深入Java基础（一）概述

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一、计算机简述

计算机宏观组成：硬件+软件

1、计算机硬件

是电子计算机的物理设备。系统软件存储在硬件内，包含固件（如BIOS）以及操作系统，系统软件使应用程序可以提供用户所需的功能。操作系统通常借由总线与设备沟通，这就需要驱动程序。

计算机硬件包括计算机的物理，有形部件或组件，例如机柜、中央处理器、监视器、键盘、数据存储器、图形卡、声卡、扬声器和主板。相比之下，软件是可以由硬件存储和运行的指令。硬件被认为是因为它在变化或修改方面“硬”或严格，而软件是“软”的，因为它很容易更新或更改。软件和硬件之间的中间是“固件”，它是与计算机系统的特定硬件强耦合的软件，因此最难以改变，但在界面的一致性方面也是最稳定的。计算机系统中从“硬度”到“柔软度”的级别的进展与计算中的抽象层的进展相似。

硬件通常由软件指示以执行任何命令或指令。硬件和软件的组合形成可用的计算系统，尽管存在仅具有硬件组件的其他系统。

硬件的主要部分是主板，它是一块大的方形板，上面有复杂的电路连接到电脑的其他部分，包含中央处理器（CPU）、随机存取存储器、硬盘、光盘驱动器（CD、DVD，或是其他的光盘），以及其他借由插孔或是端口而连接的设备。

1.1 中央处理器

中央处理器（英语：Central Processing Unit，缩写：CPU）处理电脑内大部分的计算，其被认为是电脑的大脑。它藉散热器和风扇来降温。新型的中央处理器包含图形处理器。

参考链接：https://zh.wikipedia/wiki/%E4%B8%AD%E5%A4%AE%E5%A4%84%E7%90%86%E5%99%A8

1.2 随机存取存储器

别名：内部存储器（内存）

随机存取存储器（英语：Random-access memory，缩写：RAM）是与中央处理器直接交换数据的内部存储器。它可以随时读写（刷新时除外），而且速度很快，通常作为操作系统或其他正在运行中的程序的临时资料存储介质。

主存（Main memory）即电脑内部最主要的存储器，用来加载各式各样的程序与资料以供中央处理器直接执行与运用。由于 DRAM 的性价比很高，且扩展性也不错，是现今一般电脑主存的最主要部分。2011 年生产电脑所用的主存主要是 DDR3 SDRAM，而 2016 年开始 DDR4 SDRAM 逐渐普及化，笔记本电脑厂商开始在笔记本电脑以 DDR4 存储器取代 DDR3L。

RAM 存储器可以进一步分为静态随机存取存储器（SRAM）和动态随机存取存储器（DRAM）两大类。SRAM 具有快速访问的优点，但生产成本较为昂贵，一个典型的应用是缓存。而 DRAM 由于具有较低的单位容量价格，所以被大量的采用作为系统的主存。

动态随机存取存储器（DRAM）的特点

• 随机存取：指的是当存储器中的消息被读取或写入时，所需要的时间与这段信息所在的位置无关。相对地，有串行访问存储器包括顺序访问存储器（如：磁带）和直接访问存储器（如：磁盘）
• 易失性：当电源关闭时 RAM 不能保留数据。如果需要保存数据，就必须把它们写入一个长期的存储设备中（例如硬盘）
• 较高的访问速度：现代的随机存取存储器几乎是所有访问设备中写入和读取速度最快的，访问延迟也和其他涉及机械运作的存储设备（如硬盘、光盘驱动器）相比，也显得微不足道。但速度仍然不如作为 CPU 缓存用的 SRAM。

参考链接：https://zh.wikipedia/wiki/%E9%9A%8F%E6%9C%BA%E5%AD%98%E5%8F%96%E5%AD%98%E5%82%A8%E5%99%A8

