编程入门概述

计算机

1. 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。软件包括系统软件和应用软件。
2. 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。
3. 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。
4. 如何选择该学习哪种程序设计语言？
   程序设计语言有很多种，每种语言都是为了实现某个特定的目的而发明的。
   你会困惑哪种语言是最好的。事实上，没有“最好”的语言。每种语言都有它的长处和短处。
   经验丰富的程序员知道各种语言擅长的应用场景，因此，会尽可能的掌握各种不同的程序设计语言。
   如果你掌握了一种编程语言，应该会更容易上手其它的编程语言。关键是学习如何使用程序设计方法来解决问题。

硬件

硬件组成

冯诺依曼结构

总结：

• 输入设备如电脑、鼠标等。
• 输出设备如显示器、打印机等。
• 存储器主要分为内存、外存。
  内存快，存取快。所以内存主要用于CPU频繁使用数据的存取，断电会消失；外存如硬盘、光盘、U盘等，使得数据可持久化，不至于断电消失。
• CPU包含了运算器和控制器。
  运算器是对数据的四则运算、逻辑运算等基础运算，相当于计算机的一种工具。
  控制器接受内存的指令对输入输出设备、存储器控制。

CPU

• 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。
• 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。
• 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。

---

这里的CPU是英特尔品牌；核是i5第7代；主频2.50GHz，主频即CPU的时钟频率,时钟频率的高低在很大程度上反映了CPU速度的快慢；两个主频表示两个核；HQ表示标压、对应的为低电压。

---

存储器

外存

• 磁盘（磁盘是计算机主要的存储介质，可以存储大量的二进制数据，并且断电后也能保持数据不丢失。早期计算机使用的磁盘是软磁盘（Floppy Disk，简称软盘），如今常用的磁盘是硬磁盘（Hard disk，简称硬盘）。）
• 光盘（CD、DVD）
• U盘（插在USB接口的存储器）

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

内存

• 内存：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。
• 一个计算机具有的内存越多，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
   
   

总结：
内存主要用来解决硬盘和CPU存取速度不匹配的问题，有了内存后，先把要处理的数据传送到内存，这样CPU多次使用起来就很方便，另外CPU产生临时执行结果要先放到内存，因为大概率参加下次运算，也就是多次使用的数据如果每次都从硬盘拿太慢了。当程序终止时才把处理结构先放到内存，再存储到硬盘。其实内存主要方便了CPU的频繁存取。
补充：
● 只读存储器（ROM）
ROM表示只读存储器（Read Only Memory），在制造ROM的时候，信息（数据或程序）就被存入并永久保存。这些信息只能读出，一般不能写入，即使机器停电，这些数据也不会丢失。
●随机存储器（RAM）
内存
内存
随机存储器（Random Access Memory）表示既可以从中读取数据，也可以写入数据。当机器电源关闭时，存于其中的数据就会丢失。
●高速缓冲存储器（Cache）
Cache也是我们经常遇到的概念，也就是平常看到的一级缓存(L1 Cache）、二级缓存(L2 Cache）、三级缓存(L3 Cache）这些数据，它位于CPU与内存之间，是一个读写速度比内存更快的存储器。当CPU向内存中写入或读出数据时，这个数据也被存储进高速缓冲存储器中。当CPU再次需要这些数据时，CPU就从高速缓冲存储器读取数据，而不是访问较慢的内存，当然，如需要的数据在Cache中没有，CPU会再去读取内存中的数据。
●当电脑卡的时候，要么是主频低，主频就相当于单位时间能处理多少事；要么内存不够，比如内存2G比较小，内存满了，此时又需要存取新的数据，就会清理内存中相对不常用的数据，当需要用到刚清理掉的数据时有需要重新加载。当然内存足够大就不会清理相对不常用的数据，毕竟内存中的数据都是常用数据，只是在内存不够且相对不常用即优先级不高的情况下才清理，导致需要重新加载，导致运行速度变慢；另外还可以将机械硬盘换为固态硬盘，原理是固态存取速度相对机械硬盘快。

输入输出设备

• 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。
  
• LED:自发光源，那个地方需要什么颜色就发什么光，黑色就是不发光
  LCD:白光，用不同颜色的东西去遮挡，黑色地下也发白光，只是用黑色的东西去遮挡

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。

软件

系统软件（操作系统）

应用软件

B/S软件

• 如Web
  
• 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。
• 互联网、因特网、万维网三者的关系是：互联网包含因特网，因特网包含万维网，凡是能彼此通信的设备组成的网络就叫互联网。所以，即使仅有两台机器，不论用何种技术使其彼此通信，也叫互联网。国际标准的互联网写法是Internet，因特网是互联网的一种。因特网可不是仅有两台机器组成的互联网，它是由上千万台设备组成的互联网。
• 因特网使用TCP/IP协议让不同的设备可以彼此通信。但使用TCP/IP协议的网络并不一定是因特网，一个局域网也可以使用TCP/IP协议。判断自己是否接入的是因特网，首先是看自己电脑是否安装了 TCP/IP协议，其次看是否拥有一个公网地址（所谓公网地址，就是所有私网地址以外的地址）。
• 因特网是基于TCP/IP协议实现的，TCP/IP协议由很多协议组成，不同类型的协议又被放在不同的层，其中，位于应用层的协议就有很多，比如FTP、HTTP、SMTP。只要应用层使用的是HTTP协议，就称为万维网（World Wide Web）。之所以在浏览器里输入百度网址时，能看见百度网提供的网页，就是因为您的个人浏览器和百度网的服务器之间使用的是HTTP协议在交流。
• 总结：
  互联网：指由若干电子机网络相互连接而成的网络。
  英特网：目前全球最大的一个电子计算机互联网。
  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，万维网是英特网里的一项服务。

C/S软件

• 例如QQ等客户端软件

IT定律之计算机行业发展规律

• 摩尔定律(Moore’s Law)
  表示每一美元每隔18-24个月可以买到的计算机性能提升一倍
• 反摩尔定律(Reverse Moore’s Law)
  表示一个IT公司隔18-24个月卖相同性能、同样多的产品，营业额却只有一半，这个公司花费了同样的精力却收获一半。所以反摩尔定律逼着这些硬件公司赶上摩尔定律的速度，其实就是内卷啦。
• 安迪-比尔定律(Andy and Bill’s Law)
  比如你买了一个带有最新硬件并与之匹配的电脑，电脑性能比较好。过了段时间新的操作系统推出，电脑更新操作系统，此时硬件和操作系统不是那么匹配，就会性能下降。你可能会去买一台新的电脑与新的操作系统匹配，但是此时又推出新的操作系统，你的电脑性能又下降了，就造成了硬件的提升并没有带给用户与之匹配的体验，因为被操作系统吃掉了硬件性能。此时用户花钱更新设备，但是各大厂商就赚钱了，他们拿赚到的前继续研发硬件和软件，这中间操作系统总比硬件先进，如此循环。结果就是用户花钱多了，资本家赚钱了，但是计算机也进步了。资本的力量加速竞争和社会进步的同时人民也会被剥削。

计算机发展史上的鼻祖