计算机原理

【一】编程语言和编程

(1) 编程语言是什么

编程语言就是人类与计算机之间沟通交流的媒介

(2) 编程什么

计算机里的数据是二进制数据 01010101
# 编程就是为了让人类和计算机进行有效的交流

(3) 为什么要学习编程

让计算机按照我们的意愿完成特定的任务，实现高效率、自动化

【二】计算机组成原理

（1）什么是计算机

计算机是电脑，代替人类进行繁杂的数据处理和计算任务，减轻人力负担，实现自动化

（2）计算机的五大组成部分

（1）控制器

• 相当于计算机的大脑，负责协调调度其他硬件和软件配合工作

（2）运算器

• 相当于大脑处理运算的部分，实现计算的功能
  • 算数：加减乘除
  • 逻辑：判断条件成不成立

（3）存储器

• 存储数据的部分
  • 长期存储
    • 硬盘
    • 数据存储就很持久，断电的话也不会消失，
    • 读取数据慢
  • 短期存储
    • 内存条
    • 短期存储数据，断电就会消失

（4）输入设备 input

• 将信息输入到计算机，让计算机能够处理我们想要处理的数据

（5）输出设备 output

• 将计算机处理过后的结果呈现给用户或者其他设备

（6）小结

• 控制器 + 运算器 ---> 人的大脑 运算和处理
• 存储器 ---> 人的大脑 存储记忆
• 输入设备 ---> 人的眼睛、耳朵
• 输出设备 ----> 人的嘴，人的腿

【三】计算机三大核心硬件

（1）CPU

• 由控制器 + 运算器组成
• 处理计算中的数据，生成指令，控制计算机

（2）内存

• 临时存储正在运行的程序和临时数据
• 读取速度快，但是基于电工作
• 断电数据就会消失

（3）硬盘

• 长久存储我们的数据，包括我们的操作系统、应用程序和用户数据
• 只要硬盘不损坏就永远能保存数据
• 读取速度慢

1b = 8个比特位
1kb = 1024b
1mb = 1024kb
1GB = 1024mb
1TB = 1024GB

【四】操作系统

【1】为什么要出现操作系统

• 操作系统出现的目的是为了简化硬件操作，提供统一的接口供应用程序使用
• 我们在操作系统之上去开发我们的代码程序

【2】操作系统小结

• 对于不同公司的开发者来说，应用程序的业务逻辑各不相同，但硬件的控制程序都大致相同，为了避免所有程序员做重复劳动，以及不用再耗费精力去了解所有硬件的运行细节，有公司专门跳出来承担起控制程序的开发任务，这里所说的控制程序指的就是操作系统。
• 操作系统的功能就是帮我们把复杂的硬件的控制封装成简单的接口，对于开发应用程序来说只需要调用操作系统提供给我们的接口即可

【3】常见的操作系统

（1）客户端(PC)

• Windows（微软）
• macOS（苹果）
• Linux（服务器）

（2）移动端(APP)

• 安卓
• iOS
• 鸿蒙

【4】系统软件与应用软件

（1）系统软件(操作系统)

• 操作系统是一种系统软件，作为计算机硬件和应用软件之间的中介，负责协调、管理、控制计算机硬件与应用软件资源的控制程序。
• 其主要功能包括硬件管理、文件系统、进程管理、内存管理、设备驱动程序、用户界面等。
• 常见的操作系统有Windows、macOS、Linux等。

（2）应用软件(应用软件)

• 应用软件是为了满足用户特定需求而开发的软件，通过操作系统运行。
• 它包括各种各样的程序，涵盖了几乎所有计算机用户可能需要的功能。
• 例如：
  • QQ： 一款即时通讯软件，用于文字、语音、视频通话以及文件传输等功能。
  • 微信： 一款综合性社交平台软件，除了即时通讯外，还包括朋友圈、小程序等功能。
  • Word： 一种文字处理软件，用于创建、编辑文档，处理文本内容。
• 这些应用软件通过操作系统提供的接口与硬件交互，使用户能够方便地完成各种任务。
• 应用软件的种类丰富多样，涵盖了各个领域，满足了用户的不同需求。

【五】计算机系统的三层架构

• 我们开发应用程序本质是在控制硬件，但是我们直接打交道的是操作系统，应用程序都是通过操作系统来间接地操作硬件的，所以一套完整的计算机系统分为三层

（1）应用层

• 在计算机系统的顶层是应用层，这是用户直接交互的层面。
• 我们的主要关注点通常是在这个层次上。
• 在这里，我们编写和设计各种应用程序，包括但不限于网页应用、桌面应用、移动应用等。
• 编写代码的目标是实现用户需求，而这些应用程序通过操作系统提供的接口来与底层硬件进行通信。

（2）操作系统层

• 操作系统层是连接应用层和硬件层的桥梁。
• 它提供了一系列的系统调用和服务，使应用程序能够在硬件上运行。
• 这一层包括操作系统的内核，负责管理系统资源、进程调度、文件系统等。
• 不同操作系统有不同的特性，例如Linux、Windows等，以及它们在开发中的影响。

（3）硬件层

• 硬件层是计算机系统的最底层，包括处理器、内存、存储设备、输入输出设备等。
• 在这个层次上，我们关注计算机体系结构、指令集架构、存储器层次结构等概念。
• 理解硬件层对于优化应用程序性能和解决一些底层问题至关重要。

（4）图解总结

【6】平台的概念

（1）什么是平台

• 应用程序都是运行于操作系统（系统软件）之上
  • 而操作系统则是运行于硬件之上的，
  • 所以承载应用程序的是一台运行有操作系统的计算机，称之为应用程序的运行平台
    • 即：硬件 + 系统软件 == 平台

（2）常见的平台

• windows系统+某款硬件
• linux系统+某款硬件
• ubuntu+某款硬件等

（3）跨平台性的优势

• 在开发应用程序时，考虑跨平台性是至关重要的。
• 这意味着无论用户使用的是Windows、Linux还是其他操作系统，应用程序都能够在不同平台上运行。
• 这为开发者提供了更广泛的用户群体，减少了开发和维护的成本，同时增加了应用程序的灵活性。

（4）编程语言的选择

• 决定应用软件的跨平台性的确关键因素之一是选择合适的编程语言。
• 不同的语言在这方面有着不同的表现。
• Python作为一种解释型语言，具有卓越的跨平台性，这是因为Python解释器本身可以在各种操作系统上运行，而且许多Python库和框架也是跨平台的。

（5）Python的跨平台性

• Python的设计理念之一就是"Write once, run anywhere"，即一次编写，到处运行。
• 这得益于Python解释器的能力，使得开发者无需担心底层平台细节，只需专注于编写高级代码。
• 这对于培训零基础小白来说，降低了学习和开发的门槛，使他们更容易进入开发领域。