计算机基础

[一]编程和编程语言是什么

【1】什么是编程

编程就是将人类的语言转换为计算机能识别的语言

【2】什么是编程语言

• 任何人之间都会进行交流
• 人和人之间交流的媒介就是语言
• 编程语言就是人与计算机进行交流的语言

【3】为什么要常出现编程语言？

• 最根本的原因就是计算机无法识别人类语言
• 于是就开发了计算机能识别的语言

【4】为什么要做编程？

• 编程就是为了让计算机能够理解人类所下达的指令，然后让计算机实现自动完成任务的功能

[二]计算机组成原理

【1】什么是计算机

• 计算机就是通电的智能机器
• 能够批量处理人类的指令和数据

【2】为什么要发明计算机

• 节省劳动成本、增加效益

【3】计算机的五大组成部分

（1）控制器

• 相当于人类的大脑，可以相互协调、工作。

（2）运算器

• 相当于我们大脑进行的逻辑运算和数字运算的功能
  • 逻辑运算包括与或非、如果、但是、其他
  • 数据运算：加减乘除

（3）存储器

• 人类的记忆存在与大脑中，如海马体
  • 人类的记忆也分为：长期记忆、短期记忆

（1）短期记忆：内存

• 临时存储数据，断电重启数据消失。

（2）长期记忆：外存

• 硬盘
  • 机械硬盘
    • 可以存储大量的数据，但是读取速度比较慢，价格低
  • 固态硬盘
    • 可以存储大量的数据，读取速度快，但是价格高
• 可以持久性的存储数据，并且断电不会消失

（4）输入设备

• 就是我们使用的向电脑输入内容的设备
• 鼠标键盘、麦克风...

（5）输出设备

• 计算机向我们展示信息的平台和设备
• 投影仪、显示器....

[4]计算机的三大核心硬件

（1）CPU

• 控制器+运算器=CPU
• 中央控制处理器
• 控制整个电脑的调度和运算

（2）内存

• 临时存储数据的地方
• 断电数据消失，数据安全性低，但是读取速度快

（3）硬盘

• 持久化存储数据的地方
• 断电数据不消失、数据安全性高，读取速度慢

[5]程序的执行过程

• 数据准备
• 数据读取
• 数据写入

[三]操作系统的概念

【1】操作系统的由来

• 出现的目的就是为了简化操作
• 为了简化一系列的操作指令，只能是找到这些指令的替代品

【2】操作系统

• 操作系统其实就是再一堆硬件的基础上实现功能和接口的封装，通过这些接口和程序进行硬件的调度。

【3】开发一套操作系统

• 开发一款视频软件
  • 核心业务：播放视频、输出音频
    • 将视频文件数据从硬盘中读取出来到内存中，经过播放器进行转码
    • 进行音视频输出

【4】常见的操作系统

（1）Windows平台

（2）Mac平台

（3）Linux平台

（4）Andoraid

（5）IOS

（6）鸿蒙

【5】系统软件和操作软件的区别

（1）什么是系统软件

• 系统软件就是建立在硬件之上的软件，负责调度整个硬件
• Windows,MacOS,Linux
• 功能包括调度计算机服务、读取文件、进程管理...

（2）什么是操作系统

【1】系统软件

• 系统自带的服务，网卡服务，文件管理器

【2】应用软件

• 基于Windows系统之上安装的其他软件

【6】计算机系统的三层架构

• 底层就是硬件层
  • 所有的操作都是基于硬件的
• 中间层就是操作系统层
  • 所有的硬件调度服务都是基于操作系统的
• 最上面的是应用层
  • 进行工作和开发的软件层

【7】平台

• 平台就是操作系统+硬件
• Linux平台
  • 用在服务器上
  • CPU+显卡+内存+硬盘
• Windows平台
  • Windows系统+CPU+...
• MacOS平台
  • macOS+Mac相关硬件

【四】为什么要学Python

【五】编程语言

【1】编程语言的分类

• 编程语言的发展史，在开始的编程语言（人与计算机进行交流）

【2】机器语言

（1）什么是机器语言

• 机器语言就是计算机可以理解的语言。操作计算机的系统硬件
• 由于计算机基于电工作，电分为高低电频，0/1
• 我们可以控制高低电频的变化组成一系列的指定去操作系统硬件
• 机器语言因为可以直接操作计算机硬件，所以是最低级的语言。

（2）机器指令

• 控制高低电频的变化组成一系列的指令就叫机器指令，能控制电脑硬件

（3）如何写机器指令

• 记住计算机的全部指令及核心代码的含义
• 在编写机器指令程序的时候需要自己处理每一条数据，以及数据随时可能会发生意外情况

（4）机器语言的示例

• 机器语言及其繁琐且难以记忆

（5）及其语言的优缺点

• 优点
  • 执行效率高
    • 可以直接操作计算机的底层硬件
• 缺点
  • 开发效率低
    • 学习成本高，开发效率慢
  • 跨平台性很差
    • 更换系统硬件会导致机器指令失效
  • 理解源码、反码、补码

