奇心驱动

1计算机发展史

计算机很强大,推动社会进步,目前21世纪为止最伟大的发明

算盘

二战差分机器

机器用打孔卡

普查人口

2电子计算器

继电器

真空管

图灵机

冯诺依曼

晶体管

原理

输入,极板控制是否输出,输出

半导体-硅

贝尔

仙童

英特尔

3:布尔逻辑门

1+1->1

1+0->0

0+0->0

4二进制

not/and/or

通过真/假2种状态识别多种门

二进制

0,1

满2进1

通用的是2进制

所有数据(音视频/文字/操作系统)存储的数据形式都是二进制

十进制

16进制

浮点

ASCLL

1992-Unicode

5算数逻辑单元ALU

算法单元

内存溢出

加减乘除,抽象

6寄存器,内存

RAM内存

随时存取数据

寄存器

作用: 临时存取数据

原理

寄存/锁存技术

矩阵

根据行,列数

ALU

1字节byte

8位(bit)

多路复用器

固定内存

随读随取

7中央处理器CPU

取指令(操作指令+地址)-解码-执行指令

RAM

寄存器

操作指令

地址码

控制单元

CPU和RAM如何通信

地址线

数据线

允许读/写信

时钟频率

间隔时间出发电信号

时钟速度

定义:CPU取指令(操作指令+地址)-解码-执行指令的速度

一兆赫兹,一秒一百万次,1GHZ=一秒10亿

超频

动态调整频率

降频

省电

8指令程序

运行逻辑

循环

程序终止

介绍”指令集”的概念:
LOAD_A，LOAD_B，SUB，JUMP，ADD，HALT 等指令

指令长度

32位

64位

9高级CPU设置

为了提升读写效率

RAM缓存到CPU

脏位

清除脏位,重新写入

多cpu

超级计算机

10早期的编程方式

穿孔纸卡

纺织机

第一次人口统计

穿孔纸卡读取器

冯诺依曼

存储,运行在一个内存里

面板编程

第一款商用计算机

8800

问题

编程人员需要知道底层实现原理才能编程,复杂,不能发挥计算机全部能力

这个时代编码都是人在迁就机器,使用学习成本极大,现代人编码好幸福

11编程语言发展史

汇编器

目的

对硬件编程, 为了方便人们操作使用,硬件编程太复杂

因为机器只能识别二进制码

汇编语言->机器码

CPU可以直接执行机器码

问题

需要知道寄存器和内存位置

编程语言诞生

内存地址的抽象-变量

FORTRAN

1957-IBM

运行速度慢一点,但编程速度大大加快

COBOL

可以在不同机器上运行

1959

1960

lisp

70s

80s

oc,c++

90s

python,jave,ruby

00s

swift

12编程基础

语句

函数

13算法

复杂度

定义; 算法大小和步骤直接的关系

14数据结构

数组

字符串

链表

队列

先进先出

栈

push

pop

后进先出

多节点-数

单向

红黑树

很多编程语言自带数据结构库

15阿兰图灵

图灵机的原理

16软件工程

很熟悉,过

IDE

17集成电路摩尔定律

晶圆wafer的制作

光刻技术-切割晶圆

一片晶圆可以做出很多IC

IC包裹微型芯片

氧化层

化学腐蚀改变晶圆导电性

光掩模

摩尔定律

一个IC可以装下的晶体管数量每18个月翻一番

光刻机

2021年

台积电为苹果量产2纳米芯片

VLSI软件-自动生成芯片设计

18操作系统

场景

多任务

内存保护

Unix

19内存存储介质

延迟线存储器

磁性存储器

电生磁原理

正反方向通电,电流方向代表极性,代表1和0, 所以可以存储1和0

怎么实现永久存储呢?

