目錄

• 計算機基礎之編程
  • 1.什么是編程語言？
  • 2.什么是編程？
  • 3.為什么要編程？
• 計算機組成原理
  • 1.控制器
  • 2.運算器
  • 3.控制器加運算器（計算機的中央處理器）
  • 4.存儲器
    • 4.1 內存（主存）
    • 4.2外存
  • 5.CPU+內存+外存（計算機三大核心組件）
  • 6.輸入設備
  • 7.輸出設備
  • 8.計算機五大部件組成部分補充
    • 8.1 cpu相關
    • 8.2 存儲器相關
    • 8.3 總線
    • 8.4 啟動計算機的流程
    • 8.5 硬盤工作原理
    • 8.6 機械硬盤
• 計算機操作系統
  • 1.操縱系統的引入
  • 2.什么是操作系統？
    • 2.1什么是文件？
    • 2.2 什么是應用程序？
  • 3.操作系統的定義
  • 4.為什么由操作系統？
  • 5.操作系統有什么用
  • 6.操作系統和應用程序的啟動
  • 7.QQ啟動的詳細流程（windows）

計算機基礎之編程

1.什么是編程語言？

python和中文，英語一樣，都是一門語言只要是語言，其實就可以看成是一種事物和另外一種事物溝通的介質。python屬于編程語言，編程語言的程序猿和計算機之間溝通的介質，中文和英語則是人與人之間溝通的介質

2.什么是編程？

編程指的是：程序猿基于某種編程語言的語法格式將自己腦子中想要的計算機做的事，寫到文件中。所以說編程的結果就是一堆文件，這一堆文件就是程序。

3.為什么要編程？

計算機就像是人的奴隸，編程的目的就是想要奴役計算機，把計算機當成人類的努力，讓計算機幫人類工作，因而取代人力。

計算機組成原理

計算機分為五大組成部分，分別為：控制器、運算器、存儲器、輸入設備、輸出設備。其中控制器+運算器是計算機的中央處理器（CPU），相當于人類的大腦。

1.控制器

計算機的指揮系統。大腦指揮全身的器官運作，但是大腦不會隨意的指揮身體行動，大腦只有在接受指令后才會控制身體行動。

2.運算器

運算器是計算機的運算系統。大腦除了指揮，無時無刻還在運算。即實現算術運算和邏輯運算。

算術運算：1+1=2

邏輯運算：碰到瘋狗，表白？

3.控制器加運算器（計算機的中央處理器）

吃飯流程示例。

當你吃飯的時候，大腦會接受吃飯的指令，之后把指令翻譯成你身體需要進行的動作（控制器）

如果吃的是西餐，則使用勺子；如果吃的是中餐，則使用筷子（運算器）

4.存儲器

計算機的存儲系統。需要注意的是：無論是內存還是外存，計算機存儲的數據格式都是01，01的形式，0和1由電壓的電頻控制（了解知識點）。計算機的存儲的一個二進制單位稱為1bit，8bit=1Bytes稱為一個字節，1024Bytes=1KB，1024KB=1MB，1024MB=1GB，1024GB=1TB，1024TB=1PB。

下圖展示了目前市面上常用的存儲器，從圖中可以看出存儲器的速度、容量和價格是相互矛盾的。

4.1 內存（主存）

內存是計算機內臨時存儲數據的硬件設備。由于內存讀取數據速度較快內存，CPU下達的指令會直接傳輸給內存，即CPU會與內存直接交互。常見的內存有內存條。

優點（較于外存）：

存取速度快。

缺點（較于外存）：

容量小。

由于內存基于電存儲數據，因此斷電數據馬上會消失。

4.2外存

外存是計算機內永久存儲數據的硬件設備，由于外存容量大，所以外存主要用于存儲軟件等占用量大的數據。當需要使用外存上的某個軟件時，CPU下達的指令需要傳輸給內存后，內存再從外存中讀取軟件信息，即CPU不與外存直接交互。常見的外存有磁帶、磁盤和u盤等。

