又到周末了,冷空氣襲來,不如窩在被窩和孩子一起看紀錄片。
今天為大家推薦的紀錄片,叫《計算機科學速成課》,一共40集,每集隻有10分鐘左右。我最喜歡這種10分鐘小短片,節奏快,看着不累。
片子是一個專業團隊通過圖解等方法,生動有趣地講解計算機知識點。讓你了解計算機幾百年的發展中,是如何普及滲透進我們生活的。
什麼計算機網絡,加密,人工智能,網絡安全,黑客與攻擊,彙編方面的,計算機指令,算法,數據結構等方面都有涉及,絕對可以擴展視野,增長見識,家長和孩子可以一起看喔!
今天,為大家整理了前十集的内容。
第 1 集:計算機早期曆史
提到的設備:算盤 → 步進計算器 → 差分機 → 分析機 → 打孔卡片制表機
提到的人名:Charles Babbage, Ada Lovelace
02:27 最早的計算設備是算盤,舉例如何使用
04:31 Computer 從指代職業變成指代機器
04:57 機器裡有名的是:步進計算器。第一個可以做加減乘除的機器
06:44 炮彈為了精準,要計算彈道,二戰是查表來做。但每次改設計了就需要做一張新表
07:30 Charles Babbage 提出了 "差分機", 在構造差分機期間,想出了分析機, 分析機是通用計算機
08:50 Lovelace 給分析機寫了假想程序,因此成為了第一位程序員
09:25 人口普查 10 年一次. Herman Hollerith 的打孔卡片制表機大大提升了效率
第 2 集:電子計算機
提到的設備:繼電器 → 真空管 → 晶體管
00:17 20世紀的發展要求更強的計算能力。櫃子大小的計算機發展到房間大小
01:06 哈佛 Mark 1 号,IBM 1944 年做的
02:25 繼電器,繼電器一秒最多 50 次開關
03:24 繼電器出 bug
03:49 1904 年,熱電子管出現,第一個真空管。改進後變成和繼電器的功能一樣
05:34 "巨人1号" 計算機在英國 布萊切利園 首次大規模使用真空管。但編程麻煩,還要配置
06:40 1946 年,賓夕法尼亞大學的 ENIAC 是第一個通用可編程計算機
07:36 1947 年,貝爾實驗室做出了晶體管,晶體管有諸多好處,IBM 很快全面轉向晶體管
09:27 矽谷的典故:很多晶體管和半導體的開發都是這裡做的。而生産半導體最常見的材料是矽
09:41 肖克利半導體 → 仙童半導體 → 英特爾
第 3 集:布爾邏輯和邏輯門
01:00 什麼是二進制, 為什麼用二進制, 布爾邏輯
02:46 3個基本操作:NOT,AND,OR
02:51 解釋3個基本操作
07:11 XOR 異或
第 4 集:二進制
00:46 用十進制舉例二進制的原理,演示二進制加法。存儲單位 MB GB TB 等
05:30 正數,負數,整數,浮點數的表示
07:20 美國信息交換标準代碼 - ASCII, 用來表示字符
09:00 UNICODE 1992 年誕生,是字符編碼标準, 解決 ASCII 不夠表達所有語言的問題
第 5 集:算數邏輯單元 - ALU
00:03 簡單介紹 ALU ,英特爾 74181
01:24 ALU 有 2 個單元,1 個算術單元和 1 個邏輯單元
01:32 算術單元,半加器 (處理1個 bit,2個輸入),全加器 (處理1個 bit,3個輸入),8 bit 加法 (1個半加器,7個全加器),溢出的概念,吃豆人的例子,乘法除法
07:32 邏輯單元,檢測數字是否為 0 的電路(一堆 OR 門最後加個 NOT 門),ALU 抽象成一個 V 符号,Flag 标志(是否相等,是否小于,是否溢出等等)
第 6 集:寄存器和内存
本集的重點是 Memory (存儲 / 内存 兩種含義)
03:30 存 1 位 (Gated Latch - 鎖存器)
04:48 存 8 位 (Register - 寄存器)
05:46 16x16 的矩陣存 256 位,數據選擇器/多路複用器 (Multiplexer) 解碼 8 位地址,定位到單個鎖存器
07:38 4 位代表行, 4 位代表列
08:16 組合 256 位内存 多路複用器
09:01 可尋址的 256 字節 内存,一條1980年代的内存,1M 大小
10:14 8個模塊,每個模塊有32個小方塊,,每個小方塊有 4 個小塊,每個小塊是 128 位 x 64 位
第 7 集:中央處理器(CPU)
本集的重點是拼個 CPU 出來以及CPU 怎麼執行命令
01:00 RAM 寄存器 ALU 做個 CPU
04:00 解釋 "取指令→解釋→執行" 這個循環
08:00 時鐘是什麼, 時鐘速度和赫茲
10:00 超頻提升性能, 降頻省電
第 8 集:指令和程序
本集重點是一步步帶你運行一遍程序
00:45 回顧上集的例子程序,一步步講解。介紹”指令集”的概念。LOADA,LOADB,SUB,JUMP,ADD,HALT 等指令
05:16 帶條件跳轉,JUMP NEGATIVE 是負數才跳轉,還有其他類型的 JUMP
08:00 真正現代 CPU 用更多指令集。位數更長。
09:07 1971年的英特爾 4004 處理器,有 46 個指令
09:36 如今英特爾酷睿 i7, 有上千條指令
第 9 集:高級 CPU 設計
00:24 早期是加快晶體管切換速度,來提升 CPU 速度
01:20 給 CPU 專門的除法電路 其他電路來做複雜操作,比如遊戲,視頻解碼
02:28 給 CPU 加緩存,提高數據存取速度,更快喂給 CPU,用計算餐館銷售額舉例
05:13 髒位 - Dirty bit
05:33 流水線設計,用 1 個洗衣機和 1 個幹燥機舉例
06:01 并行處理 - parallelize
07:33 亂序執行 - out-of-order execution
08:21 推測執行 - speculative execution
08:50 分支預測 - branch prediction
09:34 多個 ALU
09:54 多核 (Core)
10:11 多個獨立 CPU
10:52 超級計算機,中國的"神威 太湖之光"
第 10 集:早期的編程方式
本集重點:早期計算機如何編程
打孔紙卡 → 插線闆 → 面闆撥開關
00:00 開頭說本集重點:程序如何進入計算機
00:53 拿紡織業舉例,給機器編程的需求遠在計算機出現前就有了
01:41 打孔紙卡 - Punched card
02:36 插線闆 - Plugboard
04:20 馮諾依曼架構 - Von Neumann Architecture
07:00 面闆編程 - Panel programming
07:29 第一款取得商業成功的家用計算機: Altair 8800
08:15 編程依然很困難,人們需要更友好更簡單的方式編程
08:44 下周主題:編程語言
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