被磁化后有正负极

1950磁带

1953磁鼓存储器

磁盘

软盘

易于携带

光盘

光盘的表面坑洼,利用光反射原理存储读取1/0

硬盘

机械硬盘

固态硬盘SSD

读写更快

原理: 使用集成电路寻址,磁性存储器过时

20文件系统

音频

二进制数据

数据开头是wave音频的信息: 音频大小,,一秒5000次振幅大小记录

视频

三原色

颜色有强度区间: 0-255

一种颜色用一个字节来存储

图像有很多像素组成,像素有字节组成

目录文件管理

包含文件名,修改信息,所属块,文件路径

操作系统的文件新系统作用: 碎片存储,碎片读取

21压缩

为什么压缩

节约内存

压缩原理

减少重复信息

无损压缩

游存编码

字典编码

有损压缩

感知编码,删除人无法分辨的信息

视频: 不动的帧画面不存储,重复使用相似的帧画面

22命令行界面

输入

肖尔斯键盘QWERTY

电视普及: 键盘打字机->图形化成为人际交互的可能

虚拟电传打字机=终端

游戏速成课

andre meadows

23-2D图形显示-屏幕

阴极射线管CRT

矢量扫描 Vector Scanning

光栅扫描 Raster Scanning

LCD扫描多次

02:14 液晶显示器 Liquid Crystal Displays (LCD)，像素 (Pixel)

03:32 字符生成器 Character generator

作用: 把字符转为像素

显卡运行的原理

03:45 屏幕缓冲区 Screen buffer

05:09 矢量命令画图

省内存,所有图形由线段构成

存储和实时更新矢量产生动画

1962导致电子游戏诞生

06:34 Sketchpad, 光笔 (Light pen)

09:00 函数画线，矩形

24冷战消费主义

1950美国成立国家基因科学会

政府出资,导致果果技术领先世界

美国计算机发展

原因: 苏联登月,竞争

美国要登月-诞生阿波罗导航计算机

集成电路

依靠政府出资,计算机得到发展

但是忽略消费者市场

日本半导体兴起,获得贝尔实验室专利

触达消费者电子产品

随身听收音机计算器

街机

英特尔的微处理器

25个人计算机革命

电脑

单芯CPU

内存

显示器

输入键盘

1975

ALIAIR 8080

解释器

编辑器

BASIC语言

催生: 佳酿计算机俱乐部第一次展示ALIAIR 8080机器

乔布斯和沃兹尼亚克看到了商机

Apple I

组装机

1977 APPLE 2

一体机

销售- 上百万套

因为个人计算机自带BASIC解释器, 人们可以在计算机上编写程序

1979-发明了电子表格软件

IBM PC

DOS操作系统

1984苹果麦金塔

图形化界面

26图形用户界面

01:10 图形界面先驱：道格拉斯·恩格尔巴特（Douglas Engelbart）

03:20 1970年成立帕洛阿尔托研究中心（Palo Alto Research Center）

03:29 1973年完成 Xerox Alto(施乐奥托) 计算机

04:42 举例：写一个简单的 GUI 程序

06:38 1981年的 Xerox Star system(施乐之星系统)