優點（較于內存）：

容量大

可以永久存儲數據。

缺點（較于內存）：

存取速度慢。

5.CPU+內存+外存（計算機三大核心組件）

電腦打開QQ流程示例。

雙擊QQ圖標，CPU先向內存發出取指的命令（CPU+內存）

內存從硬盤中取出 運行QQ 的指令（硬盤）

控制器分析 運行QQ 的指令并告知運算器工作（控制器）

運算器進行一系列的算術運算和邏輯運算打開QQ，并從硬盤從讀取QQ的代碼至內存（運算器+內存+硬盤）

計算機在內存中運行QQ的代碼（內存）

如果此時從QQ好友接受一個文件并下載，該文件將會永久保存在硬盤中（硬盤）

關閉QQ時CPU向內存發出關閉QQ的指令，內存關閉QQ并清理內存中QQ的代碼（內存）

6.輸入設備

計算機輸入信息（程序、數據、聲音、文字、圖形、圖像等）的設備。

常見的輸入設備有：鍵盤、鼠標、圖形掃描儀、觸摸屏、條形碼輸入器、光筆等。外存儲器（U盤等）也是一種輸入設備。

7.輸出設備

計算機輸出信息的設備。

常見的輸出設備有：顯示器、打印機和繪圖儀等。外存儲器也是一種輸出設備。

存儲器既是輸入設備也是輸出設備

8.計算機五大部件組成部分補充

8.1 cpu相關

多核CPU：多個CPU，電腦可以同時干多件事，如4核CPU的電腦可以同時干四件事。

X86-64位：X86是CPU的一種型號，64表示CPU每次能取64位二進制數。X86-32表示CPU每次取32位二進制數。CPU具有向下兼容性，即64位電腦能下載32位的軟件，而32位的軟件下載64位的軟件會丟失數據。

8.2 存儲器相關

ROM存儲器：ROM只讀存儲器（不可寫）在工廠中就被編程完畢，然后再也不能修改。它一般存放BIOS（Basic input output system）程序，該程序一般用于啟動計算機，或用于處理底層設備的控制。

CMOS存儲器：CMOS存儲器由一塊電腦內置的電池驅動供電，它一般用來保持當前時間和日期的更新，也就是說，即使計算機沒有充電，時間也會持續更新；同時它也可以存儲啟動磁盤的路徑。（裝機的時候一般會告訴計算機操作系統在計算機中的位置，如C:/）

8.3 總線

總線相當于人類的神經、血管，連接計算機的所有硬件設備。

8.4 啟動計算機的流程

計算機加電。

BIOS開始運行，檢測硬件：CPU、內存、硬盤燈。

BIOS讀取CMOS存儲器中的參數，選擇啟動設備等。

從啟動設備上讀取第一個扇區的內容。

根據分區信息讀入bootloader啟動裝載模塊，啟動操作系統。

操作系統詢問BIOS，獲得配置信息。對于每種設備，系統會檢查其設備驅動是否存在，如果沒有，系統則會要求用戶按照設備驅動程序，一旦有了全部的設備驅動程序，操作系統則會將它們調入內核，然后初始有關的表格（如進程表）。

8.5 硬盤工作原理

如今市場上的硬盤分為機械硬盤和固態硬盤兩大類，我們將從這兩大類出發和同學們介紹硬盤的工作原理

8.6 機械硬盤

機械硬盤主要由機械手臂、磁道和扇區組成，接下來我們將從這三個方面展開介紹機械硬盤的工作原理。

• 機械手臂：機械硬盤通過機械手臂讀取數據，機械手臂的末端是磁頭。

• 磁道：磁道是機械硬盤的磁面中的一個一個圈，磁道用于存儲數據。

• 扇區：扇區的最小單位通常為512KB（由于磁盤大小不斷增大，也有部分廠商設定每個扇區的大小是4096字節）。為了減小IO操作，機械硬盤也會將多個相鄰的扇區組合在一起，形成一個塊，這個塊便就是我們在Windows系統中看到的C、D分區。

