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首先我们知道Python是门编程语言，编写的是程序，那这程序在计算机中起到了什么作用，这就需要我们首先了解下计算机；第二，我们的程序为什么要用Python来写？有什么替代方案吗？这就需要我们了解程序语言的发展历史，以及各个编程语言的优缺点；

一：计算机基础知识

计算机组成原理

计算机组成原理是讲计算机是由什么组成，并且怎么运行起来的；研究计算机由什么组成，相对应的就是计算机硬件部分；怎么运行起来的，相对应的是计算机的软件部分，以及硬件如何与软件相互配合工作；专业话语是：它涵盖了计算机系统的各个方面，包括计算机的功能、组件、数据表示、指令集体系结构、处理器设计、存储器层次结构、输入输出系统、总线结构、操作系统以及计算机网络等。

冯·诺依曼体系结构

计算机系统是如何运行的，软件与硬件是如何配合运行的，这个计算机设计模式就是冯·诺依曼体系结构；自从1940年这个理论提出来，直到现在，计算机一直是使用的这个理论，它的核心思想是将程序和数据存储在同一个存储器中(内存)，并通过控制单元执行指令（cpu）。‌

基本组成

冯·诺依曼体系结构主要由以下几个部分组成：
1. 中央处理器（CPU）：CPU是计算机的核心部件，负责执行指令和处理数据。它包括控制单元和算术逻辑单元（ALU），控制单元负责指令的解码和控制，ALU负责执行算术和逻辑操作。
2. 存储器：存储器用于存储数据和指令。计算机中的存储器按层次结构包括寄存器、、主存（内存）和辅助存储器。寄存器是最快速但容量最小的存储器，用于存储处理器中的数据和指令。主存是计算机的主要存储器，用于存储程序和数据。辅助存储器（如硬盘、固态硬盘）用于长期存储大量的数据。
3. 输入输出设备：输入输出设备用于与计算机进行交互和数据的输入输出。常见的输入设备包括键盘、鼠标、扫描仪等，输出设备包括显示器、打印机、音频设备等。输入输出设备通过接口和控制器与计算机连接。
4. **总线：总线是计算机中各个组件之间进行数据传输的通道。它包括数据总线、地址总线和控制总线。**数据总线用于传输数据，地址总线用于指定数据的存储位置，控制总线用于传输控制信号。
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工作原理

冯·诺依曼体系结构的工作原理基于“存储程序计算机”的概念，即指令和数据存储在同一内存中。CPU从存储器取出指令和数据，进行相应的计算。其主要特点包括：

单处理机结构‌：以运算器为中心。
采用二进制表示‌：数据以二进制形式存储。
指令顺序执行‌：程序按照预先定义的顺序执行。
软硬件分离‌：软件和硬件完全分离。

总结：

我们的程序是以二级制形式存储在内存中，我们传递给计算机的信息流只能是二进制；
由CPU从内存中取出指令和数据来运行；
*存储器按照运行速度：寄存器（容量最小，存储CPU中的指令数据）>内存（主要存储器，用于存储程序和数据）>外部存储（存储长期数据）

二：编程语言

什么是编程语言

编程语言是一种用于编写计算机程序的形式化语言。比如我们现在正在学习的Pyton,它是一种人与计算机之间进行交流的工具，用于描述和指示计算机执行特定任务或完成特定操作的步骤和逻辑。

