第一章 計算機基礎

第二節：位元和位元組

第三節：作業系統簡介

第四節：計算機語言

第五節：進製轉換

廣義上的計算機，包含個人電腦、移動裝置、伺服器、嵌入式裝置、自動化工業裝置等；

但無論其形態如何，計算機的功能概括地講，就是接收使用者的輸入（即使用者意圖），資料經由通過處理裝置（運算、做功等）的處理，最後得到使用者想要的結果，這個結果通過輸出裝置（顯示器、生產線輸出端等）反饋給使用者；

【輸入→處理→輸出】這一過程中會用到資料的快取和持久化儲存，那麼就需要用到輸出裝置；

同樣地，在【輸入→處理→輸出】這一過程中，如果需要訪問網路（目的可能是獲取資料、儲存資料、呼叫雲端演算法等），就需要用到網路裝置；

隨著技術的進步，計算機的硬體的形態也越來越多樣化；

滑鼠；攝像頭；

移動裝置感測器；

其它，如自動化生產系統物料入口等；

**處理器，俗稱cpu（central processing unit），傳統意義上的運算處理裝置；

功能：從記憶體中獲取指令並執行；

元件：控制單元（協調cpu外其它元件的工作）+算術邏輯單元（算術運算和邏輯運算）；

物理：內嵌在一塊小小的半導體晶元上，上有數百萬電晶體開關；

指標：時鐘主頻，電子脈衝發射頻率，以赫茲（hz）為單位，3.5ghz；

指標：核數量；

印表機；

其它，如自動化裝置輸出端等；

記憶體；磁碟；

移動儲存裝置，如行動硬碟、u盤、光碟等；

更多關於記憶體的知識

功能：儲存程式和資料；

組成：無數個01位元組序列，每個位元組都有唯一位址，每個位址都可以被反覆讀寫（ram=random access memory）；

指標：容量，容量越大，計算機執行速度越快；

tip：記憶體結構相對簡單，造價低廉——記憶體越大越好；

數據機（modem），俗稱貓，調製即將本地數碼訊號轉換為網路訊號以通過網路進行輸出，解調則相反，即將輸入的網路訊號轉換為本地可識別的數碼訊號；

有線網路介面卡（有線網絡卡），計算機網線插口所連線的就是一塊有線網絡卡；

無線網路介面卡（無線網絡卡），接收無線路由器wifi網路訊號的，就是一塊無線網絡卡；

乙個位元位（bit）能夠儲存乙個1或0，其底層代表某個電路開關的閉合或斷開；

乙個位元組（byte）由8個位元位構成，不考慮負數的話，其取值範圍為二進位制的00000000 ~ 11111111，換算為十進位制為0~255；

我們用位元組數表示資料量的大小，常用的位元組單位有kb、mb、gb、tb（千兆吉太），即1kb=1024byte，1mb=1024kb，1gb=1024mb，1tb=1024gb；

例如，c語言中的乙個無符號整型佔4個位元組即8*4=32位元，其取值範圍為「32個0」 ~ 「32個1」，換算為十進位制為0 ~‭ 4,294,967,295，如果用於儲存金融資料則是不夠的；

計算機硬體能夠直接識別的語言是機器語言，是由1和0所組成的，其底層是電路的閉合 與斷開；

計算機硬體在出廠時，將硬體提供的功能封裝為相對易讀的指令集，指令集與硬體是唯一適配的，沒有通用性，這極大地制約了計算機的易用性和普及程度；

在此背景下，作業系統定義了硬體功能的標準介面，硬體廠商通過自家的驅動程式，對這些標準介面進行具體實現；

程式設計師在為計算機硬體開發應用程式時，無需考慮具體硬體對標準介面的實現細節，而只需要通過統一標準的介面去呼叫硬體的功能，就能為不同硬體開發相同的應用程式了；

只要硬體搭載的是相同的作業系統，就能實現一套應用程式跑在不同的硬體上；

因此，作業系統誕生最原始的初衷，就是為了實現「不一樣的硬體，一樣的**」，這使得計算機變得易於「操作」了；

隨著應用程式的日漸豐富和複雜，位於應用和硬體中間層的作業系統，還承擔著系統管理、資源排程、應用程式排程等諸多職責；

管理外部裝置，例如電源、磁碟、網路等等

管理使用者和許可權，使得多個使用者可以安全地使用同一臺裝置，這對伺服器尤其重要

由於cpu、記憶體、外設、磁碟等資源，都是為眾多應用程式所共享的，因此作業系統承擔著資源排程之責，即：

機器語言，由0和1構成，是唯一能夠直接被機器識別的語言，其底層是電路的斷開與閉合，易讀性差，開發效率低；

組合語言，指令化的機器語言，用於底層開發，可讀性和開發效率較機器語言有所提公升，但依然晦澀難懂；

高階語言，接近人類語言邏輯的開發語言，可讀性和開發效率大幅提公升，其發展歷程又經歷了面向過程和物件導向兩個發展階段，現如今的大部分高階語言都是物件導向的；

在計算機中，整數通常是以二進位制、八進位制、和十六進制來表示的，但最後都會轉為二進位制進行儲存。因此，學習二進位制、八進位制、十六進製制與十進位制間的轉換是必要的。

所謂二進位制，就是」逢二進一「，電子計算機內部其實都是二制制的。二進位制只有兩個數，即「0」和「1」

使用短除法，不斷除以2，直到商為0，倒掛餘數即為結果

二進位制 ==> 十進位制的方法：子數法例：

1010 = 1 x 23 + 0 x 22 + 1x 21 + 0 x 20 = 10

十六進製制

十六進製制是最方便與二進位制進行轉換的，而且每一位十六進製制數能夠轉換為四位二進位制數。在計算機的儲存系統中，乙個位元組就是八位二進位制，十六進製制一共有16個數字，分別是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、a、b、c、d、e、f。在計算機中十六進製制常 以"0x"開頭

例：0x72 = 0111 0010

0xcf = 1100 1111

十六進製制 ==> 十進位制例：

0x72 = 0111 0010 = 114

八進位制

二進位制的缺點是只有兩個數字，而十六進製制則是顯示和輸出非常不便 。於是八進位制常常也被使用。八進位制一共有8個數字，分別是0、1、2、3、4、5、6、7。在計算機中為了與十進位制表示區別，常常以「0」開頭。

例：056 = 101,110

八進位制 ==> 二進位制(取3合一法)

第一章 計算機基礎

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