自我介绍与学习记录

这个作业属于哪个课程 https://edu.cnblogs.com/campus/fzzcxy/2023learning
这个作业要求在哪里 https://edu.cnblogs.com/campus/fzzcxy/2023learning/homework/12898
这个作业的目标 先了解计算机基础知识，为以后学习打下基础

自我介绍

大家好，我叫葛苏林，来自江苏徐州，性格较为外向，爱好就是听音乐，在学校时也会偶尔去跑步

我原专业为食品科学与工程，做的唯一好的地方便是把每一个课程都认真对待，全部科目都及格了；做的不好的地方便是重要的科目，如高数、英语、PYTHON没有考到高分。

目前学的计算机知识就只有上学期学的PYTHON与计算机导论课中的内容

在这个寒假以及之后的一个学期，我会认真跟上计算机系的脚步，主动预习下学期要学的内容，如c语言等。

转入计算机专业原因如下：1.原专业就业不适合于徐州，在徐州找不到较好的岗位 2.计算机应用普及范围更广，岗位更多，薪资也更可观 3.代码不会骗人

对于未来的就业，我想应该学校的内容应该是远远不够的，而目前来看当一个普通程序员虽然赚的多，但是难免有中年危机；算法岗位又太卷，本人竞争力不够；目前市场上较好找工作的就是嵌入式工程师，学c++、c#。

电子计算机

  • 生产半导体最常见的材料是硅

布尔逻辑和逻辑门

  • 二进制也可以写成1和0，true或false，只是不同的表达方式罢了。

  • 用二进制的原因：

  1. 避免用电器相互干扰
  2. 有一整个数学分支存在，专门处理“真”和“假”

  • 可以像水龙头一样，把控制线当做输入（input），底部的电极当做输出（output），所以1个晶体管，有一个输入和一个输出，如果打开输入（input on），输出也会打开（output on），因为电流可以流过;如果关闭输入（input off），输出也会关闭（output off），因为电流无法通过。

  • 用not时：

  • 用and时（有2个输入，1个输出）：

  • 用or时：

  • xor（与or不同）：

（xor：两个输入一样时，输出为false;两个输入不同时，输出为true。）

二进制

  • 非整数，如12.7和3.14，这叫“浮点数”，因为小数点可以在数字间浮动。有好几种方法来表示浮点数，如：IEEE 754标准（类似于科学计数法）

  • 计算机可以用数字表示字母，如ASCII

（“a”是97，“A”是65，“：”是58，“）”是41）

  • unicode————统一所有编码的标准，解决了不同国家不同标准的问题，用一个统一编码方案，最常见的是16位的，有超过一百万个位置。

逻辑运算单元

  • 有三个输入：A,B,C（都是1bit).

  • 溢出：指两个数字的和太大了，超过了用来表示的位数，会导致错误。

  • 计算机的“算术逻辑单元”：ALU，是计算机的数学大脑。

  • ALU有两个单元：1个算术单元和1个逻辑单元。

算术单元：负责计算机里所有数字操作。

逻辑单元：执行逻辑操作

  • 半加器：由XOR和AND两个逻辑门构成

有两个输入：A和B都是1位;两个输出：“总和”和“进位”。

  • 用两个半加器做一个全加器：

全加器相当于是计算3个位（A、B、C）的和。因此，进位输出的规律为：3个数中如果有2个或者以上的数为1时，“进位”位就为1。或的运算规则是有一个1，结果就是1

  • 8位行波进位加法器：

（最后一个全加器有“进位”的输出）

  • 8位ALU像一个“V”

