计算机基础

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1 计算机基础之编程篇

1.1 什么是编程语言

语言即一种沟通介质，比如中国人与中国人沟通介质是汉语，英国人与英国人沟通用介质是英语，动物与动物沟通也有它们所特有的介质（叫声，味道，动作……），那咱们想想，程序猿与计算机沟通该用啥介质呢？

所以编程语言就出现了，所谓的编程语言即用来定义计算机程序的形式语言。它是一种被标准化的交流技巧，用来向计算机发出指令。

1.2 什么是编程

编程即编写程序，而程序又是由一堆文件来组成的，文件又是由俺们程序猿^{@历经千辛万苦，苦思冥想，甚至掉光了头发}使用某种编程语言，经过特定的语法结构，为了使计算机完成某些动作而写成的。

编程：编定程序的中文简称，就是让计算机代为解决某个问题，对某个计算体系规定一定的运算方式，使计算体系按照该计算方式运行，并最终得到相应结果的过程。

1.3 为什么要编程

作为一个人类，总归是有一些惰性的，再勤劳的总会在某个瞬间累的不想干活，那时人就会想要是有一个东西帮我干活就好了，故而有人发明了机器来取代劳动力并提高了劳动效率。

而20世纪最伟大的发明则是计算机，但计算机是死的，所以人类就通过编程控制（奴役）计算机帮助人类进行高效快速且准确的工作，从而大大降低了人力劳动，提高了生产效率。

2 计算机组成原理

2.1 控制器

计算机的大脑（指挥系统），控制计算机硬件进行工作。

2.2 运算器

计算机的判断系统，进行算术运算和逻辑运算

2.3 存储器

计算机的存储系统，所有的信息均是以0和1的形式进行存储（0代表低电压，1代表高电压）

计算机的部分单位换算

一个二进制数是1 bit （位/比特）
  8   bit = 1 Byte（字节）
1024 Byte = 1 KB  （千字节）
  1024 KB = 1 MB  （兆字节）
  1024 MB = 1 GB  （吉字节）
  1024 GB = 1 TB  （太字节）

内存（主存）

内存是计算机临时存储数据的硬件设备

优点：存取速度快

缺点：容量较小，断电立马就会清空数据
外存（硬盘/磁盘/U盘……）

外存是计算机永久存储数据的硬件设备

优点：容量较大，永久存储数据（损坏除外）

缺点：存取速度比较慢

2.4 输入设备

给计算机输入信息（程序、数据、图像、声音、文字……）

常见的输入设备：鼠标、键盘、麦克分、外存

2.5 输出设备

计算机输出信息的设备

常见的输出设备：显示器、打印机、外存

2.6 扩展

2.6.1 I/O设备

在上面，输入输出设备都有外存的身影，大家会不会怀疑搞错了，其实木有搞错啦~

外储存器既是一种输入（Input）设备，又是一种输出（Output）设备，我们又称之为I/O设备

2.6.2 CPU（中央处理器）

CPU = 控制器 + 运算器
多核CPU：多个CPU组成，可以让电脑同时处理多个文件；如4核CPU就可以同时处理4个文件
X86-64位和X86-32位：
- 64位代表计算机CPU可以一次性读取64个二进制（bit）的数
- 32位代表计算机CPU可以一次性读取32个二进制（bit）的数
CPU具有向下兼容的功能，64位计算机可以运行32位计算机的软件，反过来，32位计算机不可以运行64位计算机的软件（会丢失数据）。

2.6.3 总线

总线负责计算机内部各个硬件的来连接，相当于人类的血管、神经。

3. 操作系统

3.1 操作系统引入

在我们大家买电脑的时候是否会发现，电脑的硬盘会少部分空间，而且开机后电脑内存也被占用了部分。

那这部分内存为什么会被占用呢？原来产商在电脑出厂时已很贴心的预先帮我们装了一个软件，以便我们一开机就能使用电脑，这个软件就叫操作系统

3.2 什么叫操作系统

之前有写，计算机是由五大部分组成，但人类可以直接操控计算机的五大组成硬件来进行想要的工作吗？显然是不可能的！人最多只能让计算机硬件通个电啥的
如果我们需要操控计算机进行我们想要的工作，我们就需要通过操作系统这样一个翻译来将我们的需求翻译成计算机能识别的语言(0和1)。

3.2.1 什么是文件

在我们看来，用纸质来承载某些信息的东西叫做文件。

在计算机里也有文件，但它不是实体存在的，只是一个虚拟的单位，而我们只需要双击文件就能打开存放在硬盘里里的我们需要的资料。所以文件只是一个路径，记录我们资料在硬盘中存放的位置。

现在我们来想，这个虚拟单位（文件）是由什么来提供的呢？首先不可能是我们自己操控硬件加上去的，也不可能是计算机自己加上去的，那很明显了，只能是操作系统提供的，也正是在启动计算机的时候，计算机开启了操作系统。

3.2.2 什么是应用程序

应用程序就是人为了奴役计算机进行某种工作而设定的程序，我们打开应用程序，然后应用程序通过操作系统去控制硬件来使计算机工作

3.3 操作系统的定义

操作系统就是位于计算机硬件与应用软件之间，它是一个协调管理计算机资源和软件资源的控制程序。它把对硬件的复杂操作，封装成一个一个简单的接口，供人们使用

3.4 为什么要有操作系统

完整的计算机是由硬件，操作系统，应用程序组成的

应用程序：应用程序位于操作系统之上，直接与人进行交互，来帮助人干各种各样的工作，它不直接与硬件交互
操作系统：一般用来控制硬件，把对硬件复杂的操作封装成一个简单又优美的接口，给用户或应用程序使用
硬件：以二进制的形式存储数据

3.5 补充

应用程序启动

双击应用程序图标
给操作系统发送指令，告诉操作系统软件在硬盘中存放的地址，并启动这个地址
操作系统向CPU发送指令给内存
内存从硬盘调取软件数据到内存中，应用程序启动

操作系统启动

开机会启动ROM存储器，ROM存储器会临时代替CPU控制BIOS程序（CMOS存储器中含有操作系统代码路径）并让CPU运行操作系统代码，运行成功后操作系统+CPU接管操作硬件的工作

ROM存储器：ROM只读存储器（不可写）在工厂中就被编程完毕，然后再也不能修改。它一般存放BIOS（Basic input output system）程序，该程序一般用于启动计算机，或用于处理底层设备的控制。
COMS存储器：CMOS存储器由一块电脑内置的电池驱动供电，它一般用来保持当前时间和日期的更新，也就是说，即使计算机没有充电，时间也会持续更新；同时它也可以存储启动磁盘的路径。（装机的时候一般会告诉计算机操作系统在计算机中的位置，如C:/）