计算机基础

黄俊人

一、什么是编程

1. 什么是编程语言：
   人与计算机交流的介质
2. 什么是编程：
   用编程语言写出一个个文件，这堆文件会达到一个目的
3. 编程有什么用：
   让计算机帮我们干活
   

二、计算机组成原理

CPU中央处理器：

1. 功能
   1. 帮我们控制四肢
   2. 运算+判断
2. 控制器：
   • 控制构成计算机的一大堆废铜烂铁
3. 运算器：
   • 逻辑运算+算术运算

存储器

1. 内存
   • 人类：睡一觉就忘了
   • 计算机：断电即消失（缺点）、速度快（优点）
2. 外存
   • 人类：永久保存
   • 计算机：永久保存（Ctrl+S→将文件由内存保存至外存）（优点）、速度慢（缺点）
3. 吃饭的流程
   1. 判断自己饿不饿
   2. 点个外卖
   3. 能不能吃
   4. 吃完了
4. 打开QQ的流程
   1. 双击QQ（找到QQ在外存的位置）（发送指令给CPU，让CPU帮我找到QQ在外存的位置）
   2. 运行（内存和外存二选一，内存）
   3. QQ启动了
   • 总结：内存或者外存的交互一定是CPU再控制协调（就好像人的四肢不能互相协调，只能是由大脑进行协调）

输入设备

• 键盘、鼠标：输入内容、输入信息

输出设备

• 屏幕、打印机：输出内容、输出信息

计算机的硬件

• CPU、内存、外存、输入设备、输出设备
• U盘：输入设备+输出设备（IO设备）

多核CPU

• 同时完成多件事

x64

• 下载文件时，一次性拿64位的0或1的二进制数（64位的电脑可以下载32位的文件/程序，但32位的电脑不能下载64位的文件）

总线

• 连接电脑的各个组成部分
  

机械硬盘

1. 机械手臂：读取数据
2. 磁道：存取数据
3. 扇区：划分磁道，一般划分的单位为512KB（多个扇区组成一个分盘）
4. 平均寻道时间：由于工业水平的限制，一般为5ms
5. 平均接卸硬盘寻找数据的时间=平均寻道时间+平均延迟时间=5+5.15=9.15ms（最少0ms能找到数据，最多1r才能找到，硬盘转速为7200r/min→120r/s，即1r=0.0083s=8.3ms，所以平均延迟时间为（8.3+0）/2=4.15）
   

存储器

1. ROM存储器：在工厂就被编程完毕，不可修改，一般存放BIOS程序，充当临时操作系统，用于启动计算机、启动操作系统、处理底层设备的控制
2. CMOS存储器：由电脑内置电池驱动供电，功能有1.保持时间与日期更新，及时计算机没有充电，时间也会更新2.存储启动磁盘的路径，用于启动计算机，启动操作系统

三、操作系统

• 庄园例子中， 庄园主不屑于跟奴隶讲话，他会找一个管家传达命令 （操作系统就相当于管家，接受外部指令，控制硬件）
  
• 操作系统干了什么：
  1. 接受外部指令转化为0和1
  2. 翻译我写的字符，把对文件的操作从繁(控制高低压电平)到简（双击、敲键盘等），把一些对硬件的复杂操作简化成一个个接口（双击、快捷键等）eg:打开→双击、保存→Ctrl+S、复制→Ctrl+C
• 为什么要有操作系统：
  • 如果我们要控制计算机→必须要有操作系统，不然就只能操作硬件，而CPU只认识0和1，即高低压电平
• 计算机由什么组成
  1. 应用程序：便利生活，具体生活，完成具体任务
  2. 操作系统：接受外部指令，控制硬件。从繁(控制高低压电平)到简（双击、敲键盘等），和应用程序、人、硬件
  3. 硬件：存储、输出、输入数据--→操作数据
• 应用程序的启动
  1. 双击
  2. 发送指令给操作系统
  3. 操作系统把这条指令转换成0和1发给CPU
  4. CPU把这条指令发给内存
  5. 内存从硬盘（外存）中调取程序的数据
  6. 程序被读入内存，启动程序
     • 注意：456步只是硬件间的交互，不涉及操作系统
• 操作系统的启动
  1. 前提：启动操作系统相当于启动软件；若要启动软件就要经过操作系统（互相矛盾，所以需要一个临时操作系统）
  2. 按下开机键（相当于双击）
  3. ROM充当临时操作系统控制CPU
  4. ROM去CMOS寻找操作系统的路径，并启动操作系统
  5. 真正操作系统接管ROM的工作
     • 注意：34步不作详细了解，只需知ROM和CMOS共同充当了临时操作系统

四、编程语言

机器语言（了解）

• 指的是0和1，这就是编程语言
• 优点：执行代码效率很快
• 缺点：开发效率低

汇编语言（了解）

• 通过写英文字符的形式代替了0和1，但还是直接与硬件交互（了解）
• 优点（相比于机器语言）：开发效率高
• 缺点：执行效率低

高级语言

• 直接用人能理解的语言和语法风格编写程序，但需要翻译器进行翻译
• 优点（相比于汇编语言）：开发效率高
• 缺点：执行效率低

同声传译（解释性）

• 说一句解释一句，每次翻译都需要解释，如Python、JavaScript
• 缺点（较编译型）：执行效率低(我滴个乖乖，写一次翻译一次)
• 优点（较编译型）：开发效率高(写一行 翻译一行，错了马上就知道，妈妈再也不用担心我找不到bug了)

谷歌翻译（编译型）

• 把要翻译的代码全部放进去，一次翻译，下次使用直接使用上一次翻译好的结果，一次编译，多次执行,如C/C++、Java
• 优点（较解释型）：执行效率高(有解释器省去很多翻译的过程)
• 缺点（较解释型）：开发效率低(写完所有的代码才能检查bug，得多恐怖呀？？？)

瓶颈效应

• 网络延迟让代码的执行效率变得毫无意义，短板：网速