寄存器&内存

  • AND-OR锁存器

如果“设置”和“复位”都是0，电路会输出最后放入的内容，存住1位的信息。

  • 8位寄存器：

用一根线链接所有“允许输入线”，将其设为1，然后用8条线发数据，再将“允许写入线”设为0，8位的值就存起来了。

  • 在矩阵中，可以解决数据线过多的问题

要启用某个锁存器，就打开相应的行线，列线和允许写入线（门锁），用and选择一个锁存器，三个线都是1，每次只有一个锁存器会这样，这时候就可以只用一根数据线连所有锁存器传数据，但只有一个锁存器会启动，只有这个会存数据。其他锁存器会忽略数据线上的值，因为没有“允许写入”，用类似技巧，在一个锁存器上做“允许读取线”来存数据。

  • 对于256位的存储，只要35条线：1条数据线，1条允许写入线，1条允许读取线，和16行16列的线（16+16）用于选择一个锁存器。（在矩阵的情况下）

  • 内存：有8位地址（4个代表列，4个代表行），有允许写入线和允许读取线，和一条数据线（用来读/写数据）。就像人类的短期记忆，记录当前在做什么事。

指令和程序

  • 可以给cpu支持的所有指令分配一个ID，用前四位存操作代码（opcode），后四位可以来自寄存器或内存地址。

还需要两个寄存器来完成cpu：

  1. 指令地址寄存器：一个寄存器追踪程序运行到哪里了，存当前指令 的内存地址。
  2. 指令寄存器：存当前指令。
  • 取指令阶段：

将指令地址寄存器连到内存，寄存器值为0，因此内存返回地址0的值，原来的数据（00101110）会复制到指令寄存器中

  • 解码阶段：

    前四位（0010）是LOAD A指令：把RAM的值放入寄存器A。

    后四位（1110）是RAM地址，转成十进制是14。

接下来，指令由”控制单元“解码，要一个电路来检查操作码是不是0010.

  • 执行阶段：

用检查是否为LOAD A 指令的电路，可以打开RAM的允许读取线，把地址14（1110）传过去。RAM拿到值，14对应着0000 0011，十进制的3，把这个值只放到寄存器A，其他寄存器不受影响，所以用一根线把RAM连到4个寄存器，用检查是否为LOAD A 指令电路，启用寄存器A的允许写入线，将RAM地址14（1110）的值，放入寄存器A。

指令完成之后，可以关掉所有线路，去拿下一条指令，把指令地址寄存器+1，执行阶段就此结束。

  • 时钟：以精确的间隔，触发电信号，控制单元用这个信号，推进CPU的内部操作。

可以通过调高或调低始终频率来实现超频或降频。

  • 内存的四个指令：

  1. LOAD_A:从内存的地址14中拿到数字X，放入寄存器A
  2. LOAD_B:从内存的地址15中拿到数字X，放入寄存器B
  3. LOAD_A：告诉ALU，把寄存器B和寄存器A数字加起来，结果存在第二个寄存器
  • 还存在其他的指令：

