計算機硬件基礎

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馮諾依曼

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中央處理器（CPU）

由控制單元和算數邏輯單元組成

1. 控制單元：控制和協調其他組件的動作；
2. 算數邏輯單元：完成數值運算和邏輯運算；

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時鐘

每臺計算機內部都有一個內部時鐘，以固定速度發射電子脈沖。時鐘速度越快，在給定時間段內執行的指令就越多。計量單位是赫茲（Hz），1Hz相當于每秒一個脈沖。隨著CPU速度不斷提高，目前以千兆赫茲（GHz）來表示。

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IT定律

1. 摩爾定律：等價買到的電腦性能，每隔18-24個月會翻一倍以上。
2. 安迪-比爾定律：”比爾拿走了安迪的東西“，軟件廠商吃掉硬件提升帶來的好處。
3. 反摩爾定律：IT公司今天和18個月之前賣掉同樣多的相同產品，那他的營業額會降一半。

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存儲設備

1. 磁盤驅動器。硬盤用以永久的保存數據和程序。
2. 光盤驅動器。CD和DVD。
3. USB閃存驅動器。用于存儲和傳輸數據。

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內存

計算機中最小的存儲單位，比特（bit），值為0/1。

計算機中最基本的存儲單元，字節（byte），一個字節由八個比特構成。

內存采用半導體存儲單元，包括隨機存儲器（RAM），只讀存儲器（ROM），以及高速緩存（CACHE）。

RAM斷電后數據不在保存，可讀也可寫；ROM存儲計算機BIOS等基本程序，只可讀不可寫；

內存一個程序和他的數據在被CPU執行前必須移動到計算機的內存中。

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操作系統

1. 控制和監視系統的活動；
2. 分配惡化調配系統資源；
3. 調度操作；

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萬維網

常簡稱Web，分為Web客戶端和Web服務器程序。讓Web客戶端訪問Web服務器上的頁面。每個頁面由“統一資源標識符（URI）”標識。通過超文本傳輸協議（HTTP）傳送給用戶。

互聯網>英特網>萬維網

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Java（sun公司）

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軟件

軟件是一系列按照特定順序組織的計算機數據和指令的集合。分為系統軟件和應用軟件。

人機交互方式分為圖形化界面（GUI）和命令行方式（CLI）

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計算機語言

第一代語言：機器語言。二進制代碼形式存在。

第二代語言：匯編語言。使用助記符表示機器指令。

第三代語言：高級語言。Java、Python…

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Java語言特點

特點一：面向對象

• 封裝、繼承、多態

特點二：健壯性（例如，垃圾回收機制）

特點三：跨平臺性（JVM）

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核心機制

1. Java虛擬機（JVM）；
2. 垃圾回收機制（GC）；

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JDK、JRE、JVM

JDK>JRE>JVM

1. JDK：Java開發工具包。包含Java開發工具，例如編譯工具、打包工具等，此外也包括了JRE。
2. JRE：Java運行環境。包括JVM和核心類庫。

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標識符

凡是自己可以取名字的地方都叫做標識符。

命名規則

1. 不能以數字開頭；
2. 不能使用關鍵字和保留字；
3. 區分大小寫；
4. 不能包含空格；

命名規范

1. 包名：所有字母小寫；
2. 類名、接口名：多單詞首字母分別大寫（駝峰）；
3. 變量名、方法名：第一個單詞首字母小寫，之后的單詞首字母大寫；
4. 常量：所有字母大寫，且用下劃線分割；

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變量

變量是程序中最基本的存儲單元。包含變量類型、變量名和存儲的值。

變量用于在內存中保存數據。

類型

1. 基本數據類型

   • 數值型
     • 整數類型：int、short、long、byte
     • 浮點類型：float、double
   • 字符型
   • 布爾型

2. 引用數據類

   • 類：class
   • 接口：interface
   • 數組：[]

類型	占用存儲空間	表數范圍
byte	1字節 = 8bit（位）	-128-127
short	2字節	-215-215-1
int	4字節	-231-231-1
long	8字節	-263-263-1

類型	占用才存儲空間	表數范圍
單精度float	4字節	7位有效數組
雙精度double	8字節	15位有效數字

（通常使用double。定義float變量時，變量要以”f“或”F“結尾）

字符型char：（1字符=2字節）定義char型變量通常使用一對單引號。

注意：
char e1 = 97; //此時97為ASCII碼為97對應的字符
System.out.println(e1);//輸出‘a’

char e2 = '5';
int e3= e2;//自動類型轉換為ASCII碼是‘5’對應的整型數字
System.out.println(e3);//輸出53

