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编程入门

1 概述

计算机包括硬件(hardware)软件(software)两部分。硬件包含计算机中可以看得见的物理部分,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

1.1 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: 软件遍布我们生活,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

1.2 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。

  • 1.3 摩尔定律(Moore’s Law)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给,每种语言都是为了实现某个特定的目的而发明的

  • 你会困惑那种语言是最好的。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他编程语言。关键是学习如何使用程序设计方法来解决问题。

2 计算机硬件的概述

2. 1 计算机硬件介绍

计算机硬件介绍

在个人计算机上,总线搭建在主板上,主板是一个连接计算机各个部分的电路板。

2.2 诺依曼体系结构

冯·诺依曼体系结构是现代计算机的基础,现在大多计算机仍是冯·诺依曼计算机的组 织结构,只是作了一些改进而已,并没有从根本上突破冯体系结构的束缚。冯·诺依曼 也因此被人们称为“计算机之父”。

诺依曼体系结构

2.3 中央处理器

  • 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。

2.4 IT定律之计算机行业发展规律

  • 摩尔定律(Moore’s Law)

    集成电路上可以容纳的晶体管数目cu在大约每经过18个月便会增加一倍。换言之,处理器的性能每隔两年翻一倍。

  • 安迪-比尔定律(Andy and Bill’s Law)

    硬件提高的性能,很快被软件消耗掉了(硬件提高软件也随着提高,就导致用户体验的提升感觉不明显)

  • 反摩尔定律(Reverse Moore’s Law)

    如果你反过来看摩尔定律,一个IT公司如果今天和18个月前卖掉同样多的、同样的产品,它的营业额就要降一半。IT界把它称为反摩尔定律

2.5 存储设备

  • 内存中的信息在断电时会丢失。那么我们可以考虑将程序和数据永久的保存在存储设备上。当计算机确实需要这些数据时,再存入内存,因为从内存中读取比从存储设备中读取要快得多

  • 村社设备由以下三种

    • 磁盘驱动器

      每台计算机至少有一个硬盘驱动器。硬盘(hard disk)用于永久的保存数据和程序

      磁盘驱动器

    • 光盘驱动器(CD和DVD)

      CD的容量可达700M

      DVD的容量可达到4.7GB

    • USB闪存驱动器

      USB:Universal Serial Bus,通用串行总线

      可以使用USB将打印机、数码相机、鼠标、外部硬盘驱动器连接到计算机上

      USB闪存驱动器很小,可用存储和传输数据的设备

2.6 内存

2.6.1 比特(bit)和字节(byte)
  • 计算机就是一些列的电路开关。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.如果电路时关的,它的值就是0

  • 一个0或者一个1存储为一个比特(bit),是计算机中最小存储单位

  • 计算机中最基本的存储单元是字节(byte)。每个字节由8个bit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

2.6.2 内存
  • 内存(也叫Random-Access Menmory,RAM):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执行前必须移动计算机的内存中

  • 每个字节都有一个唯一的地址,使用这个地址确定 字节的位置,以便于存储和获取数据。

    内存

  • 一个计算机具有的RAM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。

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  • 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

  • 提高个人计算机性能的方式

    1.更换频率更高的CPU

    2.更换硬盘(机械硬盘—>固态硬盘)

    3.加内存

tip:我们常说到的手机内存与我们计算机中的内存不是一个概念 ,计算机中的内存为RAM,手机中的内存是ROM对应我们计算机中的硬盘

2.7 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。

分辨率

计算公式:像素密度=√[(长度像素数)^2+(宽度像素数)^2]/屏幕尺

2.8 通讯设备

  • 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。

3 计算机发展史上的鼻祖

3.1 图灵

最近半个世纪以来,世界计算机科学界的重大进步,离不开图灵等人的 理论奠基作用和多方面的开创性研究成果。图灵是当之无愧的计算机科 学和人工智能之父。甚至认为,他在技术上的贡献及对未来世界的影响 几乎可与牛顿、爱因斯坦等巨人比肩。

图灵论文中的“用有限的指令和有限的存储空间可算尽一切可算之物” 理论让当时所有的科学家震惊

美国计算机学会(ACM)的年度“图灵奖”,自从1966年设立以来, 一直是世界计算机科学领域的最高荣誉,相当于计算机科学界的诺贝尔 奖。至今,中国人只有姚期智院士获该奖项。

3.2 冯·诺依曼

0世纪最重要的数学家之一,在现代计算机、博弈论、核武器 和生化武器等诸多领域内有杰出建树的最伟大的科学全才之一, 被后人称为“计算机之父”和“博弈论之父”。

计算机基本工作原理是存储程序和程序控制,它是由世界著名 数学家冯·诺依曼提出的。最简单的来说,冯诺依曼理论的要点 是:数字计算机的数制采用二进制;计算机应该按照程序顺序 执行。

同样有着“计算机之父”称号的冯·诺依曼的助手弗兰克尔在一 封信中写到:“……计算机的基本概念属于图灵。按照我的看 法,冯·诺依曼的基本作用是使世界认识了由图灵引入的计算机 基本概念……”

3.2 根据冯诺依曼体系结构构成的计算机,必须具有如下功能

  • 把需要的程序和数据送至计算机中。
  • 必须具有长期记忆程序、数据、中间结果及最终运算结果的能力。
  • 能够完成各种算术、逻辑运算和数据传送等数据加工处理的能力。
  • 能够根据需要控制程序走向,并能根据指令控制机器的各部件协调操作
  • 能够根据需要控制程序走向,并能根据指令控制机器的各部件协调操作

4 操作系统

  • 操作系统(Operating System)是运行在计算机上的最重要的 程序,它可以管理和控制计算机的活动。
  • 硬件、操作系统、应用程序和用户之间的关系如右图。
  • 操作系统的主要任务:
    • 控制和监视系统的活动
    • 分配和调配系统资源
    • 调度操作

操作系统

5 万维网

万维网(World Wide Web,www,环球信息网)常简称为Web,发明者蒂姆·伯纳 斯·李。分为Web客户端和Web服务器程序。 WWW可以让Web客户端(常用 浏览器)访问浏览Web服务器上的页面。 是一个由许多互相链接的超文本组 成的系统,通过互联网访问。在这个系统中,每个有用的事物,称为一样“资 源”;并且由一个全局“统一资源标识符”(URI)标识;这些资源通过超文 本传输协议(Hypertext Transfer Protocol)传送给用户,而后者通过点击链 接来获得资源。

互联网 包含 因特网 包含 万维网

B/S(browser server)结构 : 浏览器—>服务端

web应用

C/S(client server)结构:客户端—>服务端

移动App

万维网

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(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。

6 职业发展与规划

象限图.

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谢谢老板