学习C语言的必备基础知识

第一章 计算机和数据的存储
    第一节   了解计算机
很奇怪的一件事,现在的 C 语言教材,一上来就是变量,表达式,一点也不提计算机原理方面的事,把 C 语言当作语言,数学来学,只是生硬的列出一些语法规则,学生们难以理解,只好死记硬背,没有把握住本质的东西,也就无法随心所欲,其实 C 语言是一门非常好学的语言,核心的语法规则是非常少的,而且都是和计算机息息相关,所以必须要学习好计算机的一些基础,掌握好计算机的基础知识对学习 C 语言至关重要,对将来其它语言的编程都极其有益, C 语言还有一个优点,就是写法非常简洁明了,和 c++ java C# javascript 等语言有着非常相似的书写方式,所以学好 C 语言,可以轻松的过渡到大量其它编程语言。讲完 C 以后,将陆续推出 java ,C#,C++ javascript,ruby,python 等,不过都是在此教程的基础之上进行,所以 C 语言乃基础之基础,想要学编程,强烈建议从 C 语言开始。
下面开始了解计算机。
按照冯诺依曼的理论,计算机含有 5 个部分, 运算器、控制器、存储器、输入和输出设备。现在我们通常把运算器、控制器和在一起,称为 CPU( 中央处理器 ) ,存储器就是我们说的内存和硬盘,输入设备就是鼠标,键盘等,输出设备主要是显示器、 打印机、绘图仪等
其中 CPU 内存 最关键, CPU 是执行指令 的部件,内存是一些连续的存储单元,用来存储指令和数据 ,每个单元可以存 8 位二进制数,也称为 1 字节 ,计算机里存储器都是以字节为单位的, 在描述网络速度的时候通常以位为单位,大家注意区别。 CPU 要执行的指令就存在内存里, CPU 按照指定顺序连续地执行内存中的指令,这就是冯诺依曼体系的基本工作原理。
什么是指令 ,就是一些二进制的数, 比如 10010001 是一条加法指令, 10011011 是一条存储指令, CPU 遇见不同的指令就会完成不同的操作, CPU 能够执行的指令是生产厂家生产时就设计好的,比如 8086 基本指令有 70 条,那么 CPU 就只认识这 70 条指令, CPU 在不断升级,除了运行速度加快还会增加一些新的指令, CPU 的指令分三大类:传送,计算,跳转 ,其实我们的编程语言也就能完成这些功能。其中传送主要是管理存储器,管理数据如何存储,是最重要的,计算比较简单,主要是数学计算,跳转让计算机有了智能。
什么是数据 ,数据可以是要计算的数字,也可以是一篇文章,一幅画,一首歌,这些东西必须先存到内存里,才能让 CPU 传送到显卡,声卡,我们才能听见看见。在内存里指令和数据是分开存放的,我们在编写程序时用到的内存通常是指存储数据用的数据区,在一条指令里,往往也分操作码和操作数,操作数也是一种数据,只不过它是指令的一部分,存储在指令区,这种数据称为操作数 ,以后也会用到。
什么是程序, 程序就是由一批指令和数据 组合在一起构成的二进制数据集。但如果要用二进制来写程序,那估计肯定有人骂街了,我们通常用能看懂的字母和阿拉伯数字来写程序,第一种被发明的编程语言叫汇编语言,它给每个二进制指令都给起了一个英文名字,叫做助记码,我们用助记码写起程序来要好看多了,但是 CPU 是看不懂的,我们必须把它重新翻译回二进制的才行,我们管这个叫编译,这个工作起初是手工完成的,后来有人发明了软件可以自动翻译,就出现了编译器,用汇编语言写程序比起用二进制进步了一大步,可效率还是很低,于是新的语言 -- 高级语言出现了,据说是先有了 A 语言,又有了 B 语言,最后出现了 C 语言,由于其优秀的品质, PK 掉了同时代的众多语言,直到现在还广为流传。
有些人还有些迷惑,三大件之一的硬盘 怎么还没出场,其实已经出场了,我们写好的源程序都要存储到硬盘上,编译好的可执行程序也要存储到硬盘上,内存是 RAM, 掉电就内容没有了,与之对应的是 ROM, 永久保存,存储器还有另一种分类方法 : 随机存储和线性存储,随机存储就是我们在访问的时候没有搜索的过程,只要说出地址,立即访问,线性存储有一个查找的过程,告诉哪个柱面,扇区,磁道,通过电机旋转找到后才能访问数据, CPU 只能访问随机存储器,所以内存必须是随机存储器,光盘,硬盘都属于线性存储,只能用来做外部存储器,现在比较流行的闪盘属于随机存储器,可它还是 ROM, 既可以当内存,也可以当外存。
硬盘上保存的有一个非常重要的程序,叫做操作系统 , 其实,操作系统是由众多的程序文件和数据文件组成的,没有操作系统我们是很难与电脑沟通的,操作系统负责管理整个内存,把系统需要执行的程序加载到内存里 并执行,这就是机器启动的过程,用鼠标双击一个可执行程序,操作系统就会到硬盘将其取出,加载到内存,这就是程序加载过程,我们上边说的程序就是这样被加 载到内存中,才能由 CPU 来 执行,除了管理内存,操作系统还监视着每个程序的执行情况,出现异常情况结束程序,如果内存不够了,操作系统会先把一部分内存里的东西搬到硬盘上,等用的 时候再搬回来,硬盘上的这块地方被称为虚拟内存,使用虚拟内存来回移动数据本来就浪费时间,再加上硬盘的读取速度较慢,所以就机器就显得很慢,加大物理内 存,少使用虚拟内存对计算机的性能有很大的提高。除此之外,操作系统的另一项重要功能就是硬盘上文件的管理,不同的操作系统对硬盘进行管理的方式都不一 样,这个管理方式叫做文件系统 ,按道理说一台 Linux 的机器,挂了一块 Windows 系统下使用的硬盘,是无法对它进行读取,但是已经有人开发了 Linux 下访问 Windows 文件系统的软件,因此可以识别,并进行读取,但是反过来就不行了 ,除非有人开发了相应的软件才可以。
 
总结:
1.      计算机的核心部件: CPU 和内存
2.      CPU 执行指令,内存中存储二进制的指令和数据
3.      可执行程序由指令和数据构成,写程序时使用高级语言,经过编译,连接后生成可执行的程序。
4 .线性存储与随机存储, ROM RAM, 硬盘 , 操作系统


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