現在,幾乎所有工作需要用到計算機。在學校,學生用計算機上網搜尋、傳送郵件;在工作中,人們用計算機制作報告、分析資料並與客戶通訊;在家中,人們用計算機玩遊戲,與世界各地的人聊天。當然別忘了還有智慧手機,比如iPhone,智慧手機也是計算機!
計算機之所以能執行如此多的任務,是因為它們具有程式設計能力。換句話說,計算機可以執行程式希望它執行的任何任務。程式是計算機為了執行特定任務所需遵循的一組語句(通常稱為指令或者命令)。
程式(通常又被稱為“應用軟體" )對於計算機來說是必不可少的。沒有程式,計算機就無法做任何事情。實際上,是程式告訴計算機做什麼、何時去做。程式設計師或軟體開發者就是設計、建立並且測試計算機程式的人。
本書將使用Python語言為你介紹計算機程式設計的基本概念。
1.2什麼是硬體術語"硬體"是指組成計算機的所有裝置或元件。如果你普開啟過計算機或膝上型電腦外殼,就會發現裡面有許多元件,如中央處理器(CPU )、記憶體和硬碟。計算機不是一個簡單的裝置,而是由多個裝置一起組成的系統。典型計算機系統的基本元件如下。
(1)中央處理器(CPU )。這是計算機實際執行程式中定義的所有任務的元件(基本算術、邏輯運算和輸入/輸出操作)。
(2)主存(RAM,隨機存取儲存器)。這是計算機中存放程式(正被執行或執行)和程式正在處理的資料的區域。當你關閉計算機或者將其電源從壁裝電源插座拔下時,所有儲存在RAM中的程式和資料都將丟失。
(3)輔助儲存裝置。通常是指硬碟,有時(但很少)是指CD/DVD驅動器。與主存相反,即使計算機斷電了,這種型別的儲存器也可以長時間儲存資料。但是,存放在這種儲存器中程式不能直接執行,必須首先轉移到更快的記憶體(主存)中才可以。
(4)輸入裝置。輸入裝置是指從計算機外部收集資料並將其輸入到計算機中進行處理的所有裝置。鍵盤、滑鼠和麥克風都是輸入裝置。
(5)輸出裝置。輸出裝置是指將資料輸出到計算機外部的裝置。顯示器(螢幕)和印表機都是輸出裝置。
1.3什麼是軟體計算機所做的一切都是由軟體控制的。軟體分為兩類:系統軟體和應用軟體。
系統軟體是控制和管理計算機基本操作的程式。例如,系統軟體控制計算機的內部操作,管理連線的所有裝置,儲存資料,載入資料,允許計算機執行其他程式。Windows, Linux, macOs X、Android和ioS都屬於系統軟體。這類軟體的另一個術語叫作"作業系統"。
應用軟體是指用於處理日常任務的所有其他程式,如網路瀏覽器、文書處理器、記事本和遊戲等。
1.4 計算機如何執行(執行)程式當你開啟計算機時,主存(RAM )是空的。計算機要做的第一件事就是將作業系統從硬碟載入到主存(RAM)中。
作業系統被載入到主存之後,可以執行(執行)任何你希望執行的程式(應用軟體)。通常通過單擊、雙擊或者輕觸相應的程式圖示完成。例如,假如你單擊最喜歡的文字處理器的圖示,這個動作命令你的計算機將文書處理程式從硬碟載入(或複製)到主存以便CPU執行它。
請記住!程式儲存在輔助儲存裝置(如硬碟)上。在計算機上安裝程式時,該程式實際上將被複制到硬碟上。執行程式時,程式將被從硬碟複製(載入)到主存(RAM)中,然後程式的副本被執行。
提示:術語“執行"和"執行"是相同的意思。
1.5編譯器和直譯器計算機只能執行使用嚴格定義的計算機語言編寫的程式。你不能使用自然語言(如英語或希臘語)編寫程式,因為你的計算機無法理解這些語言!
計算機實際上能夠理解什麼語言呢?計算機可以理解一種稱為機器語言"的特殊的低階語言。在機器語言中,所有語句(或命令)都是由0和1組成的。下面的程式示例使用機器語言編寫,用來計算兩個數字之和：
震驚嗎?別擔心,你不需要這樣編寫程式。希望再也沒有人用這種方式編寫計算機程式了。現在,所有呈序員都是用高階語言編寫程式,然後用一種特殊的程式將它們翻譯成機器語言。程式設計師使用兩種程式執行翻譯過程:編譯器和直譯器。
編譯器是一種程式,可以把用高階語言編寫的程式翻譯成單獨的機器語言程式。然後,程式設計師就可以隨時執行該機器語言程式了。執行翻譯後,不需要編譯器再次翻譯該程式。
直譯器是一種程式,同時配譯和執行使用高階語言編寫的程式。當直譯器讀取程式中每條單獨的語句時,它將其翻譯成機器語言程式碼,然後直接執行它,對程式中的每條語句都要重複這個過程。
1.6 什麼是原始碼程式設計師用高階語言編寫的語句(通常被稱為指令或者命令)稱為“原始碼" ,或簡稱“程式碼"。程式設計師先將原始碼輸入到一個稱為程式碼編輯器的程式中,然後用編譯器將其翻譯成機器語言程式,或者用直譯器同時翻譯和執行程式。Eclipse是一個整合開發環境(IDE )例子,允許程式設計師編寫和執行原始碼。你將在第3章了解到更多關於Eclipse的內容。
本文節選自《Python程式設計完全入門教程》
這是一本經典的Python入門教材。《Python程式設計完全入門教程》採用螺旋式課程教學方法，使用Python程式語言來介紹“演算法思維”的相關內容，讓你不再“表面化”地學習Python編碼，而是從根本上掌握解決問題的方法。 全書共39章，分為入門知識、Python基礎、順序控制結構、決策控制結構、迴圈控制結構、列表和子程式7個部分。書中有300餘個可以實際執行的示例，在不斷向更高層次推進的同時反覆強化基本思想的學習，力求幫助你更透徹地理解基本概念，提升動手建立程式的能力，進而將演算法思維作為解決問題的手段應用於其他程式語言中，達到觸類旁通的效果。 本書非常適合計算機專業的學生和教師，也適合程式設計初學者以及程式設計師。