从千年前的石器时代、青铜器时代、铁器时代到近现代的蒸汽时代、电气时代、原子时代再到如今的信息时代，人类工具经过了一代又一代的发展，使得社会资源也得到了大大提升（感谢先人们的智慧），信息时代的工具载体是我们早已习以为常的计算机，俗话说：工欲善其事，必先利其器，了解下计算机的基础概念原理还是很有必要的。

可计算性

  在数学中，可计算性是函数的一个特性；在计算机中，可计算性是指一个实际问题能否用计算机来解决。在计算机还没发明出以前，也是有计算装置的，比如算盘（计算内容比较定向），还有我们的大脑也可以说是一个计算装置。
计算的实现可以抽象为三点：1.对语言的理解和解释（interpretation）2.记录规则、过程及中间结果（memory）3.这个过程可以被执行，可以在不同的过程中切换（programmable）。现在的计算机就是一个通用计算装置，它拥有符号解释功能、过程记忆功能以及可编程功能。
计算思维是将现实问题用算法程序实现，这些程序可以被计算机自动的执行，也就是抽象+自动化。对程序员来说培养计算思维也是相当重要的，我们用代码实现需求，不能只像解数学应用题，还应该尽可能提炼出可复用的基层的一些东西，这么看，抽象能力决定了编程能力。

图灵机

通用计算机的概念最早是由“祖师爷”图灵提出（有一部讲图灵的电影《模仿游戏》，有一个场景，凯拉奈特利演的琼克拉克看到图灵正在制作的机器，惊讶的说，‘你是想做通用计算机？’），通用计算机有数据多样性和程序多样性的特点。
“图灵机”的工作原理：用一条可以无限延展的输入纸带存储指令，有个状态控制器来进行状态转换，能控制纸带上读写头的移动及操作。

冯诺伊曼体系结构

“计算机之父”冯诺伊曼造出了第一台通用计算机ENIAC，它奠定了现代计算机的设计思想：采用二进制；能存储程序并按照程序顺序执行。由于计算机需要可以长期存储输入程序及数据，自动化处理算术运算逻辑运算、控制程序的走向，将结果输出给用户，冯氏结构计算机有五大组成部件：存储器 运算器 控制器 输入设备 输出设备。（冯诺伊曼不仅在计算机领域有超凡的成就，在其他领域——逻辑学、物理、化学、金融等也都是大佬级存在，看透世界本质的人啊。膜拜orz。

现代微机结构

冯氏结构一直延续到今天，当代微机结构的核心也是根据其实现。现代计算机主要结构为：CPU+内存+主板+外设（辅存、输入输出设备）。
cpu通过内部总线连接集成了控制单元CU、运算逻辑单元ALU、寄存器Register。
寄存器容量很小，包括通用寄存器（存储单元）和专用寄存器，通用寄存器存储原始数据、中间结果等，专用寄存器存储计算机当前状态。因其在cpu内部，访问寄存器的速度>内存速度>硬盘>外部辅存（u盘等）。
控制单元的功能是分析指令、传送指令及数据、产生时序逻辑来控制和协调整个cpu工作。内部包括：程序计数器PC（下条指令地址，自加1）+指令寄存器IR（当前执行指令）+指令译码器ID（根据IR内容决定进行何种操作）+操作控制器OC(取指令、取数、控制alu)。cpu的工作就是循环执行指令，一条指令的执行时间为指令周期：取指令-> 译码-> 执行-> 写结果，每一个步骤称为一个节拍。cpu工作的最小时间单位为时钟周期，一个节拍可能花费多个时钟周期，如取指令花费3个时钟周期，时钟频率（主频）=1/时钟周期。
运算逻辑单元ALU：电路实现算术运算和逻辑运算& ｜ ～等。
多核cpu是指一个cpu内包含多个运算单元和控制单元，可共享寄存器。
主存单元是一系列存储数据的单元格，数据按字节顺序存放在单元格中。存储容量=单元格数x每单元的字节数。如32位地址长度，最多的存储容量位2^32，即4gb（满格）。主存地址是从0开始递增的主存单元编号，访问主存就是通过读写主存地址读写单元数据，至少有1字节。

