這篇筆記的知識點結構目錄:

1. 認識計算機: (1)什么是計算機; (2)計算機的發(fā)展過程
2. 計算機的構成: (1) 計算機硬件系統(tǒng); (2) 計算機軟件系統(tǒng)
3. 二進制: (1) 為什么用二進制 (2) 二進制的基本概念
4. 計算機的儲存單位: 幾個計算機存儲容量單位及他們之前轉換
5. 十六進制: (1)十六進制的概念; (2)二進制,十進制,十六進制的轉換對照表

認識計算機

什么是計算機?

計算機（computer）俗稱電腦埠通，是現(xiàn)代一種用于高速計算的電子計算機器您炉，可以進行數(shù)值計算威兜，又可以進行邏輯計算州疾，還具有存儲記憶功能捞附。是能夠按照程序運行，自動撵溃、高速處理海量數(shù)據(jù)的現(xiàn)代化智能電子設備芋齿。(來自百度百科)

計算機的的發(fā)展過程

• 1889年，美國科學家赫爾曼·何樂禮研制出以電力為基礎的電動制表機侍匙，用以儲存計算資料氮惯。是電腦的前身。

  • 赫爾曼·何樂禮想暗，1896年妇汗，創(chuàng)辦了制表機器公司（Tabulating Machine Company），后來成為IBM的前身说莫。

• 1930年铛纬，美國科學家范內瓦·布什造出世界上首臺模擬電子計算機。

• 第1代計算機：電子管數(shù)字機（1946—1958年）

  • 1946年, ENIAC, 世界上第一臺電子計算機“電子數(shù)字積分計算機”（ENIAC Electronic Numerical And Calculator）. 來自美國軍方,為了滿足計算彈道需要而研制成的.
  • 1950年,EDVAC, 第一臺并行計算機唬滑，實現(xiàn)了計算機之父“馮.諾伊曼”的兩個設想：采用二進制和存儲程序告唆。

• 第2代：晶體管數(shù)字機（1954—1964年）

  • 1954年,TRADIC,IBM公司制造的第一臺使用晶體管的計算機棺弊，增加了浮點運算，使計算能力有了很大提高
  • 1958年, IBM 1401, 這是第二代計算機中的代表擒悬，用戶當時可以租用模她。
  • 硬件方的操作系統(tǒng)、高級語言及其編譯程序懂牧。應用領域以科學計算和事務處理為主侈净，并開始進入工業(yè)控制領域。特點是體積縮小僧凤、能耗降低畜侦、可靠性提高、運算速度提高（一般為每秒數(shù)10萬次躯保，可高達300萬次）旋膳、性能比第1代計算機有很大的提高。

• 第3代：集成電路數(shù)字機（1964—1970年）

  • 硬件方面途事，邏輯元件采用中验懊、小規(guī)模集成電路（MSI、SSI）尸变，主存儲器仍采用磁芯义图。
  • 軟件方面出現(xiàn)了分時操作系統(tǒng)以及結構化、規(guī)恼倮茫化程序設計方法碱工。
  • 特點是速度更快（一般為每秒數(shù)百萬次至數(shù)千萬次），而且可靠性有了顯著提高奏夫，價格進一步下降怕篷，產(chǎn)品走向了通用化、系列化和標準化等桶蛔。應用領域開始進入文字處理和圖形圖像處理領域匙头。

• 第4代：大規(guī)模集成電路機（1970年至今）

  • 硬件方面漫谷，邏輯元件采用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路（LSI和VLSI）仔雷。
  • 軟件方面出現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡管理系統(tǒng)和面向對象語言等舔示。
  • 特點是1971年世界上第一臺微處理器在美國硅谷誕生碟婆，開創(chuàng)了微型計算機的新時代。應用領域從科學計算惕稻、事務管理竖共、過程控制逐步走向家庭。

