本周，我们每天都在使用电脑——在工作中，在家里，与朋友聊天或听音乐——但是电脑究竟是如何工作的，它们的内部是什么，以及未来的电脑会是什么样子?我们将浏览计算机的过去、现在和未来，并掀开电脑的盖子，看看它是如何工作的……
本周音乐来自:https://www.bensound.com
在这一集里
让我们见见小组成员
与Jeffrey Salmond -剑桥大学，Sophie Wilson - Broadcom, Tim Cutts - Wellcome Sanger研究所，Alan Blackwell -剑桥大学，Noa Zilberman -剑桥大学，Chris Folkerd - UK Fast
克里斯·史密斯(Chris Smith)和蒂姆·雷维尔(Tim Revell)介绍了计算机专家小组，他们加入了我们的行列，对计算机的比特和字节进行分析。首先是剑桥大学IT服务部的研究软件工程师杰弗里·萨尔蒙德，他与一台超级计算机打交道。克里斯问杰弗里什么是超级计算机……
现代超级计算机基本上就是把普通计算机连接在一起的集合。
克里斯:你的电费是多少?
杰弗里-我们用了大约一兆瓦的电。我不知道那是多少英镑……
克里斯-真让人流泪!你能用它解决什么样的问题?
Jeffrey -我们可以解决一些相当大规模的问题，比如模拟大的物理问题，比如星系碰撞，或者模拟任何一种物理现象，直到亚原子粒子。
克里斯-这么大的想法。蒂姆?
蒂姆:和我们一起的还有博通公司的计算机科学家索菲·威尔逊。你参与了ARM微处理器的开发，这是有史以来最重要的处理器之一。为什么呢，索菲?
我们在1983年设计的。在这中间的35年里，我们已经卖出了1200亿个由ARM微处理器驱动的芯片。
蒂姆:它们被用在什么事情上?
苏菲:他们被用在任何事情上。你会知道它们在你的手机里，但它们在其他地方也无处不在。它们会污染你接触到的所有东西!
克里斯-我认为股价可能已经暴跌了，你不这样认为吗，苏菲?稍后将为您带来详细报道。
蒂姆·卡茨(Tim Cutts)是威康桑格研究所科学计算部门的负责人。人类基因组的很大一部分就是在那里被破译的。但是蒂姆，DNA和计算机有什么关系?
蒂姆:为了研究人类基因组及其对疾病的影响，以及我们如何提供帮助，我们需要收集大量的人类基因组，并将它们相互比较，这是一个巨大的计算问题。
Chris -所以它实际上只是存储数据;你有多少信息需要打包和比较?
Tim -存储和分析。
Chris -大问题。蒂姆?
和我们一起来的还有在剑桥大学计算机实验室工作的Alan Blackwell。艾伦，现在的计算机图形学有多好?
艾伦:他们比我刚入行时好多了!我的第一个图形项目涉及到从电脑背面出来的图形在纸上。
太棒了!它们现在会是什么样子?
艾伦:当然，现在我们对虚拟现实和增强现实非常兴奋。这些东西要么让我们相信我们生活在一个不同的世界，要么让我们的世界看起来和现在不一样。
克里斯-诺亚·齐伯曼也在这里。她来自剑桥计算机实验室，专攻网络和操作系统。现在，世界上有多少数据在移动，有多少信息在全世界的计算机中流动?
诺亚-数字真的很疯狂。目前最快的网络设备可以在不到一秒的时间内处理完《权力的游戏》的所有季节。
克里斯-这是好事吗?你想同时看吗?
蒂姆:哈哈。克里斯·福克德(Chris Folkerd)是总部位于曼彻斯特的UKFast的企业技术总监。克里斯，什么是UKFast?
Chris F -我们是英国最大的云提供商之一，我们为世界各地的企业提供大量的计算机资源。
蒂姆:他们能用计算机资源做什么?
克里斯F-任何想要的真的。它使他们有能力用大型计算机做大量的事情，否则他们在办公室里负担不起。
克里斯·S -非常感谢。你们已经听过了我们将要与之交谈的一组人，因为我们在计算机世界中走过了一段路，包括它的过去，它的现在，希望还有它的未来。
建立一个PC -电源
尼克·巴特汉姆-剑桥大学
“裸体科学家”凯蒂·海勒在剑桥大学计算机科学与技术系的尼克·巴特汉姆的帮助下，接受了制造台式电脑的挑战。步骤1 -连接电源…
尼克:这是大多数人桌子下面的黑盒子。
凯蒂:我可以看到一边有一个扇子，中间是一个绿色的大电路板，上面有很多东西。
尼克:是的，没错。盒子背面的风扇是为了帮助冷却，这是盒子的一部分。你在底部看到的绿色大板是我们所说的主板。它是一块大约30平方厘米的印刷电路板，在这块电路板上，你可以连接微处理器、RAM和外设卡，比如显卡。主板使所有这些组件之间的通信，它也允许您连接外部组件，如硬盘或CD/ROM通过合适的电缆。
凯蒂-我们需要电源，对吧?
尼克:没错。
凯蒂:为了做任何事情，我们都需要一些电源，那么电源在哪里呢?
尼克-这是电源。
凯蒂:这是一种灰色的盒子，还有一个风扇，以确保东西不会过热，然后有一大堆电缆从它的后面出来。
尼克-是的。电源将每个人家里的普通电源转换成适合驱动电子设备的电压水平;大约是12伏，5伏，有时也有3.3伏，当然，你也需要接地。这就是所有这些不同颜色的电缆:黄色代表12伏，黑色代表接地，红色代表5伏，橙色代表3.3伏。
凯蒂-我们能放进去吗?
