1.1 计算机基础

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掌握计算机基础知识是学习编程的第一步

计算机特点

计算机作为一种通用的信息处理工具，具有极高的处理速度、很强的存储能力、精确的计算和逻辑判断能力。

1. 运算速度快

当今计算机的运算速度已经达到每秒几十亿亿次，微机也可以达到每秒亿次以上。

2020年，Fugaku的峰值浮点性能高达537PFLOPS（一秒钟可以进行10^15次运算）。

2. 计算精确度高

一般计算机可以有十几位甚至几十位（二进制）有效数字，计算精度可由千分之几到百万分之几。

3. 具有记忆和逻辑判断能力

随着计算机的发展，计算机不仅能进行计算，还能把各种数据储存起来，来供人们随时调用。还可以通过编码技术对各种计算信息进行算术运算和逻辑运算，还可以进行推理和证明。

4. 自动控制能力

计算机可以按照内部设定好的程序自动控制进行。

计算机常用的数制及编码

数制也叫计数制，用一组固定的符号和统一的规则来表示数值的方法。

编码是通过采用少量的基本符号，选用一定的组合原则，以表示大量复杂多样的信息的技术。

1. 二进制

二进制是一种数制，它使用两个符号（0和1）来表示所有的数值。在计算机科学中，二进制系统是非常重要的，因为它是大多数现代计算机处理数据的基础。

• 有两个不同的数字符号，0和1
• 逢二进一（二进制的基数为2）

2. 其他数制

基本概念：

• 数位：数码在一个数所处的位置
• 基数：在某种进位数制中，每个数码上所能使用的数码的个数
• 必须逢N进1

（1）十进制数

有十个不同的数码0、1、2、3、4、5、6、7、8、9，基数为10，特点是逢10进一。

（2）八进制

八个不同的数码0、1、2、3、4、5、6、7，基数为8，逢八进一。

（3）十六进制

有十六个不同的数码符号0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F（可小写）。

二进制数的不同进制对照表

ASCII 码

ASCII码（American Standard Code for Information Interchange，美国信息交换标准代码）是一种基于拉丁字母的字符编码，主要用于显示现代英语和其他西欧语言。

原始的ASCII表使用7位二进制数来表示128个可能的不同字符。后来扩展到8位以支持更多的字符，总共可以表示256个不同的值。

常用ASCII码表

Unicode 编码和 UTF-8 编码

Unicode 编码

Unicode是一个国际标准，它为世界上几乎所有的字符集定义了一个统一的、唯一的数字编号。每个字符都被赋予了一个唯一的代码点（code point），这个代码点是用十六进制表示的。

例如，拉丁字母”A”的Unicode代码点是U+0041。

UTF-8 编码

UTF-8 (Unicode Transformation Format - 8 bit) 是Unicode的一种实现方式，它是一种变长编码，可以使用1到4个字节来表示一个Unicode字符。

• 对于ASCII范围内的字符（U+0000至U+007F），UTF-8使用单个字节
• 对于其他基本多语言平面（BMP）内的字符（U+0080至U+FFFF），UTF-8使用两个或三个字节
• 对于超出BMP的字符，则需要四个字节

💡 UTF-8 的优势

由于UTF-8的高效性和向后兼容性，它已成为互联网上最常用的字符编码之一。大多数现代操作系统和编程环境默认都支持UTF-8。

进制转换和二进制运算

十进制转二进制

整数部分除以2，直到余数为0，然后将余数倒序排列。

原码、反码和补码

• 正数的原码、反码和补码都一样
• 负数的反码是用它的原码转化得到的（符号位不变，其他0变1，1变0）
• 计算机内部用补码进行运算

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# Python中的进制表示
# 二进制
binary_num = 0b1010  # 10的十进制

# 八进制
octal_num = 0o12  # 10的十进制

# 十六进制
hex_num = 0xA  # 10的十进制

print(binary_num)  # 输出: 10
print(octal_num)   # 输出: 10
print(hex_num)     # 输出: 10

下一步学习

掌握了计算机基础知识后，建议继续学习：

• Python语言简介 - 了解Python的运算符和基本语法
• 数字类型 - 学习Python中的数字类型