目录

1. 计算机早期历史-Early Computing 11:53

2. 电子计算机-Electronic Computing 10:44

3. 布尔逻辑 和 逻辑门-Boolean Logic & Logic Gates 10:07

4. 二进制-Representing Numbers and Letters with Binary 10:46

5. 算术逻辑单元-How Computers Calculate-the ALU 11:10

6. 寄存器 & 内存-Registers and RAM 12:17

7. 中央处理器-The Central Processing Unit(CPU) 11:38

8. 指令和程序-Instructions & Programs 10:36

9. 高级CPU设计-Advanced CPU Designs 12:23

10. 早期的编程方式-Early Programming 09:27

11. 编程语言发展史-The First Programming Languages 11:53

12. 编程原理-语句和函数-Programming Basics - Statements & Functions 11:57

13. 算法入门 - Intro to Algorithms 11:44

14. 数据结构-Data Structures 10:07

15. 阿兰·图灵-Alan Turing 13:05

16. 软件工程-Software Engineering 10:36

17. 集成电路&摩尔定律-Integrated Circuits & Moore’s Law 13:50

18. 操作系统-Operating Systems 13:36

19. 内存&储存介质-Memory & Storage 12:18

20. 文件系统-Files & File Systems 12:04

21. 压缩-Compression 12:48

22. 命令行界面-Keyboards & Command Line Interfaces 11:24

23. 屏幕&2D 图形显示-Screens&2D Graphics 11:32

24. 冷战和消费主义-The Cold War and Consumerism 11:19

25. 个人计算机革命-The Personal Computer Revolution 10:15

26. 图形用户界面-Graphical User Interfaces 12:59

27. 3D 图形-3D Graphics 12:41

28. 计算机网络-Computer Networks 12:20

29. 互联网-The Internet 11:59

30. 万维网-The World Wide Web 11:37

31. 计算机安全-Cybersecurity 12:30

32. 黑客&攻击-Hackers & Cyber Attacks 11:53

33. 加密-Cryptography 12:33

34. 机器学习&人工智能-Machine Learning & Artificial Intelligence 11:51

35. 计算机视觉-Computer Vision 11:10

36. 自然语言处理-Natural Language Processing 11:50

37. 机器人-Robots 12:26

38. 计算机心理学 - Psychology of Computing 12:39

39. 教育科技-Educational Technology 11:52

40.奇点,天网,计算机的未来-The Singularity, Skynet, and the Future of Computing12:30

YouTube -- CrashCourse频道出品

Crash Course Computer Science,是趣味科普计算机相关知识的一门课程（由youtube——CrashCourse频道出品，这个频道两岁了，创建此频道的哥俩旨在创造一些对人们有用的教育内容）。这套视频制作精良，里面的动画和配色（原谅我只能看到表面）时刻吸引着我，生怕眨眼一秒都会错过点细节，主讲人饱满的情绪让我一个哈欠都不会打，由此可见整个团队的心血，最后由衷感谢CrashCourse字幕组，让我可以在语境中理解很多中英文对应不上的专业词语（我才不会说我没有字幕根本看不懂）。

1. 计算机早期历史-Early Computing

计算机早期历史

学习：Bits(位)，Bytes(字节)，晶体管，逻辑门，操作系统，虚拟现实，机器人。

如果关掉所有计算机：电网会关闭，车辆会相撞，飞机会坠毁，冷水厂会关闭，证券市场会停止运作，卡车不知道运向何方，员工得不到薪水，甚至很多和计算机没有直接关系的东西，T恤，凳子都是在有计算机的厂房里生产的。

计算机推动全球发展的科技：

工业革命的动力，大幅提升了农业、工业、畜牧业的规模。机械化导致了更高的收成，更多的食物，商品可以大批量生产。旅行和通讯变得更加快捷和便宜，生活质量变得更好。

计算机和工业革命有相同的影响：从自动化农业和医疗设备，到全球通信和教育机会，还有虚拟现实和无人驾驶等新领域。这个时代很可能被后人总结为“信息时代”。

一个智能手机，有十亿个晶体管，它是通过一层层抽象，来做出复杂的操作，这里就将会讲解，0到1，逻辑门、CPU，操作系统，整个互联网，以及更多~

计算机的出现：

虽然计算机才出现不久，但人类对计算机的需求早就有了。

随着知识的增长和新工具的诞生，人工劳力会越来越少；

计算机的起源与发展简介

公元前2500年

先看计算的起源，人们早早就对计算产生了需求，早在，人们就发明了算盘，为什么要发明算盘？因为当时的社会规模已经超出了人们心算的能力，算盘的作用其实是将大脑的算力解放（工具的发明要么是解放人的体力，要么是解放人的智力），随后发明了度量各种别的可度量事物的计算设备，比如星盘算经纬度，时钟算日出，算潮汐。