計算機的構成

計算機是由硬件系統(tǒng)（hardware system）和軟件系統(tǒng)（software system）兩部分組成的俺祠。

計算機的構成.jpg

1. 計算機硬件系統(tǒng)（hardware system）

計算機硬件系統(tǒng)圖.jpg

• 計算機的硬件是指組成計算機的各種物理設備公给，也就是我們所看得見借帘、摸得著的實際物理設備。它包括計算機的主機和外部設備淌铐。
• 自第一臺計算機ENIAC發(fā)明以來肺然，計算機系統(tǒng)的技術已經(jīng)得到了很大的發(fā)展，但計算機硬件系統(tǒng)的基本結構沒有發(fā)生變化腿准，仍然屬于馮·諾依曼體系計算機际起。計算機硬件系統(tǒng)仍然由運算器，控制器吐葱，存儲器街望，輸入設備和輸出設備5部分組成
• 輸入設備: 將數(shù)據(jù)、程序弟跑、文字符號灾前、圖象、聲音等信息輸送到計算機中窖认。常用的輸入設備有鍵盤豫柬、鼠標、觸摸屏扑浸、數(shù)字轉換器等烧给。
• 輸出設備: 將計算機的運算結果或者中間結果打印或顯示出來。常用的輸出設備有：顯示器喝噪、打印機础嫡、繪圖儀和傳真機等。
• 存儲器: 存儲器將輸入設備接收到的信息以二進制的數(shù)據(jù)形式存到存儲器中酝惧。存儲器有兩種榴鼎，分別叫做內存儲器和外存儲器。
  • 內存儲器: 微型計算機的內存儲器是由半導體器件構成的晚唇。
    • 從使用功能上分巫财，(1) 隨機存儲器 （Random Access Memory，簡稱RAM）哩陕，又稱讀寫存儲器. (2)只讀存儲器（Read Only Memory平项，簡稱為ROM）。
  • 外存儲器的種類很多悍及，又稱輔助存儲器闽瓢。外存通常是磁性介質或光盤，像硬盤心赶，軟盤扣讼，磁帶，CD等缨叫，能長期保存信息椭符，并且不依賴于電來保存信息荔燎，但是其速度與內存相比非常且價格較內存相比非常低廉。
• CPU
  • 運算器: 運算器又稱算術邏輯單元销钝。它是完成計算機對各種算術運算和邏輯運算的裝置湖雹，能進行加、減曙搬、乘摔吏、除等數(shù)學運算，也能作比較纵装、判斷征讲、查找、邏輯運算等
  • 控制器: 由程序計數(shù)器橡娄、指令寄存器诗箍、指令譯碼器、時序產(chǎn)生器和操作控制器組成挽唉，它是發(fā)布命令的“決策機構”滤祖，即完成協(xié)調和指揮整個計算機系統(tǒng)的操作。
    • 控制器是計算機的指揮中心,負責決定執(zhí)行程序的順序,給出執(zhí)行指令時機器各部件需要的操作控制命令.
    • 控制器是計算機指揮和控制其它各部分工作的中心瓶籽，其工作過程和人的大腦指揮和控制人的各器官一樣匠童。

2. 計算機軟件系統(tǒng)（software system）

計算機軟件系統(tǒng).png

• 軟件系統(tǒng)(Software Systems)是指由系統(tǒng)軟件、支撐軟件和應用軟件組成的計算機軟件系統(tǒng)塑顺，它是計算機系統(tǒng)中由軟件組成的部分汤求。
• 計算機軟件總體分為系統(tǒng)軟件和應用軟件兩大類：
  • 系統(tǒng)軟件:
    • 系統(tǒng)軟件是負責管理計算機系統(tǒng)中各種獨立的硬件，使得它們可以協(xié)調工作严拒。系統(tǒng)軟件使得計算機使用者和其他軟件將計算機當作一個整體而不需要顧及到底層每個硬件是如何工作的扬绪。
    • 系統(tǒng)軟件是各類操作系統(tǒng)，如windows裤唠、Linux挤牛、UNIX等，還包括操作系統(tǒng)的補丁程序及硬件驅動程序种蘸，都是系統(tǒng)軟件類墓赴。
  • 應用軟件:
    • 應用軟件是為了某種特定的用途而被開發(fā)的軟件。它可以是一個特定的程序劈彪，比如一個圖像瀏覽器竣蹦。也可以是一組功能聯(lián)系緊密顶猜，可以互相協(xié)作的程序的集合沧奴，比如微軟的Office軟件。也可以是一個由眾多獨立程序組成的龐大的軟件系統(tǒng)长窄，比如數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)滔吠。
    • 應用軟件細分的話種類有很多,如工具軟件纲菌、游戲軟件、管理軟件等都屬于應用軟件類疮绷。

二進制 (Binary Systems)

二進制是計算技術中廣泛采用的一種數(shù)制翰舌。二進制數(shù)據(jù)是用0和1兩個數(shù)碼來表示的數(shù)。它的基數(shù)為2冬骚，進位規(guī)則是“逢二進一”椅贱，借位規(guī)則是“借一當二”. 當前的計算機系統(tǒng)使用的基本上是二進制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)在計算機中主要是以補碼的形式存儲的只冻。計算機中的二進制則是一個非常微小的開關庇麦，用“開”來表示1，“關”來表示0喜德。

信號傳輸小知識點

計算機的核心硬件包括： 中央處理器(CPU), 內存(Memory), 硬盤(Hard disc) 山橄，顯卡(Graphics card)。這些硬件互相配合舍悯，接收輸入的數(shù)據(jù)航棱，然后進行運算再輸出。 這些計算機硬件之間需要通過電平信號來傳遞數(shù)據(jù)信息萌衬，保存數(shù)據(jù).