底层单位数据的换算
#00000001 表示1字节，有256种排列方式，从0到255。
#00000001 -----> 1bytes -----> 256种排列方式 -----> 从0开始计数就是0-255
#八个字节表示一个 bytes
单位换算公式
1024 bytes = 1 KB
1024 KB = 1 MB
1024 MB = 1 GB
1024 GB = 1 TB
1024 TB = 1 ZB

【3】汇编语言

• 汇编语言可以直接操作底层硬件
• 对比机器语言来说，汇编语言就是一种进步，一定程度上降低了开发成本

（1）什么是汇编语言

• 汇编语言就是用一个英文字母或一串单词来替代

（2）汇编语言示例

hello world

; hello.asm 
section .data            		; 数据段声明
    msg db "Hello, world!", 0xA ; 要输出的字符串
    len equ $ - msg             ; 字串长度
section .text            		; 代码段声明
    global _start            	; 指定入口函数
_start:                			; 在屏幕上显示一个字符串
    mov edx, len            	; 参数三：字符串长度
    mov ecx, msg            	; 参数二：要显示的字符串
    mov ebx, 1            		; 参数一：文件描述符(stdout) 
    mov eax, 4            		; 系统调用号(sys_write) 
    int 0x80            		; 调用内核功能
                    			; 退出程序
    mov ebx, 0            		; 参数一：退出代码
    mov eax, 1            		; 系统调用号(sys_exit) 
    int 0x80            		; 调用内核功能

(3)汇编语言的优缺点

• 优点

  • 执行效率高
    • 直接操作计算机底层硬件
  • 操作灵活
    • 简化了机器指令可以快速实现代码编程
  • 可执行文件很小

• 缺点

• 开发效率低

  • 需要记住很多指令集

• 复杂度很高

• 跨平台很差

  • 直接操作计算机底层硬件

【4】高级语言

（1）什么是高级语言

• 高级语言就是从人类角度出发，用人类语言转化为计算机可以识别的语言
  • 可以通过人类的指令实现操作
• 更贴近人类

（2）高级语言分类

• 按照编译方式分为两类
  • 编译型语言
  • 解释型语言

（3）编译型语言

[1]什么是编译型语言

• 编译型语言就是将源代码一次性翻译成目标代码
  • 下次执行代码只需要执行，翻译过后的文件即可

[2]优缺点

• 优点：
  • 一次编译处处执行，效率高
• 缺点：
  • 修改过后需要重新编译
  • 跨平台性很差

[3]编译型语言的代表

• C、C++、Java

（2）解释型语言

[1]什么是解释型语言

• 解释型语言就是在执行代码过程中，不是一次性变异而是用到哪里编译到哪里
• 一点一石的进行编译后执行

[2]解释型语言优缺点

• 优点
  • 不需要改动后在编译，开发效率高
  • 跨平台性强
• 缺点
  • 执行效率慢

[3]编译语言代表

• Go、Python

【5】语言对比

（1）执行效率

• 机器语言
• 汇编语言
• 高级语言
  • 编译型
  • 解释型

（2）开发效率

• 高级语言
  • 解释型
  • 编译型
• 汇编语言
• 机器语言

（3）跨平台性

• 高级语言
  • 编译型
  • 解释型
• 汇编语言
• 机器语言

【六】Python语言介绍

【1】创始人

• 吉多·范罗苏姆（Guido van Rossum）。

【2】名字的由来

• Pyhton的名字，是来自Guido喜欢的电视剧《Monty Python's Flying Circus》，他希望这个语言叫做Python的语言。
• 创造一种C和shell之间，语法能够像shell一样简洁，易学易用、可拓展性强，同时兼顾C的强大功能。

【3】全球语言排行榜

• [https://www.tiobe.com/tiobe-index/]

【4】Python语言的应用领域

• 人工智能、数据分析、爬虫、金融量化、云计算、web开发、自动化运维/测试、游戏开发、网络服务、图像处理等众多领域。

【5】国内应用

Python在国内目前几乎所有的大中型互联网企业都在使用Python

• Quora（中国知乎）、豆瓣、BiliBili、百度、腾讯....

【6】Python解释器的发展史

• 1989年，Guido开始写Python语言的编译器。

• 1991年，第一个Python编译器诞生。

  • 它是用C语言实现的，并能够调用C语言的库文件。
  • 从一出生，Python已经具有了：类，函数，异常处理，包含表和词典在内的核心数据类型，以及模块为基础的拓展系统。

• Python 2.7 - July 3, 2010

• Python 3.6 - 2016-12-23 发布python3.6.0版

• 本次将使用Python3.10

【7】Python的解释器种类

（1）Cpython解释器

• 基于C语言开发的解释器版本
• 底层源码都是C语言。

Cpython是我学习使用的解释器

（2）jpython

• 基于Java写的Python解释器

（3）ipython

• 可以进行交互的解释器版本