第 1 章 必备基础知识

1. 计算机组成

1.1. 硬件

计算机硬件主要由五个部分组成,分别是:运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。

备注 :『运算器』和『控制器』一起组成了中央处理器(CPU)。

注意:计算机的 CPU 只能理解并执行二进制(用 0和1表示信息)的机器指令。

内存 VS 硬盘:

  • 硬盘:持久化存储,读写速度不如内存快,但容量通常比较大(500GB、1TB、2TB 等)。
  • 内存:暂时性存储,读写速度快,但容量通常不如硬盘大(8GB、16GB、32GB、64GB 等)。

1.2. 软件

计算机软件主要分为:系统软件、应用软件。

  • 直接管理和控制计算机硬件的软件,为应用软件提供运行平台,它负责协调硬件资源(如内存、处理器)并提供通用服务,例如:文件管理、设备控制、任务调度。
  • 用于执行特定任务的软件,满足用户的具体需求,如:文档编辑、数据分析、娱乐等,它依赖系统软件提供的资源和服务。

2. 计算机语言、代码、程序

2.1. 计算机语言

计算机语言是人类与计算机进行『交互』和『指令传达』所使用的一种形式化语言。比如:人与人之间,需要使用各种语言进行交流,那人与计算机之间,同样也需要语言进行沟通。

2.2. 代码

代码是在计算机语言规则的约束下,编写出来的一组指令,具体描述了要让计算机去执行的操作。简言之就是:计算机语言是规则,代码是基于这些规则,所编写出来的一行一行的指令。

2.3. 程序

代码按照特定的顺序和逻辑组合后,就是程序;程序通常用于完成某种特定的任务或功能。如果说程序是一道菜,那代码就是做这道菜的某个步骤。

3. 计算机语言简史

3.1. 第一代语言:机器语言

计算机问世的初期,人们只能通过『机器语言』(又称机器码)来操作计算机,所谓机器语言,就是0和 1组成的二进制内容。而且在当时,录入和修改信息通常都需要:拨动开关、或插拔连线、或使用打孔纸带来输入指令。

机器语言虽然能充分利用硬件性能,但所有操作都必须通过二进制来完成,所以编程的过程极为繁琐,且容易出错,对程序员的理解能力和耐心,都要求极高。

例如:在x86的 CPU 架构下,使用机器码编写1 + 1的运算代码如下:
10110000 00000001 00000100 00000001

3.2. 第二代语言:汇编语言

用机器语言编程,程序员很难理解每一条指令的含义,为了解决这个问题,『汇编语言』应运而生,它将机器语言中的二进制指令,转化为更容易记忆的助记符(如MOV、ADD、LOAD等),从而让程序员能以近似“英文简写”的方式进行编程,简单说就:『汇编语言』是对『机器语言』的“人性化翻译”,汇编语言显著降低了编程的门槛,也为后续高级语言的诞生,打下了基础。

例如:在x86的 CPU 架构下,使用『汇编语言』编写1 + 1的运算代码如下:
mov al, 1
add al, 1 
注意:『汇编语言』需要翻译成『机器码』,才能交给 CPU 执行,因为 CPU 只认二进制指令。

3.3. 第三代语言:高级语言

相对『机器语言』和『汇编语言』而言,『高级语言』更接近人类的自然语言,它允许程序员使用英语来编写程序,并向程序员屏蔽了大部分的底层细节,语言中的符号和算式,也和日常的数学算式差不多,它更容易被掌握,常见的『高级语言』有:C、C++、Java、PHP、Go、Rust、JavaScript、Python 等。

例如:下面的 Python 代码,可以输出"Hello, world!"
print("Hello, world!")
例如:下面的 Java 代码,可以输出"Hello, world!"
public class Main {
    public static void main(String[] args) 
System.out.println(1 + 1);
}
注意:计算机不能直接执行『高级语言』,同样需要将其转换为『机器语言』才能被计算机执行。

4. 『编译型语言』与『解释型语言』

对于高级语言来说,我们会根据其转换成二进制指令过程的不同,可将其分为:『编译型』和『解释型』

4.1. 编译型语言

将程序翻译成计算机能理解的二进制内容,并且通常会生成一个可执行文件,例如在 windows 系统上生成的可执行文件是.exe文件,常见的『编译型』语言有:C、C++、Go、Rust 等。

编译型语言的特点:

  • 优势:同一运行平台,代码只需编译一次,且执行效率高。
  • 劣势:跨平台性差,大型项目编译时间较长,开发效率略低。

4.2. 解释型语言

将程序一句一句的翻译为:计算机可以执行的指令,整个过程通常不生成可执行文件,常见的解释型语言有:Python、Php、JavaScript 等。

解释型语言的特点:

  • 优势:跨平台性好,无需编译,开发调试灵活高效。
  • 劣势:每次运行都需要解释,执行效率较低。

4.3. 二者对比

编译型语言解释型语言
举例C、C++、Go、Rust 等Python、JavaScript、Ruby 等
执行流程运行前把所有程序一次性翻译成机器码,并生成可执行文件。运行时靠对应的解释器,把代码一句一句翻译成机器码执行。
是否生成可执行文件是,一次编译多处运行。否,每次都要靠解释器翻译后再运行。
运行速度快慢
是否跨平台否,需要针对平台编译。是,只要该平台下有解释器,就能运行。
适合场景系统底层、性能要求较高的场景。脚本、数据分析、AI 应用、Web开发等。

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THE END
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