計算機采用的電平信號,只有兩種信號：高電平和低電平饮醇。高電平用1表示，低電平用0表示秕豫。

-> 電平是電壓范圍驳阎，規(guī)定輸出高電平>2.4V,輸出低電平<0.4V。
-> 只有兩種信號馁蒂，精確度就會比較高呵晚，不容易因為硬件的故障損耗，產(chǎn)生誤差沫屡。無論輸出了2.5v, 2.6v還是2.9v,這都屬于高電平饵隙，能保證發(fā)出去的信號，別人接收的時候是準確的沮脖。不會因為電路硬件問題導致輸出的信號變弱金矛，使得接收者接收了錯誤的信號。

二進制系統(tǒng)(Binary Systems)

因為計算機只能傳輸和識別高低電平兩種信號勺届，所以我們采用了1和0來表示信號驶俊，也就產(chǎn)生了二進制。

我們熟悉的十進制免姿，就是滿10進1位饼酿。那么二進制就是滿2進1位。在計算機的世界如果要表示十進制的3，就要用二進制11來表示故俐，十進制的5想鹰，就要用 101來表示。

二進制說白了就是滿二進一的計數(shù)制度药版。這是根據(jù)計算機傳輸信號的特點而定制的辑舷。

計算機基本工作原理是存儲程序和程序控制，它是由世界著名數(shù)學家馮·諾依曼提出的槽片。他被后人稱為“計算機之父”何缓。

• 核心理論: 數(shù)字計算機的數(shù)制采用二進制,計算機應該按照程序順序執(zhí)行
• 1945年3月他在共同討論的基礎上起草了一個全新的“存儲程序通用電子計算機方案”--EDVAC（Electronic Discrete Variable Automatic Computer的縮寫）。這對后來計算機的設計有決定性的影響还栓，特別是確定計算機的結構歌殃，采用存儲程序以及二進制編碼等，至今仍為電子計算機設計者所遵循蝙云。
• 簡單來說他的精髓貢獻是兩點：2進制思想與程序內存思想氓皱。

計算機數(shù)據(jù)的儲存單位

計算機只能傳送高低電平信號，所以需要采用二進制勃刨。那么內存/外存中保存數(shù)據(jù)的時候波材，也是要采用二進制的方式來保存的。

計算機要處理的信息是多種多樣的身隐，如數(shù)字廷区、文字、符號贾铝、圖形隙轻、音頻、視頻等垢揩，這些信息在人們的眼里是不同的玖绿。但對于計算機來說，它們在儲存器中都是一樣的叁巨，都是以二進制的形式來表示斑匪。

我們通常用字節(jié)來作為存儲單位。正常情況下一個英文字符锋勺，一個整數(shù)數(shù)字都是占用一個字節(jié)蚀瘸。 長整數(shù)，浮點數(shù)庶橱，漢字等占用兩個字節(jié)贮勃。

幾個數(shù)據(jù)的儲存單位的概念和換算:

計算機額儲存單位換算.jpg

小知識點: B與iB
1KiB（Kibibyte）=1024 byte
1KB（Kilobyte）=1000 byte
1MiB（Mebibyte）=1048576 byte
1MB（Megabyte）=1000000 byte
硬盤生產(chǎn)商是以GB（十進制父叙，即10的3次方=1000，如1MB=1000KB）計算的肴裙，而電腦（操作系統(tǒng)）是以GiB（2進制趾唱，即2的10次方， 如1MiB=1024KiB）計算的蜻懦，但是國內用戶一般理解為1MiB=1M=1024 KB, 所以為了便于中文化的理解甜癞，翻譯MiB為MB也是可以的。
同樣根據(jù)硬盤廠商與用戶對于1MB大小的不同理解宛乃，所以好多160G的硬盤實際容量按計算機實際的1MiB=1024KB算都不到160G悠咱，這也可以解釋為什么新買的硬盤“缺斤短兩”并沒有它所標示的那么大。

