听课笔记-《计算机科学速成课》15-17计算机发展

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视频目录

1 - 早期的计算 - Early Computing
2 - 电子计算 - Electronic Computing
3 - 布尔逻辑与逻辑电路 - Boolean Logic & Logic Gates
4 - 二进制 - Representing Numbers and Letters with Binary
5 - 算术逻辑单元 - How Computers Calculate - the ALU
6 - 寄存器 & 内存 - Registers and RAM
7 - 中央处理器 - The Central Processing Unit(CPU)
8 - 指令和程序 - Instructions & Programs
9 - 高级 CPU 设计 - Advanced CPU Designs
10 - 编程史话 - Early Programming
11 - 编程语言 - The First Programming Languages
12 - 编程原理：语句和函数 - Programming Basics: Statements & Functions
13 - 算法初步 - Intro to Algorithms
14 - 数据结构 - Data Structures
15 - 阿兰·图灵 - Alan Turing
16 - 软件工程 - Software Engineering
17 - 集成电路、摩尔定律 - Integrated Circuits & Moore’s Law
18 - 操作系统 - Operating Systems
19 - 内存 & 储存介质 - Memory & Storage
20 - 文件系统 - Files & File Systems
21 - 压缩 - Compression
22 - 命令行界面 - Keyboards & Command Line Interfaces
23 - 屏幕 & 2D 图形显示 - Screens & 2D Graphics
24 - 冷战和消费主义 - The Cold War and Consumerism
25 - 个人计算机革命 - The Personal Computer Revolution
26 - 图形用户界面 - Graphical User Interfaces
27 - 3D 图形 - 3D Graphics
28 - 计算机网络 - Computer Networks
29 - 互联网 - The Internet
30 - 万维网 - The World Wide Web
31 - 网络安全 - Cybersecurity
32 - 黑客与攻击 - Hackers & Cyber Attacks
33 - 加密 - Cryptography
34 - 机器学习与人工智能 - Machine Learning & Artificial Intelligence
35 - 计算机视觉 - Computer Vision
36 - 自然语言处理 - Natural Language Processing
37 - 机器人 - Robots
38 - 计算机中的心理学 - Psychology of Computing
39 - 教育型科技 - Educational Technology
40 - (完结) 奇点，天网，计算机的未来 - The Singularity, Skynet, and the Future of Computing

多图预警

笔记

第15集·阿兰·图灵 - Alan Turing

图灵机

这是一台理论计算设备，状态变量STATE保存当前状态，一组规则根据当前状态STATE+读写头看到的符号，决定机器做什么。图中为例，我们想要测验一串以0结尾的数字，包含1 的个数是否为偶数个，如果是在纸带上写1。我们先了解下规则，总共四条规则，①如果STATE为“偶数”，当前符号是1，则把STATE更新为“奇数”，并把读写头向右移动。②如果当前STATE为“偶数”，当前符号是0，则意味着字符串结尾了，在纸带上写一个1，并把STATE改成“停机”。③STATE为“奇数”，纸带是0，则在纸带上写一个0，并把STATE改为“停机” ④STATE为“奇数”，纸带是1，则把STATE更新为“偶数”，并把读写头向右移动。好了现在我们设置机器的初始状态STATE设置为“偶数” 开始吧。
一串数为110，从第一个数“1”,当前STATE为“偶数”，当前符号是1，符合第①条，所以STATE更新为”奇数“，并把读写头向右移动，现在读第二个数”1“，当前STATE为”奇数“，当前符号是1，符合第③条，所以STATE更新为”偶数“，并把读写头往右移动，现在读第三个数”0“，当前STATE为”偶数“，当前符号是0，符合第②条，所以在纸带上写1，STATE更新为”停机“。执行结束，得出结果，我们读取的数110.有偶数个1。图灵机的设想很简单，不过如果有足够多的时间和内存，它可以执行任何计算。

停机问题

图灵机，一个计算是否会执行出结果停机，还无法确定，“给定图灵机描述和输入纸带，是否有算法可以确定，机器会永远算下去还是到某一点会停机？图灵机用巧妙的逻辑矛盾，证明了停机问题无法解决。
我们假象一台图灵机，给它输入纸带和规则，输出Yes表示会停机，输出No表示不会停机，这台图灵机起名为H，我们再用H设计一台新机器，如果 H 说程序会"停机”，那么新机器会永远运行（即不会停机），如果 H 的结果为 No，代表不会停机，实质上是一台和 H 输出相反的机器，我们还需要在机器前面加一个分离器，让机器只接收一个输入。如果把 新机器 的描述，作为本身的输入会怎样，如果说H输出Yes表示会停机，则新机器会无限循环，不停机，如果说H输出No表示不会停机，则新机器就会停机。这自相矛盾的结果，所以证明停机问题无法解决。

第16集·软件工程 - Software Engineering

对象化

汽车软件中 可能有几个和定速巡航有关的函数，比如 设定速度，逐渐加速减速，停止定速巡航，因为这些函数都相关，可以包装成一个"定速巡航对象"。当有面向对象的思想，我们想要使用调用这部分的内容，就简单许多，而且对于其他开发人员而言，他不用关心 对象内部的具体实现，只需要关注接口调用即可。总的来说，对象可以包其它对象，函数和变量。通过封装组件，隐藏复杂度。
软件工程和现实世界的工程很相似，比如我们修建一座火电厂，我们大体能分为土建，机电，土建有电工装线，管道工配管，焊接工焊接，油漆工涂油漆等等。机电通常会分，电控，热机，管道，焊接，仓储等等。虚拟软件的构成和现实世界的结构有很多相似之处，这应当和人的认知模式有关，用这种分类的有组织的统筹整个系统，才便于整体管理和细化执行，这就是工程思想。

第17集·集成电路、摩尔定律 - Integrated Circuits & Moore’s Law

光刻

计算机硬件的提升经历了几个阶段，从真空管到晶体管到集成电路，光刻机就是在此环境下诞生。
其实整个光刻的过程就是不断地贴层，溶蚀，清洗，贴层，溶蚀，清洗，最终制作出集成晶体管。它有时导电，有时不导电 \N 我们可以控制导电时机。
这个过程怎么发生的呢？从最下层开始，晶圆（硅材料），氧化层，光刻胶，光掩模， 光掩模的镂空是设计电路，露出的部分，经过光照，能直接照射到光刻胶，光刻胶溶解，置入特定的洗液，这部分溶解的光刻胶就去掉了。然后再用能溶解氧化层的物质溶解一次，露出的氧化层也被干掉，注意这些溶液只会对特定的层起作用，不会腐蚀其它层的材料。同样的过程，溶蚀晶圆，给溶蚀掉的部分掺杂，比如磷渗透进暴露出的硅，改变电学性质，让这部分具有半导性。

将层融掉后再重复上面的过程，用新的光掩模，这次图案不同在掺杂区域上方开一个缺口。然后用另一种气体掺杂 把一部分硅转成另一种形式。

将特定的区域溶解露出准备好的区域。

盖上一层金属层，一个晶体管的三个区域就成型，不导电，半导电，导电。每个区域的掺杂方式不同，这叫双极型晶体管。

我们可以把光掩膜聚焦到极小的区域，制作出非常精细的细节。

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