尼克:当然。
一台电脑要消耗多少能源?
杰弗里·萨尔蒙德，剑桥大学
一台电脑要消耗多少能源?克里斯·史密斯问研究软件工程师杰弗里·萨尔蒙德……
杰弗里:我们的计算机是英国最大的学术计算机，非常大，在世界排名大约是第70位。所以它很大，但不是最大的。
克里斯:当一个人开始调试或建造一台计算机时，它是如何工作的?你会怎么做呢?
杰弗里:也许使它成为超级计算机而不仅仅是一台计算机的最重要的一点是，我们有这么多台计算机一起运行，同时解决一个问题，这意味着它们需要一个快速的网络将它们连接在一起。
Chris -当你说你让它们一起工作时，如果这是一个问题，你怎么能以这种方式将问题分配给许多计算机呢?
杰弗里-这是件很难的事。这需要在硬件层面和编写在这些计算机上运行的软件的人做大量的工作。
克里斯:如果我想模拟宇宙，为什么用你这样的超级计算机比我的台式电脑更好呢?
Jeffrey -要模拟宇宙这么大的东西，你需要很大的内存。你的台式机可能有几gb的内存，而我们的大型计算机可能有好几tb的内存，你可以一次使用所有的内存。
Chris -但关键的是，你的电脑能上Facebook吗?
杰弗里-实际上可能不会。
Chris -这是一个有点愚蠢的问题，但我想说的是，你电脑上运行的操作环境和你只使用Windows或Mac之类的操作环境有什么不同吗?
Jeffrey -它不运行Windows或Mac，但它运行Linux，这有点小众。它可以像Windows一样用作桌面环境。
克里斯:使用超级计算机比使用台式电脑效率高多少?因为我想，解决问题的一种方法是，我可以说服蒂姆和这个房间里的其他几个人把他们的电脑借给我，然后像你一样把它们连接在一起。我们可以用这种方式把我们的问题散布到全世界因为人们确实是这样做的，不是吗?IBM和社区世界网格一起做这个，我想它叫世界网格，对吧?
杰弗里-是的。
克里斯:那为什么要有你这样的超级计算机呢?
Jeffrey -一些问题:我认为折叠在家里的问题是一个著名的例子，在这个例子中，很容易在全球的playstation网络上读到。但他们能够做到这一点是因为每个工作单元，在这个例子中，计算蛋白质如何折叠的工作单元很容易从其他工作单元中分离出来。你可以模拟蛋白质A的折叠方式独立于蛋白质B的折叠方式但并不是所有的模拟都是如此。
例如，如果你试图模拟天气，剑桥的天气将与伦敦的天气密切相关。如果计算机A模拟的是剑桥地区，而计算机B模拟的是伦敦，那么这两者就需要能够非常有效地进行通信。
克里斯:你是如何保证他们的安全的呢?你会不会成为黑客攻击的目标?他们要么试图窃取你正在处理的东西，要么窃取你的计算时间，这样他们就可以用你的优秀的计算机为他们解决一个大问题，比如，他们可能会在制造比特币方面领先一步，比如，比特币目前很流行，不是吗?
Jeffrey -超级计算机将是获得大量比特币的绝佳资源，所以我们必须非常注意人们想要这样做。大学里的任何东西都不断受到来自世界各地的人的网络攻击。我们的设施和其他地方没有什么不同。
Chris:你不会想自己挖矿挖几个比特币吧?
杰弗里-还没有。
克里斯-反正你也不愿意在直播中承认……
过去的电脑
与杰森菲茨帕特里克-计算历史中心，剑桥
对于我们中的许多人来说，高分辨率、彩色的屏幕是任何电脑的关键部分——无论是智能手机、笔记本电脑还是台式电脑。但情况并非总是如此。在剑桥计算机历史中心的杰森·菲茨帕特里克的帮助下，凯蒂·海勒回到了过去，见到了一些过去的计算机……
Jason -我叫Jason Fitzpatrick，是计算机历史中心的首席执行官。
我们更多地关注家庭计算机，计算机开始成为我们生活的一部分。我们有一台1963年的机器叫做艾略特903。这是一台没有中央处理器的计算机，没有微处理器。
凯蒂:说实话，在我看来，它一点也不像电脑。它是一个巨大的盒子，看起来有点像冰箱之类的东西，里面有架子，架子，架子上放着电子元件。它们是晶体管吗?
杰森-是的。它们是晶体管，没错。
凯蒂-它是如何工作的;如果它没有处理器怎么办?
杰森:这就是为什么要展出它;这是一个有趣的故事。大多数人认为计算机有一个微处理器，很明显，现代计算机是这样的。但是，什么是微处理器呢?它只是一个半导体，上面有成千上万个，实际上是数十亿个晶体管，它们都缩小成硅，然后它们形成了处理器，机器的大脑。实际上，如果你往回走，理论上你可以只用晶体管制造一台计算机，这就是这台机器。
凯蒂-晶体管在做什么?
杰森-简单地打开和关闭。大多数人都知道，计算机处理的是二进制——1和0。事实上，我们说的是1和0，但对计算机来说，它甚至不是1和0。它不知道1和0是什么，它知道有电信号还是没有电信号。
凯蒂-那么开/关?
