0_编程入门

概述

计算机包括硬件(hardware)和软件(software)两部分。硬件包括计算机中可以 看得见的物理部分。而软件提供看不见的指令。这些指令控制硬件并且使得 硬件完成特定的任务。

程序设计 定义：创建（或开发）软件。软件包含了指令，告诉计算机做什么。 应用场景：软件遍布我们周围。除了个人计算机，飞机、汽车、手机甚至烤 面包机中，同样运行着软件。

程序设计语言 软件开发人员在称为程序设计语言的强大工具的帮助下创建软件。

计算机硬件介绍

冯诺依曼体系

冯·诺依曼体系结构是现代计算机的基础，现在大多计算机仍是冯·诺依曼计算机的组 织结构，只是作了一些改进而已，并没有从根本上突破冯体系结构的束缚。冯·诺依曼 也因此被人们称为“计算机之父”。

 中央处理器(Central Processing Unit,CPU)是计算机的大脑。它从内存中获取指令，然 后执行这些指令。

 中央处理器包括：控制单元(control unit)和算术/逻辑单元(arithmetic/login unit)。
控制单元：用于控制和协调其他组件的动作。
算术/逻辑单元：用于完成数值运算(+、-、*、/)和逻辑运算(比较)。

 每台计算机都有一个内部时钟，该时钟以固定速度发射电子脉冲。时钟速度越快，在给 定的时间段内执行的指令就越多。速度的计量单位是赫兹(Hz)，1Hz相当于每秒1个脉 冲。随着CPU速度不断提高，目前以千兆赫(GHz)来表述。

赫兹换算

​ 1kHz = 1024Hz

​ 1mHz = 1024KHz

​ 1GHz = 1024MHz

 最初一个CPU只有一个核(core)。核是处理器中实现指令读取和执行的部分。一个多核 CPU是一个具有两个或者更多独立核的组件。可提高CPU的处理能力。

IT定律之计算机行业发展规律

摩尔定律(Moore’s Law)

1.摩尔定律是由英特尔( Intel)创始人之一戈登 摩尔( Gordon Moore )提出来的。其内容为:当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，
性能也将提升一倍。换言之，每美元所能买到的电脑性能 ，将每隔18-24个月翻一倍以上。

安迪-比尔定律(Andy and Bill’s Law)

2.安迪-比尔定律( Andy and Bil’s Law )描述了硬件产商和软件产商之间的关系。即比尔要拿走安迪所给的( What Andy gives, Bill takes away).
个人电脑工业整个的生态链是这样的:以微软为首的软件开发商吃掉硬件提升带来的全部好处，迫使用户更新机器让惠普和戴尔等公司收益，而这些整机生产厂再向英特尔这样的半
导体厂订货购买新的芯片、同时向Seagate等外设厂购买新的外设。在这中间，各家的利润先后得到相应的提升,股票也随着增长。各个硬件半导体和外设公司再将利润投入研发，
按照摩尔定理制定的速度，提升硬件性能，为微软下一步更新软件、 吃掉硬件性能做准备。当然，微软和其它软件开发商在吃掉大部分硬件提升好处的同时，或多或少地会给用户带来一些新东西。

反摩尔定律(Reverse Moore’s Law)

3.反摩尔定律: Google的前CEO埃里克施密特提出的:如果你反过来看摩尔定律一个T公司如果今 天18个月前卖掉同样多的、 同样的产品，它的营业额就要降 半。IT界把它
称为反摩尔定律。反摩尔定律对于所有的IT公司来讲， 都是非常可怕的，因为一个T公司花了同样的劳动，却只得到以前一半的收入。反摩尔定律逼着所有的硬件设备公司必须赶上
摩尔定律所规定的更新速度，而所有的硬件和设备生产厂活得都是非常辛苦的。

存储设备

内存中的信息在断电时会丢失。那我们可以考虑将程序和数据永久的保存在存储设备上。当计算机 确实需要这些数据时，再移入内存，因为从内存中读取比从存储设备读取要快得多。

存储设备主要有以下三种：

磁盘驱动器

每台计算机至少有一个硬盘驱动器。硬盘(hard disk) 用于永久的保存数据和程序。

==注：==现在我们的电脑磁盘一般都是从C盘开始，但是还是存在 A B两个盘的（AB均为软盘，且二者的存储量不大，慢慢被淘汰）。

光盘驱动器(CD和DVD)

CD的容量可达700MB。 DVD的容量可达4.7GB。

USB闪存驱动器

USB: Universal Serial Bus，通用串行总线。

可以使用USB将打印机、数码相机、鼠标、外部硬盘驱动器连接到计算机上。 USB闪存驱动器很小，可用于存储和传输数据的设备。

内存

比特(bit)和字节(byte)