总结：内存负责硬盘上的数据与CPU之间数据交换处理，保存从硬盘读取的数据，提供给CPU使用；保存CPU的一些临时执行结果，以便CPU下次使用或保存到硬盘。特点：断电后数据丢失。

1.3 硬盘

硬盘驱动器（英语：hard disk drive，缩写：HDD）简称硬盘（hard disk）或硬驱（hard drive），有时为了与后来出现的固态驱动器相区分而也称“机械硬盘”或“传统硬盘”，是电脑上使用坚硬的旋转磁性盘片为基础的非依电性存储器，它在平整的磁性表面存储和检索数字数据，数据通过离磁性表面很近的磁头由电磁流来改变极性的方式被写入到磁盘上，数据可以通过盘片被读取，原理是磁头经过盘片的上方时盘片本身的磁场导致读取线圈中电气信号改变。硬盘的读写是采用半随机存取的方式，可以以任意顺序读取硬盘中的资料，但读取不同位置的资料速度不相同。硬盘包括一至数片高速转动的盘片以及放在执行器悬臂上的磁头。

早期的硬盘存储介质是可替换的，不过现在硬盘的存储介质一般不能更换，盘片与磁头是一起被密封在硬盘驱动器内。硬盘有一个有着过滤措施的气孔，用来平衡工作时产生的热量导致的硬盘内外的气压差。

硬盘是由IBM在1956年开始使用，在1960年代初成为通用式电脑中主要的辅助存放设备，随着技术的进步，硬盘也成为服务器及个人电脑的主要组件。

计算机最主要的存储设备，容量大，断电数据不丢失。

分类如下：

• 机械硬盘（HDD）

• 固态硬盘（SSD）在开机速度和程序加载速度远远高于机械硬盘，缺点就是贵，无法完全取代机械硬盘

• 混合硬盘（SSHD）

• 内存（Memory）：负责硬盘上的数据与CPU之间数据交换处理

  • 保存从硬盘读取的数据，提供给CPU使用
  • 保存CPU的一些临时执行结果，以便CPU下次使用或保存到硬盘
  • 断电后数据丢失

2、计算机软件

软件（英语：software）是一系列按照特定顺序组织的电脑数据和指令，是电脑中的非有形部分。电脑中的有形部分称为硬件，由电脑的外壳及各零件及电路所组成。电脑软件需有硬件才能运作，反之亦然，软件和硬件都无法在不互相配合的情形下进行实际的运作。

一般来说，计算机软件划分为编程语言、系统软件、应用软件和介于这两者之间的中间件。其中系统软件为计算机使用提供最基本的功能，但是并不针对某一特定应用领域。而应用软件则恰好相反，不同的应用软件根据用户和所服务的领域提供不同的功能。

软件包括所有在电脑执行的程序，和其架构无关，例如可执行文件、库及脚本语言都属于软件。软件不分架构，有其共通的特性，在执行后可以让硬件执行依设计时要求的机能。软件存储在存储器中，软件不是可以碰触到的实体，可以碰触到的都只是存储软件的零件（存储器）或是介质（光盘或磁片等）。

软件并不一定只包括可以在计算机上运行的计算机程序，有些定义中，与计算机程序相关的文档，一般也被认为是软件的一部分。简单的说软件就是程序加文档的集合体。软件被应用于世界的各个领域，对人们的生活和工作都产生了深远的影响。

Pascal之父Nicklaus Wirth： “Programs = Data Structures + Algorithms”

2.1 系统软件

指用来运行或控制硬件所开发的计算机软件，如操作系统、解释器、编译器、数据库管理系统、公用程序等面向开发者的软件。负责管理计算机系统中各种独立的硬件，使得它们可以协调工作，提供基本的功能，并为正在运行的应用软件提供平台。系统软件使得计算机用户和其他软件将计算机当作一个整体而不需要顾及到底层每个硬件是如何工作的。而各个硬件工作的细节则由驱动程序处理。