1822年

charles babbage研究出了差分机制造方法，由于硬件限制，没有制造出来（后人依据草稿又造一台而且好用），但是在研究过程中有了制造分析机的灵感，分析机可以做很多事，不只是一种特定运算，所以是首个通用计算机（之前的都是专用的），甚至可以输入数据进行一系列的计算，这一些列的计算就是程序，程序是一个划时代的概念，而Ada由于为分析机写了第一个程序，被公认为第一个程序员，她还预言以后一定会有一门语言为分析而生。

1890年

人口越来越多，要进行人口普查费时费力费钱，而且往往普查时间太长，出来的结果与现实状况不符，没有意义了，这样的情况催生了机器的产生，打孔卡片制表机，在纸上打孔，然后把纸放进机器里，机器会根据所打的孔，自己统计符合条件的人数，比如男女各有多少，之后再通过纸把统计结果输出来。这就是后来计算机一开始采用的输入和输出模式。（后来制表机器公司与其他机械公司合并成立了IBM=international business machines）

1900

人口爆炸以及全球贸易（社会规模大幅度增长）导致数据大量增长，

1904-1906

发现真空管，二极管，三极管可代替继电器，开闭速度更加快，但像灯泡一样易碎，贵

1940

真空管成本开始降低，政府负担得起了，就应用于计算机（计算机从机电转向电子）

1941

阿兰图灵设计Bombo，用来破解纳粹的英格玛通讯加密设备（是一台解密码机不是计算机）

1943

巨人一号第一次用真空管制造的计算机，用于破解纳粹通信

1944

Harverd mark I最大的计算机之一，IBM给二战同盟国造的，是服务于曼哈顿计划的（政府和军方）。构件使用的是机械继电器（作用就是开关，控制电路开闭），速度慢，齿轮会磨损，故障率很大，甚至一直小虫都会因其故障（bug）。

1946

宾夕法尼亚大学发明了 世界上第一个真正通用的，可编程的，电子计算机，成本还是很高，而且很容易坏

1947

贝尔实验室，发明了晶体管，固态，小，速度快，很多晶体管半导体的开发在加州位于旧金山和圣荷西之间，后来被称为硅谷（因为材料大多是硅），晶体管创始人也搬过去了，创立了肖克利半导体，里面的员工后来创立了仙童半导体，里面的员工创立了Intel（最大计算机芯片制造商）。