• 平均尋道時間：由于數據存放在磁道上，因此機械手臂需要讀取數據首先要找到磁道。受限于工業水平的限制，目前機械手臂找到磁道的時間為5ms，這個時間被稱為平均尋道時間。

• 平均延遲時間：機械手臂尋道之后，需要尋找數據。由于數據的位置是不確定的，而目前的機械硬盤尋找數據會從硬盤的頭部掃描到尾部。以7200r/min的硬盤為例，如果碰巧在硬盤頭部找到數據，時間約為0ms；如果在硬盤尾部找到數據，時間約為8.3ms，因此我們采用一個平均時間4.15ms作為機械手臂在磁道找到數據的時間，這個時間被稱為平均延遲時間。

  ? 尋找數據的時間=平均尋道時間+平均延遲時間

  8.7 固態硬盤

  隨著人們對數據需求增多，存儲系統的瓶頸越來越明顯。而在嵌入式領域移動設備和工業自動化控制等惡劣環境下，傳統硬盤機械結構已經無法滿足要求，而所有這一切隨著固態存儲（SSD）的到來而發生了改變。

  傳統的機械硬盤（HDD）運行主要是靠機械驅動頭，包括馬達、盤片、磁頭搖臂等必需的機械部件，它必須在快速旋轉的磁盤上移動至訪問位置，至少95%的時間都消耗在機械部件的動作上。SSD卻不同機械構造，無需移動的部件，主要由主控與閃存芯片組成的SSD可以以更快速度和準確性訪問驅動器到任何位置。傳統機械硬盤必須得依靠主軸主機、磁頭和磁頭臂來找到位置，而SSD用集成的電路代替了物理旋轉磁盤，訪問數據的時間及延遲遠遠超過了機械硬盤。SSD有如此的“神速”，完全得益于內部的組成部件：主控--閃存--固件算法。SSD通過這套組成部件，讓數據以電荷的方式存儲在每個NAND存儲單元內。

  上面講了這么多，牢記一點：固態硬盤是基于固態電子（SSD，斷電數據也會保留）和算法實現數據存儲的。

計算機操作系統

1.操縱系統的引入

可能有很多同學都有碰到下面我說的這個場景，當我們花了8888大洋買了一臺16G內存的專業吃雞電腦時，打開電腦發現自己的電腦內存只有15G不到，然后就開始了吃雞之旅。

但是如果你對你少掉的內存關心的話，你會發現并不是廠商為了節省造價成本，而這少掉的內存被某種東西給占用了，這種東西就是我們這篇文章的主角——操作系統。

2.什么是操作系統？

在了解操作系統之前，我們首先回顧下編程的目的，編程的目的是奴役計算機，取代人力。

現在想象一個這樣的場景，如果你是奴隸主（人），你在黑市上買了一個奴隸（計算機），你想讓這個奴隸干掃地的活，但是這個奴隸可能不明白掃地是什么意思，甚至可能都不知道你全程在逼逼啥。這個時候你可能會考慮買一個管家（操作系統），這個管家既能和你交流，也能和奴隸交流，然后你有任何命令都將由這個管家傳達給奴隸。

2.1什么是文件？

現在讓我們來想象我們在計算機上打開一個文件的流程：首先我們需要開機，其次我們需要打開一個文件。可能我們所有人都會認為這沒啥，但是，這個時候你需要注意，文件它是什么呢？因為我們太習以為常了，所以我們忽略了這個問題：文件是什么呢？這個時候我不得不告訴你，你可以把文件理解成一個虛擬的單位，有了這個虛擬的單位，我們不再需要考慮機械手臂的運轉，你只需要文件可以雙擊打開、可以寫入數據、可以CTRL+S保存。

