Computer Science Crash Course

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起源

算盘
机械齿轮

硬件

开关
- 继电器
  - 电磁感应
  - 吸引来开关
- 真空管
  - 电产生光
- 晶体管
  - 半导体
    - 材料：硅
  - 两级
布尔
- 真，假
- not，and，or
- xor
  - - 真真得假
二进制
- 8 位二进制
  - 字节 byte
- 正负
  - 在 32 位二进制中用第一位表示
- 小数点
  - 在 32 位二进制中用 2-9 位表示
- 文字
  - 美国标准 ASCII 1963
    - 仅限英语和标点
      - 7 位二进制 128 个数
        大小写
        0-9
        标点符号
  - 全球标准 Unicode 1992
    - 16 位一百万个数
alu
- ALU
  - 计算
    - 加法运算
      - half adder
        xor
      - full adder
        3 个参数变 2 个参数
    - 减法
    - ++
    - --
    - 不改变
  - 逻辑
  - operation code
    - 加减乘除
  - flags
    - overflow
      - 最大位装不下数值
    - zero
      - ab 相等
    - negative
      - ab 比大小
内存 memory（ram）
- and-or latch
  - or 和交变电流
    - 用于记忆
  - and
    - 删除
- 门锁
- 一群门锁叫寄存器 register
- 输入输出线太多，所以
  - 矩阵 matrix
cpu
- 动作顺序 CLOCK SPEED
  - 取指令 fetch
  - 解码 decode
  - 执行 execute
- 结构
  - ram
  - - control unit
      - instruction address register
      - instruction register
        OPCODE
        取 RAM 的值
    - data register
  - alu
instruction program
CPU 设计
- RAM
  - 通过 bus 线和 cpu 连
- cache（缓存）直接在 cpu 里，更快取得数据
- 高端 CPU
  - 单核
    - 流水线设计（pipeline）
    - 预测指令地址
  - 一 cpu 多核（core）
  - 多 cpu

软件

编程起源
- 纺织机
- 插线板
- 冯诺依曼
  - cpu 有 alu
  - register
    - data
    - instruction
    - instruction address
  - memory（ram）
    - 存放 data，instruction
- punch card
  - 来记录数据和命令
- 卡带
- dvd
编程发展史
- 机器语言（二进制）
- 汇编器：把文字指令转化为二进制指令
- 编译器：把高级语言转化为低级语言
  - 低级语言（汇编，二进制）需要考虑 memory，register 的地址
- fortean 代码
编程原理
- 函数
  - 不超过 100 行
算法
- 排序 sorting
  - 选择
  - 二分
- 图搜索
  - 所有路线走一遍
  - 找用时最短的路线，计算节点时间
数据结构
- 数组 array
  - 列表 list
  - 向量 vector
  - 配套函数
- 字符串
  - 配套函数
- 矩阵（多维数组）
- 结构体
  - 变量打包
  - 和数组结合
- 循环链表
  - node 指针
  - 队列 - Enqueue - dequeue
  - 栈 - push - pop
  - 树（单向）
    - 二叉树
      - 两个
- 图（循环）

发展

图灵
- 图灵机
  - 停机问题 ng
  - 计算问题 ok
软件工程
- 工程量太大
  - 几亿行代码
- 对象嵌套对象
- 工具
  - IDE
  - git
集成电路，摩尔定律
- cpu 硬件迭代
  - 电子管
  - 晶体管
  - IC
  - PCB
  - 光刻
    - 光刻流程
- 摩尔
  - 两年晶体管数量翻倍（指数发展）
  - 有望被打破
    - 光的波长需要更短的
    - 晶体管电极太近会漏电
- 硬件设计
  - VLSI

操作系统

操作系统
- 起源
  - 程序运行，开始需要人手动放进电脑，让电脑读取
- 功能
  - 内核
    - 管理程序和硬件
      - 多程序处理
        软件给系统，系统给硬件
        可以挂起，等待完成
        动态内存分配
        给程序分配内容
        物理地址
        一个程序的内存块可能分散存储
        虚拟内容
        方便人来看
        内存保护
        程序间独立，保护其他程序
  - 分功能
    - 多用户
      - 分时操作系统
        multics
- UNIX
  - 简单，用户广
    - 主要是内核
      - 内核 panic 就 reboot
内存和储存
- 内存 memory
  - 断电消失数据
- 存储器 storage
  - 顺序/循环存取
  - 随机存取
    - 磁芯存储
      - 磁带
      - 磁盘
    - 光盘 CD
      - 有小坑
        光学传感器判断 0/1
文件系统
- 文件分类
  - txt
    - 二进制->十进制->（ASSIC）文字
  - wave 音频
    - amplitude
  - bitmap 图片
    - 图片->像素->rgb->每个 r，g，b 由 1 字节描述（0-255）
- 文件系统结构
  - 目录文件 directory file
    - name
    - time
    - addr
      - 多个地址
        碎片整理
    - length
  - 其它文件数据
  - 分层文件系统
    - n 个文件夹
      - 套 n 个文件
压缩
- 无损
  - 方法
    - 减少重复信息
      - 游程编码
        相同的标记数量
    - 哈夫曼压缩
      - 建立组合
      - 给组合编号
  - 类型
    - GIF，PNG，PDF，zip
- 有损
  - 去除一些人感知不到的东西
    - 感知编码
  - JPEG
  - 视频
    - 帧和帧之间只 load 差异部分