计算机早期历史

• 算盘 → 步进计算器 → 差分机 → 分析机 → 打孔卡片制表机

• 最早的计算设备是算盘

• Computer 最初用于指代职业

• 步进计算器是第一个可以做加减乘除的机器

• 炮弹为了精准，要计算弹道，二战是查表来做。但每次改设计了就需要做一张新表

• Charles Babbage 提出了 “差分机”, 在构造差分机期间，想出了分析机, 分析机是通用计算机

• Ada Lovelace 给分析机写了假想程序，因此成为了第一位程序员

• 人口普查 10 年一次. Herman Hollerith 的打孔卡片制表机大大提升了效率

2. 电子计算机-Electronic Computing

电子计算机

• 继电器 → 真空管 → 晶体管

• 哈佛 Mark 1 号，由IBM 于1944 年制造

• 继电器，继电器一秒最多 50 次开关

• 继电器出 bug

• 1904 年，热电子管出现，第一个真空管。改进后变成和继电器的功能一样

• “巨人1号” 计算机在英国 布莱切利园 首次大规模使用真空管。但编程麻烦，还要配置

• 1946 年，宾夕法尼亚大学的 ENIAC 是第一个通用可编程计算机

• 1947 年，贝尔实验室做出了晶体管，晶体管有诸多好处，IBM 很快全面转向晶体管

• 硅谷的典故：很多晶体管和半导体的开发都是这里做的。而生产半导体最常见的材料是硅

• 肖克利半导体 → 仙童半导体 → 英特尔

3. 布尔逻辑 和 逻辑门-Boolean Logic & Logic Gates

布尔逻辑 和 逻辑门

• 二进制, 布尔逻辑(真假), George Boole，Boolean Algebra

• 3个基本操作：NOT，AND，OR

• XOR 异或

4. 二进制-Representing Numbers and Letters with Binary

为啥采用二进制

二进制的本质是电路开关的两种状态（真和假，通路或断路）,一开始其实有三进制或者五进制的（多种状态表示），但是进制越多，信号越不容易被区分，而且有一整个数学分支存在，叫布尔代数（George Boole，19世纪自学成才的英国 数学家，是布尔Boolean名字的由来），专门处理真和假的问题，法则和运算都给你处理好了，拿过来直接就能用。

Boolean代数里面常用的操作：逻辑与的本质是物理上的串联，逻辑或的本质是物理上的并联，这些操作在计算机里面由最底层的电路（组合晶体管，物理层面）来实现，操作只是电路的高一层次抽象。（抽象允许我们在高层思考而不必在意底层细节，抽象的本质是把复杂包装起来，只留一个简答的接口）

ASCLL读/asgi/

二进制

• 用十进制与二进制的原理，二进制加法

• 存储单位 MB（Megabyte）GB（Gigabyte）TB（Terabyte）

• 正数，负数，整数，浮点数

• 美国信息交换标准代码 - ASCII, 用来表示字符

• UNICODE 1992 年诞生，16位，是字符编码标准，解决 ASCII 不够表达所有语言的问题

5. 算术逻辑单元-How Computers Calculate-the ALU

算术逻辑单元-How Computers Calculate-the ALU

算术逻辑单元（ALU）计算机的计算大脑。是计算机里负责运算的组件，包括一个算数单元（加减法，增量计算）和一个逻辑单元（逻辑与或非，判断正负）。

ALU的表示法

img

1970 第一个被封装在单个芯片内的完整ALU，Intel 74181

算术逻辑单元

• ALU（Arithmetic and Logic Unit），英特尔 74181

• ALU 有 2 个单元，1 个算术单元和 1 个逻辑单元

• 算术单元

  • 半加器 (处理1个 bit，2个输入)

  • 全加器 (处理1个 bit，3个输入)

  • 8 bit 加法 (1个半加器，7个全加器）

  • 溢出Overflow

  • 乘法除法

• 逻辑单元

  • 检测数字是否为 0 的电路（一堆 OR 门最后加个 NOT 门）

• 8位ALU 抽象成一个 V 符号

• Flag 标志（是否相等，是否小于，是否溢出等）

6. 寄存器 & 内存-Registers and RAM

寄存器 & 内存

1. 存储的作用：因为算出来扔掉就没意义了，也许要做连续的操作，所以要存起来。

2. 寄存器的本质：现在你这存一小下下，我马上就拿走

3. 锁存器的结构如下，一组锁存器构成一个寄存器

img

（当允许写入线打开时，数据可以输入，当允许写入线被关闭时候，数据即可存在data out 里面不允许被改变了，每个寄存器只能存一个数，这个数是多少位，寄存器的位宽就是多少，比如16位的寄存器本质是由16个二进制单元位构成的）

1. 内存结构（太喜欢他们做的图了，又好看又明了）

img img img img

内存的地址是由位数决定的，位数越大，能表示的门牌号（地址）越多，内存数量也就越大，所谓的内存大。

内存的重要特性是可以随时访问任何位置，RAM

寄存器 & 内存

• Memory （存储 / 内存 两种含义）

• 存 1 位 (Gated Latch - 锁存器）

• 存 8 位 (Register - 寄存器)

• 16x16 的矩阵存 256 位

• Opcode

• 数据选择器/多路复用器 (Multiplexer) 解码 8 位地址，定位到单个锁存器

• 4 位代表行， 4 位代表列

• 组合 256 位内存 + 多路复用器Multiplexer

• 可寻址的 256 字节 内存

• 一条1980年代的内存，1M 大小

• 8个模块，每个模块有32个小方块，每个小方块有 4 个小块，每个小块是 128 位 x 64 位

7. 中央处理器-The Central Processing Unit(CPU)

