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  • JavaSE_day01_编程常识

    概述

    计算机包括硬件(hardware)和软件(software)两部分。硬件包括计算机中可以 看得见的物理部分。而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。

    冯·诺依曼体系

    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”。

                            

    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:软件遍布我们周围。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。

    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

    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,每种语言都是为了实现某个特定的目的而发明的。
    • 你会困惑哪种语言是最好的。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它的编程语言。关键是学习如何使用程序设计方法来解决问题。

    计算机硬件介绍

    计算机由硬件和软件组成,而硬件又如下图所示:

    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。

    存储设备之内存

    内存中的信息在断电时会丢失。那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,再移入内存,因为从内存中读取比从存储设备读取要快得多。在讨论内存前,先清楚数据是如何存储在计算机中的。

    • 计算机就是一系列的电路开关。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。如果电路是关的,它的值是0。
    • 一个0或者一个1存储为一个比特(bit),是计算机中最小的存储单位。
    • 计算机中是最基本的存储单元是字节(byte) 。每个字节由8个比特构成。

    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

    内存(也叫 Random-Access Memory,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。

    • 内存(也叫 Random-Access Memory,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执行前必须移到计算机的内存 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。
    • 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。

    文件在电脑中都先从硬盘中加载到内存中,然后由CPU去内存中去读取,如下图所示

    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:

    • 保存从硬盘读取的数据,提供给CPU使用
    • 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

    存储设备之永久存储设备:

    主要有以下三种:

    • 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。
    • 光盘驱动器(CD和DVD) CD的容量可达700MB。 DVD的容量可达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,可用于存储和传输数据的设备。

    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)

    常见通信设备有:

    • 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。

    计算机发展史上的鼻祖

                                                                      

    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。

    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。

    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

                                                            

    20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……”

    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。
    • 能够按照要求将处理结果输出给用户。

    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下图。

                                       

    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

    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。

                                         

    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。

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