计算机科学速成课

i.e. Early Computing

Hello world！我是 Carrie Anne，欢迎收看计算机科学速成课（Crash Course Computer Science）！

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> Carrie Anne 小姐姐

i.e. Electronic Computing

上集讲到 20 世纪初，当时的早期计算设备都针对特定用途，比如制表机（tabulating machines），大大推进了政府和企业。它们帮助，甚至代替了人工。然而人类社会的规模在以前所未有的速度增长，20 世纪上半叶，世界人口几乎翻倍。一战动员 7 千万人，二战 1 亿多人。全球贸易和运输更加紧密，工程和科学的复杂度也达到新高。我们甚至开始考虑造访其他行星，复杂度的增高导致数据量暴增，人们需要更多自动化，更强的计算能力。

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很快，柜子大小的计算机变成房间大小，维护费用高，而且容易出错，而正是这些机器为未来的创新打下基础。

i.e. Boolean Logic and Logic Gates

今天我们开始"抽象"（abstraction）的旅程！不用管底层细节，把精力用来构建更复杂的系统。

i.e. Representing Numbers and Letters with Binary

今天，我们讲计算机如何存储和表示数字，所以会有一些数学，不过别担心，你们的数学水平绝对够用了。

上集我们讲了，怎么用晶体管（transistors）做逻辑门（logic gates），逻辑门可以判断布尔语句，布尔代数只有两个值：True 和 False 。

但如果只有两个值，我们怎么表达更多东西 ❓ 这就需要数学了！

i.e. How Computers Calculate-the ALU

上集，我们谈了如何用二进制表示数字，比如二进制 00101010 是十进制的 42，表示和存储数字是计算机的重要功能。但真正的目标是计算（computation），有意义的处理数字，比如把两个数字相加，这些操作由计算机的 “算术逻辑单元 （Arithmetic and Logic Unit）“处理，但大家会简称：ALU。

ALU 是计算机的数学大脑，等你理解了 ALU 的设计和功能之后，你就理解了现代计算机的基石。

i.e. Registers and RAM

上集，我们用逻辑门做了个简单 ALU，它能执行算术 (Arithmetic) 和逻辑 (Logic) 运算 ，ALU 里的 A 和 L 因此得名。当然，算出来之后如果扔掉就没什么意义了，得找个方法存起来，可能还要进行多个连续操作，这就用到计算机内存了。

i.e. The Central Processing Unit(CPU)

今天我们讲 处理器（processors），提示下 - 这集可能是最难的一集，所以一旦你理解了，就会变得超厉害 der~ 😈

i.e. Instructions & Programs

上集我们把 ALU, 控制单元，RAM, 时钟 结合在一起，做了个基本，但可用的"中央处理单元", 简称 CPU ，它是计算机的核心。

我们已经用电路做了很多组件，这次我们给 CPU 一些指令来运行！ CPU 之所以强大，是因为它是可编程的（programmable）- 如果写入不同指令，就会执行不同任务。CPU 是一块硬件，可以被软件控制！

i.e. Advanced CPU Designs

随着本系列进展，我们知道计算机进步巨大，从 1 秒 1 次运算，到现在有千赫甚至兆赫的 CPU ，你现在看视频的设备八成也有 GHz 速度 ，1 秒十亿条指令 ，这是很大的计算量！

早期计算机的提速方式是减少晶体管的切换时间 ，晶体管组成了逻辑门，ALU 以及前几集的其他组件，但这种提速方法最终会碰到瓶颈，所以处理器厂商发明各种新技术来提升性能，不但让简单指令运行更快，也让它能进行更复杂的运算。

i.e. Early Programming

前几集我们把重点放在计算机的原理，怎么从内存读写数据，执行操作，比如把两个数字加在一起，还简单讲了下指令的执行，也就是计算机程序。

但我们还没讲的是：程序如何"进入"计算机。你应该记得在第 7, 8 集，我们一步步讲了例子程序，当时为了简单，我们假设程序已经魔法般在内存里了，但事实是，程序需要加载进内存，这不是魔法，是计算机科学！

i.e. The First Programming Languages

之前我们把重点放在硬件 - 组成计算机的物理组件，比如电，电路，寄存器，RAM，ALU，CPU ，但在硬件层面编程非常麻烦。

所以程序员想要一种更通用的方法编程 - 一种"更软的"媒介。

没错，我们要讲软件！

i.e. Programming Basics - Statements & Functions

上集讲到用机器码写程序，还要处理那么多底层细节，对写大型程序是个巨大障碍。为了脱离底层细节，开发了编程语言，让程序员专心解决问题，不用管硬件细节。

:: 底层各类太多了，编写麻烦，调试麻烦，改动麻烦……

i.e. Intro to Algorithms

前两集，我们"初尝"了高级编程语言（比如 Python 和 Java），我们讨论了几种语句 - 赋值语句，if 语句，循环语句，以及把代码打包成 “函数”，比如算指数。重要的是，之前写的指数函数只是无数解决方案的一种，还有其它方案 - 用不同顺序写不同语句，也能得到一样结果。

不同的是"算法"，意思是：解决问题的具体步骤，即使结果一致，有些算法会更好。 一般来说，所需步骤越少越好，不过有时我们也会关心其他因素，比如占多少内存。

i.e. Data Structures

上集讲了一些经典算法，比如给数组排序，找图的最短路径，而上集没讲的是 算法处理的数据 存在内存里的格式是什么。

你肯定不想数据像 John Green 的大学宿舍一样乱 ，到处都是食物，衣服和纸，我们希望数据是结构化的，方便读取，因此计算机科学家发明了 “数据结构”！

后续章节为概念性章节，统一汇总在该章节内。

好吧，内容不少，为了后续插入图片之后，页面太大，我们这里拆分到两个页面中。

i.e. cs (computer science) crash course

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这个系列来自于 CRASH COURSE 的一个视频系列课程（共有 40 课程，每个课程 10 分钟左右），多谢热心的 CRASH COURSE 字幕组配上了优质的字幕 - B 站地址 📺 。