杰森-没错。断断续续。我想，这台计算机大约有2500个晶体管组成了处理器。它就像是一个处理器，如果你把所有的晶体管都缩小，就能制造出我们今天所知道的微处理器。
从这里开始，埃利奥特号上的晶体管，被封装成小芯片——逻辑芯片——一个逻辑芯片上可能有100个晶体管。但是，随着我们在制造逻辑芯片方面做得越来越好，我们可以在那里得到更多，然后我们开始在一个芯片上拥有整个计算机，整个艾略特。这让我们可以做更多的事情，所以你可以有很多这样的芯片，制造一个更强大的机器。
凯蒂-那这是什么?
这是我们的80年代，我们称之为8字节80年代。我要选的是辛克莱zx81。
凯蒂-它很小。它只是一个黑色的方块，上面有一个很小很小的键盘，还有一个显示器，看起来非常老派。
杰森-这是电视。
凯蒂-这是电视?哦，哇，好的。
杰森-你有1k的内存。现在穿这么短的衣服都发不了邮件。
凯蒂-哇!
杰森-它有所有的颜色，只要它是黑色或白色。它没有声音，它是辉煌的!
建立一个个人电脑处理器
尼克·巴特汉姆-剑桥大学
“裸体科学家”凯蒂·海勒在剑桥大学计算机科学与技术系的尼克·巴特汉姆的帮助下，接受了制造台式电脑的挑战。第二步-找到处理器…
尼克:这是完成所有工作的部件——它是计算机的大脑。处理数据并进行计算的部分。
凯蒂-这是一个正方形;我想里面有一些硅，对吗?
尼克-是的。
凯蒂-它看起来像被包裹在;那是金属的还是塑料的?
尼克-上面有个金属盒。
凯蒂-啊，好吧。所以你只要把它翻过来，事情看起来就更有趣了。
尼克:你看到的每一个小方块都是金子做的，每一个都连接着微处理器，所以有几百个。
凯蒂:微处理器是里面的那个?
尼克:是的。实际的带有微处理器的硅片实际上比这个小得多。中间会有一块，大概有我小指那么大。
凯蒂-它去哪儿了?如果我们带着电源和主板回到我们的盒子，它会去哪里?
尼克:把它放进这个支架里，大概在木板的中间。你解开那个杠杆，把它拉回来，这个框架就会上升。
凯蒂-啊，好吧。直接插入吗?
尼克-是的。微处理器，你只需要抓住它的边缘，然后小心地把它放进那个框架里。它实际上只能往一个方向走，因为每边都有小凹槽，我们称之为键，它只允许你把它放在正确的方向上。
凯蒂:所以我们刚刚把电脑的大脑放进去了?
尼克-是的。除了我们必须把这个金属框架放回去把它固定在合适的位置。
处理器是如何工作的?
Sophie Wilson feng FRS, Broadcom
处理器被称为计算机的“大脑”，但它到底在做什么呢?Sophie Wilson开发了支撑ARM处理器的指令集，ARM是世界上最重要的芯片设计公司之一，大约95%的智能手机都采用ARM的技术。在那之前，索菲帮助设计了使Acorn BBC微型计算机成为可能的处理器，并将整整一代人引入了家庭计算机。首先，克里斯·史密斯请索菲解释一下处理器到底是什么……
当我们设计电子产品的时候，就是把东西组合在一起，让事情发生——一个固定的功能。在早期，你只能得到固定的函数。如果你为第二次世界大战建造了一个雷达装置，那么它做的是固定的事情，它根本无法改变它，除非有人拿一个大锤子重新设计它。所以需要一个可编程元件来破解德国的密码。艾伦·图灵博士组装了第一个可编程的密码引擎来破解恩尼格玛密码图灵炸弹是可编程的，因为你在背面有一些电线，你把它们按不同的顺序排列，以便让它运行不同的程序。现在，我们把不同的指令放入内存中，所以处理器内部有一套固定的功能，它从内存中获取指令，执行每个固定的功能，你改变指令，它就会做完全不同的事情。
克里斯:那些指令是通过芯片底部的小连接器输入的，就是凯蒂在造电脑时提到的那个?
苏菲-有点吧。
克里斯:如果我们用一个非常强大的显微镜放大处理器芯片，我们会看到什么?
苏菲:如果你打开芯片，把所有的包装都拿掉，你只剩下这个铜色的东西。首先，你必须把它蚀刻掉，然后，用一个足够好的显微镜，因为我们做的东西非常小——当前一代芯片的关键尺寸是用深紫外光做的，所以你甚至不能用光学光来解决这个问题。但是，假设这是一个足够好的显微镜——电子显微镜或类似的东西——那么你可以看到很多层的连接，不同类型的材料。我们需要制造一些电容性的东西，一些连接的东西，一些半导体的东西，让所有这些层一起工作。所以我们在上面建造了非常薄的材料层来完成所有这些。
克里斯:那些是晶体管?
在一个硅芯片上，我们制造了数十亿个晶体管，并将它们连接在一起，以提供我们想要的功能。微处理器的未来在很大程度上就是晶体管的未来，过去40年来一直如此。摩尔定律已经存在一段时间了。摩尔定律是一条关于经济的定律:它说，在相同面积的硅片上每隔一段时间放置两倍的晶体管在经济上是可行的。这个周期开始是一年左右，然后延长到一年半，现在是两到三年。目前，我们需要大约28倍的科学家来推动摩尔定律的发展，所以这样做的成本非常高。我们还没有达到任何物理现实的极限;我们仍然可以做这些事情，只是成本越来越高。所以，就像我说的，我们正在使用深紫外光，我们想要转向极紫外光——33纳米波长的光。
克里斯:这样你就可以蚀刻硅来制造这些小部件了吗?
