以下所有認知來自於b站上的“Crash Course Computer Science”,是趣味科普計算機相關知識的一門課程（由youtube——CrashCourse頻道出品，這個頻道兩歲了，建立此頻道的哥倆旨在創造一些對人們有用的教育內容），之前有看王垠在著手寫一本科普計算機的書，力求將計算機最本質的東西以白話形式講明白，看了這套視訊以後，我覺得書這種形式還是太單調了，比不上視訊這種可以同時調動多種感官的形式來得生動，易於理解，而且傳播快速。這套視訊製作精良，裡面的動畫和配色（原諒我只能看到表面）時刻吸引著我，生怕眨眼一秒都會錯過點細節，主講人飽滿的情緒讓我一個哈欠都不會打，由此可見整個團隊的心血，最後由衷感謝CrashCourse字幕組，讓我可以在語境中理解很多中英文對應不上的專業詞語（我才不會說我沒有字幕根本看不懂）。

視訊地址：

https://www.bilibili.com/video/av21376839/?p=7

一.計算機的起源與發展簡介

公元前2500年

先看計算的起源，人們早早就對計算產生了需求，早在，人們就發明了算盤，為什麼要發明算盤？因為當時的社會規模已經超出了人們心算的能力，算盤的作用其實是將大腦的算力解放（工具的發明要麼是解放人的體力，要麼是解放人的智力），隨後發明了度量各種別的可度量事物的計算裝置，比如星盤算經緯度，時鐘算日出，算潮汐。

1822年

charles babbage研究出了差分機制造方法，由於硬體限制，沒有製造出來（後人依據草稿又造一臺而且好用），但是在研究過程中有了製造分析機的靈感，分析機可以做很多事，不只是一種特定運算，所以是首個通用計算機（之前的都是專用的），甚至可以輸入資料進行一些列的計算，這一些列的計算就是程式，程式是一個劃時代的概念，而Ada由於為分析機寫了第一個程式，被公認為第一個程式設計師，她還預言以後一定會有一門語言為分析而生。

1890年

人口越來越多，要進行人口普查費時費力費錢，而且往往普查時間太長，出來的結果與現實狀況不符，沒有意義了，這樣的情況催生了機器的產生，打孔卡片製表機，在紙上打孔，然後把紙放進機器裡，機器會根據所打的孔，自己統計符合條件的人數，比如男女各有多少，之後再通過紙把統計結果輸出來。這就是後來計算機一開始採用的輸入和輸出模式。（後來製表機器公司與其他機械公司合併成立了IBM=international business machines）

1900

人口爆炸以及全球貿易（社會規模大幅度增長）導致資料大量增長，

1904-1906

真空管，二極體，三極體可代替繼電器，開閉速度快，但像燈泡一樣易碎，貴

1940

真空管成本降低，政府負擔得起，就應用於計算機（計算機從機電轉向電子）

1941

阿蘭圖靈設計Bombo，用來破解納粹的英格瑪通訊加密裝置（是一臺解密碼機不是計算機）

1943

 巨人一號第一次用真空管制造的計算機，用於破解納粹通訊

1944

Harverd mark I最大的計算機之一，IBM給二戰同盟國造的，是服務於曼哈頓計劃的（政府和軍方）。構件使用的是機械繼電器（作用就是開關，控制電路開閉），速度慢，齒輪會磨損，故障率很大，甚至一直小蟲都會因其故障（bug）。

1946

賓夕法尼亞大學， 世界上第一個真正通用的，可程式設計的，電子計算機，成本還是很高，而且很容易壞

1947

貝爾實驗室，發明了電晶體，固態，小，速度快，很多電晶體半導體的開發在加州位於舊金山和聖荷西之間，後來被稱為矽谷（因為材料大多是矽），電晶體創始人也搬過去了，創立了肖克利半導體，裡面的員工後來創立了快捷半導體，裡面的員工創立了Intel（最大計算機晶片製造商）。

二.為啥採用二進位制

二進位制的本質是電路開關的兩種狀態（真和假，通路或斷路）,一開始其實有三進位制或者五進位制的（多種狀態表示），但是進位制越多，訊號越不容易被區分，而且有一整個數學分支存在，叫布林代數（George Boole，19世紀自學成才的英國 數學家，是布林Boolean名字的由來），專門處理真和假的問題，法則和運算都給你處理好了，拿過來直接就能用。

Boolean代數裡面常用的操作：邏輯與的本質是物理上的串聯，邏輯或的本質是物理上的並聯，這些操作在計算機裡面由最底層的電路（組合電晶體，物理層面）來實現，操作只是電路的高一層次抽象。（抽象允許我們在高層思考而不必在意底層細節，抽象的本質是把複雜包裝起來，只留一個簡答的介面）

ASCLL讀/asgi/

三.算術邏輯單元

算術邏輯單元（ALU）計算機的計算大腦。是計算機裡負責運算的元件，包括一個算數單元（加減法，增量計算）和一個邏輯單元（邏輯與或非，判斷正負）。

ALU的表示法

1970 第一個被封裝在單個晶片內的完整ALU，Intel 74181

四.暫存器和記憶體

1. 儲存的作用：因為算出來扔掉就沒意義了，也許要做連續的操作，所以要存起來。
2. 暫存器的本質：現在你這存一小下下，我馬上就拿走
3. 鎖存器的結構如下，一組鎖存器構成一個暫存器

（當允許寫入線開啟時，資料可以輸入，當允許寫入線被關閉時候，資料即可存在data out 裡面不允許被改變了，每個暫存器只能存一個數，這個數是多少位，暫存器的位寬就是多少，比如16位的暫存器本質是由16個二進位制單元位構成的）

1. 記憶體結構（太喜歡他們做的圖了，又好看又明瞭）

記憶體的地址是由位數決定的，位數越大，能表示的門牌號（地址）越多，記憶體數量也就越大，所謂的記憶體大。

記憶體的重要特性是可以隨時訪問任何位置，RAM

五.CPU（第七集）

1. CPU的工作是負責處理程式，程式是由一條條操作構成的，操作就是指令（因為它們指示計算機要做什麼）
2. 構建一個CPU

暫存器：臨時儲存和操作資料

指令地址暫存器：追蹤程式執行到哪條指令了（存下指令的地址）

指令暫存器：存當前是什麼指令（指令的內容）

時鐘：以精準的節奏釋放電訊號，控制單元會用這個訊號推進CPU的內部操作

（取指令-解碼-執行，這三個操作算一個步驟，步驟的執行速度叫做時鐘速度，就是需要多長時間才可以執行完這一步，）

ALU：用來計算

CLU：用來控制

3.執行程式

第一階段：取址階段（fetch phase）

第二階段：解碼階段（decode）：對照指令表，把01串翻譯成要做的實際操作，並找到被運算元，這個階段由控制單元完成，控制單元底層也是電路
 

第三階段：執行階段：去運算元的地址處取出運算元放到暫存器裡（暫存器是由操作所指定的Load_A就是寄存到暫存器a裡）

執行過後，把指令地址暫存器加一，就完成了這條指令的執行，準備去執行下一條了