CPU

1. CPU的工作是负责处理程序，程序是由一条条操作构成的，操作就是指令（因为它们指示计算机要做什么）

2. 构建一个CPU

img

寄存器：临时存储和操作数据

指令地址寄存器：追踪程序运行到哪条指令了（存下指令的地址）

指令寄存器：存当前是什么指令（指令的内容）

时钟：以精准的节奏释放电信号，控制单元会用这个信号推进CPU的内部操作

（取指令-解码-执行，这三个操作算一个步骤，步骤的执行速度叫做时钟速度，就是需要多长时间才可以执行完这一步，）

ALU：用来计算

CLU：用来控制

3.运行程序

第一阶段：取址阶段（fetch phase）

第二阶段：解码阶段（decode）：对照指令表，把01串翻译成要做的实际操作，并找到被操作数，这个阶段由控制单元完成，控制单元底层也是电路

img

第三阶段：执行阶段：去操作数的地址处取出操作数放到寄存器里（寄存器是由操作所指定的Load_A就是寄存到寄存器a里）

执行过后，把指令地址寄存器加一，就完成了这条指令的执行，准备去执行下一条了

CPU

• Instruction Register、Instruction Address Register

• RAM + 寄存器 + ALU 做个 CPU

• 解释 “取指令→解释→执行” 这个循环

• 时钟clock, 时钟速度和赫兹

• 超频提升性能, 降频省电

8. 指令和程序-Instructions & Programs

指令和程序

• ”指令集”的概念

• LOAD_A，LOAD_B，SUB，JUMP，ADD，HALT 等指令

• 带条件跳转，JUMP NEGATIVE 是负数才跳转，还有其他类型的 JUMP

• 真正现代 CPU 用更多指令集。位数更长

• 1971年的英特尔 4004 处理器，有 46 个指令

• 如今英特尔酷睿 i7, 有上千条指令

9. 高级CPU设计-Advanced CPU Designs

高级 CPU 设计

• 早期是加快晶体管切换速度，来提升 CPU 速度

• 给 CPU 专门的除法电路 + 其他电路来做复杂操作，比如游戏，视频解码

• 给 CPU 加缓存，提高数据存取速度，更快喂给 CPU

• 脏位 - Dirty bit

• 流水线设计-pipeline

• 并行处理 - parallelize

• 乱序执行 - out-of-order execution

• 推测执行 - speculative execution

• 分支预测 - branch prediction

• 多个 ALU

• 多核 (Core)

• 多个独立 CPU

• 超级计算机，中国的"神威 太湖之光"

10. 早期的编程方式-Early Programming

早期的编程方式

• 打孔纸卡 → 插线板 → 面板拨开关

• 纺织业，给机器编程的需求远在计算机出现前就有了

• 打孔纸卡 - Punched card

• 插线板 - Plugboard

• 冯诺依曼架构 - Von Neumann Architecture

• 面板编程 - Panel programming

• 第一款取得商业成功的家用计算机: Altair 8800

• 编程依然很困难，人们需要更友好更简单的方式编程

11. 编程语言发展史-The First Programming Languages

编程语言发展史

• 编程：二进制 → 助记符mnemonic（汇编器assembler）→ A-0（编译器）→ FORTRAIN

• 二进制写程序，先纸上写伪代码，手工转二进制，很快就烦了

• 用 "助记符” 写代码（LOAD_A 14）为了把助记符转二进制，汇编器诞生 (Assembler)

• 葛丽丝·霍普 (Grace Hopper) - 哈佛1号计算机首批程序员, 海军军官

• Grace 设计了编程语言 A-0

• Grace 1952 年做了第一个编译器 (Compiler)，实现 A-0

• 变量 (Variables)

• FORTRAN（1957，IBM）

• COBOL（Common Business-Oriented Language）

• 新语言

  • 1960 年代：ALGOL，LISP，BASIC

  • 1970 年代：Pascal，C，Smalltalk

  • 1980 年代：C++，Objective-C，Perl

  • 1990 年代：Python，Ruby，Java

  • New millennium: Swift，C#，Go

12. 编程原理-语句和函数-Programming Basics - Statements & Functions

编程基础 - 语句和函数

• 变量, 赋值语句

• Grace Hopper 拍虫子游戏

• if 判断

• while 循环

• for 循环

• 函数

13. 算法入门 - Intro to Algorithms

算法入门

• 选择排序 - Selection sort O(n^2)