这是为了使晶体管更小，从而容纳更多的晶体管。
克里斯:因为如果你使用波长较短的光，那么你可以制造的组件的尺寸就会更小，这就是为什么你要使用这种特定的颜色?
苏菲:你要用尽可能小的可控光线。在足够的功率下制造极紫外光，因为我们需要大约200瓦的这种光，是非常困难的。我曾经把它比作星球大战中的粒子束武器，所以我们有一个1兆瓦的碳激光器产生普通的光。它进入真空室，在那里我们蒸发了一些锡滴。我们把锡滴在真空中雾化，产生了很多组紫外线辐射，所以我们过滤掉我们想要的，把它们去掉，作为我们的极紫外线光源。
克里斯-我们将来是否可以使用更好的材料，因为，很明显，我们现在已经到了发现这些材料更难使用以赋予它们更大的能量的阶段，所以我们是否要迈出一步，开始使用完全不同的东西?如果你愿意的话，会不会有一个制度的转变，我们会以一种全新的方式，用一种新的材料开发新一代的处理器?
我们一直在使用新材料。我们用来做绝缘体的材料类型已经改变了。我们将整个事情整合在一起的方式发生了巨大的变化。连接方式发生了变化——我们过去使用铝，现在使用铜。将来我们会用稀有的东西，比如钌来连接。我们称之为硅谷。将来，如果我们碰巧使用二硫化钼……
克里斯-它不那么吸引人!
苏菲:不太朗朗上口。二硫化钼芬或谷-它不会起飞，对吧?人们一直在关注晶体管的未来。我们可以用碳纳米管在硅基上制造东西，或者我们可以用二硫化钼材料，它也是一种半导体，把东西做得更小，但我们仍然有光刻的问题。制造世界上最小的一纳米晶体管的人，实际上是用碳纳米管制造了数以百万计的晶体管，他们把碳纳米管分散在一个表面上，然后选出那些有效的，所以这并不是未来大规模生产的基础。我们正朝着7纳米和5纳米晶体管的方向发展，当我们达到5纳米时，我们真的需要这种极紫外激光器来正常工作。它现在不能正常工作。
克里斯:最后，当你在80年代为第一代计算机制造BBC微处理器的时候，这些微处理器对家用计算机产生了巨大的影响——70年代是你设计的，对吗?这些芯片上有多少晶体管，与我们现在为普通智能手机常规淘汰的晶体管相比?
我们用的是8位微处理器6502，里面有4000个晶体管。最早的ARM有25000个晶体管。目前，如果你购买的是高端GPU…
克里斯:那是图形处理?
苏菲:是的。最高端的图形处理器，或者最高端的英特尔28核微处理器，你要买90亿个晶体管，最好的一个要花1万美元。至少它是实用的。
建立一个PC -数据存储
尼克·巴特汉姆-剑桥大学
“裸体科学家”凯蒂·海勒在剑桥大学计算机科学与技术系的尼克·巴特汉姆的帮助下，接受了制造台式电脑的挑战。步骤3 -添加硬盘驱动器…
有两种类型的存储设备:一种是RAM——随机存取存储器。这是将在主板上的内存。
凯蒂-这些是绿色的，几乎是一把小尺子?它的底部是绿色的，边上有一些金色的蚀刻，看起来你在这个RAM上有一些电子元件。
尼克:这些小棒实际上被称为DIM。真正的内存是这些安装在表面的黑色小芯片。两边都有，所以这个特定的Dym是2gb我们有两个这样的所以这意味着这个系统总共有4gb。处理器可以与它通信，检索它需要的信息，或者比硬盘更快地向它写入新信息，但这种类型的内存是易失性的。当你关掉电源时，你会失去你储存在里面的东西。它们进入这里的凹槽。
凯蒂:这有点像牙齿，它们就在树丛的两边。
尼克:没错。
凯蒂-听起来好像进了。
尼克-是的。
凯蒂:你说过这是易失性存储器，当你关掉电脑的时候，它就消失了。非易失性存储器呢?这就是硬盘的用途吗?
尼克:是的，没错。但它的结构是完全不同的。
凯蒂-你现在拿着它，它是个盒子。它的侧面有一些塑料，中间是金属，一旦你把它翻过来，我就能看到一些电路。我们能不能进去看看因为我想你提到过这有点像唱机，对吧?你有旋转的东西……
尼克-不要太当真，但是，是的，有点……
硬盘驱动器大约有一盒卡片那么大。尼克打开了一个，好让我们看看里面是什么。它们包含一堆被称为“拼盘”的棕色小磁盘，每个都有点像迷你LP。
每个盘子上方都有一只手臂，就像你在电唱机上看到的针。
当硬盘连接上时，盘片高速旋转。驱动器保留了所有信息存储在盘片上的位置的索引，或者它有空闲空间的位置，因此它可以快速移动手臂到正确的位置，以磁性方式从磁盘表面写入或读取信息。关键的是，与RAM存储不同，当计算机关闭时，信息保留在磁盘上，准备好下次需要它，或者直到你用其他东西覆盖它……
尼克:你可以把硬盘放在箱子里任何你喜欢的地方。这种情况下，通常有小隔间的设计，以容纳光盘。
所以这些塑料片通常是和盒子一起的。你把它们装在硬盘的边缘这样你就可以把硬盘插在盒子里的某个地方。
DNA——存储大量数据
蒂姆·卡茨博士-威康桑格研究所
存储个人电脑的数据(记录、财务等)是一回事，但在更大的规模上呢?蒂姆·雷维尔采访了剑桥威康桑格研究所的科学计算主管蒂姆·卡茨，该研究所对大量人类基因组进行了测序。首先，蒂姆·R向蒂姆·C询问DNA和基因组与数据存储的关系……
你的基因组实际上是数据。它是你的细胞用来构建和运行你的软件。为了更好地了解人类疾病，我们需要对基因组进行排序，将它们与人们的健康状况进行比较，从中我们可以确定基因组中可能出现的错误导致了某种特定的疾病。这就是桑格研究所所做的。
蒂姆·R:当你说到测序时，是指阅读和理解写在我们基因组中的软件吗?
