计算机基础（一）

1、计算机组成

        计算机（computer）俗称电脑，是现代一种用于高速计算的电子机器，可以进行数值计算，又可以进行逻辑判断，还具有存储记忆功能，且能够按照程序的运行，自动、高速处理数据。

        计算机的组成包括硬件系统和软件系统两大部分。

        硬件系统主要包括了运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。硬件系统是构成计算机各个功能部件的集合，是看的见、摸得着的是实实在在存在的物体，是计算机完成各项工作的物质基础。

        软件系统主要包括了系统软件和应用软件两部分，系统软件就是包含了操作系统以及网络软件组成的集合，应用软件则是包含了QQ、微信等大量用户经常使用的软件。因此，软件系统是与操作相关的程序以及所有相关的文档和数据的集合。

2、计算机语言的发展

        计算机语言的发展历程可以简单划分为以下几个阶段：机器语言、汇编语言和高级计算机语言。

      2.1 机器语言

        机器语言是计算机唯一能识别并直接执行的语言，每一条计算机指令均由一组0、1数字按一定的规则排列组成。若要计算机执行一项简单的任务，需要编写大量的这种指令。这种有规则的二进制数组成的指令集就是机器语言。

        优点：计算机直接识别并处理，运行速度最快。

        缺点：非常底层且难以理解和记忆。

      2.2 汇编语言

        汇编语言出现在20世纪50年代末，它用比较容易识别、记忆的助记符替代特定的二进制串。汇编语言的一条汇编指令对应一条机器指令，与机器语言性质上是一样的，只是表示方式做了改进。其可移植性与机器语言一样不好。总之，汇编语言是符号化的机器语言，执行效率仍接近于机器语言，因此汇编语言至今仍是一种常用的软件开发工具。通过这种助记符，人们就能较容易地读懂程序，调试和维护也更方便了。但这些助记符号计算机无法识别，需要一个专门的程序将其翻译成机器语言。

        优点：一定程度上解决了机器语言的缺点。

        缺点：低级语言编写效率低，依赖于硬件。

      2.3 高级计算机语言 

        高级语言是计算机语言发展史上的一个里程碑。高级语言的出现大大提高了编程的效率，降低了编程的难度。自90年代以来，面向对象编程（OOP）的概念逐渐普及，Java、C++等面向对象的编程语言迅速流行。进入21世纪，互联网和移动设备的普及催生了一批新型的编程语言，如JavaScript、Python、Ruby等。这些语言注重开发效率、易用性和网络安全性，为互联网和移动应用的发展提供了强大的支持

        优点：易于理解与阅读，不依赖于硬件，开发效率高。

        缺点：执行速度最慢，占用空间多。

3、进制的相关知识点

      3.1 什么是进制

        进制就是人为规定符合某种规则的计数方式。

        规则：X进制——逢X进一、借一当X

        举例：

        生活中的进制：10进制、60进制、7进制、12进制

        计算机中的进制：2进制、8进制、16进制

      3.2 进制的三要素

进制	数码（基本组成位）	基数	位权
十进制	0 1 2 3 4 5 6 7 8 9	10	.......10^2 10^1 10^0 10^-1 10^-2 10^-3.....
二进制	0 1	2	.......2^2 2^1 2^0 2^-1 2^-2 2^-3.....
八进制	0 1 2 3 4 5 6 7	8	.......8^2 8^1 8^0 8^-1 8^-2 8^-3.....
十六进制	0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f	16	.......16^2 16^1 16^0 16^-1 16^-2 16^-3.....

      3.3 进制的表示方式

进制	前缀法	后缀法 （易识别错误，不选用）
十进制	1234	1234D 1234
二进制 （C语言标准中并不直接支持，但某些编译器或扩展可能支持）	0b110 0B110	110B
八进制	01234 【python中 0o1234】	1234O
十六进制	0x1234 0X1234	1234H

      3.4 进制的转换

        我们使用【高级语言】写代码，计算机能直接识别并处理吗？——不能

        需要将其转换成二进制语言，才能被计算机直接识别处理，计算机处理完的结果是二进制，有需要将其转换成人能理解的。

        3.4.1 十进制转N进制

        方法1：除N取余，逆向排列

        例如：25转二进制：25 = 0b11001

        25转八进制：25 = 031 (0o31)

        方法2：位权展开相减法

        32 16 8 4 2 1

        3.4.2 N进制转十进制

        方法：位权展开相加法

        3.4.3 二进制与八进制转换

        二进制转八进制 三合一

        八进制转二进制 一拆三

        例如：

        0b1110110110 = 0o(1666)

        0o567 = 0b(101110111)

        3.4.4 二进制与十六进制转换

        二进制转十六进制 四合一

        十六进制转二进制 一拆四

        例如：

        0b110110110 = 0x(1b6)

        0xabc = 0b(101010111100)

      3.5 二进制的原码 反码 补码

数据在存储的时候，有正数也有负数，就涉及到原码、反码、补码，因为计算机中的数据计算都是以【补码】形式参与的。

原码：给人看的，直接转换得到的

反码：用来做原码与补码之间转换的中间者

补码：给计算机看的

正数：原码 = 反码 = 补码 = 自身二进制

负数：

原码：最高位代表符号位【0正1负】，其他位是自身二进制

反码：最高位代表符号位【0正1负】，其他位对原码按位取反【0变1 1变0】

补码：最高位代表符号位【0正1负】，其他位对反码加1

      3.6 位运算

位运算符 二进制

位与 & 位或 | 异或 ^ 取反 ~ 左移 右移 >>

1&0=0 1&1 = 1 0&1 = 0 位与 全1为1 有0则0 1|0=1 0|1=1 0|0=0 1|1=1 位或 全0为0 有1则1 1^0=1 0^1=1 1^1=0 0^0=0 异或 相同为0 不同为1 ~1=0 ~0=1 110110 110110>>2 = 00 1101