一、什么是编程语言
编程语言(Programming Language),是用来定义计算机程序的形式语言。它是一种被标准化的交流技巧,用来向计算机发出指令。一种能够让程序员准确地定义计算机所需要使用数据的计算机语言,并精确地定义在不同情况下所应当采取的行动。其实,说白了就是让人类能够和计算机沟通,所以要学习计算机能够懂的语言。
1.1 编程语言的主要类别
(1)机器语言
机器语言是一种指令集的体系,它是用二进制代码表示的语言,是计算机唯一可以直接识别和执行的语言,它具有计算机可以直接执行、简洁、运算速度快等优点,但它的直观性差,非常容易出错,程序的检查和调试都比较困难,此外对机器的依赖型也很强。
特点:
难学、难懂、难理解
机器语言程序是由一连串指令码构成的,这些指令码又由16进制数组成,它和要实现的功能之间没有任何的联系
无通用性
机器语言是最直接、最原始的语言,它完全依赖与某种特定的计算机系统
需要人为分配内存
机器语言程序和它在运行过程中所要用到的所有参数象高级语言一样,需要存放在主机的内存中。但具体存放在内存的什么位置,如何合理布局,需要程序设计者根据计算机下系统和程序的具体情况来人为确定
运行速度最快
机器语言是计算机能够识别并直接产生作用的唯一语言,不需要经过编译过程,执行速度很快,是高级语言的几百倍
节省内存空间
功能更加完善
机器语言能够完成的功能,高级语言不一定能够实现;高级语言能实现的功能,机器语言也一样能实现。
可以用于设计扩充功能
(2)汇编语言
汇编语言是面向机器的程序设计语言,它是为了解决机器语言难以理解和记忆的缺点,用易于理解和记忆的名称和符号表示机器指令中的操作码,这样用符号代替机器语言的二进制码,就把机器语言变成了汇编语言;于是汇编语言亦称为符号语言。使用汇编语言编写的程序,机器不能直接识别,要由一种程序将汇编语言翻译成机器语言,这种起翻译作用的程序叫汇编程序,汇编程序是系统软件中语言处理系统软件。汇编程序把汇编语言翻译成机器语言的过程称为汇编。
特点:
助记符指令和机器指令一一对应。用汇编语言编制的程序效率高,占用存储空间小,运行速度快。汇编语言能编写出最优化的程序,且能反映计算机的实际运行情况。
编程比高级语言困难。因为汇编语言是面向机器的,程序设计人员必须对计算机有相当深入的了解,才能使用汇编语言编制程序。
汇编语言能直接与存储器、接口电路打交道,也能申请中断。因此汇编语言程序能直接管理和控制硬件设备。
缺乏通用性,程序不易移植。不同计算机的汇编语言之间是不能通用的,因为它们各自都有适合于自己机型特点的汇编语言。但是,掌握了一种计算机的汇编语言,有助于学习其他计算机的汇编语言。
(3)高级语言
高级语言为用户提供了一种既接近与自然语言,又可以使用数学表达式,还相对独立于机器的工作方式。与汇编语言一样,机器也不能直接执行用高级语言编写的程序。高级语言有更强的表达能力,可方便地表示数据的运算和程序的控制结构,能更好的描述各种算法,而且容易学习掌握。但它编译生成的程序代码一般比用汇编程序语言设计的程序代码要长,执行的速度也慢。
特点:
接近于自然语言和数学语言,容易为人们掌握;
独立于机器,有一定的通用性;
计算机不能直接识别和执行用高级语言编写的程序;
用高级语言编写的程序大大提高了编写效率。
综上所述,这三类语言有如下特点:
机器语言的特点:难学、难懂、难理解;无通用性;需要人为分配内存;运行速度最快。
汇编语言的特点:程序的执行效率非常高、占用存储空间小、运行速度快;缺乏通用性,程序不易移植。
高级语言的特点:容易、有一定通用性、计算机不能直接识别和执行。
二、 计算机体系
从1946年到1958年,是电子管计算机的时代;从1958年到1964年,是晶体管计算机时代;从1964年到1970年,是集成电路计算机时代;从1970-至今(以2022年为结束参考):大规模集成电路计算机时代;但以蛋白质分子作为原材料、量子计算机等已经有了雏形,而且方兴未艾,未来计算机时代不可限量。
2.1 计算机体系
计算机虽然不断迭代发展,但总的体系结构依然遵循冯诺依曼计算机结构,如下:

2.2 计算机处理数据过程
(1)提取阶段:由输入设备把原始数据或信息输入给计算机存储器存起来
(2)解码阶段:根据CPU的指令集架构(ISA)定义将数值解译为指令
(3)执行阶段:再由控制器把需要处理或计算的数据调入运算器
(4)最终阶段:由输出设备把最后运算结果输出
其实,本质上就是CPU (CPU=存储器+运算器+控制器)取数据指令然后返回。
2.3 不同厂商的CPU
CPU整个的发展史可以简单说成Intel和AMD的发展历史。在1971年,世界上第一个CPU——4004,在Intel公司诞生了。虽然相比于现在的CPU,它无论是功能还是运行速度都弱小的十分可怜。但他出现却具有划时代的意义。随后Intel又接着推出了16位的微处理器i8088在接下来的十年中CPU迎来了它的发展黄金时期,几乎每年都会在技术上做出重大突破。全球和中国主要CPU生产厂商,如下:
Intel
CPU界的老大哥,制造了史上第一个CPU。其旗下的主要产品从最初的Intel4004,8088,接着又推出了Pentium系列:Pentium Pro,Pentium III等。还有现在使用最多的Core系列尤其是其中的酷睿2成了买CPU的首选产品。
AMD
截止目前,唯一一家可以和Intel相提并论的公司。其专门为计算机、通信和消费电子行业设计和制造各种创新的微处理器(CPU、GPU、APU、主板芯片组、电视卡芯片等)、闪存和低功率处理器解决方案。同时,AMD还是目前业内唯一一个可以提供高性能CPU、高性能独立显卡GPU、主板芯片组三大组件的半导体公司,为了明确其优势,AMD提出3A平台的新标志,在笔记本领域有“AMD VISION”标志的就表示该电脑采用3A构建方案,AMD 有超过70% 的收入都来自于国际市场,是一家真正意义上的跨国公司。
Cyrix
曾经也是全球第二大CPU公司,却在AMD和Intel的竞争中,逐步退出市场。现在还被VIA与AMD分别收购生产线与技术。
IBM
国际商业机器公司IBM,拥有了自己的芯片生产线,主要生产服务器用POWER处理器。
国产龙芯
GodSon 小名狗剩,是国有自主知识产权的通用处理器,目前已经有2代产品。最新的龙芯2F已经赶上Intel中端P4的水平。
VIA中国威盛
VIA威盛是台湾一家主板芯片组厂商,收购了前述的 Cyrix和IDT的cpu部门,推出了自己的CPU,性能可以与Intel的经济型CPU相比,功耗只有1W,在Intel与AMD的双重压迫下艰难生存。
2.4 操作系统
在PC端主要有:Windows系列(WinXP、Win7、Win8、Win10、Win11);Linux系列(Ubuntu、Fedora、Debian、Redhat等);Mac OS(Unix内核)等。
在移动端主要有:Android(安卓)、IOS(苹果)等。
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