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第一講

預備知識及緒論學習目標了解計算機硬件的基本組成及工作原理；了解信息的基本表達與存儲形式；了解從高級語言到可執(zhí)行的機器語言的轉化過程；了解C語言的主要特點；本講主要內容一、計算機組成與工作原理二、信息的表示與存儲三、高級語言的上機過程四、C語言概述計算機組成與工作原理計算機組成—硬件系統(tǒng)計算機組成與工作原理——硬件系統(tǒng)要了解計算機的組成和工作原理，可以從打算盤說起：假設給定一個算盤、一張帶行號的橫格紙和一支筆，要求計算y=ax+b-c這樣一個題目，可以將算盤解題的過程用筆詳細記錄到橫格紙上。行數(shù)解題步驟和數(shù)據簡要說明12345678910111213取數(shù)(9)到算盤乘法(12)到算盤加法(10)到算盤減法(11)到算盤存數(shù)y到(13)(9)表示第9行數(shù)aa*xa*x+ba*x+b-c將y記到13行將y值寫給人看停止輸出停止abcxy數(shù)據數(shù)據數(shù)據數(shù)據數(shù)據在上面的解題過程中，我們用到了：帶橫格和編號的紙：記有原始數(shù)據和解題步驟。算盤：對數(shù)據進行加減乘除運算。筆：記錄數(shù)據、解題步驟和結果。人的大腦：控制操作一步一步進行。計算機組成與工作原理——硬件系統(tǒng)運算器：實現(xiàn)加減乘除等算術運算和邏輯運算?？刂破鳎嚎刂朴嬎銠C的各個部分協(xié)調工作，其基本任務是按照計算機的程序的指令序列，從存儲器中取出指令并由譯碼器進行譯碼，再執(zhí)行這條指令，然后從存儲器中取出第二條指令進行執(zhí)行……運算器和控制器合稱CPU(中央處理器)。計算機組成與工作原理——硬件系統(tǒng)輸入設備：將人們熟悉的某種信息形式轉變?yōu)橛嬎銠C內部能夠接受和識別的二進制信息形式。輸出設備：將計算機的處理結果轉變?yōu)槿嘶蛘咂渌O備所能接受和識別的信息形式。一般輸入、輸出設備要通過接口與主機相連接。計算機組成與工作原理——硬件系統(tǒng)指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)是計算機軟件和硬件的界面,是對計算機進行程序控制的最小單位。指令的功能操作類指令轉移類指令指令的格式計算機組成與工作原理——指令系統(tǒng)計算機組成與工作原理——指令系統(tǒng)操作類指令完成下列功能：算術邏輯運算數(shù)據存取數(shù)據傳輸…...轉移類指令完成下列功能：程序的分支程序的轉移…...一般一條指令應該包含兩方面的信息：一、操作的性質二、與操作數(shù)相關的信息指令格式最基本的形態(tài)是：操作碼OP操作數(shù)AD個別情況直接給出操作數(shù)計算機組成與工作原理——指令系統(tǒng)與指令格式相關的內容有：指令字長：字長越多，指令所表示的信息就越多，指令功能越豐富。操作碼格式：操作碼位數(shù)決定了指令能夠表達的操作種類的多少。地址結構：微機中常用兩地址指令、一地址指令和零地址指令。計算機組成與工作原理——指令系統(tǒng)零地址指令:操作數(shù)的地址都隱含給定，對隱含給定的相關寄存器進行給定操作。計算機組成與工作原理——指令系統(tǒng)程序的自動執(zhí)行

為此，一般要設置一個程序記數(shù)器PC(ProgramCounter),它存放當前指令所在存儲單元的地址，若程序是順序執(zhí)行的，每取一條指令后PC內的地址加１，指示下一條指令的地址。如果遇到跳轉指令，就將轉移后的指令地址放入PC，這樣，PC始終指示著程序的執(zhí)行進程。一般情況下，程序指令是順序依次存放的。數(shù)據和指令分別存放在該程序區(qū)的不同位置，程序執(zhí)行所需數(shù)據是按照指令給出的操作數(shù)地址去讀取的。計算機組成與工作原理——程序的執(zhí)行過程啟動地址→PC

