编程和编程语言

编程和编程语言

1、什么是编程语言

• 语言： 人类用来表达想法、传递信息的一套符号和规则。
• 编程语言： 人类用来把自己的想法按照计算机能理解的符号和规则写出来，从而指挥计算机完成任务的语言。

2、什么是编程

• 中国人与以英语为母语的外国人交流，需要借助翻译软件（中文->英文、英文->中文）
• 编程：人类与计算机说话，计算机是不会搭理你，于是就有了将人的语言翻译成计算机能识别的语言
• 于是这个翻译的过程就是编程

3、为什么会出现编程语言

因为计算机本身并不能像人一样直接理解自然语言。人说“帮我计算一下成绩是否及格”，计算机并不知道该怎么做。它真正能识别的，最底层其实是由 0 和 1 组成的机器指令。但是如果让人直接用 0 和 1 来指挥计算机，不仅非常困难，而且容易出错，效率也很低。

于是，人们就创造了编程语言。编程语言就像人和计算机之间的“翻译工具”：它既比机器语言更接近人的思维，方便人理解和书写；又能通过编译器或解释器转换成计算机可以执行的指令。这样，人就可以用相对清晰、规范的方式，把自己的想法、逻辑和步骤告诉计算机。

所以，编程语言的出现，本质上是为了解决“人类想法”和“计算机执行”之间的沟通问题。它让人不需要直接面对复杂的 0 和 1，而是可以用更容易理解的方式控制计算机完成计算、判断、存储、显示等各种任务。

计算机的组成原理

1、什么是计算机

从计算机组成原理的角度看，计算机可以这样定义：

计算机是一种能够按照程序的指令，对数据进行输入、存储、运算、控制和输出的电子设备。

通俗一点说：

计算机就是一台“会按步骤办事”的机器。人把数据和程序交给它，它按照程序规定的步骤处理数据，最后给出结果。

在计算机组成原理中，理解“计算机”要抓住三个关键词：

第一，程序。计算机不是自己随便工作，而是按照人写好的程序一步一步执行。

第二，数据。计算机处理的对象是数据，比如数字、文字、图片、声音、视频等，最终在计算机内部都可以表示成二进制数据。

第三，硬件系统。计算机要真正运行程序，需要由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备共同完成。

所以更完整地说：

计算机是由硬件系统和软件系统组成的，能够自动执行程序，对输入的数据进行加工处理，并输出有用信息的信息处理设备。

例如，你输入两个数 3 和 5，程序告诉计算机“把它们相加”，计算机就会经过存储、取指令、执行运算，最后输出结果 8。这就是计算机最基本的工作方式。

2、为什么要发明计算机

发明计算机，最根本的原因是：人类需要一种能够快速、准确、自动处理大量数据和复杂计算的工具。

早期人类在科学研究、工程设计、军事计算、商业统计中，经常要进行大量计算。比如计算炮弹轨迹、天文数据、人口统计、工程参数等。如果完全靠人工计算，不仅速度慢，而且很容易出错。

于是，人们希望发明一种机器，让它能够按照人的要求，自动完成计算和数据处理工作。这就是计算机出现的重要原因。

从计算机组成原理的角度看，计算机的发明解决了几个关键问题：

第一，提高计算速度。人算一个复杂问题可能需要几小时甚至几天，而计算机可以在很短时间内完成。

第二，减少人为错误。只要程序和数据正确，计算机可以稳定、重复地执行相同的操作。

第三，实现自动化处理。人不需要一步一步手工计算，只要把程序写好，计算机就可以按照指令自动运行。

第四，存储和处理大量信息。计算机不仅能计算数字，还能存储文字、图片、声音、视频等各种数据，并对它们进行处理。

所以通俗地说：

计算机之所以被发明出来，是因为人类想把大量、复杂、重复的计算和信息处理工作交给机器来完成，从而让工作更快、更准确、更高效。

3、计算机的五大组成部分

计算机的五大组成部分一般指：**运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。 **

** 通俗理解如下：**

1.运算器

负责“算”。

比如加减乘除、大小比较、逻辑判断等，都是由运算器完成的。

比如$ 3+5=8
$，这里的加法计算就是运算器完成的。

2. 控制器

** 负责“指挥”。**它会控制计算机什么时候取数据、什么时候计算、什么时候存储、什么时候输出结果。

可以把控制器理解成计算机的大脑指挥中心。

3. 存储器

负责“记”。**它用来存放程序和数据。

比如程序代码、输入的数据、计算过程中的中间结果、最终结果，都需要存储器保存。

存储器又可以分为：

内存：速度快，临时存储数据，断电后数据通常会消失
外存：容量大，永久性的存储数据，断电后数据还能保存，比如硬盘、U盘

4. 输入设备

负责“把信息送进计算机”。
比如键盘、鼠标、摄像头、扫描仪、麦克风等。

人通过输入设备把数据或命令交给计算机。

5. 输出设备

负责“把结果显示出来”。
比如显示器、打印机、音响等。

计算机处理完数据后，通过输出设备把结果反馈给人。

一句话总结：

输入设备把数据送进计算机，存储器负责保存数据和程序，控制器指挥各部分工作，运算器完成计算，输出设备把处理结果展示出来。

4、进制换算

进制就是“逢几进一”的计数方法。

二进制：逢 2 进 1，只用 0、1 表示数字。
八进制：逢 8 进 1，使用 0、1、2、3、4、5、6、7 表示数字。
十进制：逢 10 进 1，使用 0 到 9 表示数字。
十六进制：逢 16 进 1，使用 0 到 9 和 A、B、C、D、E、F 表示数字。

其中：

A = 10
B = 11
C = 12
D = 13
E = 14
F = 15

例如：

十进制 10 转成二进制：

10 ÷ 2 = 5 …… 0
5 ÷ 2 = 2 …… 1
2 ÷ 2 = 1 …… 0
1 ÷ 2 = 0 …… 1

余数从下往上读，所以：

10(十进制) = 1010(二进制)

二进制 1010 转成十进制：

1010 = 1×2³ + 0×2² + 1×2¹ + 0×2⁰
= 8 + 0 + 2 + 0
= 10

所以：

1010(二进制) = 10(十进制)

常见进制转换规律：

十进制转二进制：除 2 取余，倒着读。
二进制转十进制：按位乘以 2 的次方，再相加。
二进制转八进制：从右往左，每 3 位二进制分成一组。
二进制转十六进制：从右往左，每 4 位二进制分成一组。

例如：

二进制 110101 转八进制：

110 101
110 = 6
101 = 5

所以：

110101(二进制) = 65(八进制)

二进制 110101 转十六进制：

0011 0101
0011 = 3
0101 = 5

所以：

110101(二进制) = 35(十六进制)

一句话总结：

进制转换就是同一个数值不变，只是换成另一种“逢几进一”的表示方法。