2.1　計算機基礎知識

我們如果把家里的臺式計算機拆開，會發現圖2-1中列出的各種部件，在拆卸前務必要斷電，而且最好先摸一摸家里和地直接相連的金屬家具，把身上的靜電放掉，以免靜電損害敏感的部件。

如果把計算機和人來類比一下的話，那么：

CPU——人腦，負責計算和指揮一切配件和外設。

硬盤——我們日常使用的記事本，記錄我們記不住的東西。

內存——大腦中負責記憶的腦細胞。

電源——胃，吃東西然后提供能量。

主板——就像人的身體框架，連接有手、腳、腦袋等功能性的部件，計算機主板就專門連接計算機的各個功能模塊。

計算機要工作，離不開操作系統，離不開一些核心的應用軟件。計算機軟件系統構成如圖2-2所示。操作系統可以以一個快餐店（如肯德基）來類比，制作快餐的設備、服務員、點餐計算機以及餐廳，這些可以看成計算機的各種硬件設備，如果沒有一個規章制度和服務流程來讓各個崗位的人員協同工作，顧客走進快餐店說：“服務員，點餐”，服務員們都站著，不知所措，因為沒有人告訴他們每個人的具體職責。餐廳經理看到這種情況，他就會為每個員工安排恰當的工作，誰接單，誰切菜，誰做廚師，并且會規定接單以后，訂單如何傳給快餐制作人員，制作完成以后如何傳遞給柜臺，這些規定、流程就是肯德基的操作系統。計算機的操作系統就是背后讓鍵盤、硬盤、網卡、CPU這些硬件協同工作的程序、約定，有了操作系統，計算機才可能被軟件程序員開發出各種應用，為大眾所用。

操作系統是一種特殊的用于控制計算機（硬件）的程序（軟件）。它是計算機底層的系統軟件，負責管理、調度、指揮計算機的軟硬件資源使其協調工作，沒有它，任何計算機都無法正常運行。它在資源使用者和資源之間充當中間人的角色。舉個例子，一個用戶（也可以是程序）將一個文件存盤，操作系統就會開始工作：管理磁盤空間的分配，將要保存的信息由內存寫到磁盤等。當用戶要運行一個程序時，操作系統必須先將程序載入內存，當程序執行時，操作系統會讓程序使用CPU。

從上面的描述可以得出，計算機操作系統大致包括5個方面的管理功能：進程與處理器管理、作業管理、存儲管理（硬盤和內存）、設備管理和文件管理。這里面提到了進程，什么是進程呢？大致可以說，你要計算機完成的一件具體的事，就是一個進程。比如你同時打開了瀏覽器瀏覽網頁，播放器播放一個視頻，Office編輯一個文檔，那么你至少開啟了3個進程，分別做三件不同的事。

操作系統目前有Windows、Linux、UNIX、Android、iOS等，我們日常使用的約90%的計算機上裝有Windows操作系統，約80%的手機上安裝Android操作系統，蘋果手機使用iOS操作系統。

Python則是一門程序設計語言，在圖2-2中屬于“程序語言和開發環境”這一類。2020年3月，TIOBE公布了編程語言排行榜數據，Python繼續占據第三名的位置，使用比率首次超過10%，如圖2-3所示。

Python語言的最大優勢在于全棧開發、網絡爬蟲、數據挖掘、人工智能、Web開發、系統網絡運維、數據分析和計算、圖形程序開發等方向都可以使用Python語言來完成，你可以從現在開始用Python編程進行數學實驗，直到讀博士時用Python研究博士課題，它無所不能。