听课笔记-《计算机科学速成课》18-21操作系统

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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18集·操作系统 - Operating Systems

操作系统

让计算机自动运作是操作系统诞生的动力OS，它也是程序，但它有操作硬件的特殊权限，可以运行和管理其他程序。当计算机运行完一个程序，会自动运行下一个程序，这样就不会浪费时间，找一下程序的纸卡。计算机操作系统通常用虚拟内存和内存保护，来规划程序的存放和使用。当我们有一个打印的程序，开启执行打印，程序不会等在这里直到打印结束再往后面走，而是跳过正在打印的程序，先执行后面的不受影响的程序，直到打印完成给计算机一个打印完成的信号，计算机再次跳回打印程序，然后继续往后面需要执行的程序运行。
现代计算机的OS分为两部分，首先是操作系统的核心功能，如内存管理，多任务和输入输出处理，这叫内核，第二部分是一堆有用的工具，Unix。

第19集·内存 & 储存介质 - Memory & Storage

声波存储

图中很形象，早期的计算机存储方式，五花八门，这种声波存储，定义将有声波信号识别为1，没有声波信号识别为0，0和1就能存储计算机数据了。在传播过程中势必会有衰减，所以添加一个功效放大器，补偿损耗的能量，再传回到起始位置，这段数据就会无限循环在声波存储器中运行。接输出就能检测到数据值。这种存储的缺点是显而易见的，为了存储数据密度提高，我们自然想到将声波的间隔缩短，但是声波的频率决定了它们之间不可能会太近，会产生干扰。另外我们想要读取某段数据，不能指定挑选，我们必须等待声波的传动一bit一bit的出来，直到你想要的，你得等。

电磁存储

存储不断升级，小磁圈的特性是给其正向电流，磁圈会发生磁性变化顺时针，给其反向电流，磁圈会发生磁性变化逆时针。所以我们将磁圈矩阵分布，就像内存的锁存矩阵那样，用两根线控制一个磁圈，XY确定磁圈地址，，还有线负责读取磁性信号。这种结构的好处是可以选择指定的位置的信息，存储起来也比较方便，还能大规模的存储。

存储单价

安迪比尔定律，表示存储单价会随着技术的进步，不断降低，同一单位面积能存储越来越多的数据。从之前每bit要上十美元，到现在不到1美分，成本极大降低，这大大推动了计算机产业的发展。

第20集·文件系统 - Files & File Systems

ASCII

我们知道计算机存储的都是01，那这些01怎么表示我们人类能识别的文字或其它信息呢？其中ASCII就是一种数据转换标准，2⁷位表示一个ASCII码，共有128种不同的表示，在美国表示所有数字0-9，和23个字母大小写，也足以，还能表示一些其它常用符号。编码是一种规则，只不过后来计算机的流行，其它国家的编码标准很明显不能使用ASCII，中国的常用汉字就用好几千个，128个不同根本不够标识。所以一段时间许多国家发明了自己的转码标准，这会导致大家不同的标准在自己的系统上表示其它转码来源会发生乱码的情况，解决这一问题就发明了 UTF-8，统一编码。

图形存储

我们知道图形是颜色构成的，颜色可以用三原色表示任意颜色，RGB，一Byte为0-255，表示一个色，三元色就是3B，我们规定一种简单的图形存储格式为，3B表示一个色块，所以（255,255,255）就是白色，（255,255,0）就是黄色，（0,0，0）就是黑色，如此。我们能表示各种各样的颜色，但是单纯的色块没办法组成图形呀，我们在图形文件的前面会加上前缀，一份文件头，表示这是图片格式，，然后行数，列数，平面数，颜色深度。这样我们就知道数据采集的规则， 这个图就是4行4列的，我们执行到第四个色块的时候，直到这行的数据采集完了，我们要换行了，所以下一个色块（255,255,0）黄色会显示在第2行的第1列，如此执行，整个图片就能完整展示了。

存储索引

关键信息，文件系统的头部目录中，存有一份文件得到起始位置和长度信息，这样就能准确的索引到文件的位置。


文件系统会在起始位置存放文件目录，文件存储有增删的特性，如果文件都是一份一份紧接着排布，后续想要对某一份文件增加内容，就会产生很大的影响，该文件后面的文件的存储位置都得改变，往后移，这是不便捷的存储方式。所以通常文件系统是将内存分块，BLOCK0 BLOCK1······，文件存在指定的块中，这样一份文件就会有冗余空间，后续要继续修改增减内容，也很方面。在文件头部信息，存放着所有文件的索引信息和必要信息， 存储文件名，创建时间，最后修改时间，创建者，是否可以读写，存放在哪个内存块，等等这些信息都存在头部。如果我们要删除一份文件，只需要在头部目录文件将该文件条目信息删除即可，其实真实的内存中的数据是没有删除的。直到有新的文件存放进来，将那份内存块覆盖。

文件夹文件，相关文件放在相同文件之下，形成树状结构。

音频采集

在音频文件中，会根据声音音高的不同，采集不同的数值，如图，一段声波，采集的越密集，它的信息就越精确，然后这些数字存放在文件中，再通过音频接口把数字转成不同的音高，声音就放出来了。

第21集·压缩 - Compression

同数据内容压缩

一份文件中，会有些数据是重复出现的，比如连续出现7个黄色，我们不用写7次（255,255,0）黄色，我们只需要写一遍黄色，然后在前面写上重复的次数7，就能准确的表示这段数据，数据大小也被压缩了。当然我们有些情况是没有重复的，为了避免计算机检索时不能区分哪些是重复的哪些是不重复的，我们在所有的色块前面都加上重复次数，不重复就是。

字典压缩

我们将色块两两划分，分为不同的色块类型，然后汇总不同色块的个数，记录他们的频次，比如WY黄白2次，YY黄黄4次······

将所有的不同色块组合都列出来，分别是YY4,WY2,BY1,WW1，我们在这些组合中挑选频次最少的两种，将他们合为一个根下的分支，然后这个合并后的节点与剩下的组合，再取两个频次最小的合为一个节点下的分支，如此往复，直至完全合并。就如图中左侧那样，我们给所有分支左侧的数值为0，右侧为1，所以会有YY的代码code为0，WY代码为10，BY代码为110，WW代码为11。请注意这些所有的色块组合的代码都是不重复，而且没有相同的前缀。

这时候再把色块用代码表示即10110000111100，总共才14bit，可惜的是这还不算完，我们需要加上字典色块代码的信息，不然这一列数据就是没有意义的一段数据。

加上字典信息后，总共是30个字节，比48字节好了很多，如果数据量再增加的话，后面的压缩效率会将字典的边界成本摊薄。

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22-27课笔记-计算机交互

28-33课笔记-网络安全

34-40课笔记-人工智能