08:18 史蒂夫·乔布斯去施乐参观

07:45 所见即所得 WYSIWYG

09:15 1983年推出 Apple Lisa

09:31 1984年推出 Macintosh

10:12 1985年推出 Windows 1.0，之后出到 3.1

10:43 1995年推出 Windows 95 提供图形界面

11:08 1995年微软做失败的 Microsoft Bob

27图形渲染3D

01:15 线框渲染 Wireframe Rendering

01:39 正交投影 Orthographic Projection

01:50 透视投射 Perspective Projection

02:14 网格 Mesh

02:37 三角形更常用因为能定义唯一的平面

03:09 扫描线渲染 Scanline Rendering

抗锯齿,边缘切割的颜色淡化

05:04 遮挡 Occlusion

05:19 画家算法 Painter's Algorithm

06:09 深度缓冲 Z Buffering

07:45 Z Fighting 错误

07:51 背面剔除 Back Face Culling

08:53 表面法线 Surface Normal

09:33 平面着色 Flat Shading

09:43 高洛德着色 Gouraud shading, 冯氏着色 Phong Shading

10:06 纹理映射 Texture Mapping

3D游戏场景渲染: 都有无数个三角形平面组成,每个平面经历: 扫描线渲染,抗锯齿,光照, 着色,纹理

11:24 图形处理单元 GPU, Graphics Processing Unit

因为CPU不擅长图形计算

包含RAM运行内存,专门处理图形渲染

28计算机网络

02:05 局域网 Local Area Networks - LAN

一开始数据只在局域网内传输

Mac地址码是每台电脑独一无二的标识

02:36 媒体访问控制地址 Media Access Control address - MAC

02:55 载波侦听多路访问 Carrier Sense Multiple Access - CSMA

05:18 指数退避 Exponential Backoff

05:36 冲突域 Collision Domain

减少不同计算机的之间数据传输冲突,所以有了交换机

07:08 电路交换 Circuit Switching

路由器

负载均衡: 数据去哪条路线传输看哪里不赌去哪里

07:36 报文交换 Message Switching

大文件拆分为多个数据包传输

数据包要符合IP协议

IP地址

是数据包传递到达目的地的地址

10:20 分组交换 Packet Switching

29互联网

02:23 IP - 互联网协议 - Internet Protocol

03:00 UDP - 用户数据报协议 - User Datagram Protocol

03:41 校验和 - Checksum

05:26 TCP - 传输控制协议 - Transmission Control Protocol

可同时多次发包

时间长

三次握手确认过程记录的确认码耗时

访问互联网资源需要: 端口+IP

08:21 DNS - 域名系统 - Domain Name System

"互联网域名电话本"

作用: 把域名(google.com)解析为唯一的IP+端口号

10:47 OSI - 开放式系统互联通信参考模型 - Open System Interconnection

物理层

数据链路层

网络层

传输层

会话层

表现层

应用层

30万联网world wide web

01:01 超链接 Hyperlinks

实现在不同网址之间的跳转

02:20 URL - 统一资源定位器 - Uniform Resource Locator

03:01 HTTP - 超文本传输协议 - HyperText Transfer Protocol

04:13 HTML - 超文本标记语言 - HyperText Markup Language

04:24 写一个简单网页，用到了 <h1> <a> <h2> <ol> <li> 标签

06:04 第一个浏览器和服务器是 Tim Berners-Lee 花了 2 个月在 CERN 写的

06:32 1991年正式发布，万维网就此诞生

07:19 开始讲搜索引擎的故事

07:40 Jerry 和 David 的万维网指南后来改名成 Yahoo

07:52 搜索引擎 JumpStation

09:07 搜索引擎 Google

09:20 网络中立性

31计算机安全

01:00 Secrecy, Integrity, Availability 保密性, 完整性, 可用性 01:49 Threat Model 威胁模型 03:14 身份验证 (Authentication) 的三种方式： What you know, 你知道什么 What you have, 你有什么 What you are, 你是什么 07:34 访问控制 Access Control 08:48 Bell LaPadula model 不能向上读取，不能向下写入 11:00 隔离 Isolation, 沙盒 Sandbox

32黑客

01:28 社会工程学 Social Engineering 01:38 钓鱼 Phishing 02:06 假托 Pretexting 02:50 木马 Trojan Horses 03:32 NAND镜像 NAND Mirroring 04:12 漏洞利用 Exploit 04:16 缓冲区溢出 Buffer Overflow 05:45 边界检查 Bounds Checking 06:16 代码注入 Code Injection 09:32 零日漏洞 Zero Day Vulnerability 09:53 计算机蠕虫 Worms 09:58 僵尸网络 Botnet 10:11 拒绝服务攻击 DDoS

33加密

34机器学习人工智能

35计算机视觉

36自然语言处理

37机器人

38计算机心理学

39教育科技

40计算机未来

科普计算机,呼吁年轻人转型做程序员

体会

课程路线

从计算机诞生到现在的计算机发展