1.计算机概述

1.计算机简介

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。

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

1.1.计算机硬件介绍

计算执行流程图：

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"

1.2.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。

1.3.IT行业三大定律

摩尔定律
安迪-比尔定律
反摩尔定律

1.摩尔定律是有英特尔(Intel)创始人之一戈登.摩尔（Gordon Moore）提供出来的。其内容为：当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。换言之，每一美元所能买到的电脑性能，将每隔18-24个月翻一倍以上。

2.安迪-比尔定律（And and Bill's Law）描述了硬件产商和软件产商之间的关系。即比尔要拿走安迪所给的（what and gives，Bill takes away）。个人电脑工业整个生态链是这样的：以微软为首的软件开发商吃掉硬件提升带来的全部好处，迫使用户更新机器让惠普和戴尔等公司收益，而这些整机生产厂再向英特尔这样的半导体厂订货购买新的芯片，同时向Seagate等外设厂购买新的外设。在这中间，各家的利润先后得到相应的提升，股票也随着增长。各个硬件半导体和外设公司再将利润投入研发，按照摩尔定理制定的速度，提升硬件性能，为微软下一步更新软件、吃掉硬件性能做准备。当然，微软和其它软件开发商在吃掉大部分硬件提升好处的同时，或多或少地会给用户带来一些新东西

3.反摩尔定律：Google的前CEO诶里克.施密特提出的：如果你反过来看摩尔定律。一个IT公司如果今天和18个月前卖掉同样多的、同样的产品，它的营业额就要降一半。IT界把它称为反摩尔定律。反摩尔定律对于所有的IT公司来讲，都是非常可怕的，因为一个IT公司花了同样的劳动，却只得到以前一半的收入。反摩尔定律逼着所有的硬件设备公司必须赶上摩尔定律所规定的更新速度，而所有的硬件和设备生产厂活得都是非常辛苦的。

1.4.存储设备

1.5.内存（比特bit和字节byte）

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：

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。见下图。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，更低俗，更便宜。

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：