01必备基础知识

01必备基础知识

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注:学习资料来源<尚硅谷>

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)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。

运算器

运算器(简称:ALU),专门负责执行各种『算术运算』和『逻辑运算』,它需要与控制单元、寄存器等紧密配合。

控制器

计算机的控制中心,它指挥计算机各部分协调地工作,保证计算机按照预先规定的任务,有条不紊地进行操作及处理。

存储器

计算机中的“资料库”,它既保存程序指令,又保存数据,各个硬件在需要访问或更新数据时,都会与它打交道,有了存储器,计算机才有“记忆”。

输入设备

向计算机输入数据和信息的设备,是计算机与外界通信的桥梁。

输出设备

用于输出计算机执行任务的结果,把各种结果数据或信息以:数字、字符、图像、声音等形式表示出来。

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

系统软件

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。

应用软件

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

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:

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:

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』『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

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

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。

Claude学习笔记 2026-04-21

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