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第一章：计算机组成原理 ​

1.1 计算机系统 ​

1.2 冯·诺依曼体系结构 ​

IMPORTANT

冯·诺依曼体系结构是现代计算机（量子计算机除外）设计的基础。

NOTE

上述的组件协同工作，构成了一个完整的计算机系统：

1.3 各种硬件处理速度和性能优化 ​

img

img

txt
1 秒 = 1000 毫秒，即 1 s = 1000 ms。
1 毫秒 = 1000 微妙，即 1 ms = 1000 us 。
1 微妙 = 1000 纳秒，即 1 us = 1000 ns。
txt
如果 CPU 的时钟周期按照 1 秒计算，
那么，内存访问就需要 6 分钟；
那么，固态硬盘就需要 2-6 天；
那么，传统硬盘就需要 1-12 个月；
那么，网络访问就需要 4 年以上。
txt
鹤寿千岁，以极其游，蜉蝣朝生而暮死，尽其乐，盖其旦暮为期，远不过三日尔。
	                                        --- 出自 西汉淮南王刘安《淮南子》
txt
寄蜉蝣于天地，渺沧海之一粟。 哀吾生之须臾，羡长江之无穷。 
挟飞仙以遨游，抱明月而长终。 知不可乎骤得，托遗响于悲风。
	                                        --- 出自 苏轼《赤壁赋》

NOTE

对于蜉蝣来说，从早到晚就是一生；而对于我们人类而言，却仅仅只是一天。

img

NOTE

上图以层次化的方式，展示了价格信息，揭示了一个真理，即：鱼和熊掌不可兼得。

总结：CPU 都是直接和内存打交道的，即：CPU 会直接从内存中读取数据，待数据处理完毕之后，会将结果再次写入到内存中；如果需要将数据持久化（永久）保存（内存是易失性存储器，内存中的数据是以电荷形式存储在存储单元中的。当计算机关闭或断电时，这些电荷很快消散，导致存储在内存中的数据丢失），那么就需要将内存中的数据再刷新到磁盘或硬盘上，即：落盘。

1.4 计算机软件 ​

1.4.1 操作系统的来源 ​

1.4.2 用户态和内核态 ​

类型内核态（Kernel Mode）用户态（User Mode）
权限内核态是操作系统代码运行的模式，拥有访问系统全部资源和执行硬件操作的最高权限。在这种模式下，操作系统的核心部分可以直接访问内存、硬件设备控制、管理文件系统和网络通信等。用户态是普通应用程序运行的模式，具有较低的系统资源访问权限。在用户态，程序不能直接执行硬件操作，必须通过操作系统提供的接口（即系统调用）来请求服务。
安全性由于内核态具有如此高的权限，因此只有可信的、经过严格审查的操作系统核心组件才被允许在此模式下运行。这样可以保护系统不被恶意软件破坏。用户态为系统提供了一层保护，确保用户程序不能直接访问关键的系统资源，防止系统崩溃和数据泄露。
功能内核态提供了系统调用的接口，允许用户态程序安全地请求使用操作系统提供的服务，比如：文件操作、网络通信、内存管理等。用户态保证了操作系统的稳定性和安全性，同时也使得多个程序可以在相互隔离的环境中同时运行，避免相互干扰。

NOTE

java
import java.io.IOException;
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Path;
import java.nio.file.Paths;
import java.util.List;

public class Demo {
    public static void writeFile(String filePath, String content) {
        Path path = Paths.get(filePath);
        try {
            Files.write(path, content.getBytes());
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    public static void main(String[] args){
        int a = 10;                                 // 用户态
        int b = 20;                                 // 用户态
        int c = a + b;                              // 用户态
        string filePath = "c:/demo.txt";            // 用户态
        string txt = a + b + c;                     // 用户态
        
        writeFile(filePath, a);                     // 从用户态切换到内核态完成文件写入
        
        System.out.println(a);                      // 从内核态切换回用户态
        System.out.println(b);                      // 用户态
        System.out.println(c);                      // 用户态
    }
}

1.4.3 ISA、ABI 和 API ​

NOTE

NOTE

NOTE

1.4.4 系统调用（System Call）和函数库（Library Call） ​

类型系统调用（System Call）函数库（Library Call）
定义系统调用是操作系统提供给程序员的一组接口，这些接口允许用户空间的程序请求操作系统内核提供的服务，比如文件操作、进程控制、通信和内存管理等。函数库调用是指使用高级语言编写的一组预先编译好的函数，这些函数实现了一些常用的功能，比如：字符串处理、数学计算等。程序员可以在自己的程序中直接调用这些函数，而无需重新实现它们。
权限执行系统调用时，会从用户态切换到内核态。这是因为系统调用涉及到访问受保护的系统资源，这些操作必须由操作系统控制以确保系统的稳定性和安全性。函数库调用通常在用户态执行，不涉及到用户态与内核态之间的切换。它们直接使用操作系统通过系统调用提供的服务，或者完全在用户空间内完成计算，不需要操作系统介入。
性能开销由于涉及到用户态与内核态之间的切换，系统调用的执行成本相对较高。因此，频繁的系统调用可能会影响程序的性能。相对于系统调用，函数库调用的性能开销较小。因为它们通常不涉及到模式切换，且执行的操作多在用户空间完成。
示例open()，read()，write()，fork()，exec() 等 UNIX/Linux 系统调用。C 标准库中的 printf() 等函数；数学库中的 sin()，cos() 等函数。