蒂姆·C -对。而用于实现这一目标的技术已经变得非常快。最初的人类基因组计划花了大约10年时间，耗资10亿美元。这是一个巨大的国际工程。桑格研究所现在每天有能力对大约61个完整的人类基因组进行测序。
蒂姆·R:要通过的软件太多了!
蒂姆·C:我们要处理的软件太多了。
Tim R -如果你曾经试过阅读软件，那实际上是相当困难的，除非有人在旁边很好地写下所有代码行的含义。但是对于DNA来说，每行代码旁边并没有注释所以你如何去理解DNA里写的是什么呢?
蒂姆·C:我们要做的第一件事就是收集大量的样本，因为如果我们只有一个样本，我们会把你的身体状况与你的身体状况进行比较，我们会发现你和其他人有很多不同的地方。但我们不知道哪些变化导致了你的问题，所以我们必须为很多人做很多次，然后我们得到一个想法，我们以前见过这个，现在我们知道我们要去哪里。这就是尺度的来源，我们必须比较很多东西才能找到答案。
蒂姆·R:其中的挑战是什么?基因组中有很多信息，我们有很多基因组。
蒂姆·C:第一个原因是基因组非常大，大约有30亿个字母长。我们还必须对它进行多次测序，以便更好地了解每个基因组的样子，所以我们最终得到了每个基因组大约50gb的数据。
蒂姆·R -哇!这是很多信息。
Tim C:那么你每天要做60个这样的事情，这就开始形成一个相当大的数据集。
蒂姆·R:有了这个数据集，你会怎么做?我的意思是，这不仅仅是人类阅读每一行并希望找到一种模式，如何从中提取任何意义?
蒂姆·C:正如我们之前听到的，我们也有一台超级计算机来做这件事。我们需要做类似的计算。我们非常幸运，我们的计算主要是每个单独的处理器可以同时运行一个单独的问题——一个所谓的尴尬并行问题。但这就是我们所做的，那些东西正在运行，就像我们之前听到的。我们有程序员，他们的工作是编写代码来进行分析。
蒂姆·R:如果你能理解这一切，这将告诉我们什么是人类，或者它有什么用处?
蒂姆·C:我们目前最大的目标是设计出更好的精准医疗。那才是我们真正想去的地方。所以如果我能找出你和其他人的不同之处，我就可以说，对，你需要一种特殊的药。那个不适合你，但那个可以，这就是我们现在真正想要达到的。
蒂姆·R:你需要什么才能做到这一点?
蒂姆·C:我们需要非常非常大的存储空间。我们目前有50拍字节——1拍字节是1000太字节。你们很多人家里的电脑里大概有1tb的硬盘，所以这就是50000台家用电脑的由来。我们使用的系统必须非常快。硬盘实际上是相当慢的;它们只能以每秒100兆字节的速度读取数据。因此，以合适的速度向超级计算机提供数据也需要，不仅仅是出于容量的原因，还需要使用大量的磁盘来将数据输入处理器。它们很饿，而且动作很快。
蒂姆·R -蒂姆，桑格是这种大数据处理的先驱。你遇到了什么问题?
蒂姆·C:我们很快就发现，我们所购买的设备并不是为我们设计的规模。因此，我们必须与供应商密切合作，改进他们的硬件和软件，以满足我们的需求。
蒂姆·R:你需要它做什么?解决这些问题——它们是技术性很强的还是后来证明很有用?
Tim C:其中很多都成为了广泛的解决方案，尤其是软件解决方案。例如，当你在大型超级计算机上分配工作时，这有点像邮局排队——“请到一号收银台”。机器说我准备好工作了，你让它工作。但我们发现，我们给了它太多的任务，它根本无法应付我们给它的数量。因此，我们与这家公司密切合作，他们改进了软件，并在世界各地的超级计算中心使用。
建立一个PC -图像在屏幕上
尼克·巴特汉姆-剑桥大学
“裸体科学家”凯蒂·海勒在剑桥大学计算机科学与技术系的尼克·巴特汉姆的帮助下，接受了制造台式电脑的挑战。步骤4 -图形…
Nick:过去几年的趋势是将图形等东西集成到处理器中。处理器已经不仅仅是处理器了。许多传统上在主板上完成的事情，如内存管理和图形，现在已经集成到处理器本身。这就是人们所说的“片上系统”。
凯蒂-如果我们要把显卡放进去，你现在拿的是这个吗?