操作系统

在硬件之上，有操作系统来对硬件资源进行管理，包括调度cpu、封装硬件操作，相当于我们和计算机底层硬件中的抹平层。操作系统有两大接口：人机接口+api接口，方便使用。四大任务：进程管理、文件管理、存储管理、设备管理。
进程管理就是对cpu的管理，每个运行的程序就是一个进程，操作系统通过进程控制块（pcb）来存储记录当前进程信息：pid、特征（系统or用户进程）、状态（阻塞、就绪or运行中，状态依赖寄存器中内容）、优先级、通信信息（进程间通信关系）、现场保护区、资源分配信息、进程实体信息（程序路径和名称）及其他信息。进程是cpu分配资源的单位，线程是资源使用最小单位，同一个进程的线程共用cpu分配的资源。操作系统的特征是并发和共享，进程调度策略也有很多：先来先读、时间片轮转法、优先级法（抢占式、非抢占式-就绪等待队列首部）、多级反馈队列轮转。
文件管理主要是管理文件内容及属性信息。
计算机开机后会首先复位，然后加载操作系统到内存中，一般内存地址0～某位都是操作系统（bios）。

点击程序运行时发生了什么？

鼠标点击程序图标后，操作系统先从硬盘拷贝预存好的程序指令到内存中，cpu再从内存中读取程序指令并执行。cpu不能直接访问硬盘，必须要经过内存，所以有些大型游戏会对内存容量有很高要求。

程序及语言

程序=指令+数据
机器语言是指计算机可执行的01代码，指令是用机器语言描述的一系列操作，指令集/指令系统：cpu所执行的机器指令集合，包含有操作指令、控制指令、数据移动指令。每个cpu支持的指令集可能不一样，但大多数都支持x86指令集。汇编语言是将机器语言符号化，能被翻译成机器码。高级语言，独立于硬件，面向过程或对象，更接近人类自然语言或数学语言，我们日常的编程语言就是高级语言了，c、c++、js、java、python等。不同高级语言或设计思想或应用场景都有所不同，但像小程序一点技术提升却衍生出N家语言，简直是退化逆向发展，恶心程序员啊，如果有技术协会搞个统一协议就好了。
存储程序的抽象实现过程：编程语言->机器语言->存储硬盘。

最后

  摩尔定律表述计算机效率每18个月翻一倍，得益于硬件的快速发展，现代计算机的变化可谓是日新月异，但其核心原理没有变，深入了解其核心原理，能帮助我们更好的理解拥抱变化，与时俱进。

  在我们的计算机中，一切信息（文字、音视频、图片等）都是通过相关的规则转换成0和1的字符串表示，反过来，也能通过对应规则将计算机中这些0和1的编码解析出其代表的真实世界的信息。计算的本质也是将一种字符串通过规则转换成另一种字符串。
  先说说进制，逢n进1，是n进制，像手表时针12进制，秒针60进制。计算机采用的是二进制，在人们日常生活习惯中使用的是十进制，那为什么计算机里却没有采用十进制呢？

1. 最主要是二进制状态简单稳定，容易被表示，如灯的开关、电压高低等。如果用十种不同电压值表示十进制，就远没有高低电压的二进制稳定。
2. 完全能处理逻辑，1表示‘是’0表示‘否’，也没浪费状态，十进制就不一样了，浪费了剩余的8个。最完美的公式拥有最简单的符号，而通过任意组合这些简单的符号，能实现所有的逻辑，有点道家大道至简的味道。
3. 二进制的运算规则比十进制少，如十进制乘法要9*9=81种规则，二进制只有0*0、0*1、1*0、1*1，简化了计算机运算器的内部结构。

各种信息又是怎样用二进制表示的呢？
数字
  数字分为整数、小数、正数、负数。正负数通过最高位0正1负表示，其余为数值位，计算机中的数字用补码表示，这样解决了+0和-0的问题，正数补码为原码本身，负数取反加1，补码的补码是其原码。
  十进制转二进制规则：整数部分，是除2取余法直至0，小数部分是乘2取整直至1。表示方法也分为定点数表示法（整数和纯小数）和浮点数表示法，其中浮点数由尾数和阶码拼接组成。任意一个数 n=m*2^e，m为尾数（纯小数），e为阶码（整数），浮点数 = [有符阶码二进制数\][有符尾数二进制数]。小数位可能一直无法乘到1而无限循环，但二进制位有限，就会造成精度丢失，也就产生了0.1+0.2！=0.3的问题。
  两个正数相加结果超出最高存储范围就会正溢出，负溢出是两负数相加过长。溢出后的值是理论结果mod2^n（n为位数），依据的是同余理论。
一些常见位运算 ~~n n向下取整 n>>1 n/2 向下取整 n<<1 n*2 忽略小数位

