计算机基础与网络基础以及编程语言笔记

2025年6月16日 第一天

计算机基础学习笔记：从冯・诺依曼到发展历程

梳理计算机基础相关知识，整理了下冯・诺依曼体系和计算机发展历程，用随笔形式记录，方便自己回顾，也希望能给友友一点参考 。

一、冯・诺依曼体系：计算机的底层逻辑基石

冯・诺依曼体系，堪称计算机世界的 “底层密码”。它的核心要点，重塑了我们对计算机工作方式的认知：
存储程序控制：程序与数据如同 “室友”，共同住进存储器。计算机工作时，就像按剧本演戏，一步步运行程序，让指令有序执行 。
二进制存储：0 和 1 构成的二进制，是计算机存储数据与指令的 “通用语”，简单的两个符号，搭建起复杂运算的基础 。
硬件组成：输入输出设备负责 “沟通内外”，像键盘输入指令、显示器输出结果；存储器分内存与外存，内存用半导体，读写速度快（3 纳秒左右），但断电丢数据、造价高，是 CPU 高速处理数据的 “临时车间”；外存靠磁介质，价格亲民、容量大，能长久保存数据，是 “数据仓库”；CPU 作为 “心脏”，运算器算数据，控制器发指令，协同让计算机高效运转 。
五大硬件组成：运算器负责算术与逻辑运算，是数据处理的 “加工厂”；控制器如同 “指挥官”，调度协调计算机各部件有序工作；存储器又分内存和外存，内存是 CPU 直接交互的高速 “临时仓库”，外存则是长期存储的 “数据宝库”，需经内存中转才能被 CPU 调用；输入、输出设备，是计算机与外界的 “沟通桥梁”，键盘、鼠标输入指令数据，显示器、打印机输出结果 。
内存与外存分工明确：内存靠半导体，读写速度快（纳秒级），但断电数据消失、成本高，承担 CPU 即时运算的数据缓存；外存依赖磁介质或固态存储，容量大、成本低、可长期保存，却需先把数据送内存，才能进 CPU 处理，像硬盘、U 盘都属外存 。

二、计算机发展：从机械到超级的跨越

计算机发展一路 “升级”，见证科技的神奇演进：
机械计算机：以差分机为代表，靠机械齿轮驱动，运算速度慢（1 秒 1 次），却开启了自动计算的先河，是计算机发展的 “蹒跚学步期” 。
电子计算机：埃尼阿克登场，用电作为动力，运算力跃升，能实现 5000 次加法或 400 次乘法，让计算从 “机械慢动作” 进入 “电子快车道” 。
超级计算机：代表着算力巅峰，在科研、气象等领域大显身手，不断突破计算速度极限，助力人类探索更复杂的未知 。
现代发展中的概念延伸：像 “战略转型成都战略发展基地战略备份”，体现计算机在企业布局、数据安全等层面的应用拓展，成为支撑业务连续性的重要保障；“工业 4.0” 背景下，计算机深度融入制造，区分低端与高端制造，推动生产智能化，机械普及化则让计算机技术从专业领域走向大众应用，改变生产生活模式 。

梳理这些知识，愈发感受到计算机发展的奇妙。从冯・诺依曼体系奠定基础，到计算机不断迭代升级，每一步都凝聚着智慧。这不仅是技术史，更是人类对高效计算、探索世界的追求史，后续我也会继续深入，解锁更多计算机知识宝藏 。