尼克:没错。这是一个非常基本的显卡。
凯蒂-它是一个黑色矩形，上面有一大堆……
尼克-这是散热器。
凯特:哦，我想知道那是什么，散热器?
尼克-这只是另一个散热片，就像处理器上的一样。在它下面是GPU——图形处理器单元。
凯特:散热器是一堆塑料，金属，类似网格的东西?
尼克-铝。
一个铝制网格，GPU就藏在里面?
尼克-是的，在下面。
凯蒂-需要放进去吗?
尼克:可以。
凯蒂-是的，我们开始吧。
尼克-这部分很简单，直接就能搞定。
计算机图形是如何工作的?
Alan Blackwell教授-剑桥大学
无论你是在玩游戏、看电影还是只是在工作——电脑是如何生成你在屏幕上看到的图像的?克里斯·史密斯(Chris Smith)采访了剑桥大学的艾伦·布莱克威尔(Alan Blackwell)，首先请他回想一下计算机图形学的早期……
艾伦:早期的计算机主要是用来计算方程的，它们把数字作为文本输出，而且它们基本上都是用打字机之类的东西连接起来的。他们输出的文本，机械锤会像在打字机上一样上下移动。当我开始在电脑上工作时，如果我在程序中犯了一个错误，想要重新运行它，当我工作的时候，纸的角色就会出现，填满办公室。因此，当文本开始出现在屏幕上时，我们称之为“玻璃电传打字机”，因为它没有纸出来。
克里斯:这就是为什么它被称为图形吗?因为它是图形书写，实际上是生成纸张输出?
艾伦:是的，虽然很长一段时间我们都在讨论文本和图形是不同的。图形是图像，在20世纪60年代和70年代，从电脑中看到图像是非常不寻常的。如果你有，它将是由打字机上的字符组成的，这些字符组成了某人脸上的点。
克里斯——是谁从纸片上跳到了屏幕上?
艾伦:第一个这样做的人是伊凡·萨瑟兰，1963年在麻省理工学院，他使用了以前在冷战中用作雷达屏幕的显示器来显示来袭的导弹。伊万·萨瑟兰有了直接在电脑屏幕上作画的想法。他想出来的想法需要大量的硬件，因为我们需要考虑每条线的走向，每一个像素的走向。
直到苹果的麦金塔电脑和II电脑问世，那些图形才真正进入你的家庭，那时你在屏幕上的每个像素都有一个位置和内存。最后，您可以开始在位图显示中逐像素地将图片放在一起。
克里斯:用两种颜色，因为那些电脑是绿色的，不是吗?
艾伦:是的。没错，在苹果麦金塔电脑上，每个像素不是开就是关，因为他们只能为数千个像素中的每个像素使用1比特的内存。如果你想到百万像素，那就是你的相机或手机现在用来拍照的像素，我们的电脑没有足够的内存来存储那么多。如果你想要的不仅仅是黑色和白色，而是每个像素有不同数量的红色、绿色和蓝色，你需要为每个像素三个字节。
克里斯-这就是我们现在的处境吗?当你在屏幕上表示一个图像时它仍然是这样做的吗每个像素都有一个地址，所以它知道它在哪里每个像素都有不同的颜色签名?
艾伦:没错。实际上，你在电脑屏幕上看到的每一帧图像，电脑都在组成一幅红色的图像，一幅蓝色的图像和一幅绿色的图像，然后它同时把它们合并在一起，把它们放在一起，这样你就会觉得你看到了颜色。
克里斯:但是像你这样聪明的人可以采用各种各样的作弊和狡猾的方法，这样计算机就不会那么费力了，不是吗?有一些压缩图像的方法可以节省空间，节省内存，做得更快?
艾伦:完全正确。我们可以非常快地显示像素，但我们没有足够的内存来存储它们。如果你正在看一部数字视频电影，那么你将看到每秒50帧，每一帧都有数百万像素。我们没有办法存储，即使我们家里的电脑上有tb的数据，为了容纳我们在tb里看的电影，它们必须被压缩。如果你的图片中有大量的蓝色天空，那么计算机就会说，好吧，有很多蓝色像素，下一个像素和上一个像素几乎一样，所以只要想象一切都是一样的，直到我告诉你不同的地方。你可以看到有时候这行不通。例如，如果你正在使用Skype，你没有足够的带宽来发送图片，你会看到图片开始分裂，因为……
克里斯-看起来像《我的世界》，不是吗?
艾伦:没错。假设所有的积木都是一样的。如果它有更多的数据通信那么它就能说不，等等这里有更多的细节。
克里斯-当他们插入显卡或功能被处理器接管时，它就会进行那种压缩，它会将像素定位到屏幕上的正确位置，这就是幕后发生的事情?
艾伦:图形卡花了一些时间在压缩上，但大部分时间，如果你有一个非常强大的图形卡，用于视频游戏，那么它花了大部分时间来计算三维场景的几何形状。它试图说所有这些物体可能在你的Minecraft世界中，或者在你的射击游戏中，如果你玩过Minecraft，你会注意到远处的东西它开始填充它们，当它有更多的东西时因为它需要很长时间来计算所有这些三维几何。
未来的电脑会是什么样子?
和剑桥珀尔斯预科学校的孩子们在一起
被称为“数字原住民”的年轻人如何看待电脑?凯蒂·海勒询问了剑桥大学珀尔斯预科学校几个孩子的意见。
你可以看很多视频，玩很多应用程序。
它们可以是小的、大的、中号的、超大的，甚至没有屏幕。
电脑可以看起来像任何东西。它可能很小，可能很大，也可能很小。它可能只是一个小芯片。电脑可以是电话。
计算机是一种电子设备，它有输入、输出、中央处理器以及一些存储和内存。
凯蒂:你用电脑最常见的用途是什么?