文字符号
  计算机字符的转换规则统一遵循ascii码（美国信息交换标准码），128个字符分别表示键盘上的符号，包括数字、英文、运算符、删除回车等。ascii码占一个字节，128个数只需要7位，还剩余一位，则默认首位为0。其他一些国家会使用首位，这样在他们自己的编码集里128～255分别表示他们自己定义的符号。
  中文个数比较多，一个字节完全不能表示尽，所以中文使用两个字节来表示。这样又会有个问题，两个字节中的一个可能和ascii码一样，防止冲突，在机内码中将汉字国标码每个字节最高位都改为1，即机内码=国标码+8080H。
  Unicode(utf-8)是全球通用字符集，也叫万国码、统一码、唯一码，存的字符集数量更多，所以，每个字符分配4个字节。
  平常遇到乱码的情况，就是你当前的字符集不兼容了。

音频
  声音是物体震动产生的声波，再通过介质传播并能被听到的波动现象（百度百科解释）。计算机怎么存储的声音呢？是将声音震动波采样离散、量化离散后生成单个声波点，再将声波点编码成0、1字符串。
采样频率：单位时间内采样次数，单位hz，一般电话是8khz，音乐是44khz，采样频率越高，数据量越大。
量化位数：即采样精度，记录每个采样点需要的二进制位数，单位：位/字节。
声道：一个音频可有单到多个声道，每个声道能存储不同声音信息，电话一般是单声道，音乐是左右双声道，多声道声音更立体更环绕。
比特率：每秒音频包含的数据位数，单位bps。等于采样频率x量化位数x声道数
音频数据量： 比特率x时间

图片
  一张图片是由无数个像素点组成，常说的分辨率axb就是有axb个像素点，也叫位图，栅格图片最小单位，每个像素点存储了一些信息，如位置、颜色、透明度等。其中颜色是如何编码化的呢？现实中任何一种颜色都可以通过三原色（红绿蓝）改变亮度组合而成。亮度是个无限量的概念，怎样通过有限的数据表示它呢？可以将亮度量化成有限的值。比如白天和黑夜是0、1两个，白灰黑是00、01or10、11三个，依此类推，计算机将三原色中每种颜色的亮度都量化成256个数值（0～255），然后将这些量化后的数值组合起来，就可以表示某个颜色都信息值，这就是常见的rgb颜色模型，如rgb（0，0，0）。
  单色图像每个像素点只有1个bit，计算机用1表示黑色，0表示白色
  灰度图像每个像素点4个bit，可以表示0000～1111 16种颜色
  真彩色图像基于rgb模型图像，每个像素点占8bit*3，可表示256*256*256种颜色，完全满足肉眼需求，每个bit还能富余1位，so最高位都赋值为0。
  对于rgba模型多出的a值表示的是透明度，取值范围0～1，表示这个像素点透明的程度。
  这些像素的颜色需要通过显示器来展示，显示器上安有能发出三原色光线的元器件，也能改变亮度，配合上图片每个位图的各项信息，最终能呈现出物理世界的图片。这就有了另一个问题，同一个图片，在某些场景下，为何会出现模糊的情况？
  默认一个位图对应一个物理像素，当一个位图对应多个物理像素时，就会通过就近取色算法（如像素颜色差值）根据附近颜色信息更新一个。如x,y,z横向三个像素点，y色值=(x色值+z色值)/2，导致图片看起来比较模糊。相反，如果一个物理像素对应多个位图，也会造成图片减少锐度、有色差。
Tips：设备物理像素为设备绝对像素，浏览器中css像素（即设备独立像素）为相对像素，pc端浏览器中独立像素和物理像素1:1对应，多倍屏浏览器中一个独立像素对应多个物理像素。移动端切图时候需要额外处理下，设计图的像素值是相对于电脑屏幕1倍图，但对于多倍屏来说，最终像素值要用ui图的值除以设备像素比。border 1px问题可以通过scale解决。

压缩
  压缩分位有损压缩和无损压缩。精度要求高的采用无损压缩，像图片、音视频都采用有损压缩，不影响表达的同时大大减少数据量。比较简单的压缩方法aaaaabbbbccc => 5a4b3c，大大节省了存储空间。

  我们编程的代码通过层层编译解释，最终也成为01表示的机器码。理解了这些基础知识，就很容易把具体事物抽象出来再用编码表示，对我们来说，计算机也就不再是个黑盒的存在了。

hexo init

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