• 大 O 表示法 - Big O notation (算法复杂度)

• 归并排序 - Merge sort O(n log n)

• Dijkstra 算法（graph search algorithms） O(n log n +1)

14. 数据结构-Data Structures

数据结构

• 数组 - Array

• 下标 - Index (Begins at 0)

• 字符串 - String

• 矩阵 - Matrix

• 结构体 - Struct

• 指针 - Pointer

• 节点 - Node

• 链表 - Linked List

• 队列 - Queue ---- FIFO(First in first out)

• 栈 - Stack ---- LIFO(Last in first out) ----push、pop

• 树 - Tree ----root/ leaf nodes

• 二叉树 - Binary Tree

• 图 - Graph

• 红黑树和堆, 不同数据结构适用不同场景

15. 阿兰·图灵-Alan Turing

阿兰·图灵

• 计算机之父 Born in 1912

• 可判定性问题 Entscheidungs problem

• 阿隆佐·丘奇，Lambda 算子

• 图灵机 Turing machine、Turing complete

• 停机问题 （it‘s a paradox）

• Bombe破解德军英格玛加密机

• 图灵测试

• 图灵奖

16. 软件工程-Software Engineering

软件工程

• 对象 Object

• 面向对象编程 Object Oriented Programming

• API Application Programming Interface

• public, private

• 集成开发环境, IDE - Integrated Development Environments

• 调试 debugging

• 文档和注释 - readme, comment

• 版本控制 Version control

• 质量控制 Quality Assurance testing，QA

• Beta, Alpha

17. 集成电路&摩尔定律-Integrated Circuits & Moore’s Law

集成电路与摩尔定律

• 晶圆的制作流程：光刻

• 分立元件 Discrete components

• 数字暴政 Tyranny of Numbers - 是 1960 年代工程师碰到的问题（如果想加强电脑性能，就要更多部件，这导致更多线路，更复杂。所以很难做）

• 光刻 Photolithography

• 晶圆 Wafer

• 光刻胶 Photoresist

• 光掩膜 Photomask

• 掺杂 Doping

• 摩尔定律 Moore’s Law.