玩游戏。
凯蒂-我就知道你会这么说。电脑有多有用?
非常有用，因为你可以用它们存储照片，它们可以用于家庭作业。它们是传达信息的一种简单方式，而且对我非常喜欢的游戏也很有帮助。
它们仍然非常有用，但有时它们可能有点烦人。
我认为这非常有用，因为如果你遇到什么问题，你可以在网上搜索，你真的想知道。但是，有时候，互联网可能是错误的，所以你必须小心。
电脑的好坏取决于程序员，所以电脑有时会出现小故障之类的问题。
凯蒂:你认为未来的电脑会是什么样子?
电脑可能看起来像一个微小的芯片，你可以把它放在你的衣服上或你身上的任何地方。然后它是一个全息图，所以它很轻，你可以随身携带，然后它出现在你面前，你可以和它说话，它可以查找东西。
他们说将来会有面部识别和语音识别，但我认为有些电脑可能会走向虚拟的一面。
也许在非常非常遥远的未来，没有学校，因为你可以下载信息，然后把芯片插入你的大脑。
建立一个个人电脑-它会打开吗?
尼克·巴特汉姆-剑桥大学
“裸体科学家”凯蒂·海勒在剑桥大学计算机科学与技术系的尼克·巴特汉姆的帮助下，接受了制造台式电脑的挑战。问题是，它真的能打开吗?
尼克-我们接上电源。当然，我们还需要一个键盘和鼠标。
凯蒂-我能帮你吗?
尼克:当然。
凯蒂-我找到开关了。我想我知道该怎么做了…
尼克:这是电源开关，前面还有一个开关……
凯蒂-嘿……监视器就这么亮了。旋转的声音，是圆盘旋转的声音。然后是咔哒声，那些是手臂在读取磁盘上移动。
所以我们成功了?
尼克:我想是的。
凯蒂-哇!
因特网和万维网是如何工作的?
剑桥大学Noa Zilberman博士
我们很多人每天都使用互联网，但它到底是什么，它是如何工作的呢?蒂姆·雷维尔对剑桥大学的诺亚·齐伯曼说:
互联网是一个连接所有计算机网络的全球系统。
蒂姆:那实际上是什么意思?计算机网络是非常抽象的但是现在每个人都知道如何使用互联网那么当他们点击计算机并访问互联网时，他们实际上在做什么呢?
诺亚-你可以把互联网想象成电脑的邮政递送服务。假设你有一条信息想要发送给某人。你有你的应用程序，你的软件，正在运行并且正在写这个消息。
蒂姆:所以这有点像电子邮件?
它可能是一封电子邮件，也可能是你想看一些在线电影。可能你正在访问一个像裸体科学家这样的网站，你想听这个播客，所以你首先需要做的是写下这条信息。金宝搏app最新下载然后将此消息从应用程序传递给操作系统。所以，正如我之前提到的，它可能是Windows，可能是Linux，可能是Mac，这都不重要。但是这个操作系统负责接收这个消息，并把它传递给硬件，传递给你电脑里知道如何把消息传输到网络的组件。
蒂姆:接下来会发生什么?那么信息到哪里去了?
每台连接到互联网的电脑都有一个IP地址——一个互联网协议地址——就像你的家庭住址一样，你有你的家庭住址和邮政编码。如果你试图访问裸体科学家的网站，你知道网站的名字——你知金宝搏app最新下载道它是裸体科学家，但你不知道IP地址是什么。
为此，您需要访问为您提供此地址的特定服务，该服务称为DNS -域名服务。你给它一个名字，它就会提供一个IP地址，就像查找邮政编码一样。你知道某人的地址，但你不知道邮编是多少。
以同样的方式，您获得IP地址，软件编写自己的消息并将其发送到网络。在网络中，有多个网络设备知道如何根据其上的IP地址路由消息。
蒂姆:这就像我通过互联网发送我的信件，沿途有一些小节点，或者，在这个类比中，你可以将它们匹配为发送邮件的人。然后他们把信息传递给下一个人，最终，它会到达裸体科学家网站或我想发邮件的人。金宝搏app最新下载这是正确的吗?
诺亚-完全正确。你有你自己的互联网服务提供商，你从家里连接的那个。他们接收你的信息，然后第一个传递给下一个网络，再下一个网络，直到你到达最后一个网络，可能是BBC网络。BBC知道如何获取信息并将其传送到特定的计算机上。
蒂姆:这就是剑桥演播室的信息如何传播到全世界的方式。很明显，发送一条小消息和观看BBC网站上的内容有很大的不同，这两者在数据量上有很大的不同。你怎么寄这么大的包裹;邮政投递系统能处理吗?
Noa -你只要把它切成更小的消息-就这样。有所谓的最大传输单元，你可以从一台计算机发送到网络。
蒂姆:回到最初的互联网，那和今天有什么不同?如今，我们可以把这些大包裹分开发送，那么三四十年前，当这些东西刚开始出现的时候，我们能通过互联网发送《权力的游戏》吗?