常见的系统软件包含：

• 操作系统（operating system）：负责控制与管理计算机硬件与软件资源，并提供用户操作接口，让用户可与计算机交互的系统软件，例如：UNIX、Linux、OS X、Microsoft Windows。

• 编译器（compiler）：将编程语言撰写的代码，转换成计算机可识读的机器语言，产生可执行文件，例如：GNU C Compiler（GCC）、LLVM，现今许多编译器包含了编译、汇编与链接等多种系统程序功能。
• 解释器（interpreter）：能够把高级编程语言逐行直接转译运行，而非将所有内容都转译后才运行。
• 链接器（linker）：将由编译器或汇编器产生的目标文件和外部程序库链接为一个可执行文件。
• 加载器（loader）：负责将程序加载到存储器中，并配置存储器与相关参数，使之能够运行，现今许多集成开发环境（IDE）集成了编译器与加载器，使的开发人员可以在编译后立即运行测试结果。
• 汇编器（assembly）：将用汇编语言编写，或是编译器转换过程中产生的汇编语言文件，转换成机器语言文件。
• 调试器（debugger）：用于调试其它程序，能够让代码在指令组模拟器（ISS）中可以检查运行状况以及选择性地运行（例如设置中断点）。
• 硬件驱动程序（driver）：它提供了一个软硬件接口，让电脑软件可以与硬件交互的程序。
• 公用程序（utility software）：管理电脑的许多任务具程序，如：文件管理程序、格式化工具、磁盘管理。

2.2 应用软件

简称应用（application或app），应用程序是指为针对用户的某种特殊应用目的所撰写的程序，例如文本处理器、QQ、B站、表格、会计应用、浏览器、媒体播放器、航空飞行模拟器、命令行游戏、图像编辑器等。

应用软件是为了某种特定的用途而被开发的软件。它可以是一个特定的程序，比如一个图像浏览器。也可以是一组功能联系紧密，可以互相协作的程序的集合，比如微软的Office软件。也可以是一个由众多独立程序组成的庞大的软件系统，比如数据库管理系统。

计算机中操作系统及应用软件层次的示意图，图中的箭头表示信息流动方向。

2.3 中间件

中间件（英语：Middleware），又译中间件、中介层，是一类提供系统软件和应用软件之间连接、便于软件各部件之间的沟通的软件，应用软件可以借助中间件在不同的技术架构之间共享信息与资源。中间件位于客户机服务器的操作系统之上，管理着计算资源和网络通信。

中间件在现代信息技术应用框架如Web服务、面向服务的体系结构等中应用比较广泛，如数据库、Apache的Tomcat，IBM公司的WebSphere,BEA公司的WebLogic应用服务器，金蝶的Apusic系列产品，东方通的Tong系列中间件等都属于中间件。

严格来讲，中间件技术已经不局限于应用服务器、数据库服务器。围绕中间件，Apache组织、IBM、Oracle（BEA）、微软各自发展出了较为完整的软件产品体系。（Microsoft Servers微软公司的服务器产品）。

目前主流操作系统主要为Unix、Linux、苹果公司的系统以及微软视窗系列。微软阵营的主要技术提供商来自微软及其商业伙伴，Java阵营则来自IBM、Sun（已被Oracle收购）、Oracle、BEA（已被Oracle收购）、东方通（Tong系列中间件）、金蝶（Kingdee Apusic）及其合作伙伴，开源阵营则主要来自诸如Apache，SourceForge等组织的共享代码。

1）概念

中间件的概念是随着技术的发展而发展的。

中国科学院软件所研究员仲萃豪把中间件定义为“平台＋通信”。这个定义限定了只有用于分布式系统中的此类软件才能被称为中间件，同时此定义也把中间件与实际应用的应用软件区分开来。

中间件技术创建在对应用软件部分常用功能的抽象上，将常用且重要的过程调用、分布式组件、消息队列、事务、安全、链接器、商业流程、网络并发、HTTP服务器、Web Service等功能集于一身或者分别在不同品牌的不同产品中分别完成。一般认为

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