计算机科学速成课（二）
2022.12.28
b站 【计算机科学速成课】[40集全/精校] - Crash Course Computer Science
网友的笔记：https://shimo.im/docs/vkCKkj3YxGtygrVg/read 、 https://shimo.im/docs/PJAUY30F1uYksv0h/read 、https://www.processon.com/view/link/61ef6e8f0e3e7439ae917672#map
11. 编程语言发展史-The First Programming Languages
汇编器 assembler ： 汇编器读取用“汇编语言”写的程序，然后转成“机器码”（比如jump、add等机器能知道的），最早是人手动写很多行指令（直接写机器码），喂给机器，然后为了实现某功能，会在写指令之前写伪代码帮助理解，然后人们想出了写汇编语言，然后通过汇编器把汇编语言转成指令，机器读指令。因此以后就不需要手动写指令，写汇编语言就行。
汇编码的作用其实是修饰了一下机器码，比如汇编码的 LOAD_A 14 ， 对应的机器码是 0011 0111这种，前四位是操作码，后四位是地址。使用汇编码时，依然要写清楚用什么寄存器和用哪块内存地址。
后来发展出了“编译器”compiler，将高级语言转成低级语言（低级语言是汇编码或机器码），因此只要写高级语言，不用管用哪个寄存器或哪块地址，编译器会处理。程序员只需要创建 代表内存地址的抽象 叫“变量”，给变量取名字。
12. 编程原理-语句和函数-Programming Basics - Statements & Functions
13. 算法入门 - Intro to Algorithms
14. 数据结构-Data Structures
15. 阿兰·图灵-Alan Turing
可判定性问题 ：是否存在一种算法，输入正式逻辑语句，输出准确的“是”或“否”答案。
图灵机。只要有足够的规则，状态和纸带，可以创造任何东西，它是一台通用计算机。
图灵完备 turing complete
停机问题 halting problem
16. 软件工程-Software Engineering
找某个函数要从最外层往里找，比如 Car.Engine.CruiseControl.setCruiseSpeed(55)
面向对象编程 object oriented programing：把函数打包成对象。通过封装组件，隐藏复杂度，选择性公布功能（public、private）。
17. 集成电路&摩尔定律-Integrated Circuits & Moore’s Law
通过光刻技术，把很多很多晶体管做到一块集成电路上。
摩尔定律：每两年左右，得益于材料和制造技术的发展 ，同样大小的空间，能塞进两倍数量的晶体管。
一直做小会遇到问题：
- 用光掩模把图案弄到晶圆上，由于光的波长限制，精度已到极限。所以科学家在研制波长更短的光源，投射更小的形状。
- 量子隧穿效应：当晶体管非常小，电极之间可能只距离几个原子，电子会跳过间隙，会产生漏电问题（如果晶体管漏电，就不是好开关）。
18. 操作系统-Operating Systems
这集可以再重温，知识点比较多
最早是在打孔纸卡上写程序，然后送程序进计算机计算，但是计算机计算越来越快，放程序时间比程序运行时间还长，因此需要一种方式让计算机自动运行，于是诞生了“操作系统”operating system，OS。
操作系统也是程序，但它有操作硬件的特殊权限，可以运行和管理其它程序。
批处理 batch processing 一个程序紧接着一个程序运行，自动加载程序。
最早的外部设备 peripheral 是独立的底层硬件程序，会有很多不同的外部设备，比如不同的打印机，都要单独写一个和计算机交互的程序。后来操作系统充当软件和硬件之间的媒介，操作系统提供 API 来抽象硬件，叫“设备驱动程序” device driver，程序员用标准化机制，和输入输出硬件 I/O 交互。
多任务处理 multitasking 。一个cpu上运行多个程序。
每个程序会占用一些内存，一开始会给每个程序分配专属内存块，后面某个程序又想申请内存，新分配的内存地址和之前内存地址会不连续了，这样程序员就不好追踪了，因此出现了“虚拟内存” virtual memory ，操作系统会把内存地址进行“虚拟化”，程序员看见的是虚拟内存，而不是真实的物理内存地址。（虚拟内存假定内存都是从地址0开始）。操作系统去处理物理内存和虚拟内存之间的映射。
虚拟内存的出现使得程序的内存大小可以灵活增减，叫“动态内存分配” dynamic memory allocation。
内存保护 memory protection，每个程序只能用一部分内存，不能去用别的程序的内存，不然就可以修改其他程序的内存地址的数据了（恶意修改，病毒）。
分时操作系统 time-sharing ：多个用户用同一个操作系统的情况（用户在不同终端登录），此时操作系统要处理多个用户，为了确保某个用户不会占满计算机资源，开发了分时操作系统，每个用户只能用一小部分处理器、内存等。
内核 kernel：如内存管理，多任务和输入/输出处理。
unix是一个操作系统，由两部分组成，一部分是内核，一部分是一堆有用的工具（比如程序和运行库）
内核恐慌 kernel panic：以前操作系统为了防止错误发生，会事先写很多很多的错误恢复代码。而unix没有很多的“恢复”代码，遇到内核崩溃，没办法恢复，所以调用一个叫“恐慌”的函数。这个恐慌函数可以是比如重启？。
19. 内存&储存介质-Memory & Storage
存储器 storage，非易失性 non-volatile，存储器比如是硬盘，写入的数据会一直存着，直到被覆盖或删除，断电也不会丢失。
最早是打孔纸卡、打孔纸带，但是读取慢，能存的很有限，只能写入一次（write-once），并且不方便存临时值，因此需要更大、更快、更灵活的存储方式，于是诞生了延迟线存储器 delay line memory。延迟线存储器是一个管子装满液体，比如水银，管子一端放扬声器，一端放麦克风。扬声器发出脉冲，产生压力波，经过一段时间传播到麦克风，麦克风将压力波转换回电信号。缺点是每个时刻只能读一位bit，想访问某bit，只能顺序访问，等待它从循环中出现，所以又叫“顺序存储器”或“循环存储器” sequential memory、cyclic-access memory。
我们需要的是可以随机存取的存储器 random access memory，可以随时访问任何位置。
出现了“磁芯存储器” magnetic core memory。给磁芯绕上电线，施加电流，可以将磁化在一个方向，此时关掉电流，磁芯保持磁化，如果施加反方向电流，磁化方向（极性）会翻转。这样就可以用来存1和0。
后来又发展出磁带、磁鼓存储器、磁盘。但是磁带是连续的，必须倒带或快进达到特定位置，访问速度慢，。
磁盘表面有磁性、有写入头和读取头，可以处理上面的1和0。要访问某个特定bit，磁头会移动。磁盘高速旋转，加快访问速度，称为寻道时间 seek time。
后来发展出软盘、硬盘、光盘。
光盘表面有很多小坑，造成光的不同反射，光学传感器会捕捉到，并解码为1和0。
现在存储技术朝固态发展，没有机械活动部件（没有一个移动的磁头，磁头不用等磁盘转），比如机械硬盘、U盘、固态硬盘SSD，通过集成电路的技术，访问时间很短。