大学计算机必修课新讲编译原理 操作系统 图形学

【课程介绍】编译原理，操作系统，图形学被称为程序员的三大浪漫，不仅因为它们是大学计算机系的必修内容，更因为它们在回答计算机领域三个基本问题：程序如何被编译成机器指令然后被执行（编译原理）、多个程序如何共享资源（操作系统）、人和机器如何交互（图形学）。掌握这些知识不仅是为了应付大学考试，更是为了能让你在未来的“大型化开发”、“底层开发”中更从容，让你能更好的应对面试、开发、造轮子等实际问题。

【课程目录】

• 第1章 学前导学(要有准备有目标的学)介绍课程的主要内容、学习顺序；和学员对焦程序员的能力模型，课程希望达到的效果等。然后，讲师和同学同步课程使用的开发工具如intelij,vscode,mars4,mocha,gradle等。
  • 1-1 学前方向标
    

  • 1-2 课程中的工具以及学习方法
  • 1-3 一份老仙学习秘诀请你签收
• 第2章 计算机理论引导（理解计算机）本章集中解决学习三大浪漫过程中的前置基础依赖。主要是理解计算机的模型，理解计算机是如何设计的？程序是什么？指令是怎么被CPU执行的？内存中的数据如何被找到并读入寄存器等。
  • 2-1 什么是计算机
  • 2-2 CPU的工作原理——内存、寄存器和ALU
  • 2-3 指令入门(1)——指令的组成部分
  • 2-4 指令入门(2)——寻址模式、浮点数和指令分类
  • 2-5 我的第一个汇编程序——实现一个求阶乘的递归函数(思路部分）
  • 2-6 我的第一个汇编程序——实现一个求阶乘的递归函数(coding)
  • 2-7 中断和中断向量
• 第3章 【 编译原理】概述（理解编译器）本章串讲编译器的主要流程，介绍编译器和自然语言翻译的差异性，以及对编译原理的课程提供一个整体介绍。
  • 3-1 编译原理课程介绍
  • 3-2 编译原理——研究翻译的科学
    

  • 3-3 编译器和解释器
  • 3-4 编译器的工作流程
• 第4章 【 编译原理】词法分析（实现一个词法分析器）本章介绍编译器词法分析部分的实现，讲解词法分析的流程，实现一个完整的词法分析器。帮助学员理解流、正则引擎、状态机等概念，理解基本的面向对象封装复用技巧。
  • 4-1 词法分析器简介
  • 4-2 (编程lexer01)词法分析器的接口(Java和Js)
    

