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1.至親密友

1.1 編碼是什么?

一種用來在機器和人之間傳遞信息的方式
編碼就是交流

1.2 生活中的編碼方式:

聲音
對任何能聽見我們的聲音并理解我們所說的語言的人來說,我們發出的聲音所形成的詞語是一種可識別的編碼.
書面語
手語
聾啞人

1.3 為什么需要各種不同的編碼?

我們使用各種不同的編碼來為我們自己的交流服務,因為有些編碼有時比其他編碼更便捷.
如果一種編碼可以用在其他編程無法取代的地方,那么它就是一種有用的編碼.

1.4 那么人類如何與計算機溝通?

不同類型的信息需要它們各自的編碼.

1.5 如何增加溝通效率?

縮減編碼的數字為2.

為了使編碼發送的速度最快,你可以把

莫爾斯編碼口語版把講話內容縮減到只剩下2個聲音.
文字簡化成點和劃

事實上,兩個不同的事物,只要經過適當的組合,就可以表示所有類型的信息.

2.編碼與組合

2.1 發展史：

莫爾斯編碼其實是伴隨著電報機的問世而被發明的。
正如通過研究莫爾斯碼我們可以很方便地理解編碼的本質一樣，通過電報機來了解計算機硬件也是個不錯的途徑。

2.2 莫爾斯碼可以表示的字數：

點和劃的組合可以表示任何你想要的任意數目的碼字。

2.3 二進制碼：

莫爾斯碼也被稱作二進制碼（Binary Code），因為這種編碼的組成元素只有兩個————“點”和“劃”。
類似硬幣，只有正反面。
二元對象（like硬幣）和二進制碼（like莫爾斯碼）常常使用2的乘方來進行描述

2.4 組合分析

關于二進制編碼的分析工作，其實是數學的一個分支，稱作“組合學”或“組合分析”。
傳統意義上來說，因為組合分析涉及類似像扔硬幣，擲骰子等需要對其組合數目進行推算的問題，所以它經常被應用到概率和統計學中。

3.布萊葉盲文與二進制碼

3.1 布萊葉盲文是什么？

3.2 布萊葉盲文特點？

數字標示符和取消“數字標示狀態”的字母標示符，改變了后面編碼的意義（字母->數字，數字->字母）。

這些編碼通常被稱為“優先碼”（precedence codes）或者”換擋碼“（shift codes）。它們改變作用域內編碼的含義，直到作用域結束

代碼大全2 里面有提到作用域，作用域就像變量在程序中的知名度

逃逸碼（escape codes） ：讓你“逃離”對編碼串單調的，一成不變的解析，而轉入一種新的解析方式中。

3.3 盲文與Binary Code有啥聯系？

盲文中的點碼都是二進制的。一個單獨的點不是平的就是凸起的。

4.手電筒的剖析

4.1 一些原理：

研究電流工作原理的、最主流的科學理論叫做“電子理論”，這套理論認為電流是由電子的運動而產生的。
電流產生的原因：一個原子中電子的數目一般情況下與質子數目相同。但在某些情況下，電子可能從原子中脫離。
電路中，某原子所含有的一個電子逃逸到它相鄰的下一個原子中，與此同時，這個原子又從相鄰的上一個原子中獲取一個電子，而失去電子的原子又會從與其相鄰的一個原子獲得電子，如此循環，電路中的電子不斷地從一個原子移動到下一個原子，就形成了電流。

4.2 手電筒與二進制的聯系？

開關：閉合&斷開
電流：有&無
燈泡：亮&不亮
就像二進制碼一樣，沒有介于兩者之間的狀態。
二進制碼與電氣電路之間有很大的相似性。

5.繞過拐角的通信

5.1 與鄰居的微型發報系統：

使用導線，我們不僅可以構建出一個可以繞過拐角的、能夠在視角之外的發報系統，而且無需受距離的限制。我們可以跨越成千上百英里來進行通信，只需鋪足夠長的線路即可。

5.2 現實難題：如何做出很長的導線？

在150年前，人們在鋪設第一個跨越美洲和歐洲的電報系統時，這些都是面臨的問題。如果忽視了線路直徑和高電壓的因素，電報線路將完全無法持續工作。
根據設計方案，系統距離跨度的極限是200英里。這個長度與紐約和加利福尼亞數千里的距離相比，還是有很大差距的。

茨威格《人類群星閃耀時》里面鋪海底電纜那個？

這個難題的解決方案——不是給手電筒，而是給“滴滴答答”的近代電報系統的————盡管它只不過是個很簡陋的裝置，但是正是基于這個裝置，整個計算機系統才被構建出來。

6.電報器與繼電器

6.1 通訊的歷史背景：

19世紀早期，人們可以進行即時通訊或遠距離通信，但是不能同時做到這兩點。即時通訊受聲音傳播距離的限制，或者受視野的限制。使用信件可以進行更遠距離的通信，但是寄信耗費的時間太多，并且需要馬匹、火車或輪船。

6.2 怎么提高遠距離通訊的速度？

使用電報（telegraph，遠距離書寫）

6.2.1 電報機的原理：

在線路的這一端采取一些措施，使線路的另一端發送某種變化。

理論基礎：

利用電磁現象。
電磁鐵是電報機的基礎。
在線路的一段閉合或斷開開關，可以使線路另一端的電磁鐵有所動作。

6.2.2 傳統電報機中發送信息的電鍵：

6.2.3 傳統電報機中的接收器：

6.2.4 電報機模型：

電報機的發明標志著現代通信的開始。
人們第一次能夠在視線或者聽力之外的距離范圍進行實時交流，而且信息傳遞速度很快。
更耐人尋味的是，這個發明使用了二進制碼。
但是在后來的電子和無線通信（包括電話、無線電、電視）所使用的通信模式中，二進制碼被廢棄了，
直到后來它又被應用在了電腦、光盤、數字影碟、數字衛星電視廣播和高清電視上。

