Java基礎知識之概述（一）

菜瓜技術聯盟發表於2020-12-01

（一）簡介：

計算機包括硬體(hardware)和軟體(software)兩部分。硬體包括計算機中可以看得見的物理部分。而軟體提供看不見的指令。這些指令控制硬體並且使得硬體完成特定的任務。

程式設計
定義：建立（或開發）軟體。軟體包含了指令，告訴計算機做什麼。應用場景：軟體遍佈我們周圍。除了個人計算機，飛機、汽車、手機甚至烤麵包機中，同樣執行著軟體。

程式設計語言

軟體開發人員在稱為程式設計語言的強大工具的幫助下建立軟體。

如何選擇該學習哪種程式設計語言？
程式設計語言有很多種，每種語言都是為了實現某個特定的目的而發明的。  你會困惑哪種語言是最好的。事實上，沒有“最好”的語言。每種語言都有它的長處和短處。  經驗豐富的程式設計師知道各種語言擅長的應用場景，因此，會盡可能的掌握各種不同的程式設計語言。  如果你掌握了一種程式語言，應該會更容易上手其它的程式語言。關鍵是學習如何使用程式設計方法來解決問題。這也是本套課程的主旨。

二、計算機硬體的價紹

馮·諾依曼體系結構是現代計算機的基礎，現在大多計算機仍是馮·諾依曼計算機的組織結構，只是作了一些改進而已，並沒有從根本上突破馮體系結構的束縛。馮·諾依曼也因此被人們稱為“計算機之父”。

1、中央處理器(Central Processing Unit,CPU)是計算機的大腦。它從記憶體中獲取指令，然後執行這些指令。
2、包括：控制單元(control unit)和算術/邏輯單元(arithmetic/login unit)。控制單元：用於控制和協調其他元件的動作。算術/邏輯單元：用於完成數值運算(+、-、*、/)和邏輯運算(比較)。
3、每臺計算機都有一個內部時鐘，該時鐘以固定速度發射電子脈衝。時鐘速度越快，在給定的時間段內執行的指令就越多。速度的計量單位是赫茲(Hz)，1Hz相當於每秒1個脈衝。隨著CPU速度不斷提高，目前以千兆赫(GHz)來表述。
4、最初一個CPU只有一個核(core)。核是處理器中實現指令讀取和執行的部分。一個多核 CPU是一個具有兩個或者更多獨立核的元件。可提高CPU的處理能力。

IT定律之計算機行業發展規律
1、摩爾定律(Moore’s Law)

2、安迪-比爾定律(Andy and Bill’s Law)

3、反摩爾定律(Reverse Moore’s Law)

儲存裝置的介紹:

1、記憶體中的資訊在斷電時會丟失。那我們可以考慮將程式和資料永久的儲存在儲存裝置上。當計算機確實需要這些資料時，再移入記憶體，因為從記憶體中讀取比從儲存裝置讀取要快得多。
2、儲存裝置主要有以下三種：  磁碟驅動器每臺計算機至少有一個硬碟驅動器。硬碟(hard disk) 用於永久的儲存資料和程式。

光碟驅動器(CD和DVD) CD的容量可達700MB。 DVD的容量可達4.7GB。

USB快閃記憶體驅動器 USB: Universal Serial Bus，通用序列匯流排。可以使用USB將印表機、數位相機、滑鼠、外部硬碟驅動器連線到計算機上。 USB快閃記憶體驅動器很小，可用於儲存和傳輸資料的裝置。

（二）記憶體介紹：

位元(bit)和位元組(byte)
1、在討論記憶體前，先清楚資料是如何儲存在計算機中的。
2、計算機就是一系列的電路開關。每個開關存在兩種狀態：關(off)和開(on)。如果電路是開的，它的值是1。如果電路是關的，它的值是0。
3、一個0或者一個1儲存為一個位元(bit)，是計算機中最小的儲存單位。
4、計算機中是最基本的儲存單元是位元組(byte) 。每個位元組由8個位元構成。
5、計算機的儲存能力是以位元組和多位元組來衡量的。如下：千位元組(kilobyte,KB) = 1024B 兆位元組(megabyte,MB) = 1024KB 千兆位元組(gigabyte,GB) = 1024MB 萬億位元組(terabyte,TB) = 1024GB

記憶體(也叫 Random-Access Memory,RAM)：由一個有序的位元組序列組成，用於儲存程式及程式需要的資料。

1、一個程式和它的資料在被CPU執行前必須移到計算機的記憶體中。
2、每個位元組都有一個唯一的地址。見右圖。使用這個地址確定位元組的位置，以便於儲存和獲取資料。
3、一個計算機具有的RAM越多，它的執行速度越快，但是此規律是有限制的。
4、記憶體與CPU一樣，也構建在表面嵌有數百萬電晶體的矽半導體晶片上。但記憶體晶片更簡單、更低速、更便宜。