网络基础学习随笔

一、OSI 七层模型：分层理解网络世界

（一）物理层：网络的 “原始传递员”
物理层解决的是最基础的链接问题，和物理特性（比如网线、光纤的传输介质特性）紧密相关。它就像网络世界的 “快递小哥”，不过送的是最原始的电信号、光信号 。主要知识点里，网卡是物理层的 “得力助手”，网络拓扑结构（总线型、星型这些）也得靠物理层来搭建基础连接，理解了物理层，才明白网络传输的 “底层通道” 咋运作。
（二）数据链路层：给数据 “打包贴标”
数据链路层要处理帧的沟通问题 。以太网协议是这里的 “主角”，数据发送格式里，收件人 MAC 地址、发件人 MAC 地址就像快递的收发地址，“内容” 是包裹里的东西。这一层就像给要传输的数据 “打包”，还贴上识别身份的标签，确保在局域网内数据能准确找到 “收件人” ，不禁联想到生活中寄快递填地址，网络传输也有类似的 “规范流程”。
（三）网络层：“跨网” 传输的指挥官
网络层聚焦帧的分网问题 ，IP 地址和路由器是关键知识点。IP 地址给网络中的设备 “编了号”，路由器则像 “交通指挥官”，决定数据在不同网络间怎么 “赶路” 。学习时意识到，要是没有网络层，数据就只能在局域网里打转，跨网段通信根本实现不了，它是让数据 “走出小圈子” 的关键。
（四）传输层：可靠 & 高效的 “传输管家”
传输层要解决端到端的连接问题 ，TCP 和 UDP 这两个协议很重要。Socket 连接是它们的 “基础通道”。TCP 是 “可靠管家”，面向连接，三次握手建立连接、四次挥手断开连接，就像打电话，得先打通、说完再挂，适合大文件传输（比如下载电影）、电话语音这些对可靠性要求高的场景；UDP 是 “高效达人”，面向无连接，像直播、视频会议用它，追求速度，偶尔丢点数据也能接受，牺牲一点可靠性换传输效率 。还有端口，每个应用运行都有唯一端口号，就像不同房间的门牌号，传输层靠它把数据准确 “递” 到对应的应用程序。
（五）会话层、表示层、应用层：贴近应用的 “上层建筑”
会话层负责建立、管理和终止会话，不过实际学习中感觉它有点 “低调”，很多时候和传输层、应用层的功能交叉融合。表示层主要处理数据的表示形式，比如加密、解密、压缩，让数据在不同系统间能 “看懂彼此” 。应用层就很直观，http、ftp 这些协议大家都熟，浏览器访问网页用 http，文件传输用 ftp，它直接和我们日常使用的网络应用挂钩，是最贴近用户的一层，让我明白：原来上网用的各种功能，背后都有应用层协议在支撑 。

二、常见网线：网络的 “实体通道”

双绞、光纤、wifi（虽然 wifi 是无线，但也算网络连接方式），这些是网络传输的 “实体通道” 。双绞线成本低、易安装，家庭组网常用；光纤传输速度快、距离远，运营商的骨干网离不开它；wifi 让我们摆脱网线束缚，实现无线自由，不过稳定性和速度受环境影响大 。了解它们的特点，组网的时候就能根据需求选择，比如家里小范围上网，双绞线 + wifi 就够；企业大量数据传输，光纤更靠谱。

虽然OSI 七层模型全是抽象概念，但是把它和生活场景类比（比如寄快递、打电话），理解起来就容易多了 。网络基础看似枯燥，实则藏着很多 “逻辑密码”，每一层都有明确分工，又相互协作，共同撑起整个网络世界。现在再看网络传输，不再觉得神秘，而是能拆解成一层一层的 “小任务”

编程语言学习随笔：从概念到实践的探索

一、编程语言基础认知

编程语言，是人与计算机沟通的特殊 “语言” 。它具备相关翻译工具，将人类可理解的逻辑转化为计算机能执行的指令，同时有自身语法规则，规范代码编写，确保计算机准确 “读懂” 意图，是开启编程大门的钥匙。

二、编程语言分类：编译型与解释型

编译型语言（如 Java ），需通过编译器将代码转化为机器码（生成新文件），运行时直接执行机器码，执行效率高，适合开发大型、对性能要求高的应用，但编译过程相对耗时；解释型语言（如 Python ），依托解释器逐行解析执行代码，开发时无需等待编译，灵活高效，不过执行速度通常慢于编译型语言，在快速开发、脚本编写场景优势显著，二者差异推动不同编程需求的技术选型。

三、字符编码：编程语言的 “沟通密码”

字符编码是编程语言处理文本的基础。ASCII 由美国制定，8 位表示字符，仅能覆盖基本英文；GBK 是中国标准，16 位支持汉字等字符；Unicode 作为万国码，24 位 + 涵盖全球语言字符，却存在空间冗余问题；UTF-8 作为可变长编码，兼容 ASCII ，在不同系统中适配，需注意 Windows 下默认 GBK 、Linux 中默认 UTF-8 ，编码处理不当会引发乱码，是编程中需谨慎对待的细节。

四、Python ：优势与局限并存

Python 凭借语法简单、跨平台特性，降低编程入门门槛，适配多种操作系统开发场景。其使用范围广，覆盖游戏开发、网站与小程序搭建、软件测试、爬虫、数据分析及机器学习 / 深度学习等领域，开发效率高，让开发者快速实现想法。但执行效率低是短板，面对高性能计算等场景，需结合其他技术优化，理解其优劣势，能更好发挥 Python 在编程工作中的价值。