二进制单位是_计算机基础简介

计算机简史|

计算机是用于快速计算的现代电子计算机。它具有数值计算、逻辑计算和内存存储的能力。它可以根据设定的程序规则自动快速地处理数据。我们通常称之为“计算机”

计算机是20世纪“约翰·冯·诺依曼”发明的,“约翰·冯·诺依曼”也被称为“计算机之父”

计算机大概经历了以下升级阶段(详见百度百科):

第一代:真空电子管作为

电子管数字机(1946-1958)的逻辑元件，汞延迟线电子管、阴极射线示波器管静电存储器、磁鼓和磁芯作为主存储器；外部存储器使用磁带。该软件使用机器语言和汇编语言。应用领域以军事和科学计算为主。

特点:体积大、功耗高、可靠性差速度很慢(通常每秒几千到几万次)，价格也很昂贵，但它为未来的计算机发展奠定了基础。

第2代:晶体管数字机(1958-1964)

操作系统、高级语言及其编译器主要用于科学计算和事务处理。并开始进入工业控制领域

的特点:体积减小、能耗降低、可靠性提高、计算速度提高(一般为每秒100，000次，高达300万次)，与第一代计算机相比性能大大提高

第3代:集成电路数字机(1964-1970)

逻辑元件使用中小型集成电路(MSI，SSI)，主存储器仍然使用磁芯在软件方面，分时操作系统和结构化大规模编程方法

的特点是速度更快(一般每秒数百万到数千万次)，可靠性显著提高，价格进一步降低，产品趋向于通用化、系列化和标准化。应用领域开始进入文字处理和图形图像处理领域

第四代:大规模集成电路和超大规模集成电路用于大规模集成电路和超大规模集成电路中的

逻辑元件在软件方面，出现了数据库管理系统、网络管理系统和面向对象语言。1971年，世界上第一个微处理器诞生在美国硅谷，开创了微型计算机的新时代。应用领域逐渐从科学计算、事务管理和过程控制转向

系列特征:机器体积小、价格便宜、使用方便，但其功能和运行速度已经达到甚至超过了以前的大型计算机

。现代计算机结构一般有两种类型，即冯·诺依曼结构和哈佛结构下面是冯·诺依曼结构图:

下面是哈佛结构图:

冯·诺依曼结构和哈佛结构之间的区别:

冯·诺依曼结构和哈佛结构之间最大的区别是冯·诺依曼结构采用程序指令和数据的统一寻址，并使用相同的总线进行传输。哈佛程序指令和数据分别寻址(两个存储器)，同时在不同的总线上传输。由于寻址不同，冯·诺依曼(Von Neumann)的数据和指令位必须相同，而哈佛的数据和指令可能不同。理论上，哈佛的结构有更高的执行效率。

冯·诺依曼结构和哈佛结构应用场景:

虽然哈佛结构具有很高的执行效率，但哈佛结构并不是用来代替冯·诺依曼的，它们在不同的场景中是不同的。一般来说，冯·诺依曼结构主要用于通用计算机领域，而哈佛结构主要用于嵌入式计算机领域。二进制描述

表示，计算机必须理解二进制，因为计算机由逻辑电路组成，通常只有开(1)和关(0)两种状态，所以目前市场上的计算机基本上使用二进制数来存储和操作。

二进制的基数为2，右边称为低位，左边称为高位。进位规则是从右位开始计算“每二进制1，原始位置为0”。借的规则是“一举两得”。例如，

1+1=10，右边的第一位开始计算，因为1+1=2，每个二进制1，在原始位置为0之后，10

101+1=110，右边的第一位开始计算。因为1+1=2，在每一个二进制1为0之后，它就是110

。除了二进制，还有十进制(每十进制一个)、八进制(每八进制一个)和十六进制(每十六进制一个)。以下是每个二进制系统的基本数字描述:

二进制系统:0，1

十进制系统:0，1...9

八进制:0，1...7

十六进制系统:0，1...9a....f(十六进制a代表10，b代表11...代表15)

可以被转换成任何两个不同的二进制系统，但是请记住，计算机存储只能是二进制的，如果要处理或存储其他二进制系统，通常需要将它们转换成二进制系统以下是十进制之间的一些转换规则:

十进制到二进制，除以2余数

十进制到八进制，除以8余数

十进制到十六进制，除以16余数

二进制到十进制，乘以2 n次方

八进制到十进制，从右边的0开始。从右边开始，第n个数字值乘以从0到8的十六进制到十进制的第n次幂

。从右边开始，第n个数字值乘以第n次幂

八进制到十六进制，从0到16。八进制可以先转换成二进制或十进制。然后将八进制或十进制转换为十六进制

。以下是二进制和十进制之间转换的简单示例:

1，十进制89转换为二进制

，如果十进制转换为八进制，则除以8，如果十进制转换为十六进制，则除以16，其他规则保持不变

2，二进制1011001到十进制

如果是八进制到十进制，2的n次方变为8的n次方，如果是十六进制到十进制，2的n次方变为16的n次方，其他规则保持不变如果你对更基本的知识感兴趣，你可以阅读关于基本计算机科学的书籍。

二进制数据是如何存储在磁盘上的？要回答这个问题，可能需要半本书来详细说明。这里，为了便于理解，只给出了简单而抽象的解释。对于机械硬盘，通常有控制电路板、驱动臂、旋转轴、主轴、电机、磁盘(一个或多个)、读写头(每个磁盘一个)等。在磁盘里。其中盘被分成扇区和磁道，并且数据存储在盘的扇区的磁道中