布爾型boolean：true或false，常用在循環語句。

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類型轉換

1.自動類型提升：（小到大）

byte、char、short->int->long->float->double

當容量小的與容量大的變量做運算時，結果自動提升為容量大的數據類型。特別地，byte、char、short三種做運算時，結果為int。

2.強制類型轉換：（大到小）

需要使用強轉符：（）。可能導致精度損失。

整型常量默認為int型，浮點型常量默認為double型。

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按位置分類

1. 成員變量

   • 實例變量（不以static修飾）
   • 類變量（以static修飾）

2. 成員變量

   • 形參（方法、構造函數中定義的變量）

   • 方法局部變量（在方法內定義）

   • 代碼塊局部變量（在代碼塊內定義）

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字符串類型

String類型，不是基本數據類型，屬于引用數據類型，使用雙引號進行定義（不能直接賦值數字）。

String類型可以和8種基本數據類型做運算，且運算只能是連接運算，結果也是String類型。

例：String轉int

String hello = "123";
int a = Integer.parseInt(hello);

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進制

二進制：以0b或0B開頭；

八進制：以0開頭；

十六進制：以0x或0X開頭，A-F不區分大小寫；

互相轉換：
Integer.toBinaryString();
Integer.toOctalString();
Integer.toHexString();

Java整數常量默認是int類型，當用二進制定義整數時，其第32位是符號位；當long型時，第64位是符號位。

二進制整數有三種形式：原碼、反碼、補碼。

• 正數的原碼、反碼和補碼相同
• 負數反碼為原碼除符號位依次取反，補碼為反碼加一

計算機底層都以補碼的方式來存儲數據。

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運算符

算數運算符

+、-、*、/、%、++、–、+（連接）

負數取余：
int m1 = -12;
int m2 = -5;
System.out.println(m1 % m2);//輸出-2

自增自減不會改變數據類型。

byte b2 = 127;
b2++;
System.out.println(b2);//結果為10000000（-128的補碼），輸出-128

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賦值運算符

= 、+=、-+、*=、/=、%=

當”=“兩側數據類型不一致時，可以使用自動類型轉換或強制類型轉換進行處理，支持連續賦值。

”+=、-+、*=、/=、%=“不會改變變量本身的數據類型。

short s2 = 10;
//s2 = s2 + 5; //編譯失敗
s2 += 5;

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比較運算符

==、!=、>=、<=、>、>、instanceof

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邏輯運算符

&（邏輯與）、&&（短路與）、|、||、!、^（異或）

操作的數據類型都是布爾類型

邏輯與&和短路與&&的異同（|與||類似）：

相同點：1.運算結果相同；2.符號左邊是true時，都會執行右邊的語句。

不同點：1.符號左邊為false時，&仍執行右邊語句，但&&不執行右邊語句。

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位運算符

<<、>>、>>>、&、|、^、~

注意：

1. 位運算符<<：空位補0，被移除的高位丟棄。
2. 位運算符>>：最高位為0，則補0；最高位為1，則補1。
3. 位運算符>>>：無論最高位是0或1，都補0。
4. ^異或、~逐位取反。
5. 2*8 等價于 2<<3，后者運算效率更高。
6. 無<<<；數據類型為布爾類型時，&和|為邏輯運算符，數字類型時為位運算符。

騷操作：

交換兩個變量的值，例如交換m和n：

n = (m^n)^n; 
m = (m^n)^n;

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三元運算符

（條件表達式）?A：B； 其中A、B需為相同數據類型。

凡是用三元運算符的地方，都可以改寫為if-else，反之不成立，三元運算符的執行效率高于if-else。

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字符串轉字符數組：
char[] str = s.toCharArray();

字符數組轉字符串：
String.valueOf(str)

集合初始化：

HashSet<Character> vowels = new HashSet<>(Arrays.asList('a', 'e', 'i', 'o', 'u', 'A', 'E', 'I', 'O', 'U'));

List<Character> vowels = Arrays.asList('a', 'e', 'i', 'o', 'u', 'A', 'E', 'I', 'O', 'U');
注意：這種方式添加的是不可變的 

List<Character> vowels = new ArrayList<>(Arrays.asList('a', 'e', 'i', 'o', 'u', 'A', 'E', 'I', 'O', 'U'));
上述方式的基礎上使用 ArrayList 再包裝一下，即轉變為可變集合。