人机交互

命令行界面
- 机械
- 齿轮，开关，电线
- 键盘
- 电传打字机
- 屏幕
屏幕，图形
- led
- 显卡
  - 字符生成器
  - rom（ReadOnlyMemory）
图形界面
- 从命令行到图形
  - GUI
    - 控件
    - event 驱动
    - 公司
      - 苹果
      - 微软
        win95
- 鼠标
3D 图形
- 结构
  - 坐标
  - 点
  - 线
  - 面
  - 体
- 算法
  - 一个个实际需求的计算方法
    - 3D 投影
      - 3D 图形显示到 2D 屏幕上
      - 分类
        正交投影:平行
        透视投影:交于一点
    - 填充物体
      - 扫描线渲染
    - 抗锯齿
      - 被线切的像素点显示浅色
    - 遮挡
      - 有部分可见就有不可见的部分
      - 排序算法
        画家算法
        先远后近
      - 深度缓冲
        比较算最近
    - 背面剔除
      - 不可见部分直接跳过
        处理一半
    - 明暗
      - 面的朝向
      - 光源
    - 纹理（外观）
- GPU 图形处理单元

网络

计算机网络
- 近距离网络
  - 局域网 LAN
    - 以太网
      - 电缆连接所有区域电脑
      - 用 MAC 区分各电脑
      - 指数逃避
        等待时间+随机数
- 互联网
  - 分成多个小区域
  - 小区域间信息传输
    - 路由
  - 大文件分成小文件，防止阻塞
    - IP 协议
  - 阻塞控制（分组交换）
    - 路由器间相互协调，防止阻塞
    - 例子
      - ARPANET
互联网
- 流程
  - 互联网主干（超级路由器）
    - WAN 广域网（移动，联通，电信）
      - 局域网 LAN
        手机
        电脑
- 协议
  - 数据包传输 IP
    - 发送到 pc
  - 发送到程序软件
    - UDP
      - 只判断文件数量
        不能修复，不确定传输完成与否
        适合视频，快
    - TCP
      - 排序数据包
        接收方校检
        发送方修复，重发
      - 接收方完成后，发送 ok 信号告知
        通过 ok 信号，判断网络。调节发送量
- 访问网站
  - 方法
    - IP:port
    - 域名：google.com
  - 电话簿
    - dns
      - 树状分布存储
- OSI
  - 物理
  - 数据链路
  - 网络
  - 传输
  - 会话
  - 表示
  - 应用程序
万维网
- 结构
  - 基本单元
    - 单个网页
  - 有去往其它网页的链接
- http
  - 作用
    - 网络服务器给网页的反馈
  - 结构
    - status
    - get
- html
  - 作用
    - 区分链接，非链接
- 搜索引擎
  - 爬虫:收集链接
  - 索引 index
  - 搜索算法
    - 出现频率
安全
- 安全
  - 验证身份
    - 密码
    - 指纹
  - 身份权限
    - 读
    - 写
  - 软件
    - 软件 bug
      - 独立安全检查和质量检验
    - 软件崩溃
      - 减少损失
- 黑客
  - …
- 加密
  - …

人工智能

机器学习
- 本质
  - 根据数据做预测
- 分类
  - 特征
    - 数据
- TrainingData
  - 最大化正确
  - 最小化错误
- 算法
  - 统计学
    - 决策树
    - 向量机
  - 神经网络
    - 起源于神经元
    - 一层一层的数据处理
      - 很多层数据处理就是深度学习
        人脸识别
        开车
        翻译
- 机器学习速度快多了
  - 依靠反馈，训练
计算机视觉
- 几何形状
- 边缘检测
  - Prewitt 算子
    - 左右差异核
      - 卷积
    - 上下差异核
- 事物
  - 人脸检测算法
    - 通过五官动作
      - 情绪检测
    - 通过五官特征
      - 人脸识别
自然语言（人话）
- 语法
  - 语音模型
- 口音
机器人
- 例子
  - 无人机
  - atm
- 结构
  - 基本
    - 判断
      - sensor
    - 控制
      - sw
    - 行动
      - hw
  - pid
    - 内容
      - 微分
        未来
      - 积分
        历史
      - 比例
        现在
        目标与实际的差距比例
    - 应用
      - 汽车
      - 飞机
      - 平衡车
计算机心理
- …

教育发展

教育
未来
- 奇点
  - 计算机自己发展自己，人类跟不上速度
- 量子

个人理解

功能
- 表示
- 存储
- 计算
从需求到设想最后实现
- 实际逻辑
  - 点击顺序
    - 逻辑顺序

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