• 英特尔 Intel

• 晶体管数量大幅度增长, 1980年三万个，1990年一百万个，2000年三千万个，2010年十亿个

• 进一步小型化会碰到 2 个问题

  1. 光的波长不足以制作更精细的设计

  2. 量子隧穿效应

18. 操作系统-Operating Systems

操作系统

• 操作系统 Operating systems

• 批处理 Batch processing

• 计算机变便宜变多，有不同配置，写程序处理不同硬件细节很痛苦，因此操作系统负责抽象硬件

• 外部设备 Peripherals

• 设备驱动程序 Device drivers

• 多任务处理 Multitasking

• 虚拟内存 Virtual Memory

• 动态内存分配 Dynamic memory allocation

• 内存保护 Memory Protection

• 1970年代，计算机足够便宜，大学买了让学生用，多个学生用多个 “终端” 连接到主机

• 多用户分时操作系统，Multics

• Unix

• MS-DOS

19. 内存&储存介质-Memory & Storage

内存&储存介质

• 存储技术的发展

• 纸卡 Paper punch cards

• 延迟线存储器 Delay Line Memory

• 磁芯 Magnetic Core Memory

• 磁带 Magnetic Tape

• 磁鼓 Magnetic Drum Memory

• 硬盘 Hard Disk Drives

• 内存层次结构 Memory Hierarchy

• 软盘 Floppy Disk

• 光盘 Compact Disk

• 固态硬盘 Solid State Drives

20. 文件系统-Files & File Systems

文件系统

• 文件格式：可以随便存文件数据，但按格式存会更方便

• TXT 文本文件：ASCII

• WAV 音频文件：每秒上千次的音频采样数字

• BMP 图片文件：像素的红绿蓝 RGB 值

• 文件系统：很早期时空间小，整个存储器就像一整个文件。后来随容量增长，多文件非常必要

• 目录文件：用来解决多文件问题，存其他文件的信息，比如开头，结尾，创建时间等

• 平面文件系统 - Flat File System：文件都在同一个层次，早期空间小，只有十几个文件，平面系统够用

• 如果文件紧密的一个个前后排序会造成问题，所以文件系统会： 1. 把空间划分成一块块 2. 文件拆分存在多个块里

• 文件的增删改查会不可避免的造成文件散落在各个块里，

• 如果是磁带这样的存储介质就会造成问题，所以做碎片整理

• 分层文件系统 - Hierarchical File System：有不同文件夹，文件夹可以层层嵌套

21. 压缩-Compression

压缩

• 压缩的好处是能存更多文件，传输也更快

• 游程编码 Run-Length Encoding

• 无损压缩 Lossless compression

• 霍夫曼树 Huffman Tree

• “消除冗余"和"用更紧凑的表示方法”，这两种方法通常会组合使用

• 字典编码 Dictionary coders, 游程编码 和 字典编码 都是无损压缩

• 感知编码 Perceptual coding

• 有损压缩 jpeg 格式

• 时间冗余 Temporal redundancy

• MPEG-4 视频编码

22. 命令行界面-Keyboards & Command Line Interfaces

命令行界面

• 运行开始直到结束，中间没有人类进行操作，原因是计算机很贵，不能等人类慢慢输入，执行完结果打印到纸上

• 到1950年代，计算机足够便宜+快，人类和计算机交互式操作变得可行

• 为了让人类输入到计算机，改造之前就有的打字机，变成电传打字机

• 到1970年代末，屏幕成本足够低，屏幕代替电传打字机，屏幕成为标配

• 人机交互 Human-Computer Interaction

• 早期输出数据是打印到纸上，而输入是用纸卡/纸带一次性把程序和数据都给进去

• QWERTY 打字机的发展，克里斯托弗·莱瑟姆·肖尔斯 发明于 1868 年

• 电传打字机 Teletype machine

• 命令行界面 Command line interface

• ls 命令

• 早期文字游戏 Zork (1977年)

• cd 命令

23. 屏幕&2D 图形显示-Screens&2D Graphics

屏幕与 2D 图形显示

• PDP-1 计算机。键盘和显示器分开，屏幕显示临时值

• 阴极射线管 Cathode Ray Tube (CRT)

• CRT 有两种绘图方式：

  1. 矢量扫描 Vector Scanning

  2. 光栅扫描 Raster Scanning

• 液晶显示器 Liquid Crystal Displays (LCD)，像素 (Pixel)

• 字符生成器 Character generator

• 屏幕缓冲区 Screen buffer

• 矢量命令画图

• Sketchpad, 光笔 (Light pen)

• 函数画线，矩形

24. 冷战和消费主义-The Cold War and Consumerism

冷战和消费主义

• 范内瓦·布什 预见了计算机的潜力，提出假想机器 Memex，帮助建立 国家科学基金会，给科学研究提供资金

• 1950 年代消费者开始买晶体管设备，收音机大卖

• 日本取得晶体管授权后，索尼做了晶体管收音机，为日本半导体行业崛起埋下种子

• 苏联 1961 年把宇航员加加林送上太空，导致美国提出登月

• NASA 预算大大增加，用集成电路来制作登月计算机

• 集成电路的发展实际上是由军事应用大大推进的，阿波罗登月毕竟只有 17 次

• 美国造超级计算机进一步推进集成电路

• 美国半导体行业一开始靠政府高利润合同活着，忽略消费者市场，1970年代冷战渐消，行业开始衰败 很多公司倒闭，英特尔转型处理器

• 政府和消费者推动了计算机的发展，早期靠政府资金，让技术发展到足够商用，然后消费者购买商用产品继续推动产品发展

25. 个人计算机革命-The Personal Computer Revolution

个人计算机革命

• 1970年代初成本下降，个人计算机变得可行

• Altair 8800

• 比尔·盖茨 和 保罗·艾伦写 BASIC 解释器

• 乔布斯提议卖组装好的计算机，Apple-I 诞生

• 1977年出现3款开箱即用计算机：“Apple-II”，“TRS-80 Model I”，“Commodore PET 2001”

• IBM 意识到个人计算机市场

• IBM PC 发布，采用开放架构，兼容的机器都叫 IBM Compatible (IBM 兼容)

