计算机基础

01

前言

学习Java之前，我想问一个问题，你们觉得有没有必要学习计算机基础？

初识编程，刚开始很多人觉得没有必要看这些枯燥无味的基础知识，不如直接从“HelloWorld”开始，先接触程序，让代码编译运行起来，才渐渐的去深入学习程序的语法，框架的结构等；后续使用类似于Spring框架去整合程序、搭建项目。

我并不是否定这样的学习方式，因为：

每个同学的体质不一样

，这种方式对于自制力强，学习能力高的人来说比较适用，尤其是想要快速入门和着急找工作的同学，要学会如何去使用它，至于底层涉及到的原理，可慢慢深入了解，毕竟：入行成为一名资深程序员可是一辈子的事情。

但对于大对数0基础开始学习的同学，我个人依旧是建议从计算机基础小知识点开始逐步深入，熟悉编程思想，了解底层逻辑，这样对以后学习将非常有帮助。

初步认识计算机

接下来，让我们花费几分钟的时间来简单了解下计算机的一些基础知识。

02

一：机器语言的分类

机器语言

问

机器语言是什么？

机器语言是一种用于编程计算机的低级语言，它直接与计算机硬件进行交互。机器语言是计算机能够理解和执行的最基本形式的指令集。它以二进制代码的形式表示，每个指令由一串数字组成，用于指示计算机在内部执行的特定操作。例如下面就是一串简单的机器码：

010100100000 // 520

那么就会有人问，为什么机器码是0和1组成的？

机器码（Machine Code）是计算机能够直接理解和执行的指令集，它使用0和1组成的二进制编码进行表示。这是因为计算机内部的电路和存储器是由许多开关组成的，这些开关只有两个状态：打开和关闭，即表示为0和1。

汇编语言

问

汇编语言是什么？

汇编语言是一种与机器语言密切相关的低级程序设计语言。它使用助记符（Mnemonic）和符号标识，使程序员能够更容易地编写和阅读与机器指令直接对应的程序。

汇编语言的语法相对简单，通常由标签（Label）、指令（Instruction）和操作数组成。标签是程序中的一个位置，用于标识特定的指令或数据。指令是具体的机器指令助记符，表示要执行的操作，而操作数提供了指令所需的数据或地址。它与机器语言的区别在于指令的表示方法上，汇编语言的主体是汇编指令，相比于机器指令，编程人员更容易记住。

MOV AX,1234H  //汇编指令: 寄存器AX的内容送到1234H中101110000011010000010010 //机器指令

高级语言

问

高级语言是什么？

常见的高级编程语言包括C、C++、Java、Python、PHP、JavaScript等。每种高级语言都有自己的语法和语义规则，以及适用于不同应用领域的特性和库。开发人员可以使用高级语言编写应用程序、网站、算法、游戏和各种软件等。

高级语言通常更易学习和使用，同时提供了更高程度的抽象和功能，使开发人员能够更快速、更高效地编写复杂的程序。列举不同语言的输出：

printf("hello world!");     //C语言

println("hello world!");    //Java

print("hello world!");      //Python

cout<<"hello world!"<<endl; //C++

高级语言的编写的程序需要经过编译器或解释器的处理，将其转换为机器码或者执行解释执行，以便计算机能够理解和执行。这种中间步骤使得高级语言程序在不同的平台上可以保持可移植性，并且能够更方便地进行调试和修改。

提供了更高级的抽象和功能，简化了程序员的编程工作，并提高了代码的可读性、可维护性和可重用性。通过使用编译器或解释器，高级语言程序可以被转换为机器码或解释执行，以便计算机能够理解和执行。

03

二：进制

初识进制，推荐同学们使用在线工具进行进制转换：

二进制

二进制是一种表示数字、文本和数据的计算机编码系统。它是一种基于2个数字的系统，这两个数字是0和1，也被称为位（bit）。在二进制系统中，每个位（bit）代表一个二进制数字，它可以是0或1。

二进制是计算机内部的基本表示形式，计算机中的所有数据都以二进制形式存储和处理。在计算机内部，一连串的二进制位可以表示数字、字符、图像、音频或任何其他形式的数据。

二进制的基数是2，所以每位的权值是2的幂。二进制数字从右到左，每一位的权值依次为1、2、4、8、16、32等等，依次类推。例如，二进制数 1010 表示 1(2^3) + 0(2^2) + 1(2^1) + 0(2^0)，等于10。