NOTE

第二章：初识计算机语言 ​

2.1 计算机语言是什么？ ​

NOTE

NOTE

2.2 为什么要学习计算机语言？ ​

c
#include <stdio.h> // 这是编译预处理指令

int main() { // 定义主函数

    printf("你好，世界！！！"); // 输出所指定的一行信息

    return 0;  // 函数执行完毕时返回函数值0
}

NOTE

编译器就是运行在操作系统之上的程序，其作用就是用来将程序员编写的源代码转换为计算机能够识别的二进制指令。

2.3 计算机语言简史 ​

2.3.1 机器语言（相当于人类的石器时代） ​

txt
0000,0000,000000010000 代表 LOAD A, 16
0000,0001,000000000001 代表 LOAD B, 1
0001,0001,000000010000 代表 STORE B, 16

IMPORTANT

不同类型（CPU 架构，如：x86_64、arm 等）的处理器有不同的机器语言指令集，指令集架构（ISA）决定了机器语言的具体形式；换言之，机器语言与特定硬件架构紧密相关，机器语言程序几乎没有可移植性。

2.3.2 汇编语言（相当于人类的青铜&铁器时代） ​

NOTE

汇编语言，目前仍然应用于工业电子编程领域、软件的加密解密、计算机病毒分析等。

2.3.3 高级语言（相当于人类的信息时代） ​

NOTE

普遍使用的高级编程语言，有：C、C++、Java、Python、C#、JavaScript、Go、SQL 等。

2.3.4 总结 ​

类别特征优点缺点示例
机器语言直接由计算机执行的二进制代码执行速度快编写困难，可读性差，与具体硬件强绑定二进制代码
汇编语言用助记符代替二进制代码的低级语言相对机器语言更易编写和理解，允许直接控制硬件资源依然需要了解硬件，不够抽象，与具体硬件或平台相关MOV，ADD 等助记符
高级语言接近人类语言，提供了更高层次的抽象易于编写和维护，可移植性好，支持多种编程范式需要通过编译器或解释器转换为机器语言，可能存在一定的性能损失C，Java， Python 等

NOTE

第三章：初识 C 语言 ​

3.1 C 语言的由来 ​

NOTE

C 语言最初是作为 Unix 系统的开发工具而发明的。

3.2 为什么要学习 C 语言？ ​

NOTE

3.3 计算机语言排行榜 ​

3.4 C 语言的版本选择 ​

3.5 C 语言的优缺点 ​

第四章：C 语言的学习技巧 ​

4.1 概述 ​

IMPORTANT

IMPORTANT

现代化的高级编程语言的流行程度，除了和编程语言的设计是否优秀有关，最主要的原因就是生态。

遗憾的是，C 语言的标准库非常简单，只有输入输出、文件操作、日期时间、字符串处理、内存管理，对于网络编程、GUI、数据库、并发等需要大量的第三方库来扩展 C 语言的功能（Java 语言、Go 语言等其他的现代化高级编程语言，都是直接将这些常见的开发场景内置到标准库中，极大的降低了软件开发的难度）。C 语言的第三方库也非常稀少，更别提缺少自己的包管理器。

不过，现在 C 语言社区也开始诞生了一些包管理器，如：Conan 和 vcpkg ；也有自己的项目构建工具，如：cmake 、xmake 等。

NOTE

JavaScript 的作者 Brendan Eich（布兰登·艾奇） 曾经这么说：“与其说我爱 JavaScript，不如说我恨它。它是 C 语言和 Self 语言一夜情的产物。十八世纪英国文学家约翰逊博士说得好："它的优秀之处并非原创，它的原创之处并不优秀。"”

汇编生 C ，C 生万物！！！

4.2 项目构建工具和包管理器 ​

4.2.1 概述 ​

4.2.2 项目构建工具 ​

4.2.3 包管理器 ​

4.2.3 注意事项 ​

第五章：附录 ​

5.1 嵌入式领域中的 C 语言 ​

5.1.1 概述 ​

5.1.2 C51（8051 系列微控制器） ​

5.1.3 STM32（STM32 系列微控制器） ​

5.1.3 ARM 架构（特别是 ARM Cortex 系列） ​

5.1.4 总结 ​

',150),q=[D];function S(M,T,I,B,R,O){return l(),i("div",null,q)}const U=s(F,[["render",S]]);export{L as __pageData,U as default};