本人计算机科学小白，有理工科基础，课程来源是《计算机科学速成课》
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文章中的图部分来源视频截图，部分自绘，使用软件：画图、亿图图示（画电路图非常方便）。
封面是旧都なぎ老师的捏人ヾ(>∀＜)(ﾉ∀｀●)⊃老师的画风真是太好看了！
1 计算机早期历史
计算机改变了我们生活中的方方面面，当今的”信息时代“。
最早的计算机器：算盘：手动计算机
能够储存数据并进行简单计算
算盘的基本变种，算盘会记录数据。
历史中，人类创造过许多计时或是处理数据的机器。
计算机先驱Charles Babbage：“随着知识的增长和新工具的诞生，人工劳力会越来越少。”
计算机：缩减工作量。一开始是一种职业，后来才用来指机器。
20世纪之前，由于手工计算机造价高昂，计算繁杂，使用预先制定好的计算表查表寻值。一旦出现数字改变，表就需要改变，非常不灵活。
分析机：“通用计算机”，即自动计算机，跨时代的概念。
根据分析机的思想，激励了许多人开始有了计算机思维、编程思想。
美国人口普查中，由于移民数字庞大，每十年的人口普查无法完成预期目标，只能使用计算机来处理数据，提高效率。于是设计了一个制表机，将人的属性，例如“已婚”，在已婚处打孔，接通电平，齿轮+1，能够大大提高效率。
计算机可以提高工作效率，尤其是在反复计算和复杂计算中。
2 电子计算机
随着科技的发展，人类进程的迈步，需求计算更高复杂度的数据，人工难以实现，需要依靠计算机完成。
最大的机电计算机之一：哈佛马克一号，1944。“大脑”是继电器，通过控制继电器的开关来控制电子电路的断开与连通。但是机械臂自身有重量，难以满足速度的要求。在使用中，会发生齿轮磨损，部件损坏，故障概率增加，为了正常使用的寿命太短。
“bug”：当初在哈佛马克一号维修继电器时，曾拔出一只死虫子，称之为bug（虫子），这就是bug的来源。
继电器的替代品：热电子管
热电子管：将两个电极装在一个气密的玻璃灯泡里，真空管。其中一个电极可以加热从而发射电子，称为“热电子发射”。另一个电极会吸引电子，形成“电龙头”的电流。但是需要带正电。
改进为三级真空管：加入正电连通，加入负电阻止电子流动，可以控制线路。
计算机从机电转向电子。
巨人一号：由真空管构成。第一个可编程的电子计算机。
1950年，真空管到达了极限。
新的替代品：晶体管。
全新的计算机时代。
晶体管：有两个电极，电极间有一种材料（半导体）隔开它们，控制导电或不导电。控制晶体管的是一个“门”电极，通过改变“门”的电荷，来控制电流是否允许流动。
体积小，制作低廉，性能更好，工作寿命长，计算机开始步入普通家庭。
常用的半导体材料是“硅”，这也是硅谷的名字来源。
3 布尔逻辑和逻辑门
计算机起初是机电设备，利用十进制计数。后来使用晶体管后，计算机有了“开/关”两种状态，只使用两种也可以表达信息，叫做二进制。
只需要true和false两种状态，写作0或1。
早期计算机有三进制，甚至五进制，但是状态越多，越难区分信号，信号还容易混在一起，使得精确度下降。但是如果使用二进制，就变得便于区分。
数学方面有基础理论，专门处理“真”和“假”，解决了法则和运算，叫做“布尔代数”。
平常接触过的数学是有着数值的加减，但是布尔代数里变量的值是true和false，能进行逻辑操作。
布尔代数中的基本操作是：NOT, AND, OR
NOT：将布尔值反转
设计电路，使得输入为ON时，电流可以流过并接地，输出就没有电流，输出为OFF。
AND：只有两个输入都是true，输出才是true
OR：只要一个是true，结果就是true
A或者B是ON，输出就是ON。
门的画法
XOR：异或。与OR区别在于两个输入都为true时，输出为false
4 二进制
十进制是基于10
二进制是基于2，以此类推
8-BIT：8位，最多只有256种颜色。
8位作为一个单位：字节
1字节=8位，即1 bytes = 8 bits
KB：千字节，MB：百万字节，GB：十亿字节，TB：八万亿字节
二进制里，1 千字节 = 2的10次方 = 1024字节
为了表示正负，一般利用第一位，1是负，0是正，剩下31位表示数字。但是32位仍然不够用，进而有了64位。
为了方便在数亿个字节中寻找数据，标记为“位址”。
浮点数：IEEE 754，使用科学计数法来存十进制数。
32位浮点数：第一位表示正负，然后八位是存指数，后面的32位存有效数字。
计算机使用数字来表示字母，ASCII法，七位代码，足够存128个不同值。将大小写字母和符号进行表示。但这种方法仅适用于字母。
为了解决亚洲中文和日文的问题，诞生了Unicode，统一了所有编码的标准，它是16位的，对所有语言都足够。
5 算术逻辑单元
ALU：计算机里负责运算的组件
ALU有两个单元，一个算术单元和一个逻辑单元。
算术单元：负责计算机里所有数字操作。
使用逻辑门表示加法，两位输入，0+0=0,0+1=1,1+0=1，与XOR一致，但1+1=10（二进制），需要有“进位”。
可以使用AND门来解决“进位”，加到电路中，即半加器。
但是半加器只能运算1+1及其以内的，往上就需要全加器。
全加器有三位输入，最大可以计算到1+1+1，组合半加器，再使用一个OR门检查进位是否为TRUE，就可以做成一个全加器。
再将全加器作为一个部件，将ABC三个输入加起来，输出“总和”和“进位”
有了新组件后，可以相加两个八位数字。
制作八位加法器，使用一个半加器和七个全加器，叫做8位行波进位加法器，最后一个全加器有一个进位的输出。
如果第九位，即进位是TRUE，代表两个数字和太大了，超过了八位，此时称之为：溢出。
溢出：两个数字的和太大了，超过了用来表示的位数，会导致错误和不可预期的结果。
为了不溢出，需要更多的全加器，来操作16或者32位数字。但是缺点是需要很多逻辑门，而且进位需要花费一些时间。
现代计算机使用的是超前进位加法器，设定好了一些操作。但是简单的ALU没有乘法，做到乘法的方式是使用多次加法。
乘法电路比加法更复杂，需要更多逻辑门。
逻辑单元：执行逻辑操作。能做简单的数值测试，比如分辨输入数值是否为0。
8位ALU可以用一个V型图像表示。“1000”代表加法命令，“1100”代表减法命令。
可以输出FLAGS，使用零标志可以判断两个数字是否相等（A-B=0），负标志可以判断两个数字的大小（A-B为正or负），使用溢出标志可以看出数值是否溢出。