十六進制

因為計算機采用的是二進制的征炼，但是二進制對人類不太友好析既，讀寫都很麻煩： 01011100, 00111100, 10110011...人類看起來是非常費勁的，要換算成十進制才能比較好懂谆奥。但是如果轉換為十進制渡贾，一個是換算麻煩，另外一個是看著不是那么的舒服方便雄右】丈В基于這兩個原因，人類又發(fā)明了十六進制擂仍。

• 十六進制囤屹，方便書寫每個二進制字節(jié)所表示的數(shù)字。
• 因為 2^4 = 16 逢渔，這意味這 4 位 二進制數(shù)正好可以表示成 1 位 十六進制數(shù)肋坚。

二、八、十智厌、十六進制基數(shù)對照表.gif

• 如上圖所示, 在十六進制中, 我們有用到A,B,C,D,E,F幾個大寫字母,這些用來表示類似十進制的 10, 11,12,13,14,15 诲泌。 然后滿16進1。這樣正好一個字節(jié)的8位二進制都可以用兩位十六進制來表示了铣鹏。

  • 再長的二進制數(shù)字敷扫，都可以分成 4 位一組，然后快速轉化為 十六進制數(shù)字诚卸，又快又好看葵第。
  • 比如： 01001100 這個字節(jié)，我們換算十進制比較費勁合溺，我們轉成十六進制卒密，就直接寫成 4C.
  • 0101, 1111, 1010, 0001 轉為 5FA1

• 通過十六進制, 我們再將其轉為十進制的話，就相對容易一下棠赛。只要知道每一位是前一位的16倍哮奇。

  • 比如：BC53的話就是11*4096 + 12*256 + 5*16+ 3 = 45056 + 3072 + 80 + 3 = 48211

十六進制在現(xiàn)實中的應用:

1. 計算機中的網(wǎng)卡地址(就是我們常說的 MAC 地址，就是我們網(wǎng)卡的唯一編號)睛约，經(jīng)常寫成 6 段 12 位 十六進制數(shù)屏镊， 例如:00:01:6C:06:A6:29
2. 在網(wǎng)頁的開發(fā)中，HTML語言里面經(jīng)常用到的顏色設置痰腮。比如：#FF0000 這個代表紅色
3. 在面向計算機底層的編程語言中而芥，會用到十六進制的指令。比如匯編語言膀值，機器語言等棍丐。

Q: CPU、處理器沧踏、內存歌逢、外存、寄存器翘狱、緩存的區(qū)別

來源: CSDN:https://blog.csdn.net/chengwangbaiko/article/details/55656816

1秘案、CPU：Central Process Unit中央處理器單元，即CPU屬于處理器潦匈。
2阱高、CPU中有寄存器，因此寄存器的速度最快茬缩！內存赤惊、外存統(tǒng)稱為CPU的“外存”。
3凰锡、高速緩存是存放在CPU中的未舟，它是介于CPU與內存知己的圈暗，以緩解它們之間速度不匹配的矛盾，使得內存訪問CPU的時候較快裕膀。
4员串、緩存是指在內存中劃分出一塊區(qū)域用于存放常使用的輸入輸出數(shù)據(jù)，以緩解CPU與外設處理速度不匹配的問題昼扛。
5寸齐、CPU與（內存、外存）是不同的概念野揪，CPU是一個獨立的概念访忿，而（內存瞧栗、外存）是指對存儲器的劃分斯稳，內存的速度較外存的速度快，并且內存具有“掉電信息全部消失”的特性迹恐，而外存則具有“掉電信息也不會丟失”的特性挣惰。

Q:內存與外存的理解

來源: CNDS: https://blog.csdn.net/xmbfd/article/details/6100270

存儲器分為主存儲器（內存）和輔助存儲器（外存）。

內存

• 內存指的就是主板上的存儲部件殴边，CPU直接與之溝通憎茂，并用其存儲數(shù)據(jù)的部件，存放當前正在使用的（即執(zhí)行中的）數(shù)據(jù)和程序锤岸，
• 它的物理實質就是一組或多組具備數(shù)據(jù)輸入輸出和數(shù)據(jù)存儲功能的集成電路竖幔，
• 內存只用于暫時存放程序和數(shù)據(jù)，一旦關閉電源或發(fā)生斷電是偷，其中的程序和數(shù)據(jù)就會丟失拳氢。

外存

• 外存包括軟盤、硬盤和光盤蛋铆，存放在其中的數(shù)據(jù)靠磁來維持馋评，因此可永久保存數(shù)據(jù)。

特點：

• 內存處理速度快刺啦、存儲容量小留特、斷電后信息丟失；
• 外存處理速度慢玛瘸、存儲容量大蜕青、信息永久保存；

相關資料:

• 百度百科
• 陳斌老師的程序媛在線教程