• 生态系统产生雪球效应：因为用户多，软硬件开发人员更愿意花精力在这个平台，因为软硬件多，用户也更乐意买 “IBM 兼容” 的计算机

• 苹果选封闭架构，一切都自己来，只有苹果在非 “IBM 兼容” 下保持了足够市场份额

26. 图形用户界面-Graphical User Interfaces

图形用户界面 (GUI)

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

• 1970年成立 帕洛阿尔托研究中心（Palo Alto Research Center）

• 1973年完成 Xerox Alto(施乐奥托) 计算机

• 举例：写一个简单的 GUI 程序

• 1981年的 Xerox Star system(施乐之星系统)

• 史蒂夫·乔布斯去施乐参观，所见即所得 WYSIWYG

• 1983年推出 Apple Lisa

• 1984年推出 Macintosh

• 1985年推出 Windows 1.0，之后出到 3.1

• 1995年推出 Windows 95 提供图形界面

• 1995年微软做失败的 Microsoft Bob

27. 3D 图形-3D Graphics

3D 图形

• 线框渲染 Wireframe Rendering

• 正交投影 Orthographic Projection

• 透视投射 Perspective Projection

• 网格 Mesh

• 三角形更常用因为能定义唯一的平面

• 扫描线渲染 Scanline Rendering

• 遮挡 Occlusion

• 画家算法 Painter’s Algorithm

• 深度缓冲 Z Buffering

• Z Fighting 错误

• 背面剔除 Back Face Culling

• 表面法线 Surface Normal

• 平面着色 Flat Shading

• 高洛德着色 Gouraud shading, 冯氏着色 Phong Shading

• 纹理映射 Texture Mapping

• 图形处理单元 GPU, Graphics Processing Unit

28. 计算机网络-Computer Networks

计算机网络

• 局域网 Local Area Networks - LAN

• 媒体访问控制地址 Media Access Control address - MAC

• 载波侦听多路访问 Carrier Sense Multiple Access - CSMA

• 指数退避 Exponential Backoff

• 冲突域 Collision Domain

• 电路交换 Circuit Switching

• 报文交换 Message Switching

• 分组交换 Packet Switching

29. 互联网-The Internet

互联网

• IP - 互联网协议 - Internet Protocol

• UDP - 用户数据报协议 - User Datagram Protocol

• 校验和 - Checksum

• TCP - 传输控制协议 - Transmission Control Protocol

• DNS - 域名系统 - Domain Name System

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

30. 万维网-The World Wide Web

万维网

• 超链接 Hyperlinks

• URL - 统一资源定位器 - Uniform Resource Locator

• HTTP - 超文本传输协议 - HyperText Transfer Protocol

• HTML - 超文本标记语言 - HyperText Markup Language

• 写一个简单网页，用到了 《h1》《 a》《h2》《 ol》《 li》 标签

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

• 1991年正式发布，万维网就此诞生

• 开始讲搜索引擎的故事

• Jerry 和 David 的万维网指南 后来改名成 Yahoo

• 搜索引擎 JumpStation

• 搜索引擎 Google

• 网络中立性

31. 计算机安全-Cybersecurity

计算机安全

• Secrecy, Integrity, Availability 保密性, 完整性, 可用性

• Threat Model 威胁模型

• 身份验证 (Authentication) 的三种方式:

  1. What you know, 你知道什么

  2. What you have, 你有什么

  3. What you are, 你是什么

• 访问控制 Access Control

• Bell LaPadula model 不能向上读取，不能向下写入

• 隔离 Isolation, 沙盒 Sandbox

32. 黑客&攻击-Hackers & Cyber Attacks

黑客与攻击

• 社会工程学 Social Engineering

• 钓鱼 Phishing

• 假托 Pretexting

• 木马 Trojan Horses

• NAND镜像 NAND Mirroring

• 漏洞利用 Exploit

• 缓冲区溢出 Buffer Overflow

• 边界检查 Bounds Checking

• 代码注入 Code Injection

• 零日漏洞 Zero Day Vulnerability

• 计算机蠕虫 Worms

• 僵尸网络 Botnet

• 拒绝服务攻击 DDoS

33. 加密-Cryptography

加密

• 多层防御 Defence in depth

• 加密 - Encryption，解密 - Decryption

• 凯撒加密 Caesar cipher

• 替换加密 Substitution cipher

• 移位加密 Permutation cipher

• 列移位加密 Columnar transposition cipher

• 德国 Enigma 加密机

• 1977年"数据加密标准" - Data Encryption Standard (DES)

