《十分鐘速成課:計算機科學》初步理解計算機

2020-10-13 向上生長

講課的人像女版謝爾頓,配合她的表情有點可愛。英語語速有點快,自信自得的氣質讓人很舒服,笑容感染力十足。哈哈,仔細看著竟然有兩個酒窩。邏輯運算是關鍵,其實想想現在的計算機技術這麼厲害,僅僅是由1和0為基礎建立的,就覺得很神奇,理解數學、邏輯也就理解(抽象)了世界。從這裡,可以看出數學是多麼的重要,它就是世界的底層結構。人類文化解釋的相對就是因為人的思想總是朝某種方向演變,世界的底層數學結構不太能變動,而文化則因為有很大的發展空間。不同環境(空間)、時間下的人自然有著不同的解釋,一層是時空的不同,一層是思想結構(動態)的不同,可想而知,若所有思想都發展到某個奇點,那麼趨同就是必然的。儘管依照現實來說,是否可以趨同要依據經驗判斷。看有人開玩笑的說,一個範式(思維體系)的轉變是老一輩的人漸漸死去,新生的解釋框架才得到認可。在兩種解釋框架都可以適應世界時,在奧卡姆剃刀以及新生代的領導下就會拋棄舊有的範式。人就是在這種數學方程式、文化解釋框架的動態演化中理解世界,奇點(我理解的演化臨界點)可能存在也可能不存在,因為人自身也在隨著動態發展而改變自身這個變量。假如人的意識在以後可以接入計算機,那麼所有對應舊有人類素質的解釋就不再合適了。所以要存在奇點就必須有制約人之為人的最後底層結構(規律),否則人只可能一直處於動態的演化中。對於有限的個體來說,解釋世界的框架既是動態的也是固定的。短暫幾十年的生命未必等得到範式發生劇烈的改變。一種悖論:不要太把自己當回事,又要把自己當做宇宙的意識。所有思想的目的指向自身,又因為思想的有限,於是有限的思想必須承認這樣一個極其有限的個體的無上。由基本的原理,二進位模仿人類的邏輯構建的數學系統,然後經過不斷的抽象,從小結構到越來越複雜的系統都是簡單的最基本二進位。人體也是這樣一步一步抽象——細胞、組織、器官、系統、生物體。人並不理解意識,卻能夠運用意識,人無法理解最基本的原理,但可以在已經經過準確定義、描述的原理構建出由此衍生的大廈。人就是這麼用了且有效,這就是基本原理的解釋。2+2=4,你不需要知道它是什麼,你只要知道可以通過這麼運用就行了。通過語言(思維)進行運算進而改變環境是人與生俱來(學習教育)的能力。輸入、儲存、計算、輸出。取指令、解碼、執行。彙編器讀取用「彙編語言」寫的程序,然後轉成「機器碼」,機器碼也就是二進位語言。好的語言就是用更抽象化(使編程更簡單,程序更強大)二進位語言。硬體只能識別二進位語言,而軟體可以有更便捷強大的其他語言,只要在輸入是轉化為二進位就行了。高級語言是脫離硬體的。要藉助編譯軟體,生成彙編語言,然後,才能讓計算機執行。編譯: 檢查語法,生成彙編代碼。彙編: 將彙編代碼轉換為機器碼「彙編器(比如MASM)全稱是彙編編譯器,用來編譯彙編語言的。彙編語言的大部分命令都和機器碼一一對應,而高級語言和彙編的偽指令是不和機器碼一一對應的 ,因此從某種意義上說,彙編碼就相當於機器碼。 編譯器的作用是,將源文件(.c/.cpp/.pas等)轉換為目標代碼(.obj/.dcu等)。這是已經是二進位代碼了。 最後由連接器(Linker),將目標代碼連接起來,這樣就形成了可執行文件。」更快捷函數集(庫)、模塊編程、,這是抽象的力量。「用不同順序寫不同語句,也能得到一樣的結果,不同的是「算法」,意思是:解決問題的具體步驟。即是結果一致,有些算法會更好。一般來說,所需步驟越少越好。有時也關心其他因素,比如佔多少內存。」後面介紹了一種地圖尋路算法,而這只是冰山一角,處處皆算法。越講越複雜了,我tm還沒入門。數學和英語太爛了,要重新學一下。這一路看下來,懵逼了我,嘴巴無法閉合。圖靈好強,現在的計算機可以被稱為「圖靈完備」,但原理和圖靈機一樣。甚至可以用圖靈機玩魔獸世界。儘管想說天妒英才,但歷史上死的最多最慘的應該是那些默默無聞的人。哈哈哈哈,抽象抽象再抽象……這位姐姐太可愛了!!!和謝爾頓一樣喜歡星際迷航、星球大戰。電晶體小到一定程度就會出現量子隧穿效應,也就是微觀粒子(電子)會跳過間隙。我終於明白光碟為什麼有馬賽克了,因為光碟是表面有很多小坑,造成光的不同反射,光學傳感器會捕捉到,並解碼為1和0。還介紹了一些其他文件格式,其底層都是1和0,以及了解了簡單的恢復數據,刪除的只是記錄,了解了如何壓縮文件。