  • 4-3 编译器基础能力设计——实现流的peek和putBack操作
  • 4-4 (编程Lexer01 Java)——实现流的peek和putBack操作
  • 4-5 (编程Lexer02 Javascript)——实现流的peek和putBack操作
  • 4-6 tips：坚持编写测试用例
  • 4-7 词法相关理论和正则
  • 4-8 (编程lexer03 Java)——有穷状态机实现词语提取（上）
  • 4-9 (编程lexer03 Java)——有穷状态机实现词语提取（下）
  • 4-10 (编程lexer03 Javascript)——有穷状态机实现词语提取(上)
  • 4-11 (编程lexer03 Javascript)——有穷状态机实现词语提取(下)
  • 4-12 (编程lexer04 Java)——完整的词法分析器
  • 4-13 (编程lexer04 Javascript)——完整的词法分析器
• 第5章 【 编译原理】语法分析（实现一个语法分析器）本章介绍语法分析的基本概念，如产生式、抽象语法树、递归向下方解析法等，并且在实战中帮助学员理解和处理更复杂的问题，如多级优先级表达式等。同时，向学员渗透跳跃结构——树和图的遍历算法以及相关理论知识。
  • 5-1 数据结构引导——树和抽象语法树
  • 5-2 (parser01 java) 定义抽象语法树
  • 5-3 (parser01 javascript) 定义抽象语法树
  • 5-4 最简表达式分析过程
  • 5-5 (编程parser02 java)——实现最简Parser
  • 5-6 (编程parser02 javascript——实现最简Parser
  • 5-7 TinyScript表达式解析——优先级和去左递归
  • 5-8 (编程 parser03 java) TinyScript表达式解析
  • 5-9 （编程 parser03 javascript) TinyScript表达式解析
  • 5-10 (编程 parser04 java) 树的后序遍历——表达式验证
  • 5-11 （编程 parser04 javascript) 树的后序遍历——表达式验证
  • 5-12 语法分析的整体程序
  • 5-13 (编程 parse05 java)语法分析整体程序(上)-
  • 5-14 (编程 parse05 java)语法分析整体程序(下)-
  • 5-15 (编程 parser05 javascript）语法分析整体程序（上）
  • 5-16 (编程 parser05 javascript）语法分析整体程序（下）
  • 5-17 拾遗——那些穿插在迭代中的重构
  • 5-18 补课——大批递归来袭之应对
  • 5-19 词法语法部分总结——领域驱动视角
• 第6章 【 编译原理】语法制导翻译（实现中间语言翻译器）本章介绍根据语法树进行翻译的基本方法和相关理论，并用这些理论讲TinyScript编译成中间语言。本章涉及语言层面最基本的问题，如符号表、作用域如何被实现？类型检查如何进行？另外，本章重点渗透树、图、哈希表等关键数据结构，相关算法；帮助学员重新review递归问题。 …
  • 6-1 综合部分序章——三地址代码
  • 6-2 构造三地址代码——基于SDD的翻译
  • 6-3 词法作用域和符号表
  • 6-4 （编程trans 01 java) 实现符号表
  • 6-5 （编程trans 01 javascript) 实现符号表
  • 6-6 三地址代码的表示
  • 6-7 编程 trans02 java) 三地址代码的表示
  • 6-8 （编程 trans02 javascript)三地址代码的表示
  • 6-9 翻译的整体过程和表达式
  • 6-10 (编程 trans 03 java）翻译的整体过程和表达式
  • 6-11 (编程 trans 03 javascript)翻译的整体过程和表达式
  • 6-12 翻译——作用域的处理
  • 6-13 (编程 trans 04 java)翻译——作用域和整体程序
  • 6-14 (编程 trans 04 javascript)翻译——作用域和整体程序
• 第7章 【 编译原理】程序运行环境（实现一个虚拟机）本章介绍如何将中间语言翻译成机器指令，通过构造一个虚拟机执行机器指令。本章会看到堆栈的分配、程序的执行、指令的选择等等内容，和第二章的内容形成呼应，在学习操作系统之前加深对机器的理解。
  • 7-1 冲刺——用虚拟机执行TinyScript程序
  • 7-2 (编程 java vm 01）指令和程序表示
  • 7-3 生成器——将三地址代码转化成指令
  • 7-4 (编程 java vm 02）指令翻译过程讲解
  • 7-5 (编程 java vm 02）补课——神奇的位运算
  • 7-6 (编程 java vm 03）虚拟机—— 指令的编码和解码
  • 7-7 (编程 java vm 04）虚拟机执行程序
  • 7-8 课程总结——如何做一个优秀的架构师
• 第8章 【 操作系统】概述（历史和核心概念）本章介绍操作系统的历史，如unix是怎么被设计出来？mac和windows又是怎么回事？linux为什么叫linxu等。然后渗透一些基本的概念，如操作系统是连接硬件和软件的桥梁，内核如何被设计，多核的CPU如何管理，如何并发执行指令等。 …
  • 8-1 课前导学——学好操作系统要注意什么
  • 8-2 什么是操作系统
  • 8-3 操作系统的历史
  • 8-4 内核和内核设计