實測發現：記憶體存取資料的速度比硬碟的存取速度快10倍，在某些環境裡，硬碟和記憶體之間的速度差距可能會更大。而CPU的速度比記憶體不知還要快多少倍。當我們把程式從硬碟放到記憶體以後，CPU就直接在記憶體執行程式，這樣比CPU直接在硬碟執行程式就要快很多。
1、記憶體解決了一部分CPU執行過快，而硬碟資料存取太慢的問題。提高了我們的電腦的執行速度。記憶體就如同一條“高速車道”一般，資料由傳輸速度較慢的硬碟通過這條高速車道傳送至CPU進行處理！
2、但記憶體是帶電儲存的(一旦斷電資料就會消失)，而且容量有限，所以要長時間儲存程式或數據就需要使用硬碟。
3、記憶體在這裡起了兩個作用： 1. 儲存從硬碟讀取的資料，提供給CPU使用 2. 儲存CPU的一些臨時執行結果，以便CPU下次使用或儲存到硬碟

輸入輸出裝置：

常見的輸入裝置：鍵盤（keyboard）和滑鼠（mouse）  常見的輸出裝置：顯示器（monitor）和印表機（printer）
1、顯示器螢幕解析度：是指顯示裝置水平和垂直方向上顯示的畫素(px)數。

2、解析度可以手工設定。

3、解析度越高，影像越銳化、越清晰。

計算公式：畫素密度=√[(長度畫素數)^2+(寬度畫素數)^2]/螢幕尺寸

通訊裝置：

計算機可以通過通訊裝置進行聯網。
1、常見的裝置有：
2、撥號調變解調器：使用的是電話線，傳輸速度可達56 000bps(bps:每秒位元)

3、DSL（數字使用者線）：使用的也是電話線，但傳輸速度叫上面的快20倍

4、電纜調變解調器：利用有線電視電纜進行資料傳輸，通常速度比DSL快。

5、網路介面卡（NIC）：將計算機接入區域網（LAN）的裝置。區域網通常用於大學、商業組織和政府組織。速度甚至可達1000Mbps

6、無線網路：在家庭、商業和學校中極其常見。計算機可通過無線介面卡連線到局域網或internet上。

（三）計算機發展史的鼻祖

最近半個世紀以來，世界電腦科學界的重大進步，離不開圖靈等人的理論奠基作用和多方面的開創性研究成果。

圖靈是當之無愧的計算機科學和人工智慧之父。甚至認為，他在技術上的貢獻及對未來世界的影響幾乎可與牛頓、愛因斯坦等巨人比肩。
美國計算機學會（ACM）的年度“圖靈獎”，自從1966年設立以來，一直是世界電腦科學領域的最高榮譽，相當於電腦科學界的諾貝爾獎。至今，中國人只有姚期智院士獲該獎項。
圖靈論文中的“用有限的指令和有限的儲存空間可算盡一切可算之物” 理論讓當時所有的科學家震驚

20世紀最重要的數學家之一，在現代計算機、博弈論、核武器和生化武器等諸多領域內有傑出建樹的最偉大的科學全才之一，被後人稱為“計算機之父”和“博弈論之父”。

計算機基本工作原理是儲存程式和程式控制，它是由世界著名數學家馮·諾依曼提出的。最簡單的來說，馮諾依曼理論的要點是：數字計算機的數制採用二進位制；計算機應該按照程式順序執行。

同樣有著“計算機之父”稱號的馮·諾依曼的助手弗蘭克爾在一封信中寫到：“……計算機的基本概念屬於圖靈。按照我的看法，馮·諾依曼的基本作用是使世界認識了由圖靈引入的計算機基本概念……”

根據馮諾依曼體系結構構成的計算機，必須具有如下功能：
1、把需要的程式和資料送至計算機中。

2、必須具有長期記憶程式、資料、中間結果及最終運算結果的能力。

3、能夠完成各種算術、邏輯運算和資料傳送等資料加工處理的能力。

4、能夠根據需要控制程式走向，並能根據指令控制機器的各部件協調操作。

5、能夠按照要求將處理結果輸出給使用者。

（四）作業系統：

作業系統(Operating System)是執行在計算機上的最重要的
程式，它可以管理和控制計算機的活動。
1、硬體、作業系統、應用程式和使用者之間的關係如右圖。
2、作業系統的主要任務：

3、控制和監視系統的活動

4、分配和調配系統資源  排程操作

（五）全球資訊網：

全球資訊網（World Wide Web,www,環球資訊網）常簡稱為Web,發明者蒂姆·伯納斯·李。分為Web客戶端和Web伺服器程式。 WWW可以讓Web客戶端（常用瀏覽器）訪問瀏覽Web伺服器上的頁面。是一個由許多互相連結的超文字組
成的系統，通過網際網路訪問。在這個系統中，每個有用的事物，稱為一樣“資源”；並且由一個全域性“統一資源識別符號”（URI）標識；這些資源通過超文本傳輸協議（Hypertext Transfer Protocol）傳送給使用者，而後者通過點選鏈
接來獲得資源。 www.sina.com
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