分类：机器语言、汇编语言和高级语言

编程语言根据其抽象层级和与硬件的交互方式可分为机器语言、汇编语言和高级语言三大类。

机器语言
1. 也就是机器指令（1930-1960s）；
2. 计算机本质上就是是一台只懂得执行简单指令的机器。而执行的指令也就是我们说的机器指令，其实背后对应的就是一个个电路运算，例如算术运算、逻辑运算、存储等等。
3. 指令的执行本质就是由CPU来触发****这些对应的电路执行从而完成特定的功能。
汇编语言（1947 ）
1. 机器语言对人类来说非常晦涩和难以理解。这使得编写和理解机器语言程序非常困难和容易出错。为了让人类能够更方便地编写和理解计算机程序，汇编语言应运而生。
2. 汇编语言本质就是指令符号化。因为计算机只能识别二进制，所以需要使用汇编器把指令转换为二进制；
高级语言（1972 ）
1. 尽管汇编语言比机器语言更容易理解，但仍然需要编写大量的指令来完成复杂的任务，包括各种底层硬件的直接操作。这对于开发人员来说是一项繁琐和容易出错的工作。为了进一步提高编程效率和可读性，高级语言应运而生。
2. 高级语言是一种更加抽象和易用的编程语言，如C，Java、Python等。它们提供了更高级别的抽象，包括更丰富的数据类型、复杂的数据结构、函数、类、库等。使用高级语言，开发人员可以用更简洁、易读的方式表达程序的逻辑和算法，而不需要关注底层的机器细节。
3. 随着计算机硬件的发展，高级语言的应用越来越广泛，例如 C、C++、Java、Python、JavaScript 等。
4. 高级语言的核心是语句封装了指令；
5. 需要使用编译器或者解释器把高级语言编译为二进制文件；
6. 总之，高级语言的出现使得编程变得更加高效、易读和易维护。它们提供了更强大、更友好的工具和库，使开发人员能够更快速地构建复杂的应用程序，并推动了软件开发的快速发展。
7. 高级语言可分为编译型语言与解释型语言
  1. 编译型语言（C、C++和Pascal等）
    1. 编译型语言的代码在执行之前需要经过编译器的处理。编译器将源代码作为输入，通过多个阶段的处理生成机器码（目标代码），然后将目标代码链接为可执行文件。这个可执行文件可以直接在计算机上执行。编译型语言的典型代表是C、C++和Pascal等。
    2. 特点：
      1. 编译过程在代码执行之前进行，只需要进行一次编译。
      2. 编译后的代码执行效率高，因为它是直接由计算机硬件执行的机器码。
      3. 可执行文件独立于源代码，可以在不同的计算机上执行，前提是目标机器上有相应的编译器和运行时支持。
      4. 编译型语言对代码的静态类型检查较为严格，需要在编译时确定变量的类型和错误检查。
  2. 解释型语言（Python、JavaScript和Ruby等）
    1. 解释型语言的代码在**执行时逐行被解释器解释执行，不需要显式的编译过程。**解释器将源代码逐行解释翻译成机器码或虚拟机指令，并实时执行。解释型语言的典型代表是Python、JavaScript和Ruby等。
    2. 特点：
      1. 不需要显式的编译过程，代码可以直接执行。
      2. 每次执行都需要解释器逐行解释代码，因此执行效率相对较低；
      3. 源代码可以跨平台执行，只需要针对不同平台提供相应的解释器。
      4. 解释型语言通常具有动态类型检查的特性，变量的类型在运行时确定。

主流编程语言对比

开发效率与运行效率不可兼得
C语言是离硬件最近的高级语言，是面向过程开发，运行效率最高，开发难度最高；C语言的应用场景：服务器开发、嵌入式、操作系统；
C++是在c的基础上增加了面向对象，本质还是C；C++ 最大的应用场景：游戏；仅次于java，在企业里面的第二大应用，
SHELL不是编程语言，是脚本语言，在运维圈会用；
Python的作者其实就是使用C+SHELL来做的；发布后很长时间没有火，原因是它是位于离机器最远的那个等级的语言；后面有两次小高潮：1.在运维圈想做自动化脚本，SHELL不能像编程语言那样写代码，而Python可以，python 取代shell ； 2. 真正引爆的时候是2015年之后，做数据分析，数据挖掘，2020年人工智能把python带到了第一位；
perl,ruby,python 其实都是脚本语言，但是python其实远远超过了脚本语言的作用；perl主要做文本处理；
go：c家族的，谷歌开发的，攻守平衡：80%的C的运行性能，80%的python的开发难度，想要替代c,c++；
Rust:也想要替代c,c++；

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