取指PC→地址寄存器指令→IR指令譯碼?程序結束形成轉移地址→PC完成本條指令操作PC+1→PC停機指令轉移指令非轉移指令計算機組成與工作原理——程序的執(zhí)行過程信息的表示與存儲信息的存儲單位二進制數(shù)的編碼表示定點數(shù)和浮點數(shù)機器數(shù)的表示范圍、誤差與溢出非數(shù)值信息的表示信息單位用于描述機器內部數(shù)據格式，常用的量綱：位（bit）：度量數(shù)據的最小單位。字節(jié)(byte)：最常用單位(8bit)。字(word):又稱為計算機字，其含義取決于機器類型和使用者的要求。信息的表示與存儲信息的存儲單位一個數(shù)在機內的表示形式稱為“機器數(shù)”，它代表的數(shù)值稱為該機器數(shù)的“真值”。常用的編碼方法：原碼反碼補碼信息的表示與存儲二進制數(shù)的編碼表示——反碼假定用一個字節(jié)存放一個數(shù)：反碼表示一個帶符號的整數(shù)：X=+0101011[X]反=00101011;X=-0101011[X]反=11010100;反碼表示一個帶符號的純小數(shù)：X=+0.1011[X]反=0.1011;X=-0.1011[X]反=1.0100;信息的表示與存儲信息的表示與存儲——補碼假定用一個字節(jié)存放一個數(shù)：補碼表示一個帶符號的整數(shù)：X=+0101011[X]原=00101011;X=+0101011[X]反=00101011;X=+0101011[X]補=00101011;X=-0101011[X]原=10101011;X=-0101011[X]反=11010100;X=-0101011[X]補=11010101;補碼表示一個帶符號的純小數(shù)：X=+0.1011[X]原=0.1011;X=+0.1011[X]反=0.1011;X=+0.1011[X]補=0.1011;X=-0.1011[X]原=1.1011;X=-0.1011[X]反=1.0100;X=-0.1011[X]補=1.0101;信息的表示與存儲——補碼定點數(shù)和浮點數(shù)信息的表示與存儲

定點數(shù)的小數(shù)點固定在一個特定的位置上，通常最高位為符號位，其余位數(shù)表示定點數(shù)的二進制數(shù)值。小數(shù)點的位置有兩種：一、放在符號位之后、數(shù)值最高位之前，這時表示一個定點小數(shù)；二、放在右邊最低位之后，表示一個整數(shù)。小數(shù)點的位置是一種約定，程序能夠判斷。具體小數(shù)點固定在什么位置，由機器說明書決定——定點數(shù)0111000001111000小數(shù)點符號數(shù)值=+0.0110100=+1110100小數(shù)點符號數(shù)值信息的表示與存儲——定點數(shù)信息的表示與存儲

一個數(shù)用浮點形式表示(科學記數(shù)法)：N——需要表示的數(shù)據；R——基數(shù)，隱含為2；E——冪，又稱為階碼，代表浮點數(shù)的 表示范圍；M——數(shù)N的全部有效數(shù)字，稱為尾數(shù) 代表浮點數(shù)的表示精度?！↑c數(shù)階符尾符階碼尾數(shù)小數(shù)點位置101110…………000信息的表示與存儲——浮點數(shù)信息的表示與存儲——浮點數(shù)IEEE對浮點數(shù)的規(guī)定：短浮點數(shù)：最高位是尾碼的符號位；其后8位是階碼；最后23位是尾碼。長浮點數(shù)：最高位是尾碼的符號位；其后11位是階碼；最后52位是尾碼。信息的表示與存儲理論上，數(shù)的表示位數(shù)可以無限多，數(shù)的位數(shù)越多，計算的精度就越高，可以表示的數(shù)的范圍越大，但位數(shù)越多，所需電子器件越多。實際上，不管是定點數(shù)還是浮點數(shù)，其表示范圍總有一定限制。若計算結果超出機器所能表示的范圍，就會產生“溢出”?！秶?、溢出與誤差

同樣道理，由于計算機的位數(shù)限制，實際運算過程中經常會引入誤差，例如浮點數(shù)有可能將原數(shù)中最右邊的非零數(shù)字截掉，這樣的誤差累積起來可能導致運算結果嚴重失真。西文字符編碼中文信息編碼多媒體信息信息的表示與存儲——非數(shù)值信息的表示計算機的應用范圍十分廣泛，科學計算僅僅是其中的一個方面，據統(tǒng)計，在信息處理領域計算機的應用數(shù)量超過計算機總數(shù)的70%，這一領域中更多地涉及非數(shù)值信息。

