为什么需要计算机 ？
- 对于现在的我们来说，每天要处理的信息量是巨大的，所以如果还是人工的来对这些数据进行处理，那么效率是很低的。计算机的出现就可以帮助我们的来提高处理数据的速度。
计算机是什么 ？
计算机就是一台可以自动高效完成计算的电子设备，我们俗称叫 电脑( PC ) 。计算机系统包括硬件(hardware)和软件(software)两部分组成。
- 硬件系统：组成计算机系统的各种物理设备的总称。
- 软件系统：在计算机上运行的所有软件（操作系统软件+应用软件组成）的总称。
基本特点：
- 计算机可以完成数学和逻辑运算
- 计算机可以对数据进行记忆和存储
- 计算机可以在程序指令下自动高效的进行计算
硬件系统概述
我们就可以认为是组成计算机的那些物理设备（ 看得见 摸得着 ）都是硬件 。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”。冯·诺依曼体系结构指出计算机由五大部件构成。 他们分别是 运算器、控制器、存储器、输入、输出设备。
中央处理器(Central Processing Unit,CPU)
计算机的大脑。它从内存中获取指令，然 后执行这些指令。 运算器和控制器就组成了CPU。 运算器又可以称为算术/逻辑单元，控制器又可以称为控制单元：
- 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)。
为什么cpu是计算机的核心？因为CPU中包含了指令集。指令集是CPU中用来计算和控制计算机系统的一套指令的集合。指令集的常见分类：
- 精简指令集：即RISC指令集reduced instruction set computer： 这种指令集的特点是指令数目少，每条指令都采用标准字长、执行时间短、中央处理器的实现细节 对于机器级程序是可见的。
- 复杂指令集：即CISC指令集Complex Instruction Set Computer： 程序的各条指令是按顺序执行的，每条指令中的各个操作也是按顺序执行的。 顺序执行的优点是控制简单，但计算机各部分的利用率不高，执行速度慢。 RISC指令集是针对CISC指令集中的一些常用指令进行优化设计，放弃了一些复杂的指令， 对于复杂的功能，需要通过组合指令来完成。
两者的使用场合不一样，对于复杂的系统，CISC更合适，否则，RICS更合适，且低功耗。
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。
存储器（Memory）是计算机存储程序和数据的记忆单元集合，可读/写其中的数据 。分类：
- 内存储器：:信息交流的中心，例如：内存
- 外存储器：:长期存放大量的程序和数据，例如：硬盘，决定了能保存多少数据。
内存
- 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。决定了能同时运行多少个程序
- 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。采用一维线性寻址方式，确定字节的位置，以便于存储和获取数据。
- 一个计算机具有的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、更低速、更便宜。
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：
- 保存从硬盘读取的数据，提供给CPU使用
- 保存CPU的一些临时执行结果，以便CPU下次使用或保存到硬盘
内存的分类
- ROM（Read Only Memory）只读存储器
- RAM（Random Access Memory）随机存储器
- Cache 高速缓冲存储器
外存储器
内存中的信息在断电时会丢失。那我们可以考虑将程序和数据永久的保存在存储设备上。当计算机 确实需要这些数据时，再移入内存，因为从内存中读取比从存储设备读取要快得多。每台计算机至少有一个硬盘驱动器。硬盘(hard disk) 用于永久的保存数据和程序。
现在外存储器设备主要有以下三种：
- 磁盘驱动器
- 光盘驱动器(CD和DVD)
- USB闪存驱动器、
输入和输出设备
- 常见的输入设备：键盘（keyboard）和鼠标（mouse）
- 常见的输出设备：显示器（monitor）和打印机（printer）
总线:
计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线 ，分类如下：
- 数据总线
- 是CPU与内存或其他器件之间的数据传送的通道。
- 每条传输线一次只能传输1位二进制数据。
- 8根数据线一次可传送一个8位二进制数据(即一个字节)
- 数据总线是数据线数量之和。
- 数据总线的宽度决定了CPU和外界的数据传送速度。
- 地址总线
- CPU是通过地址总线来指定存储单元的。
- 地址总线决定了cpu所能访问的最大内存空间的大小。
- 控制总线
- CPU通过控制总线对外部器件进行控制。
- 控制总线的宽度决定了CPU对外部器件的控制能力。