你本来可以寄出去的，但是你要等很久很久才能收到。如果你回想一下互联网的开始，那是1969年的“uppernet”。一开始，只有加州大学洛杉矶分校、斯坦福大学、加州大学圣迭戈分校和犹他大学的四台计算机与之相连。发送的第一条消息只有一个单词“login”。他们寄来了字母“l”，一切都很好。他们寄来了字母“o”，一切都很好。他们发了个字母" g "然后就崩溃了。
蒂姆:嗯，那看起来不像现在那么好?
不，是的。今天的互联网比当时的网络快1万到10万倍，而且显然更可靠。
展望未来，我们能想象10年、20年甚至30年后的互联网会是什么样子?
想想10年、20年和30年的时间，对互联网来说太长了。我们已经可以看到新技术的出现，比如物联网(IoT)，几乎所有东西都是连接在一起的。你可能已经听说过你的冰箱告诉你牛奶用完了。但你也可以看到更多的技术趋势，比如计算、存储和网络的整合。你过去在电脑上做的事情现在正在转移到网络上，反之亦然。但你也可以假设一切都会变得更快，尽管我们不可能比光速快很多。
什么是云计算?
Chris Folkerd博士- UKFast
当谈到计算机、互联网和数据存储时，我们真的不能不提到“云”。将数据存储在云的以太中正变得越来越流行，但它到底是什么呢?Chris Smith采访了UKFast的Chris Folkerd。首先，Chris S问Chris F“云”是什么意思……
Chris F -“云”，在其最简单的形式下，实际上只是一种通过互联网利用他人计算机上的资源的方式。像“icloud”和“dropbox”这样的东西可以让你访问别人电脑上的存储空间。在一些更基于基础设施的系统中，你访问物理服务器，例如云计算，你访问某人的网页，某人的服务，通过互联网访问一个大的共享资源池。
Chris S:这样效率更高吗?因为，基本上，你在云里运行的是一个巨大的计算机海洋，或者是一个连接在一起的计算机云，提供处理能力，在你需要它的时候，让那块计算机为你做你的工作，把结果发回，这样你就能得到你需要的东西，但你不必投入精力和基础设施来运行所有这些，你只得到结果?
克里斯-没错，就是这样。云计算在效率方面是非常有益的，因为你只在需要的时候使用它。所以如果你在运行一个大型模拟你不需要为基础设施付费，你可以运行模拟，然后你就完成了。企业发现这很有用，因为如果他们在圣诞节期间很忙，他们可以立即开始在圣诞节期间使用更多的资源，然后把这些资源归还给他们，而不需要为他们需要的任何资源付费。
你还可以访问云上的更多技术，因为其他人已经在这方面进行了投资，你可以立即访问这些技术，而不必经历获得所有技术、工作原理、然后设置所有技术的过程。
克里斯S:那么对于那些想要拥有一个网站或其他东西的人来说，而不是拥有一台物理计算机，这些天有什么实用性呢?他们能否拥有一个除了在云端之外根本不存在的网站?它只是一个存在的东西，因为别人的电脑在为他们运行他们的网站?
克里斯·F -当然!这是非常非常常见的，这是我们在UKFast看到的最常见的用例之一。你可以简单地为你的网站购买一小块服务器，这比拥有物理基础设施要便宜得多。你可以在几分钟内，进入一个门户，说我想要一个网站的空间，进入一个控制面板，上传你的文件，然后就可以出发了。它使电脑供应非常快。
克里斯·S -这就是你的初衷吗?因为这片云好像突然不知从哪里冒出来的。本来天空晴朗，突然间所有人都在谈论云。那么它最初是从哪里来的呢?
Chris F:它起源于一些已经出现的技术。互联网是最基本的，没有互联网，我们就无法与人们的机器对话，这对云计算的发展方式至关重要。特别是在计算方面，还有一种技术叫做“虚拟化”。它在90年代开始出现，它让你把电脑切成不同的块。计算机不会一次性使用所有的资源。所以，如果你能把它分成小块，更多的人可以使用同一台机器，这会让它便宜很多。
它真的是从那里张成的;东西更便宜，所以人们可以更快地启动网站，而不是拥有自己的基础设施。然后更多的人来到这些网站，更多的功能从那里建立起来，就像流行技术一样，它只是从那一点开始扩展。
克里斯·S -那安全呢，克里斯?因为，假设我和一群人一起在云端运行我的网站所有人共用一台大电脑，我如何确保我的数据，比如我取了别人的信用卡号之类的，不会被我旁边的云里的蒂姆的网站窃取呢?
克里斯·F:这是我们得到的最大的问题之一，诚实的回答是，有很多安全预防措施已经到位。使用云托管是非常非常安全的，因为我们拥有随时处理所有这些设备的专业知识。有很多非常安全的屏障阻止你访问其他人的资源，无论是计算、存储还是网络，这使得任何人都很难在这些资源之间建立桥梁。
克里斯·S:你能不能，在最后的60秒左右的时间里，看看地平线，继续我们的天空比喻，告诉我们你认为未来会是什么样子，它会走向何方?
Chris F:从消费者的角度来看，这是物联网或云服务的增长。
这是“互联网的东西”，不是吗?
克里斯·F -“物联网”是的。将为人们提供更多针对他们放入家中的设备的定制服务。从商业角度来看，它缩短了进入市场所需的时间，因为你可以非常快速地访问所有这些服务，它们被称为“微服务”——你可以快速地将小块技术添加到你的产品组合中。我们现在看到的是几个月就能发布的东西，而不是几年，这将变得越来越快，直到你看到功能在一周或几天的时间框架内发布，并真正加快人们采用新技术的能力。
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