计算机与编程基础

Posted 2021-01-20 guyanzhi

了解编程(Programming)概念、计算机组成原理、操作系统(OS)、数据结构(Data Structure)相关基本知识,对之后python语言的学习的应用有至关重要的帮助。

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1.什么是编程语言?

　　编程语言是一门语言,但与我们说的汉语英语不同之处在于,编程语言比如python是程序员与计算机进行沟通,交互的一种介质。程序员将希望计算机完成的任务,以编程语言的形式翻译出来(通常是一行行代码)写入到文件中,这就是编程. 最终完成的文件,就是我们说的程序(软件).

2.为何要编程?

　　社会的进步就是一个解放生产力的过程, 而人力有穷时,所以我们将目光转向了机器:

用机器代替人力工作. 而给机器发指令,驱使机器按照程序指定的逻辑完成工作,就需要使用编程. 

3.计算机基本组成

了解计算机的组成,有助于更好的理解代码的运行方法.典型的冯诺依曼计算机有五大组成部分:控制器 运算器 存储器 输入设备和输出设备:

 

　　其中,控制器和运算器组成CPU,相当于人的大脑. CPU的工作方式：取指--->分析--->执行.CPU的速度很快,每秒可以执行百万条指令,而硬盘的速度很慢,完成一次读写的平均寻道时间和平均延迟时间为9ms,为了平衡CPU和磁盘速度不匹配的问题,引入了内存,内存的速度相对磁盘要快,但是不能永久存储,断电数据会消失.一个程序运行时,代码先从磁盘加载到内存,CPU从内存中读取指令,然后执行.

　　CPU一次可以处理内存中32bit数据的,是32位CPU,最开始是8086系列,故而用x86(其内置x86指令集)标识.后来出现了一次可以处理64位bit数据的CPU,采用x86-64架构,故而每次处理32个空位32个指令位,就可以兼容32位的软件.现在家用PC大多是64位CPU.需要强调的是,所有软件都需要转换成CPU的指令集去执行.

之后的学习中,接触最多的就是与程序运行相关的三个核心硬件:CPU 内存  硬盘.

4.计算机系统

 

　　完整的计算机系统包括 计算机硬件,操作系统,应用程序,其中,操作系统和硬件是应用程序的平台. 平台是一个很重要的概念,程序是否有良好的跨平台性,比如在windows系统编写的程序,能否在linux系统中运行,与程序的编写语言有关,python语言就拥有良好的跨平台性.

 　　一台计算机开始通电启动, 最开始不是从硬盘读写数据的,而是ROM和CMOS.ROM只能读不能写,断电数据不会丢失,速度和内存一样快,但价格贵,容量也小.所以只用来存储很关键的数据,比如计算机的引导加载模块.CMOS是一种存储器,断电数据丢失,但其一个特性是耗电量非常小,通常将其置于主板上,并且单独为它提供一块电源,来保证CMOS可以长期通电.在CMOS里,有计时器以及Bios(Basic Input / Output System)的配置.比如重装系统时,需要在BIOS里设置系统从磁盘启动改为从U盘启动,这个过程就是CPU→ROM→CMOS,类似计算机启动之后的CPU→内存→硬盘过程.

 

5.数据单位

8bit=1Bytes
1024Bytes=1KB
1024KB=1MB
1024MB=1GB
1024GB=1TB
1024TB=1PB

随着学习的深入,你会发现计算机硬件的某些特性和数据的传输单位是相关的,在此不做赘述.

思维导图