BIOS（Basic Input/Output System） 基本输入输出系统
用于计算机开机过程中各种硬件设备的初始化和检测的芯片 ，主要作用如下：
- 硬件自检
- 硬件信息初始化
- 引导系统
- 控制输入输出设备的数据传递
自检完成之后，将引导权交给控制系统。
计算机软件
计算机的软件系统是计算机系统中不可缺少的组成部分。 软件是指程序、程序运行所需要的数据以及开发、使用和维护这些程序所需要的文档的集合。 软件=程序+数据+文档。数据：是客观事物经过感知或认识后的再现。现实世界中，信息主要以数值、文字、语音、图形和图像等形式表示 在计算机中，数据以二进制形式存储和传输 数据必须经过数字化编码，才能在计算机中存储、传送和处理。
计算机软件软件按功能用途分
系统软件：是指控制计算机的运行、管理计算机的各种资源、并为应用软件提供支持和服务的一 类软件。
- 操作系统： 是系统软件中最重要的一种,是系统软件的核心。 操作系统是用户和计算机之间的接口,它提供了软件的开发环境和运行环境。 常用的操作系统有:DOS、Windows、Unix、Linux等。
- 语言处理程序： 它的作用是把我们所写的源程序转换成计算机能识别并执行的程序。
- 数据库管理系统 ：有效地实现数据信息的存储、更新、查询、检索等，有组织的动态的存贮大量数据。 人们可以方便，高效的使用数据。
- 网络管理系统 ：通过某种方式对网络状态进行调整,使网络能正常、高效地运行, 使各种资源得到更加有效的利用,及时报告和处理网络出现的故障。
在操作系统中，具有四大管理功能：
- 处理机管理：处理机管理的主要任务，是对处理机进行分配，并对其运行进行有效的控制和管理。 在多道程序环境下，处理机的分配和运行都是以进程为基本单位， 因而对处理机的管理可以归结对进程的管理。
- 存储管理:方便用户使用和提高存储器的利用率。
- 设备管理:完成用户提出的I/O请求,为用户分配I/O设备,并控制I/O的执行.
- 文件管理:实现对目录管理，文件的读、写管理和存取控制
应用软件的定义： 应用软件是为了解决各种实际问题而设计的计算机程序， 通常由计算机用户或专门的软件公司开发。 是计算机的第二层扩充。应用软件包括很多很多，常见的有办公软件 杀毒软件 聊天软件 开发软件 影音娱乐等等。
硬件，操作系统，应用软件之间的关系如下图所示：
软件按架构分类
- 单机软件 例如：蜘蛛扑克、扫雷等。
- 分布式软件 例如：C/S 软件（Client/Server，客户端/服务器） 丶B/S 软件（Browser/Server，浏览器/服务器）
软件还可以安装是否开源，是否商业，是否收费等等分类
计算机数据存储
- 二进制：基数就是 0 1 ，逢二进 1
- 八进制：基数就是 0-7 ，逢八进 1
- 十进制：基数就是 0-9 ，逢十进 1
- 十六进制：基本数就是 0-9 A B C D E F, 逢十六进 1
计算机中的数制，计算机中不同的为了标识不同的进制，需要最数值后面加上不同的后缀
- 二进制：数字后加 B，如 10010B。
- 八进制：数字后加 O，如 123O。
- 十进制：数后加 D 或不加，如 10D 或 10。
- 十六进制：数字后加 H，如 2A5EH。
不同进制之间可以按照一定的规则进行随意转换。
字符编码
计算机中储存的信息都是用二进制数表示的，而我们在屏幕上看到的数字、英文、标点符号、汉字等字符是二进制 数转换之后的结果。按照某种规则，将字符存储到计算机中，称为编码 。反之，将存储在计算机中的二进制数按照 某种规则解析显示出来，称为解码 。比如说，按照A规则存储，同样按照A规则解析，那么就能显示正确的文本f符 号。反之，按照A规则存储，再按照B规则解析，就会导致乱码现象。 字符编码 Character Encoding : 就是一套自然语言的字符与二进制数之间的对应规则。
字符集
字符集 Charset ：也叫编码表。是一个系统支持的所有字符的集合，包括各国家文字、标点符号、图形符 号、数字等。 计算机要准确的存储和识别各种字符集符号，需要进行字符编码，一套字符集必然至少有一套字符编码。常见字符集有ASCII字符集、GBK字符集、Unicode字符集等。
可见，当指定了编码，它所对应的字符集自然就指定了，所以编码才是我们最终要关心的。当前最常见的处理中文的编码标准是 UTF8，代表国际编码。
ascii码表
在 ascii 码表当中没有包括汉字，如果直接使用 ascii 码来处理中文的时候就会产生乱码的问题。后来慢慢的基于 ascii 码表又出现了很多其它的编码标准。 当前最常见的处理中文的编码标准是 UTF8，代表国际编码。
计算机中常见的存储单位
一个0或者一个1存储为一个比特(bit)或者称之为b，是计算机中存储信息的最小单位。计算机中处理信息的最小单位是字节(byte) 或者称之为B。每个字节由8个bit构成。 计算机的存储能力是以字节和多字节来衡量的。如下：
字长：一个字所包含二进制数的位数。例如：一个字节的字长是8。
字符串的存储:文字在计算机中称为字符串。使用国际编码规则先将字符变成整数，然后变成二进制