字符是非數(shù)值信息的表示基礎，程序在未被編譯成可執(zhí)行機器代碼之前往往保持字符形式。

ASCII碼：(AmericanStandardCodeforInformationInterchange)美國信息交換標準代碼，被國際上廣泛采用，用七位編碼。共128個字符，包括可打印字符和控制字符。通用鍵盤的大部分鍵與最常用的字符相對應。信息的表示與存儲——非數(shù)值信息的表示信息的表示與存儲中文信息編碼：由于漢字的數(shù)量較大，一般漢字的編碼方案有兩字節(jié)、三字節(jié)甚至四字節(jié)的，國標碼(國家標準信息交換用漢字編碼)采用兩字節(jié)碼，用兩個七位二進制數(shù)編碼表示一個漢字。例如：“巧”字的代碼是39H41H,機內形式是：01110011000001——非數(shù)值信息的表示七位七位信息的表示與存儲在中、西文編碼共存的狀態(tài)下區(qū)分中文字符和ASCII碼的方法之一是：對應兩字節(jié)國標碼，將兩字節(jié)最高位都置為“1”，而ASCII碼所用字節(jié)的最高位保持“0”。上面所述中文字符的編碼是其在計算機內部的表示形式，又稱為內碼，內碼很難記??；為方便漢字的輸入，常采用輸入碼：拼音碼、字形碼、音形結合方式?！菙?shù)值信息的表示信息的表示與存儲

多媒體信息包括圖象、聲音等等，常需要專用外設如掃描儀、A/D轉換設備將輸入信息轉化為二進制信息，送入計算機，然后做進一步的分析與處理。?！菙?shù)值信息的表示三、高級語言上機過程高級語言上機過程編輯源程序編譯：產生目標程序（.OBJ）連接：產生可執(zhí)行程序（.EXE）運行調試高級語言上機過程——編譯事實上，實現(xiàn)目標程序的途徑有兩種：一、編譯程序 讀入整個源程序，將其轉化為目標代碼，然后由計算機直接運行。二、解釋程序 每次只讀一行源程序，并執(zhí)行指定操做，每次程序運行都要重新解釋、執(zhí)行。高級語言上機過程——連接

對庫函數(shù)的連接：一般高級語言都提供一個可供用戶程序調用的標準庫函數(shù)，這些庫函數(shù)包括了大部分的常規(guī)功能，當用戶程序調用了其中的某個庫函數(shù)時，連接程序按一定規(guī)則將該程序與標準庫函數(shù)中的目標代碼連接起來，形成可以真正運行的代碼。高級語言上機過程源程序清單文本編輯源程序編譯目標程序連接可執(zhí)行程序用戶程序執(zhí)行修改錯誤錯誤錯誤庫文件輸入數(shù)據文件四、C語言概述

C語言是在1972-1973年間，由DennisRitchie設計，并首次在一臺使用UNIX操作系統(tǒng)的DECPDP-11的計算機上實現(xiàn)的。

1983年美國國家標準化協(xié)會（ANSI）專門成立委員會，為C語言制定了ANSI標準(目前是C99)。

目前，大多數(shù)C/C++語言編譯器如TurboC++、BorlandC++、VisualC++、WatcomC++、gcc等都實現(xiàn)了ANSIC標準。

TurboC++完全按照C語言標準實施的，是一種快速、高效的編譯程序。它不僅提供一個集成開發(fā)環(huán)境，同時還按傳統(tǒng)方式提供一個命令行編譯程序版本。C語言的起源C語言的特點1、C語言是中級語言，這意味著C語言集成了高級語言和低級語言兩者的特色，它既有象高級語言如FORTRAN、Pascal語言那樣的基本結構、又有象匯編語言一樣的實用性。C語言在各種語言中的位置高級語言Ada，PascalCOBOL，F(xiàn)ORTRANBASIC中級語言C、宏匯編語言低級語言匯編語言2、C語言容許對位、字節(jié)和地址進行操作，這三者是計算機的最基本工作單元。C語言的特點3、C語言的代碼具有很好的可移植性?？梢浦残允侵敢环N軟件在不同種類的計算機上運行的可能性。4、C語言簡潔緊湊、方便靈活。5、運算符和數(shù)據類型豐富。6、C是結構語言。其顯著特點是代碼和數(shù)據的分隔化，即代碼和數(shù)據的分段隔離能力，程序的各個部分除必要的信息交換外彼此互不影響，相互隔離。C語言支持結構化的控制語句。結構語言是現(xiàn)代編程風格。下面是典型的結構語言和非結構語言：結構語言：PascalAda