感知編碼:從mp3格式到無損(大了10倍左右),因為例如超聲波、低音之類聽不到、不敏感就可以壓縮。視頻只是圖片,如果背景不怎麼變,就可以單純記錄視頻中變化的小部分,其他重複即可。馬賽克是有動作移動、旋轉時用補丁(小程序)代表動作出現的失誤。介紹了2d圖像的陰極射線管原理。字符生成器,第一代顯卡,從內存(ram)讀取字符,轉換成光柵圖形,這樣就顯示到屏幕。了解了最初動畫、遊戲的製作。計算機一路發展下來,都是堅實的腳印。計算機和以前的技術不同,計算機提升運算能力,甚至提升智力。科技的發展離不開普及,需求激發創造,懶是第一生產力。意外的是第24集還介紹了一下冷戰和消費主義。蘇聯和美國競賽(政府付錢),而日本恰好這時抓住了大眾市場。日本集成電路的發展,美國公司相繼倒閉,英特爾專心於處理器拯救了公司。短短30年,cpu從大到人可以在其中走來走去,發展到小孩都能手持的玩具,而且微處理器還快得多。兩種力量推動:政府和消費者,也就是需求。經濟學理解世界。第25集個人計算機革命,比爾蓋茨、艾倫用了1975年第一臺商業個人計算機Altair8800,並創造了BASIC程序(需要解釋器的程式語言,和編譯器一樣,只不過編譯器是即時轉換)。在一次計算愛好者聚會上,24歲的steve wozniak被Altair8800激勵,開始想設立自己的計算機,1976年5月,他向小組展示了原型機,並且把電路圖分享給感興趣的其他成員,他的設立不同尋常,要連到電視顯示,並提供文本界面,在低成本計算機上還是第一次見。賈伯斯在這時出現了,建議說與其免費分享設立,不如直接出售裝好的主板。但用戶依然需要自己加鍵盤、電源、機箱。1976年7月發售,價格666.66美元。它叫apole-l,蘋果公司的第一個產品。接著IBM也進軍微型計算機市場,推出了IBM c個人計算機,最有影響的是它使用開放式架構,有良好的文檔和擴展槽,使得第三方可以做硬體/外設,包括顯卡、音效卡、外置硬碟、遊戲控制杆以及無數其它組件。這刺激了創新,激發了競爭,產生了巨大的生態系統,這個開放架構叫IBM compatible(IBM 兼容)。蘋果最終選了相反的路封閉架構,即自己設計一切,用戶一般無法加新硬體到計算機中。意味著蘋果公司要做自己的計算機,自己的作業系統。還有自己的外圍設備,如顯示器,鍵盤和印表機。通過控制整個範圍,從硬體到軟體,蘋果能控制用戶體驗並提高可靠性。桌面隱喻、事件驅動編程。剪切、複製、黏貼也是隱喻術語。有時候因為技術過於先進,成本下不來,也就無法普及。有些人往往知道用電腦,卻不知道其原理,因為從最基本的二進位已經進行了太多抽象,就像理解世界用那些模糊不清的概念一樣,你怎麼可能奢望透過迷霧看清對面的房屋呢?所以,要理解底層的結構,才能更好的理解事物。微軟甚至將比喻用到極致,為了讓桌面更簡單友好,開發了一個產品叫Micru Bob。屏幕上有了一個虛擬房間,程序是物品,可以放在桌子和書架上,還有劈啪作響的壁爐和提供幫助的狗狗。門通往不同房間,房間裡有不同程序,但它沒有獲得成功。這是很好的例子,說明如今的用戶界面,是自然選擇後的結果。一切都必須發明,測試,改進,適應或拋棄。介紹了如何呈現3d圖像。由於要對圖形專門的處理就有了gpu圖形處理晶片(顯卡的核心)。計算機網絡。最開始是基於共享、省錢的區域網,最成功的是開發於1970年代的「乙太網」,現在還在用。因為數據共享有特定對象,於是每臺計算機也就有唯一的媒體訪問控制地址,簡稱Mac地址,多臺電腦共享一個傳輸媒介,這種方法叫「載波偵聽多路訪問」簡稱「CSMA」,載體(carrier)指運輸數據的共享媒介。乙太網的載體是銅線,wifi的載體是傳播無限電波的空氣。很多計算機同時偵聽載體,所以叫多路訪問和偵聽,而載體傳輸數據的速度叫帶寬。指數退避:因為傳播過程數量多會衝突,所以就設計了一個隨機時間(等1秒加其它時間,例如1.3,再衝突則2、4、8、16秒加其它時間),直到傳播順暢。為了減少衝突,提升效率,分為幾個「衝突域」是很好的解決辦法,網際網路也是用這種方法建立。路由、電路交換、報文交換。每臺聯網的計算機都需要一個ip地址,以點分隔的四個數字。例如172.217.7.238。將數據拆分成多個小數據包,然後通過靈活的路由傳遞,非常高效且可容錯,如今網際網路就是這麼運行的。