6.3 怎么解決長導線帶來的大電阻的問題？

設置一個中繼系統。

6.3.1 中繼系統原始模型：

6.3.2 繼電器：

繼電器是一個意義非凡的設備。
它是一個可由電流控制的開關。
實際上，使用它，甚至可以裝配好一臺近乎完整的計算機來~

6.3.3 中繼系統最終模型：

在使用繼電器之前還要學會如何計數。

7.我們的十個數字

語言只不過是一種編碼。
數字似乎并不是那么容易隨文化的不同而改變。
數字是我們平常所能接觸到的一種最抽象的編碼。

十進制系統：

大多數文明都是建立在以10為基數的數字系統上的（有時候是以5為基數）

在這個意義上，以10為基數或使用十進制數字系統完全是隨意的。

如今我們所用的數字系統通常被稱為阿拉伯數字，也可以稱為印度-阿拉伯數字系統。

阿拉伯數字系統的特點

數字和位置有關：一個數字的位置不同，其代表數量也不同。
沒有代表10的專門符號
多了新符號“0”

十進制計數系統易于計數，但是不適用于每種情況，比如對卡通人物沒有任何意義。

8.十的替代品

8.1 八進制系統：

8.2 四進制系統：

8.3 二進制系統：

特點：

二進制最大的問題就是數字用完得很快。
二進制數的長度增長得很快而非數值增大得快。

通過將數字系統減少至只有0和1兩個數字的二進制數字系統，已經是最簡單的數字系統了。

二進制數字系統在算術與電子技術之間搭起了一座橋梁。

電線：有電則1，無電則0

二進制數與計算機之間有著緊密的聯系。

9.二進制數：

你可以選擇很多方法來表示“是”或者“不是”。
不需要用一句話、一個單詞甚至一個字母來表達。
你需要的是一個比特，也就是只需要一個0或1即可。

就如前面提到的，十進制與其他數字系統相比并沒有什么不同，只是我們通過使用它來計數。

但是，二進制系統有特殊性：

它是人們所能得到的最簡單的數字系統

9.1 bit的意義：

本義：

bit(比特)代表binary digit(二元數字)

一般的意義：

“一小部分，程度很低或者數量很少”

1bit ———— 一個二進制數字位 ———— 確實是一個非常小的量。

在計算機時代里的意義：

bit被看做是組成信息塊的基本單位

9.2 為什么要用二進制數來傳達信息？

二進制數不是傳達信息的唯一方法。字母、單詞、莫爾斯碼、布萊葉盲文和十進制數均可以。

關鍵：

bit所傳遞的信息量極少
1bit 是可能存在的最小的信息量，任何低于1bit內容都根本算不上是信息。

信息是指多個可能性中的一種。
所有可以被轉換成對兩種或多種可能性的選擇的信息，都可以用比特來表示。

利用二進制表示信息的一個額外的好處：

我們可以清楚地知道我們是否已經想到了所有的可能性

9.3 bit在日常的體現：

通用產品代碼（UPC，Universal Product Code）：

整個UPC只不過是一串95位二進制數。

9.4 bit的總結：

bit可以表示文字、圖片、聲音、音樂、電影，產品編碼、膠片速度、影評結果、英國軍隊的入侵，以及心愛之人的意圖。
但是，從根本來說，bit是數字。

在用Bit表示其他信息的時候，我們所要做的就是計算有多少種可能性。
這決定了我們需要的比特位數，以便每種可能性都可以分配到一個編號。

bit在邏輯學中也很重要。
邏輯學是哲學和數學的奇特融合，其主要目的就是確定某個陳述是真（1）還是假（0）。

10.邏輯與開關

10.1 布爾代數:

對于古希臘人而言,邏輯是追求真理的過程中使用的一種分析方法,是一種哲學形式.

而布爾認為可以找到一種數學形式來描述邏輯,因此發明了布爾代數.

布爾把代數從數的概念中抽離出來使其更加抽象
在布爾代數中,操作數不是數字而是類(class)
一個類就是一個事物的群體,后來也被稱為集合(set)

10.1.1 布爾代數的符號:

+: 表示兩個集合的并集
x : 表示兩個集合的交集
1 : 全集
0 : 空集

10.1.2 布爾代數與傳統代數的最大區別:

F x F = F

布爾代數:
母貓和母貓的交集依然是母貓
傳統代數:
該式子不成立

10.2 布爾代數與電路的聯系:

布爾代數可以用開關,導線和燈泡組成的電路來實現.

10.2.1.AND運算---串聯電路

10.2.2.OR運算---并聯電路:

10.3 歷史背景:

在19世紀,沒有人將布爾代數中的AND和OR同線路中的開關串聯及并聯關聯到一起.
甚至連計算機革命的偶像式人物查爾斯-巴貝奇也沒有,他與布爾處在同一時代并且了解布爾的工作.巴貝奇先設計了差分機和分析引擎,這些在一個世紀之后都被看做是現代計算機的前身.
其實可以根據一臺電報器來創建計算機,而非使用齒輪和杠桿來實現計算.