Crash Course Computer Science—笔记1
以下所有认知来自于b站上的“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），之前有看王垠在着手写一本科普计算机的书，力求将计算机最本质的东西以白话形式讲明白，看了这套视频以后，我觉得书这种形式还是太单调了，比不上视频这种可以同时调动多种感官的形式来得生动，易于理解，而且传播快速。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）。
视频地址：
https://www.bilibili.com/video/av21376839/?p=7
一.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）。
二.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/
三.算术逻辑单元
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
1970 第一个被封装在单个芯片内的完整ALU，Intel 74181
四.寄存器和内存
- 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。
- 寄存器的本质：现在你这存一小下下，我马上就拿走
- 锁存器的结构如下，一组锁存器构成一个寄存器
（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）
- 内存结构（太喜欢他们做的图了，又好看又明了）
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
五.CPU（第七集）
- 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）
- 构建一个CPU
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
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