• 在讨论内存前，先清楚数据是如何存储在计算机中的。

• 计算机就是一系列的电路开关。每个开关存在两种状态：关(off)和开(on)。如果电路 是开的，它的值是1。如果电路是关的，它的值是0。

• 一个0或者一个1存储为一个比特(bit)，是计算机中最小的存储单位。

• 计算机中是最基本的存储单元是字节(byte) 。每个字节由8个比特构成。

• 计算机的存储能力是以字节和多字节来衡量的。如下：

千字节(kilobyte,KB) = 1024B

兆字节(megabyte,MB) = 1024KB

千兆字节(gigabyte,GB) = 1024MB

万亿字节(terabyte,TB) = 1024GB

==注：==PB是指petabyte，它是比较高级的存储单位，其上还有EB，ZB，YB等单位。没高一个层级都是以1024为换算单位。

内存

• 内存(也叫 Random-Access Memory,RAM)：由一个有序的 字节序列组成，用于存储程序及程序需要的数据。

• 一个程序和它的数据在被CPU执行前必须移到计算机的内存 中。

• 每个字节都有一个唯一的地址。见下图。使用这个地址确定 字节的位置，以便于存储和获取数据。
  

• 一个计算机具有的RAM越多，它的运行速度越快，但是此规律是有限制的。

• 内存与CPU一样，也构建在表面嵌有数百万晶体管的硅半导 体芯片上。但内存芯片更简单、更低速、更便宜。

实测发现：内存存取数据的速度比硬盘的存取速度快10倍，在某些环境里，硬盘和内存之 间的速度差距可能会更大。而CPU的速度比内存不知还要快多少倍。当我们把程序从硬盘 放到内存以后，CPU就直接在内存运行程序，这样比CPU直接在硬盘运行程序就要快很多。

 内存解决了一部分CPU运行过快，而硬盘数据存取太慢的问题。 提高了我们的电脑的运行 速度。内存就如同一条“高速车道”一般，数据由传输速度较慢的硬盘通过这条高速车道 传送至CPU进行处理！

但内存是带电存储的(一旦断电数据就会消失)，而且容量有限，所以要长时间储存程序或数 据就需要使用硬盘.

 内存在这里起了两个作用：

1. 保存从硬盘读取的数据，提供给CPU使用
2. 保存CPU的一些临时执行结果，以便CPU下次使用或保存到硬盘

输入和输出设备

• 常见的输入设备：键盘（keyboard）和鼠标（mouse）

• 常见的输出设备：显示器（monitor）和打印机（printer）

• 显示器屏幕分辨率：是指显示设备水平和垂直方向上显示的像素(px)数。

• 分辨率可以手工设置。

• 分辨率越高，图像越锐化、越清晰。

  常见手机像素：

==注：==上图说明像素密度与屏幕的大小和像素

通信设备

计算机可以通过通信设备进行联网。

• 常见的设备有：
  • 拨号调制解调器：使用的是电话线，传输速度可达56 000bps(bps:每秒比特)
  • DSL（数字用户线）：使用的也是电话线，但传输速度叫上面的快20倍
  • 电缆调制解调器：利用有线电视电缆进行数据传输，通常速度比DSL快。
  • 网络接口卡（NIC）：将计算机接入局域网（LAN）的设备。局域网通常用于大学、 商业组织和政府组织。速度甚至可达1000Mbps
  • 无线网络：在家庭、商业和学校中极其常见。计算机可通过无线适配器连接到局域 网或internet上。

计算机发展史上的鼻祖

图灵

冯·诺伊曼

操作系统

• 操作系统(Operating System)是运行在计算机上的最重要的 程序，它可以管理和控制计算机的活动。

• 硬件、操作系统、应用程序和用户之间的关系如下图。

• 操作系统的主要任务：
  • 控制和监视系统的活动
  • 分配和调配系统资源
  • 调度操作

万维网

万维网（World Wide Web,www,环球信息网）常简称为Web, 发明者蒂姆·伯纳 斯·李。分为Web客户端和Web服务器程序。 WWW可以让Web客户端（常用 浏览器）访问浏览Web服务器上的页面。 是一个由许多互相链接的超文本组 成的系统，通过互联网访问。在这个系统中，每个有用的事物，称为一样“资 源”；并且由一个全局“统一资源标识符”（URI/网址）标识；这些资源通过超文 本传输协议（Hypertext Transfer Protocol）传送给用户，而后者通过点击链 接来获得资源。

万维网 因特网 互联网三者的关系：万维网 包含于 因特网，因特网 包含于 互联网

万维网是无数个网络站点和网页的集合，它们在一起构成了因特网Internet最 主要的部分（因特网也包括电子邮件、Usenet以及新闻组）。它实际上是多 媒体的集合，是由超级链接连接而成的。我们通常通过网络浏览器上网观看的， 就是万维网的内容。

B/S browser server （相当于浏览器端） 浏览器/服务器架构
C/S client server 客户端/服务器架构