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）。

计算机硬件

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）。

通俗理解：能安装多少个游戏，取决于硬盘的大小；能同时开几个游戏，取决于内存的大小。

1.2. 软件

计算机软件主要分为：系统软件、应用软件。

计算机软件

2. 计算机语言、代码、程序

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。

世界第一台计算机

世界第一台计算机

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：

1

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，简单说就是：『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：

1
2

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!"

1

print("Hello, world!")

例如：下面的 Java 代码，可以输出"Hello, world!"

1
2
3
4
5

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

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

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