現在讓我們來思考文件這個虛擬的單位是誰提供的呢？如果有使用過linux系統的同學應該知道，linux系統中看不到任何一個文件的圖標，只有一行一行的代碼？（但是Linux一切皆文件）

inux系統既然看不到文件的圖標，那么windows系統的電腦上文件圖標是誰提供的呢？毫無疑問。這個時候我們可以得知windows系統電腦上的文件這個虛擬單位是windows操作系統提供的。也正是在啟動計算機的時候，計算機開啟了操作系統這個軟件（計算機除了硬件，就是軟件，軟件一般用來控制硬件）。但是需要注意的是，只要你想打開一個文件，歸根結底都是需要你去操作硬件的，只不過是操作系統不僅給我們提供了文件這個概念，并且把對文件打開的這個復雜操作封裝成了一個雙擊文件的接口給我們。

2.2 什么是應用程序？

剛剛和同學們聊了聊計算機打開文件的流程。我們知道了文件這個虛擬概念是操作系統給我們的。這個時候我們需要回過頭來看看我們的計算機，計算機創建的初心不是讓我們寫一個操作系統來控制硬件的。

計算機創建的目的是為了讓我們人奴役他們，讓它們替我們干活。那是不是說我們可以通過計算機開發一款ATM系統，讓它們每天24小時不停歇的吞錢、吐錢呢？毫無疑問是可以的。有了操作系統在計算機上的一切操作都將變得很簡單，那是不是說我們就需要在每臺計算機上都寫一套操作系統呢？通過常識來看，我們是不需要的，我們只需要復制其他人的操作系統即可，但是在計算機創建初期是需要自己手寫操作系統的？但如今，如果真的讓我們寫一個操作系統出來，可能我們一輩子都使出吃奶的勁都無能為力。

應用程序其實很好理解，計算機只由硬件和軟件組成，應用程序一定不是硬件，那么軟件中除了操作系統我們都可以稱之為應用程序。說了這么多，其實就像讓你明白一件事：應用程序位于操作系統之上，它主要用來幫助人干各種各樣的工作，它不直接與硬件交互。

3.操作系統的定義

通過上面從文件到應用軟件的鋪墊，我們在這里直接給出操作系統的定義：操作系統位于計算機硬件與應用軟件之間，它是一個協調管理計算機資源和軟件資源的控制程序。它把對硬件的復雜操作，封裝成一個一個簡單的接口，供人們使用。

4.為什么由操作系統？

為了明白為什么要有操作系統。我們在這里再給出一個計算機系統的組成：一套完整的計算機系統由計算機硬件、操作系統和應用程序組成，對這三個組件的解釋如下：

應用程序：應用程序位于操作系統之上，它主要用來幫助人干各種各樣的工作，它不直接與硬件交互。如快播、同花順和抖音等。

操作系統：操作系統一般用來控制硬件，把對硬件復雜的操作封裝成一個簡單又優美的接口，給用戶或應用程序使用。也就是說，但凡需要用硬件的地方，都需要用到操作系統。如Linux、Windows和ios等。

計算機硬件：以二進制的形式存儲數據。如CPU、內存和硬盤等。

5.操作系統有什么用

由于我們以后開發都是都是應用程序，應用程序無法操作硬件，但凡需要操作硬件，都是調用操作系統的接口。

6.操作系統和應用程序的啟動

操作系統的啟動：操作系統代碼由硬盤讀入內存（BIOS程序），CPU運行操作系統代碼（CMOS存儲器），運行成功后操作系統接管操作硬件的工作。

應用程序的啟動：應用程序代碼有硬盤讀入內存，CPU運行應用程序碼，運行成功即可使用應用程序。雖然應用程序的啟動和操作系統的啟動有著異曲同工之處，但是得明確一點：裝了操作系統之后才能裝應用程序，才有應用程序這個概念。因此上述應用程序對硬件控制的每一步操作，都依賴于操作系統的幫助。

7.QQ啟動的詳細流程（windows）

雙擊Windows桌面的QQ圖標(qq.exe對應路徑的快捷方式)

雙擊圖標就是給操作系統發送指令，告訴操作系統QQ軟件對應的硬盤地址，并讓操作系統啟動這個路徑

操作系統接收到指令操控CPU發送指令給內存

內存接受指令后發送指令給硬盤，硬盤讀取QQ軟件代碼給內存，QQ啟動

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的计算机基础之编程的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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