通过在盘的上表面和下表面涂覆磁性材料来存储，每个磁道具有独立的双极方向，并且控制器控制读写头改变每个磁道单元中的磁方向以表示二进制单元(比特)，例如n极和s极分别表示0和1

这里只是一个非常抽象的磁盘存储原理。磁盘的实际工作原理非常详细和复杂。有关磁盘存储原理的更多信息，您可以阅读关于计算机存储原理的书籍。存储单元

是测量单位指在某一领域以特定的数量或标准作为计数点。计算机使用二进制来存储、计算和处理数据，其中数据存储的单位是比特、字节、字节、字、字节、兆字节、千兆字节、兆字节等。以下是每个单位的描述:

位:二进制数是一个数字，0或1，是计算机中最小的单位

字节:计算机的基本单位，1字节等于8位

字(字):1字等于2字节一个汉字是2字节

kb: 1kb = 1024字节

MB:1mb = 1024 kb

GB:1gb = 1024 MB

TB:1tb = 1024 GB

除了位以外，其他计算机存储单元都是基于位进行转换的。不同单元的转换旨在便于阅读。从前面对编码表

的简要描述我们知道计算机是二进制的，所以出现了一个非常直接的问题。我们通常使用互联网或工作来看和使用的不是像上面提到的一串零或一，而是情感词汇、栩栩如生的图片和视频。这些不是储存在电脑里吗？我们需要更多地了解一种叫做编码表的神奇设计

例如，我们经常看到的英语单词或符号通过美国信息交换标准代码(ASCII)编码表进行比较。以下是部分ASCII字符编码表:

。从上图中可以看出，对应于大写字母A的二进制数是0100001，对应于B的二进制数是0100010ACSII一般用来表示英语，但是不同的国家有不同的语言，所以每个国家都有一套对应的本国语言的二进制编码表，除了ASCII编码表。例如，中国使用以GB(国家标准)开头的编码表:GB2312(共7445个字符，包括6763个汉字)、GBK(21003个汉字)、GB18030(70000多个汉字)等。我们可能知道国语中发生了什么，那么这些图片是如何产生的呢？

图片是通过标记不同位置的像素形成的。对像素的抽象理解就像在某个平面上画许多小网格。例如，10*10的图像分辨率意味着水平方向上每英寸有10个像素点，垂直方向上每英寸有10个像素点。通过标记每个像素点(小网格)，颜色被转换成RGB(RGB是红色、蓝色和绿色的缩写，每种颜色由8位二进制表示(2的八次方=256)。RGB可以代表总共256 * 256 * 256 = 1670万种颜色)。最后，三个RGB可以转换成二进制存储最后，我们思考一个问题。由于不同的国家有不同的编码，在相互通信时，由于解码方法不同，会导致随机编码，无法进行信息交换。这是一件大事。这时，众所周知的统一代码似乎解决了这个难题。Unicode为世界上所有的字符分配了一个唯一的数字Unicode相当于一个大的映射表，建立了字符和数字之间的关系。Unicode包含100多万个字符。

由于统一码被认为有大量的浪费空间，统一码编码实际上并没有在互联网上广泛使用，但是互联网上使用最广泛的传输编码方法UTF-8基于统一码编码的设计优化了浪费空间的算法。在

前面，我们简要地谈了计算机的重要知识点，所以我们通常会接触到更多与软件相关的事实，如操作系统(文件管理)、表格工具、淘宝、打颤等。它们都属于软件的范畴。那么软件是如何存在于计算机中的呢？

硬件是计算机最基本的物理存在，如中央处理器、磁盘、主板、显示器、键盘、内存模块、网卡、视频卡、电源等。这些由硬件组成的计算机向外界提供不同的基本能力(如计算和存储)。我们如何才能为普通人利用这些能力？事实上，硬件制造商通常通过指令向外部世界提供硬件能力，外部客户可以通过指令使用它们。如果每个人都必须学习不同硬件的指令集才能使用计算机，那么计算机进入的门槛就太高了，而软件的出现就是为了解决这个问题。除了解决这个问题，软件也有自己的产品价值。

软件一般分为系统软件、驱动软件和应用软件。系统软件(视窗系统，类似Unix)被认为是最基本的软件。它统一并封装了各种底层硬件(中央处理器、磁盘、键盘、显示器、网卡、视频卡等)的指令集。)，并提供了一套新的更加友好和聚合的系统软件应用编程接口

目前，我们接触最多的软件是应用软件(淘宝、颤音、桌面工具)。应用软件是通过某种开发语言(Java、C、Python)开发的开发语言的底层(Java、C、Python)再次封装了系统软件的调用，并为现有程序员开发应用程序提供了一套更加人性化和可读性更强的开发语言应用编程接口和规则。

下图生动地展示了硬件、系统软件、应用软件和开发语言之间的关系:

摘要

计算机相关知识可以分别写在几本厚砖厚的书中。这里只是对一些需要理解的基本知识的简单介绍。如果你对进一步学习计算机硬件和基础相关知识感兴趣，你可以阅读相关的专业书籍。理解计算机的基本知识可以帮助我们在以后的编程过程中更多地了解它。事实上，您可以跳过这一章，直接转到Java章节来学习。当你学好Java的时候，学习计算机相关的知识是没有问题的。