图解计算机编程入门
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图解计算机编程入门

私人云
2026-02-07 / 0 评论 / 0 阅读 / 正在检测是否收录...

适合读者

非计算机专业人士或普通初学者,天才以及专业高手请绕行。

一切从算术开始

从远古时期开始,当人们出去打猎时,就需要考虑今天打到了几只兔子?几头野猪?未来够吃几天?这时候,就需要用到计数,可能用石子,也可能用其他方便计数的东西,虽然很简单,但从此却开启了算术在人们日常生活中的应用。

随着社会的不断发展,尤其是货币的出现,人们对计算的需求越来越高,原始的计算方式已不能满足,于是一些辅助计算工具纷纷出现,在中国,最典型的就是算盘:

传言中国的第一颗原子弹

都是算盘算出来的,其实主要还是用计算机,但是算盘确实也贡献了一份力。

在西方,也出现过机械式的计算工具:

也有这样的织布机工具:

雅卡尔提花织布机,可编程化机器的里程碑。

为了满足人们日益增长的计算需求,前辈们也真是绞尽了脑汁。

数字计算机

1937年,得益于电子电路、继电器、电容及真空管的出现,阿塔纳索夫-贝瑞计算机(Atanasoff–Berry Computer,通常简称ABC计算机)诞生,被认为是世界上第一台电子数字计算设备:

虽然看起来和现在的计算机差别也很大,但这台计算机实现了三个关键思想,这些思想一直在现代计算机中延续:

使用 二进制 数表示所有的数值和数据使用 电子器件 进行所有计算操作,而不是滚轮、棘轮或者机械开关计算和存储在系统中分离成两部分

对于理解计算机来说,二进制 的概念尤其重要,我们人类算术使用的是十进制:

1 + 1 = 2,一直加到 9,9 再加 1 时就需要进一位,变成 10;

而二进制不一样,二进制只有两个数字,0 和 1:

1 加 1 时就得进一位,变成 10(这里 10 表示十进制里面的 2)。

那为什么计算机要用二进制来计算呢?这是因为计算机的硬件基础集成电路,而在电路中二进制更容易实现。

冯·诺伊曼结构

1945年,冯·诺伊曼在曼哈顿工程中得到灵感,提出存储程序逻辑架构:

该结构指导了将存储设备与中央处理器分开的概念,因此依本结构设计出的计算机又称 存储程序型计算机。

由于在此之前的计算机只能执行固定的计算,既不能当作文字处理软件,也不能玩游戏,仅仅作为辅助计算工具而存在;而存储程序型计算机设定了一组指令集,将计算过程转化为了程序指令的执行;程序指令的编写,也就是我们所说的计算机编程。

最初的编程,主要是基于设定好的指令集,使用助记符来编写;编写好的源代码,需要通过相应的汇编程序将它们转换成可执行的二进制机器代码,这一过程被称为 汇编过程,该编程语言也被称为 汇编语言

目前汇编语言的语法细节不必在意,只需要明白每一行代表了一个指令,当指令在计算机中执行时,需要汇编为二进制,也就是 10010 100010 ... 这样的形式;未来无论你用什么的语言编程,最终在计算机中执行时,也都会转化为二进制的指令形式。

操作系统

看完上一个章节 冯·诺伊曼结构,有没有不太理解的感觉?

如果有,也不用太担心,因为在大多数情况下,无论是使用计算机,还是编程,都不需要接触这些计算机最底层的结构;因为前辈们已经开发出了一个给力的好帮手-操作系统

操作系统会负责跟计算机的底层硬件打交道,而呈现给我们的操作接口是友好的。

最初的操作系统是没有图形界面的,比如 Unix 系统,用户是通过 命令行 与操作系统沟通交互:

这时候的计算机主要还是应用于科学研究,实验计算等领域,在普通用户中间并不普及。

这样的情况一直持续到 Windows 系统的出现,虽然 Windows 并不是第一个图形界面系统,但却是第一个成功把图形界面推广到全世界范围的操作系统,尤其是在个人电脑领域,Windows 处于垄断地位。

操作系统在提供界面交互的同时,也提供了应该编程接口,编程接口将计算机的图形、存储等硬件资源统一进行了封装,基于这些接口,我们可以快速开发出各种类型的图形应用,这一过程通常称为 应用程序编程。

正是由于图形操作系统的兴起以及系统本身的可编程性,大量的应用被开发出来,所以我们才能够使用计算机办公、游戏、追剧...

编程语言

前文提到,早期的编程,使用的是汇编语言;汇编语言来源于 CPU 指令集,对计算机来说非常熟悉,执行效率很高,但对我们人类来说,汇编语言十分晦涩难懂,只能用来编写简单的逻辑,编写效率低下;于是更符合人类思考逻辑的编程语言不断的被设计出来,截至到现在,编程语言已超过上千种,这些语言设计的目的都是为了让编写程序越来越容易理解,编写效率越来越高,比如以下几种比较流行的编程语言

需要注意的是,使用这些语言编写的程序,计算机是无法直接执行的,而是需要通过 编译器 转化为二进制的机器指令,才能够执行。

问答

小牛:不是入门编程么,怎么说的都是计算机的发展历史啊?

王五:因为只有通过计算机的发展历史了解了程序运行的原理,才能更容易理解计算机编程语法。

总结

本文的目的是希望读者在正式学习编程之前,能够明白以及几个概念:虽然计算机在日常生活中主要用来办公或者娱乐,但设计之初的主要目的是用于计算;显示器中看到的图形界面,在计算机底层其实也是由程序指令计算而来的,主要是由操作系统负责实现;目前学习编程,更多的是应用编程,也就是基于操作系统进行编程;无论使用哪种语言编程,最终在计算机中执行的时候都会被转化为二进制的指令。
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