【计算专业】由“打开手机 录制短视频 上传至社交账号”说计算机科学到底学什么
一件平平无奇的事情，“打开手机，录制短视频，然后上传至社交账号，然后打电话给朋友让帮忙点赞”，但这整个过程涉及哪些科学技术呢？作为计算机科学或者通信工程专业的学生，是否能会想起哪些专业课上学到的知识，在这个稀松平常的过程中发挥着重要作用。
计算机或者通信本科专业的学生通常会在大一大二学习通识课程比如概率论，线性代数，以及关于程序设计和计算机基础架构的课程。大二下或者大三开始专业课，比如数据库，操作系统，编译原理，密码学，信息论，算法性能分析，信号与系统，通信原理，电子电路，离散数学等，但给人的感觉是学的很杂和很浅。到临近毕业找工作的时候，由于公司面试大多考察编程和软件开发的能力，同学们开始苦练代码编写，熟悉各种常用的开发工具与开发架构，那些深奥零散又没有太多实际用途的专业课知识，很快就被“忘却”。
但这是加上引号的“忘却”。我记得一个专业课老师说过，计算机科学或者通信工程的任何一门专业课都是一门绝世武学，可潜心修炼发扬光大，但是修学分的大学专业课，就像当年陈近南送给韦小宝的那边“武功秘籍目录”，只是一个目录而已。既然是目录，还未开始学习，何来的忘却。至于去不去学，专攻哪个方向完全凭个人兴趣。cs或者ee专业出身的同学，如果真能找到一个兴趣方向，愿意并且有条件花时间和精力去深究，那是一件很了不起的事情。
回到上面的问题，打开手机，录制短视频，然后上传至社交账号，打电话给朋友让帮忙点赞，中间发生的哪些事情跟专业有关呢。为了清晰表述，课程的名字在下面会用粗体字表示。
- 当拿起手机的时候，你已经接触到计算机硬件了。那一部轻薄的手机里面包含着运算器（CPU），存储器和各类功能芯片，它们的本质都是集成电路设计或者说是数字电子技术的产物，把海量的晶体管，也就是“与或非门”这些基本运算单元集中到一个很小的区域，达到我们耳熟能详的14nm，7nm量级，等等。
- 进一步来说，这么多芯片要发挥作用，通常会依附面板上获取电源并且实现互相通信，串并行总线，指令集架构（x86或者arm），通过一系列设计开发验证流程把它们装在一起。例如，各品牌的中高端手机会有专门的image processing unit来帮助快速处理照相机信号，把它处理成人类可以理解的图像数据，传递给cpu或其他芯片。这些知识会在计算机基础架构，单片机和微机原理的课堂上详细介绍。
- 接下来应该是解锁界面。可以通过输入密码的方式判断你是不是手机的主人，密码可以是按钮也可以是一个图案，只要用户能够快速方便理解其含义并且做出正确操作，这就涉及人机交互了。当然，也可以通过指纹或者脸部识别解锁，这又就是模式识别技术的一个经典应用。
- 密码验证通过，会（如果你手机没被流氓app劫持）进入一个操作系统，在华为，小米，ov，三星手机上是它们的定制android系统，在苹果手机上是iOS系统，但它们作为连接硬件和软件（app或者service）的桥梁，都要完成相似的任务，比如系统资源（内存）管理，并发任务协调和同步，防止死锁，文件管理，安全管理，在操作系统原理的课堂上会有详细的介绍。
- 既然是手机，激活以后我们会下意识的看看周围有没有WiFi，如果没有，要查看信号强度。手机怎么跟周围的基站保持联系呢，为什么在高速行驶的列车上信号连接很可能不太好呢，你会担心自己的通话被无线电波劫持的方式干扰或者偷听吗，手机的通信频率是怎么确定的，军事上经常使用的跳频通信是怎么回事。这些问题会在通信原理，无线通信系统，高频电子线路等课程里面找到解答。
- 接着你就会打开你的相机app了，一方面，这个app要确保成功的打开手机上的照相机（CCD/CMOS）硬件获取图像数据源，照相机会有焦距，畸变中心（principal point），光轴，distortion等一系列校准参数。另一方面要对raw数据进行处理，比如，美颜和修图是必不可少的。很多手机自带防抖功能确保高质量的视频录制。几乎所有手机都支持拍摄全景图（pano-view）。这些都涉及数字图像处理和计算机视觉技术。
- 手机拍摄的高清图片可以达到千万像素，视频可以达到60Hz，需要配套的视频编解码与压缩技术确保你的手机闪存可以放下尽可能多的内容，而不是拍完一段视频以后就报警存储不足。
- 现在已经拍到满意的照片或者视频，接下来就要打开你的社交账号了，可以是微信，微博，qq，知乎，豆瓣等等。在你打开这些app的瞬间，都需要完成一个身份验证的功能，毕竟它们的服务器必须核实这是不是你本人的操作。第一次登录你会被要求输入密码，而后密码会缓存在手机上面，每次打开的时候传到服务器进行验证。然后，存放或者传输密码明文是很不安全的，所以由密码学与网络安全的知识来帮助你对密码加密，可以是对称密钥，也可以是公私密钥。
- 连上服务器进入社交账号之后，服务器数据库会检索你的朋友列表，群列表，状态，最近会话，然后把这些信息以特定的方式显示在你的app里面。
- 选好自己的照片或者视频，准备上传。这个选择过程其实是文件管理，是操作系统的一部分。进一步看，手机app作为客户端如何跟云端服务器建立连接呢，传输使用文件使用什么协议呢，大尺寸的文件怎么分割打包进行传输，如何确认文件是完整无修改的到达服务器呢，传输过程中要经过哪些路径和子网络呢，如果传输失败那应该怎么办呢，这些问题会在计算机网络的课程里面得到解答。
- 当上传完成以后，社交网络会检查你是否上传了违规内容，早年的模式识别技术可以帮助过滤垃圾邮件，而新兴的机器学习可以更准确更精细的判断违规内容。通过审查之后，数据库会进行更新，让你的好友可以访问新的内容，也会按照你的要求让某部分好友无法访问。
- 接下来当然是打电话告诉朋友们点赞啦，打电话和播放音乐是所有手机的必备功能，而它们都依赖模拟电子技术 来调制解调声音。当年我的学校还专门开设电工实习和电子电路设计，分别用一个学期教会怎么从散装元器件开始焊接出一个充电器和一个扩音器。
- 还有后续，BAT们得到你发在社交网络上的内容后，会据此推测你的年龄，喜好，收入和居住城市，然后向你定点推送广告，这里面当然就是机器学习，最近很流行深度学习网络把机器学习从实验室带到了工业界，就是把一个研究课题推广成为一份有影响力的产业。
- 补充一点，作为用户，我们最关心的其实是整个开机拍照上传流程足够快，足够方便，并且不出错。而以上所有的数据和信息处理本质上都是计算，所以用户是希望这些计算尽可能的准确和高效，占用尽可能少的时间和空间资源。在开发过程中，有很多成熟通用的第三方标准库或者标准架构或者平台来屏蔽这些计算细节，是我们轻易获取这种稳定，精确和高效的结果。但计算机专业人士在实际工作中，肯定会遇到需要定制解决方案并且无法直接使用标准库的情况，这时候算法性能分析，数值计算，和编译原理的知识会带来灵感。
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