现如今,几乎所有工作需要用到计算机。在学校,学生用计算机上网搜索、发送邮件;在工作中,人们用计算机制作报告、分析数据并与客户通信;在家中,人们用计算机玩游戏,与世界各地的人聊天。当然别忘了还有智能手机,比如iPhone,智能手机也是计算机!

计算机之所以能执行如此多的任务,是因为它们具有编程能力。换句话说,计算机可以执行程序希望它执行的任何任务。程序是计算机为了执行特定任务所需遵循的一组语句(通常称为指令或者命令)。

程序(通常又被称为“应用软件” )对于计算机来说是必不可少的。没有程序,计算机就无法做任何事情。实际上,是程序告诉计算机做什么、何时去做。程序员或软件开发者就是设计、创建并且测试计算机程序的人。

本书将使用Python语言为你介绍计算机编程的基本概念。

1.2什么是硬件

术语”硬件”是指组成计算机的所有设备或组件。如果你普打开过计算机或笔记本电脑外壳,就会发现里面有许多组件,如中央处理器(CPU )、内存和硬盘。计算机不是一个简单的设备,而是由多个设备一起组成的系统。典型计算机系统的基本组件如下。

(1)中央处理器(CPU )。这是计算机实际执行程序中定义的所有任务的元件(基本算术、逻辑运算和输入/输出操作)。

(2)主存(RAM,随机存取存储器)。这是计算机中存放程序(正被执行或运行)和程序正在处理的数据的区域。当你关闭计算机或者将其电源从壁装电源插座拔下时,所有存储在RAM中的程序和数据都将丢失。

(3)辅助存储设备。通常是指硬盘,有时(但很少)是指CD/DVD驱动器。与主存相反,即使计算机断电了,这种类型的存储器也可以长时间保存数据。但是,存放在这种存储器中程序不能直接执行,必须首先转移到更快的内存(主存)中才可以。

(4)输入设备。输入设备是指从计算机外部收集数据并将其输入到计算机中进行处理的所有设备。键盘、鼠标和麦克风都是输入设备。

(5)输出设备。输出设备是指将数据输出到计算机外部的设备。显示器(屏幕)和打印机都是输出设备。

1.3什么是软件

计算机所做的一切都是由软件控制的。软件分为两类:系统软件和应用软件。

系统软件是控制和管理计算机基本操作的程序。例如,系统软件控制计算机的内部操作,管理连接的所有设备,保存数据,加载数据,允许计算机执行其他程序。Windows, Linux, macOs X、Android和ioS都属于系统软件。这类软件的另一个术语叫作”操作系统”。

应用软件是指用于处理日常任务的所有其他程序,如网络浏览器、文字处理器、记事本和游戏等。

1.4 计算机如何执行(运行)程序

当你打开计算机时,主存(RAM )是空的。计算机要做的第一件事就是将操作系统从硬盘加载到主存(RAM)中。

操作系统被加载到主存之后,可以执行(运行)任何你希望运行的程序(应用软件)。通常通过单击、双击或者轻触相应的程序图标完成。例如,假如你单击最喜欢的文本处理器的图标,这个动作命令你的计算机将文字处理程序从硬盘加载(或复制)到主存以便CPU执行它。

请记住!程序存储在辅助存储设备(如硬盘)上。在计算机上安装程序时,该程序实际上将被复制到硬盘上。执行程序时,程序将被从硬盘复制(加载)到主存(RAM)中,然后程序的副本被执行。

提示:术语“执行”和”运行”是相同的意思。

1.5编译器和解释器

计算机只能执行使用严格定义的计算机语言编写的程序。你不能使用自然语言(如英语或希腊语)编写程序,因为你的计算机无法理解这些语言!

计算机实际上能够理解什么语言呢?计算机可以理解一种称为机器语言”的特殊的低级语言。在机器语言中,所有语句(或命令)都是由0和1组成的。下面的程序示例使用机器语言编写,用来计算两个数字之和：

震惊吗?别担心,你不需要这样编写程序。希望再也没有人用这种方式编写计算机程序了。现在,所有呈序员都是用高级语言编写程序,然后用一种特殊的程序将它们翻译成机器语言。程序员使用两种程序执行翻译过程:编译器和解释器。

编译器是一种程序,可以把用高级语言编写的程序翻译成单独的机器语言程序。然后,程序员就可以随时执行该机器语言程序了。执行翻译后,不需要编译器再次翻译该程序。

解释器是一种程序,同时配译和执行使用高级语言编写的程序。当解释器读取程序中每条单独的语句时,它将其翻译成机器语言代码,然后直接执行它,对程序中的每条语句都要重复这个过程。

1.6 什么是源代码

程序员用高级语言编写的语句(通常被称为指令或者命令)称为“源代码” ,或简称“代码”。程序员先将源代码输入到一个称为代码编辑器的程序中,然后用编译器将其翻译成机器语言程序,或者用解释器同时翻译和执行程序。Eclipse是一个集成开发环境(IDE )例子,允许程序员编写和执行源代码。你将在第3章了解到更多关于Eclipse的内容。