八进制

由1到7组成的数字串，数字最大不会超过7，逢八进一，例如 157(表示十进制数字111)

十进制

日常使用的数字都是十进制类型的，逢十进一，例如 0123456789。

十六进制

由1到9，a-f（或者是A-F，分别代表10-15）组成的数字串，数字最大不会超过15，其中字母是不区分大小写的，逢十六进一，例如0F83（表示十进制数3971）

进制转换：

K进制与十进制数的转换：

假设有一个n+1位的K进制数，它的形式如下：AnAn-1…A3A2A1A0

则它的大小为：（也就是对应的我们能看懂的十进制数为）：

A0 * K^0 + A1 * K^1....+ An * K^n      //K^n表示K的n次方

二进制数：10101 转换成 十进制数为：21

 1*2^4 + 0*2^3 + 1*2^2 + 0*2^1+1*2^0 = 21

2.十进制与k进制的转换：

举个栗子：

用十进制数21一直除以2，每次得到的余数倒数就是最后的二进制数10101。同样，十进制转八进制、十进制转十六进制都是一样的套路，非常简单。

3. 二进制与八进制和十六进制之间的转换：

8是2的3次方，16是2的4次方，所以这之间的转换存在一种快捷方法。以2转8示例，将2进制从低位到高位，每3个一组，如果是十六进制就每4个一组，高位不足3位的补0，然后将每组依次转换成对应的十进制，得到的结果就是对应的8进制或者16进制。

二进制10101100101转八进制：2545

二进制10101100101转十六进制：565

04

三：原码、反码、补码

在计算机中，最小的单位是位，也称为比特（bit）。而另一个常用单位是字节，一个字节是8位，也就是8比特，所以我们常用的二进制表示法是8位。

接下来我们一一解答：

问

原码（Sign-Magnitude）：

答

原码是最直观和简单的表示符号的方法。在原码表示中，用最高位表示符号位，0表示正数，1表示负数，其余位表示数值的绝对值。例如，+5的8位原码是：00000101，-5的8位原码是：10000101。

原码的优点是表示符号直观简单，但它的缺点是在进行负数的运算时不方便，因为需要对正负数的运算分别处理。

举个栗子：

0000 0001   // 表示 11000 0001   // 表示 -1

问

反码（One’s Complement）：

答

不知道大家有没有注意到原码的一个问题，那就是负数参与计算的时候，比如

出现了一个大问题，就是1 + (-1) 不等于0，而等于 -2。

为了解决原码运算的问题，反码表示方法被引入。在反码中，正数的反码与其原码相同，负数的表示方式为将该数的原码除符号位外的各位取反。例如，+5的8位反码是：00000101，-5的8位反码是：11111010。

原码转反码的规则为：正数的反码为其本身，负数的反码是符号位不变，其他位取反。取反的规则就是如果是0就变成1，如果是1就变成0。

那么将转成反码的计算：

得到的结果是1111 1111。

哎?等等......这不对啊，有同学会问：老师这怎么不是0？

别急，这只是反码的计算结果，将反码转成原码 1111 1111 —> 1000 0000，得到 -0， 也就是0，完全符合预期的结果，也解决了原码的计算问题。但是没有解决0和-0的关系。

这时候要引申出补码辣！！！

同学：尊嘟假嘟？

我：听我给您一一道来

问

补码（Two’s Complement）：

答

反码解决了负数计算的问题，但又有新的问题出现了，那就是 -0 和 0。为了解决反码表示中0的问题，补码表示方法被引入。在补码中，正数的补码与其原码相同，负数的表示方式为将该数的反码加1。

例如，+5的8位补码是：00000101，-5的8位补码是：11111011。

举个栗子：

原码：0000 0001 ， 补码：0000 0001

原码：1000 0001 ， 补码：1111 1111

咱们看图说话：

利用补码计算我们得到了 0 （而不是 -0 ），解决了少一个数字的问题。

在补码中，规定了0的表示为0000 0000，而1000 0000表示的为-128。

注意事项：

原码、反码和补码之间的关系：

一个数的反码是将其原码的除符号位外的各位取反得到的。一个数的补码是将其反码加1得到的。一个数的原码是根据补码得到的，如果补码的符号位为1，则表示为负数，将补码除符号位外的各位取反得到原码。通过这种转换关系，可以在不同的表示方式之间进行相互转换。在计算机中，大多数情况下使用补码来表示带符号整数，因为它具有运算方面的优势，并避免了0的两个表示形式的困扰。

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