10分钟速成，新手入门计算机科学

又到周末了，冷空气袭来，不如窝在被窝和孩子一起看纪录片。今天为大家推荐的纪录片，叫《计算机科学速成课》，一共40集，每集只有10分钟左右。我最喜欢这种10分钟小短片，节奏快，看着不累。

片子是一个专业团队通过图解等方法，生动有趣地讲解计算机知识点。让你了解计算机几百年的发展中，是如何普及渗透进我们生活的。

什么计算机网络，加密，人工智能，网络安全，黑客与攻击，汇编方面的，计算机指令，算法，数据结构等方面都有涉及，绝对可以扩展视野，增长见识，家长和孩子可以一起看喔！

今天，为大家整理了前十集的内容

第 1 集：计算机早期历史

提到的设备：算盘 → 步进计算器 → 差分机 → 分析机 → 打孔卡片制表机

提到的人名：Charles Babbage, Ada Lovelace

02:27 最早的计算设备是算盘，举例如何使用

04:31 Computer 从指代职业变成指代机器

04:57 机器里有名的是：步进计算器。第一个可以做加减乘除的机器

06:44 炮弹为了精准，要计算弹道，二战是查表来做。但每次改设计了就需要做一张新表

07:30 Charles Babbage 提出了 “差分机”, 在构造差分机期间，想出了分析机, 分析机是通用计算机

08:50 Lovelace 给分析机写了假想程序，因此成为了第一位程序员

09:25 人口普查 10 年一次. Herman Hollerith 的打孔卡片制表机大大提升了效率

 

第 2 集：电子计算机

提到的设备：继电器 → 真空管 → 晶体管

00:17 20世纪的发展要求更强的计算能力。柜子大小的计算机发展到房间大小

01:06 哈佛 Mark 1 号，IBM 1944 年做的

02:25 继电器，继电器一秒最多 50 次开关

03:24 继电器出 bug

03:49 1904 年，热电子管出现，第一个真空管。改进后变成和继电器的功能一样

05:34 “巨人1号” 计算机在英国 布莱切利园 首次大规模使用真空管。但编程麻烦，还要配置

06:40 1946 年，宾夕法尼亚大学的 ENIAC 是第一个通用可编程计算机

07:36 1947 年，贝尔实验室做出了晶体管，晶体管有诸多好处，IBM 很快全面转向晶体管

09:27 硅谷的典故：很多晶体管和半导体的开发都是这里做的。而生产半导体最常见的材料是硅

09:41 肖克利半导体 → 仙童半导体 → 英特尔

第 3 集：布尔逻辑和逻辑门

01:00 什么是二进制, 为什么用二进制, 布尔逻辑

02:46 3个基本操作：NOT，AND，OR

02:51 解释3个基本操作

07:11 XOR 异或

第 4 集：二进制

00:46 用十进制举例二进制的原理，演示二进制加法。存储单位 MB GB TB 等

05:30 正数，负数，整数，浮点数的表示

07:20 美国信息交换标准代码 – ASCII, 用来表示字符

09:00 UNICODE 1992 年诞生，是字符编码标准， 解决 ASCII 不够表达所有语言的问题

 

第 5 集：算数逻辑单元 – ALU

00:03 简单介绍 ALU ，英特尔 74181

01:24 ALU 有 2 个单元，1 个算术单元和 1 个逻辑单元

01:32 算术单元，半加器 (处理1个 bit，2个输入)，全加器 (处理1个 bit，3个输入)，8 bit 加法 (1个半加器，7个全加器），溢出的概念，吃豆人的例子，乘法除法

07:32 逻辑单元，检测数字是否为 0 的电路（一堆 OR 门最后加个 NOT 门），ALU 抽象成一个 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

本集的重点是 Memory （存储 / 内存 两种含义）

03:30 存 1 位 (Gated Latch – 锁存器）

04:48 存 8 位 (Register – 寄存器)

05:46 16×16 的矩阵存 256 位，数据选择器/多路复用器 (Multiplexer) 解码 8 位地址，定位到单个锁存器

07:38 4 位代表行， 4 位代表列

08:16 组合 256 位内存 + 多路复用器

09:01 可寻址的 256 字节 内存，一条1980年代的内存，1M 大小

10:14 8个模块，每个模块有32个小方块，，每个小方块有 4 个小块，每个小块是 128 位 x 64 位

 

 

第 7 集：中央处理器（CPU)

本集的重点是拼个 CPU 出来以及CPU 怎么执行命令

01:00 RAM + 寄存器 + ALU 做个 CPU

04:00 解释 “取指令→解释→执行” 这个循环

08:00 时钟是什么, 时钟速度和赫兹

10:00 超频提升性能, 降频省电

 

第 8 集：指令和程序

本集重点是一步步带你运行一遍程序

00:45 回顾上集的例子程序，一步步讲解。介绍”指令集”的概念。LOADA，LOADB，SUB，JUMP，ADD，HALT 等指令

05:16 带条件跳转，JUMP NEGATIVE 是负数才跳转，还有其他类型的 JUMP

08:00 真正现代 CPU 用更多指令集。位数更长。

09:07 1971年的英特尔 4004 处理器，有 46 个指令

09:36 如今英特尔酷睿 i7, 有上千条指令

 

 

第 9 集：高级 CPU 设计

00:24 早期是加快晶体管切换速度，来提升 CPU 速度

01:20 给 CPU 专门的除法电路 + 其他电路来做复杂操作，比如游戏，视频解码

02:28 给 CPU 加缓存，提高数据存取速度，更快喂给 CPU，用计算餐馆销售额举例

05:13 脏位 – Dirty bit

05:33 流水线设计，用 1 个洗衣机和 1 个干燥机举例

06:01 并行处理 – parallelize

07:33 乱序执行 – out-of-order execution

08:21 推测执行 – speculative execution

08:50 分支预测 – branch prediction

09:34 多个 ALU

09:54 多核 (Core)

10:11 多个独立 CPU

10:52 超级计算机，中国的”神威 太湖之光”

 

第 10 集：早期的编程方式

本集重点：早期计算机如何编程

打孔纸卡 → 插线板 → 面板拨开关

00:00 开头说本集重点：程序如何进入计算机

00:53 拿纺织业举例，给机器编程的需求远在计算机出现前就有了

01:41 打孔纸卡 – Punched card

02:36 插线板 – Plugboard

04:20 冯诺依曼架构 – Von Neumann Architecture

07:00 面板编程 – Panel programming

07:29 第一款取得商业成功的家用计算机: Altair 8800

08:15 编程依然很困难，人们需要更友好更简单的方式编程

08:44 下周主题：编程语言