這叫分組交換,有個好處是,它是去中心化的,沒有中心權威機構,沒有單點失敗問題。事實上,因為冷戰期間有核攻擊的威脅,所以創造了分組交換。如今,全球的路由器協同工作,找出最高效的線路,用各種標準協議運輸數據,比如「網際網路控制消息協議」(ICMP)和「邊界網關協議」(BGP)。世界上第一個分組交換網絡,現代網際網路的祖先是ARPANET。物聯網也開始興起。當計算機訪問一個網站時,需要ip地址和埠號。這樣很麻煩、不好記於是就出現了域名(與ip對應),比如google.com,有域名就有域名系統,簡稱dns,每當你輸入域名,瀏覽器就會訪問dns伺服器ip地址,如果錯了,那麼就會提示dns錯誤。牆就是阻斷了ip地址的返回,所以會出現訪問dns錯誤的提示。開放式系統互聯通信參考模型:應用程式層、表示層、會話層、傳輸層、網絡層、數據鏈路層、物理層。全球資訊網在網際網路之上運行。超文本、超連結、統一資源定位器(url)、特色404、超文本標記語言(html)。為了便捷的獲得信息,搜尋引擎漸漸興起。網絡中立性概念的提出,對比今天。網絡安全:保密性、完整性、可用性。黑客、威脅模型分析、安全架構師。不能向上讀,不能向下寫。第32集換了漂亮的白色衣服。人越發依賴計算機,黑客攻擊的方法,以後可能是網絡大戰。密碼學,實際上密碼要顧全效率和保密兩方面。又看到這位姐姐的酒窩了。講解了一些人工智慧的概念。分類、特徵、標記數據、散點圖、決策邊界(決策樹、森林)、支持向量機、算法。源自統計學,用數據做決定。最大化正確分類,最小化錯誤分類。人工神經網絡,深度學習,算法複雜,但不夠聰明,它們只能做一件事,分類飛蛾、找人臉、翻譯。弱ai(窄ai),只能做特定任務。能自動做出診斷的醫療設備,能自動駕駛,還有阿爾法狗下圍棋。不眠不休的快速學習,可以學習什麼管用,什麼不管用,自己發現成功的策略,得益於現代知識、數據的暴增。人類自身是不是一種算法?計算機視覺,圖像是像素網格,通過三種基色(紅、綠、藍)定義,通過三種顏色的強度,可以得到任何顏色,也叫RGB值。Prewitt算子,卷積神經網絡。感覺發明算法真是天才行為,抽象是構建複雜系統的關鍵。自然語言處理、分析樹、詞性、語言結構化、知識圖譜、處理、分析、生成文字、語音識別、機器學習、深度神經網絡、快速傅立葉變換(FFT)、音素識別、語言模型、語音合成。人機互動正反饋循環,越用越好,越好越用。機器人、自動機、吃飯鴨、CNC機器(計算機數控的機器,執行一連串的程序)、可編程工業機器人、負反饋迴路、無人駕駛汽車(高度依賴視覺算法)、軍事機器人、致命自主武器(倫理考量)、阿西莫夫機器人三定律。提高生產,降低成本。需要更複雜的控制邏輯,控制迴路和反饋機制,PID控制器,機器人(技術)是雙刃劍。計算機心理學,計算機為人類服務。直觀功能、心理模型、專業知識、情感交互。人是很容易受影響的,只要在你常看到的事物中加上引導傾向(心理學研究),那麼對人就會有很大的改變。所以,這對於政治、經濟都很關鍵(控制、欺騙、奴役)。遠離有害事物是一種應該遵循的規則,不要對人的自控抱太大期望。人作為一種動態的系統,很容易就被系統外的事物改變。人更願意在網上透露自己的信息,眼神注視很重要,於是出現了增強凝視的算法(視頻會議等)。計算機如何幫助學習,學習技巧,智能輔導系統,貝葉斯知識追蹤、自適應程序、教育數據挖掘、虛擬實境、未來科技、大腦下載知識。加密貨幣、無線通訊、3d列印、生物信息學、量子計算。正處於計算機的黃金年代,短短40期全面總結是不太可能的。計算無處不在,人工智慧還要走很遠的路,智能科技的失控性發展叫「奇點」,技術性失業,未來學家的思慮,超人類主義者,意識數位化上傳永生,開始再一次進化。不管如何,機器是可能超過人類,以至於億萬年後,太陽燃盡,地球成為星塵,機器人後代會繼續努力探索宇宙。只要存在自我意識,那麼機器也就有意義、價值問題,至於機器是否有自我意識,這要看未來科技的發展和制約自我意識的定律。未雨綢繆對整個人類來說是好的,對於個體就因人而異了。去了解計算機如何影響了自己、世界、生活。自信的人笑容真好看。沒人知道未來會怎樣,但長遠的看,一切都會歸於平靜,只有演化是永恆的。

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