• 第9章 【 操作系统】进程和多线程（多线程算法全解和实战高并发）本章介绍进程如何被操作系统管理，线程如何在用户空间工作；然后介绍竞争问题，掌握处理竞争的算法：自旋锁、TAS、信号量、互斥量、监视器等等。基于信号量模型实现多线程同步IO模型服务器，并与Spring框架及node.js单线程同步I/O模型比较性能。 …
  • 9-1 应用程序的抽象——进程
  • 9-2 进程的三态和中断响应
  • 9-3 多道程序设计和CPU利用率
  • 9-4 线程——轻量级的进程
  • 9-5 竞争条件和临界区
  • 9-6 解决竞争条件的算法——严格轮换法和Peterson算法
  • 9-7 锁的基础——硬件TSL和XCHG
  • 9-8 信号量(Semaphore)和互斥量(Mutex)
  • 9-9 总结——万变不离其宗(1)
• 第10章 【 操作系统】调度算法入门（理解任务调度的模型）本章介绍进程如何被操作系统调度的，通过实现哲学家就餐问题引入，然后介绍各种基于时间片、优先级的调度模型；本章会重点渗透队列和优先级队列这两种数据结构。
  • 10-1 调度问题概述
  • 10-2 补课——优先级队列
  • 10-3 调度算法选讲
  • 10-4 实战哲学家就餐问题
• 第11章 【操作系统】内存管理（内存分配回收全面解答）本章介绍多种内存分配策略，重点会放在内存回收的策略上。通过理解内存分配、内存回收，让学员理解很多语言层面的回收策略，设计妥协以及深层次的考虑。同时向学员渗透链表、栈等数据结构的深入使用方式。
  • 11-1 内存部分导学
  • 11-2 地址空间——存储器模型的抽象
  • 11-3 虚拟内存、页表和mmu
  • 11-4 java,go和js为什么这么玩——理解OS和语言对内存管理的异同
  • 11-5 垃圾回收算法选讲——基于引用计数的内存回收算法
  • 11-6 垃圾回收算法选讲——标记、扫地、整理
  • 11-7 垃圾回收算法选将——分代算法
• 第12章 【 操作系统】文件系统（底层数据结构设计与抽象）本章介绍文件系统设计和抽象的方法，这里有大量的思想和设计模式可以渗透。帮助学员理解如何从编程接口抽象的API，到高层的文件、目录结构，然后有如何被映射到中层的数据块、节点，最后如何到最底层的物理存储。
  • 12-1 文件系统和磁盘
  • 12-2 文件和文件的表示
  • 12-3 共享文件和目录
  • 12-4 虚拟文件系统(VFS)和基于日志的文件系统
  • 12-5 场景思考100W并发——epoll，select和poll
• 第13章 【图形学】概要（小白学图形学第一步）本章介绍图形学历史、基本概念，以及涉及的各种各样知识，应用场景的概括。简单介绍3d模型、世界描述、光照等图形学重要的内容，以及他们被应用到电影、工业、医疗、可视化、游戏、电子等等广泛的领域。然后介绍课程的组织形式和学习方法。 …
  • 13-1 图形学部分导学
  • 13-2 图形学的基本概念和应用场景
  • 13-3 图形学历史概述
  • 13-4 向量的世界
  • 13-5 圆的世界
  • 13-6 向量的点乘和叉乘
  • 13-7 矩阵的乘法(1)
  • 13-8 三角形网格(1)
  • 13-9 渲染图形——从顶点到视区(1)
• 第14章 【图形学】 图形渲染流程和WebGL初探（从helloworld逐渐深入）本章介绍OpenGL标准、生态以及对webgl进行一个初探，写一个webgl的helloworld并了解图形渲染管道的流程。
  • 14-1 webgl的第一个程序(上)
  • 14-2 webgl的第一个程序(下)
  • 14-3 WebGL图形渲染管道
  • 14-4 传递数据给GLSL——Buffer管理
  • 14-5 绘制3d图形——旋转的立方体
  • 14-6 2d变换和实战（上）
  • 14-7 2d变换和实战（下）
  • 14-8 3d观察——投影和透视
  • 14-9 简单三维变换和模型的封装.mp4
  • 14-10 3D观察——眼睛和摄像头
• 第15章 【图形学】GLSL（多例子教你用着色器）本章介绍OpenGL Shadering Language，从语法开始，通过多个实例逐渐渗透GLSL的用途。
  • 15-1 GLSL基础语法
  • 15-2 纹理入门——给图形增加纹理
  • 15-3 手把手制作球面贴图——地球仪和笑脸
  • 15-4 制作一个游戏角色(上)——模型组合
  • 15-5 制作一个游戏角色(中）—— 多纹理的原理和处理
  • 15-6 制作一个游戏角色(下）—— 实现动画
• 第16章 【图形学】光照和光线追踪（理解世界最核心的——光）本章结合介绍webgl讲解如为场景增加光照，以此来增加场景的真实感。然后重点帮助同学理解图形学渲染的一个核心算法——光线追踪算法，并带领同学通过实际编程解决问题去理解这个算法。
  • 16-1 光照部分导学
  • 16-2 为模型增加直线光源
  • 16-3 点光源
  • 16-4 制作手电筒效果
  • 16-5 光线追踪介绍
• 第17章 【图形学】游戏开发（一起实现一个射击类的3D游戏）本章通过和学员一起实现一个3D类的射击游戏，帮助学员巩固和提高对图形学的理解。在解决场景布置、视角转换、事件捕捉、碰撞检测、物理计算等等过程中，将之前学的理论知识逐渐融汇贯通。
  • 17-1 游戏开发部分导学
  • 17-2 构造游戏地图——2.5D网格和基础架构
  • 17-3 为角色创建AI——Agent设计模式
  • 17-4 多个GLSL之间切换和Framebuffer
  • 17-5 用户交互——选择3D模型
  • 17-6 多状态切换——战斗效果
  • 17-7 图形学总结和后续学习建议