• 2001年"高级加密标准" - Advanced Encryption Standard (AES)

• 密钥交换 - Key exchange

• “单向函数"和"密钥加密”

• 迪菲-赫尔曼密钥交换 - Diffie-Hellman Key Exchange

• 非对称加密 - Asymmetric encryption

• 非对称加密算法 RSA

34. 机器学习&人工智能-Machine Learning & Artificial Intelligence

机器学习与人工智能

• 分类 Classification

• 分类器 Classifier

• 特征 Feature

• 标记数据 Labeled data

• 决策边界 Decision boundaries

• 混淆矩阵 Confusion matrix

• 未标签数据 Unlabeled data

• 决策树 Decision tree

• 支持向量机 Support Vector Machines

• 人工神经网络 Artificial Neural Network

• 深度学习 Deep learning

• 弱AI, 窄AI Weak AI, Narrow AI

• 强AI Strong AI

• 强化学习 Reinforcement Learning

35. 计算机视觉-Computer Vision

计算机视觉

• 检测垂直边缘的算法

• 核/过滤器 kernel or filter

• 卷积 convolution

• Prewitt 算子 Prewitt Operators

• 维奥拉·琼斯 人脸检测 Viola-Jones Face Detection

• 卷积神经网络 Convolutional Neural Networks

• 识别出脸之后，可以进一步用其他算法定位面部标志，如眼睛和眉毛具体位置，从而判断心情等信息

• 跟踪全身的标记点，如肩部，手臂等

36. 自然语言处理-Natural Language Processing

自然语言处理

• 词性 Parts of speech

• 短语结构规则 Phrase structure rules

• 分析树 Parse tree

• 语音识别 Speech recognition

• 谱图 Spectrogram

• 快速傅立叶变换 Fast Fourier Transform

• 音素 Phonemes

• 语音合成 Speech Synthesis

37. 机器人-Robots

机器人

• 法国吃饭鸭 - Digesting Duck, Canard Digerateur

• 土耳其行棋傀儡, 下国际象棋

• 第一台计算机控制的机器出现在1940年代晚期，叫数控机器, Computer Numerical Control(CNC)

• 1960年 Unimate，第一个商业贩卖的 可编程工业机器人

• 简单控制回路 simple control loop

• 负反馈回路 negative feedback loop

• 比例-积分-微分控制器 Proportional–Integral–Derivative controller PID 控制器

• 机器人三定律 Three Laws of Robotics

38. 计算机心理学 - Psychology of Computing

计算机心理学

• 我们需要了解人类心理学，做出更好的计算机

• 易用度 - Usability

• 颜色强度排序 和 颜色排序

• 分组更好记，电话号码 317-555-3897 比 3175553897 好记

• 直观功能 - Affordances

• 认出 vs 回想 Recognition vs Recall

• 让机器有一定情商以及 Facebook 的研究

• 用软件修正注视位置。让视频通话时看起来像盯着对方，而不是盯着下方

• 把机器人做的像人，恐怖谷理论

• 有很多开放式的问题，心理学帮助我们明白不同选择可能带来的影响

39. 教育科技-Educational Technology

教育科技

• 通过调速，暂停等技巧，加强学习效率

• 大型开放式在线课程 - Massive Open Online Courses (MOOC)

• 智能辅导系统 - Intelligent Tutoring Systems

• 判断规则 - Production rule

• 域模型 - Domain Model

• 贝叶斯知识追踪 Bayesian knowledge tracing

  1. 学生已经学会的概率

  2. 瞎猜的概率

  3. 失误的概率

  4. 做题过程中学会的概率

• 教育数据挖掘 Educational Data Mining

40.奇点,天网,计算机的未来-The Singularity, Skynet, and the Future of Computing

奇点,天网,计算机的未来

• 普适计算 Ubiquitous Computing

• 奇点 Singularity

• 把工作分为4个象限，讨论自动化带来的影响

• 机器人的存在时间可能长过人类，可以长时间探索宇宙

学无止境，谦虚上行