4.SUB：减法，和add一样要2个寄存器来操作。

  1. JUMP：跳转到新位置 （JUMP 0可直接跳回开头）

  2. JUMP_NEG:在ALU负数标志为真时，进行JUMP。

  3. HALT:停止（以防CPU处理内存中的0时电脑崩掉，因为0不是操作码）

高级CPU设计

  • CPU中存在缓存（cache）， RAM向CPU传数据时不用传一个，可以传一批，数据可以存在于缓存中。

有时缓存和RAM不一致，必须记录下以后要同步，因此缓存里每块空间有一个特殊标记叫脏位。

当缓存满了而CPU又要缓存时，清理缓存之前，会先检查脏位，如果是“脏”的，在加载新内容之前，会把数据写回RAM。

  • 指令流水线：

采用“并行处理”进一步提高效率，不同任务重叠进行，同时用上CPU里所有部分。（要先弄清数据依赖性）

部分CPU会使用“推测执行”：等待JUMP指令时会提前把指令放进流水线。

集成电路&摩尔定律

  • 晶体管标志着“计算2.0时代”的到来

  • PCB：可大规模生产，无需焊接或用一大堆线，通过蚀刻金属线的方式，把零件连接到一起。

  1. 硅是做晶体管的绝佳材料，可用晶圆做基础，把复杂金属电路放上去，集成所有东西。
  2. 在硅片顶部加一层薄薄的氧化层，作为保护层，加一层光刻胶，其被光照射后会变得可溶，可洗掉，和“光掩模”配合使用很强大
  3. 将光掩模盖到晶圆上，用强光照射，挡住光的地方光刻胶不会变化，光照到的地方，光刻胶会发生变化，洗掉之后暴露出氧化层。
  4. 用另外一种酸，可洗掉“氧化层”露出的部分，蚀刻到硅层
  5. 用掺杂来影响暴露出的硅，改变电学性质。
  • 摩尔定律：集成电路上可以容纳的晶体管数目在大约每经过18个月到24个月便会增加一倍。

早期的编程方式

  • 约瑟夫 玛丽 雅卡尔发明了可编程纺织机，每一行的图案由可穿孔纸卡决定。
  • 穿孔纸卡用于1890年美国人口普查。
  • 面板编程

编程语言发展史

  • 汇编器：读取用“汇编语言”写的程序，转成“机器码”
  • 编译器：专门把高级语言转为低级语言，比如汇编或机器码

编程原理-语句和函数

控制流语句的程序的执行顺序要更加灵活。

if：像岔路口，走哪条路取决于表达式的真假，表达式又叫条件语句

while：当while条件为真时，代码会重复执行

for：不判断条件，判断次数，会循环特定次数

算法入门

  • 归并排序：
  1. 原有8个数组，检查数组大小是否>1，如果是，把数组分为两半，但依然大于1，再分成大小是2的数组，最后变成8个数组，每个大小为1，现在可以归并了。
  2. 从前两个数组开始，读第一个值，把小的放前面，大的放第二位，成功合并了两个数组。
  3. 重复这个过程，按序排列，多归并几次。

归并排序的算法复杂度是O(nlog n)，n是需要 比较+合并 的次数，和数组大小成正比。*

  • Dijkstra：总是从成本最低的节点开始

数据结构

  • 下标是从0开始计算的，下标5是数组中第6个数
  • 字符串：由字母，数字，标点符号等 组成的数组
  • strcat：接收两个字符串，把第二个放到第一个结尾
  • 结构体：多个变量打包在一起，存结构体的数组，和其他数组一样，创建时有固定大小，不能动态增加大小
  • 节点：存在一个变量， 一个指针，指针：一种特殊变量，指向一个内存地址。用节点可以做链表，是一种灵活数据结构，能存很多个节点，灵活性是通过每个节点指向下一个节点实现的

如果节点改成2个指针，就能做树，最高的节点叫根节点，根节点下所有节点都叫子节点，任何子节点的直属上层节点叫母节点，没有任何子节点的节点，叫叶节点，这样的节点最多只可以有2个子节点，因此叫二叉树。

阿兰 图灵

  • 发明了简单又强大的数学计算模型

  • 证明了计算是有极限的，起步了可计算性理论

  • 创造出Bombe，大幅减少了搜索量，有利于破译人员，对二战的胜利有重要作用

软件工程

  • 代码太多：把函数打包成层级，把相关代码放一起，打包成对象（objects）

  • API：程序编程接口

面向对象的编程语言可指定函数是public或private，来设置权限

  • IDE：集成了很多有用功能帮助写代码，整理，编译和测代码，叫集成开发环境

写代码别忘写注释

学习心得

从硬件到软件，从基础到成品的应用，我不得不感叹于人类的伟大智慧，目前对于计算机历史与硬件基础有了些许了解，对于日后的学习过程中肯定也多了一些理解。

评论区阅读心得

评论区大多数是和我一样的计算机系的学生，大家都在评论区分享自己的感想，学习内容和笔记，对知识有着清晰的认可。

posted @ 2023-02-08 21:33  1st-driver  阅读(80)  评论(1)  编辑  收藏  举报