1-1.计算机基础

一：python是一门编程语言

1. 什么是编程语言？什么语言？为什么要有编程语言？

• 编程语言的本质就是一门语言
• 语言就是一种事物与另外一种事物沟通的表达方式/工具

　　　　人--------------人类的语言------------>奴隶
　　　　人--------------编程语言------------->计算机

2. 什么编程？为什么要编程？

• 编程就是人把自己想计算机做的事，也就是自己的思维逻辑，用编程语言表达出来
• 编程的目的就是让计算机按照人类的思维逻辑去工作，从而解放人力

二：计算机基础

1. 什么是计算机

• 计算机俗称“电脑”,包含人对计算机的终极期望，能够真的像人脑一样去工作

2. 为何要有计算机

• 为了让计算机执行人类的程序，从而把人类解放出来
  • 大前提：计算机所有的组成都是模仿人的某一功能或器官

3. 计算机的组成

• 控制器：

  • 作用：是计算机的指挥系统，负责控制计算机所有其他组件如何工作的
  • 类比：控制器=》人类的大脑

• 运算器：
  • 作用：运算包括数学运算与逻辑运算
  • 类比：运算=》人类的大脑
    • 控制器+运算器=》cpu===》人类的大脑

　　　　　　

• 存储器/IO设备
  • 作用：是计算机的记忆功能，负责数据的存取
  • 分类
    • 内存（基于电工作）：存取数据都快，断电数据丢失，只能临时存取数据
    • 外存（硬盘，基于磁工作）：存取速度都慢，断电数据也不丢，可以永久保存数据
  • 类比：
    • 内存===》人类的大脑的记忆功能
    • 外存===》人的笔记本

• • 输入设备input：如键盘、鼠标
  • 输出设备output：如显示器、打印机

• 4. 一个程序的运行与三大核心硬件的关系
  • 程序最先是存放于硬盘之上
  • 程序的运行一定事先把程序的代码加载到内存
  • 然后cpu从内存中读取指令执行

三：操作系统

1、引入

• 用户/应用程序（暴风影音、腾讯qq、快播、哇嘎）
• 操作系统：操作系统时应用软件与硬件之间的一个桥梁，是协调、管理、控制计算机硬件与应用软件资源的控制程序（windows、linux）
• 计算机硬件

2、操作系统概念
操作系统是一个协调、管理、控制计算机硬件资源与应用软件资源的一个控制程序，它位于计算机硬件与应用软件之间，起承上启下的作用
作用：

• 1、控制计算机硬件的基本运行 
• 2、把使用硬件的复杂操作封装成简单的功能，给上层的应用程序使用
• 例如：文件就是操作系统提供给应用程序/用户操作硬盘的一种功能

3、程序的区分
计算机硬件是死的，计算机硬件的运行都受软件控制，所以说，软件相当于计算机的灵魂
具体来说软件分为两种：

• 1、应用软件：应用程序相关逻辑
• 2、系统软件：控制底层硬件的

4、计算机系统三层结构

　　　　

• 应用程序、用户
• 操作系统
• 计算机硬件

5、平台

• 计算机硬件+操作系统=》平台
• 软件的跨平台性指的是：一款软件可以任意平台上运行，是衡量软件质量高低的一个非常重要的指标，python恰好是一款跨平台性语言

　　　　

四、计算机基础知识详解

1、cpu详解(cpu的分类与指令集)

• x86-64: cpu的型号；64位：每次读取64位二进制数
• cpu具有向下兼容性(64位的cpu既能运行32位的程序也能运行64位的程序)

• 内核态与用户态:代表cpu的两种工作状态
  • 内核态：运行的程序是操作系统，可以操作计算机硬件
  • 用户态：运行的程序是应用程序，不能操作计算机硬件
• 内核态与用户态的转换
  • 应用程序的运行必然涉及到计算机硬件的操作，那就必须有用户态切换到
  • 内核态下才能实现，所以计算机工作时在频繁发生内核态与用户态的转换
• 多线程与多核芯片
  • 2核4线程：2核代表有两个cpu，4线程指的是每个cpu都有两个线程=》假4核
  • 4核8线程：4核代表有4个cpu，8线程指的是每个cpu都有两个线程=》假8核

2、存储器

• RAM：内存
• ROM：“只读内存”
  • 存放计算机厂商写死计算机上的一段核心程序=》BIOS
• CMOS：存取速度慢，断电数据丢失，耗电量极低
• 硬盘：
  • 机械硬盘:磁盘
  • 磁道：一圈数据，对应着一串二进制（1bit代表一个二进制位）
    • 8bit比特位=1Bytes字节
    • 1024Bytes=1KB
    • 1024KB=1MB
    • 1024MB=1GB
    • 1024GB=1TB
    • 1024TB=1PB
    • 200G=200*1000*1000B
  • 扇区：
    • 一个扇区通过为512Bytes
    • 站在硬盘的解读，一次性读写数据的最小单为为扇区
    • 操作系统一次性读写的单位是一个block块=》8扇区的大小=4096Bytes
  • 柱面
• 固态硬盘
• 虚拟内存
• IO设备=设备的控制+设备本身
  • IO延迟（*****）：IO延迟=平均寻道时间+平均延迟时间
    • 7200转/min
    • 120转/s
    • 1/120转/s=转一圈需要花费8ms
  • 平均寻道时间：机械手臂转到数据所在磁道需要花费的时间，受限于物理工艺水平，目前机械硬盘可以达到的是5ms
  • 平均延迟时间：转半圈需要花费4ms，受限于硬盘的转速
  • 优化程序运行效率的一个核心法则：能从内存取数据，就不要从硬盘取

3、总线
略
4、操作系统的启动流程（*****）

• BIOS介绍：计算机出场就带的系统

• BIOS：Basic Input Output System
• BIOS被写入ROM设备

• 裸机：
  • cpu
  • ROM：充当内存，存放BIOS系统
  • CMOS：充当硬盘

• 操作系统的启动流程（*****）
  • 1.计算机加电
  • 2.BIOS开始运行，检测硬件：cpu、内存、硬盘等
  • 3.BIOS读取CMOS存储器中的参数，选择启动设备
  • 4.从启动设备上读取第一个扇区的内容（MBR主引导记录512字节，前446为引导信息，后64为分区信息，最后两个为标志位）
  • 5.根据分区信息读入bootloader启动装载模块，启动操作系统
  • 6.然后操作系统询问BIOS，以获得配置信息。对于每种设备，系统会检查其设备驱动程序是否存在，如果没有，系统则会要求用户按照设备驱动程序。一旦有了全部的设备驱动程序，操作系统就将它们调入内核
• BIOS
  • 1、存有win10系统的光盘、u盘、移动硬盘：无密码
  • 2、本地硬盘上的win7系统：密码

5、应用程序的启动流程（*****）

• 1、双击exe快捷方式--》exe文件的绝对路径，就是在告诉操作系统

　　　　说：我有一个应用程序要执行，应用程序的文件路径是（exe文件的绝对路径）

• 2、操作系统会根据文件路径找到exe程序在硬盘的位置，控制其代码从硬盘加载到内存

• 3、然后控制cpu从内存中读取刚刚读入内存的应用程序的代码执行，应用程序完成启动