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文檔簡介

大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)ENIAC的問題1945年,馮·諾依曼根據(jù)ENIAC存在的問題(1)沒有存儲(chǔ)器(2)用布線接板進(jìn)行控制'存儲(chǔ)程序通用電子計(jì)算機(jī)'方案馮.諾依曼EDVAC二進(jìn)制3

問題的提出

計(jì)算機(jī)需要一種“語言”

十進(jìn)制數(shù)“0——9”

問題的解決

二進(jìn)制數(shù)01

兩種狀態(tài)低電平高電平計(jì)算機(jī)的信息單位0和1由來

'1與0,一切數(shù)字的神奇淵源。這是造物的秘密美妙的典范,因?yàn)?,一切無非都來自上帝。'18世紀(jì)德國萊布尼茨乾卦111坤卦000馮·諾依曼的啟示二進(jìn)制電子元件雙穩(wěn)的工作特點(diǎn)將簡化機(jī)器的邏輯線路日常生活中的進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù)七進(jìn)制數(shù)24進(jìn)制數(shù)12進(jìn)制數(shù)…為什么馮.諾依曼選擇二進(jìn)制?電子元器件雙穩(wěn)態(tài)9瓦8瓦7瓦6瓦5瓦4瓦3瓦2瓦1瓦關(guān)開關(guān)√10十進(jìn)制二進(jìn)制運(yùn)算規(guī)則簡單十進(jìn)制數(shù)九九乘法表二進(jìn)制數(shù)0+00+1和1+01+1邏輯運(yùn)算∨01001111∧01000101邏輯與邏輯或﹣0110邏輯非采用二進(jìn)制的好處可編碼任意信息算術(shù)運(yùn)算規(guī)則簡單適合邏輯運(yùn)算實(shí)現(xiàn)技術(shù)(電子元器件)簡單911111000(11101010)2計(jì)算機(jī)的信息單位二進(jìn)制數(shù)進(jìn)位制用數(shù)碼和帶有權(quán)值的數(shù)位來表示有大小關(guān)系的數(shù)值型信息的表示方法。二進(jìn)制只有兩個(gè)數(shù)碼:0和1;數(shù)位i的權(quán)值:2i;運(yùn)算規(guī)則:逢二進(jìn)1,借1當(dāng)二;2稱為計(jì)數(shù)制的基數(shù)。(11110101.01)201276543-1-2=1×27+1×26+1×25+1×24+0×23+1×22+0×21+1×20+0×2-1+1×2-2=245.25()10二進(jìn)制數(shù)-算術(shù)運(yùn)算例1:(10111)2+(10011)2=?10111+)10011010101例2:(10111)2-(10011)2=?10111-)1001100100二進(jìn)制的算術(shù)運(yùn)算算術(shù)運(yùn)算按位計(jì)算并考慮進(jìn)位和借位;乘除法運(yùn)算可轉(zhuǎn)為多次加減法運(yùn)算來進(jìn)行;有很多快速進(jìn)行加減乘除運(yùn)算的算法。二進(jìn)制的缺點(diǎn)與十進(jìn)制相比,二進(jìn)制的一個(gè)數(shù)值的數(shù)碼位數(shù)長,識(shí)認(rèn)比較困難。二進(jìn)制與十進(jìn)制進(jìn)行轉(zhuǎn)換比較麻煩。我認(rèn)識(shí)他已經(jīng)1110年了!我認(rèn)識(shí)他已經(jīng)14年了!計(jì)算機(jī)顯示數(shù)據(jù)時(shí)常用到其它進(jìn)制數(shù)八進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)制及其轉(zhuǎn)換基數(shù):一種數(shù)制由R個(gè)基本字符組成,則基數(shù)為R數(shù)制概念進(jìn)制

基數(shù)基本符號(hào)二進(jìn)制R=20,1八進(jìn)制R=80,1,2,3,4,5,6,7十進(jìn)制R=100,1,2,3,4,5,6,7,8,9

十六進(jìn)制R=160,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,FA:10,B:11,…,F:1514計(jì)數(shù)制的不同表示10101B為二進(jìn)制數(shù)10101,也記為(10101)2101O為八進(jìn)制數(shù)101,也記為(101)8234D為十進(jìn)制數(shù)234,也記為(234)10101AH為十六進(jìn)制數(shù)101A,也記為(101A)16數(shù)制及其轉(zhuǎn)換思考:十進(jìn)制和二進(jìn)制足夠?yàn)槭裁催€要八進(jìn)制和十六進(jìn)制?2.1理解0和1二進(jìn)制轉(zhuǎn)換十進(jìn)制【例1】(10110.01)2=1×24+0×23+1×22+1×21+0×20+0×2-1+1×2-2=(22.25)10思考:八進(jìn)制、十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制呢?(642)8=(?)10(9B4.4)16=(?)10(642)8按照位權(quán)展開

(642)8=6×82+4×81+2×80=(418)10(9B4.4)16按照位權(quán)展開(9B4.4)16

=9×162+11×161+4×160+4×16-1

=

(2484.25)10R進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制都是以位權(quán)形式展開求和2.1理解0和117十進(jìn)制

轉(zhuǎn)換

二進(jìn)制轉(zhuǎn)換規(guī)則:

整數(shù)部分——除2取余法第2:

十進(jìn)制轉(zhuǎn)換R進(jìn)制18【例2】(13)10

=(?

)2132余數(shù)6…123…021…120…1高位低位

(1101)2(13)10=19

十進(jìn)制向八進(jìn)制轉(zhuǎn)換:

(348)10(?

)8

348÷8=43……443÷8=5……..35÷8=0……..5所以(348)10(534)8十進(jìn)制向十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換:

(348)10(

?

)16348÷16=21…..C21÷16=1....…51÷16=0……1所以(348)10(15C)16十進(jìn)制向十六進(jìn)制、八進(jìn)制的轉(zhuǎn)換呢?20

進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系第3:

二、八、十六進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換21

二、八、十六進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換(1)二進(jìn)制數(shù)→八進(jìn)制數(shù)原則:三位一組法,不足3位補(bǔ)零小數(shù)部分:從左向右分組整數(shù)部分:從右向左分組數(shù)制間的轉(zhuǎn)換【例3】(10110.11)2=(?)810110.11010110.62

11

06(10110.11)2=(26.6)8思考:那么數(shù)字'2'與'16'的又有什么關(guān)系?23(2)二進(jìn)制數(shù)→十六進(jìn)制數(shù)原則:四位一組法,不足4位補(bǔ)零整數(shù)部分:從右向左分組小數(shù)部分:從左向右分組數(shù)制間的轉(zhuǎn)換二、八、十六進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換24二進(jìn)制轉(zhuǎn)換十六進(jìn)制【例3】(11101.011)2=(?)1611101.01100011101.1D01106.(11101.011)2=(1D.6)1625八進(jìn)制轉(zhuǎn)換十六進(jìn)制(略講)八進(jìn)制轉(zhuǎn)換二進(jìn)制轉(zhuǎn)換十六進(jìn)制【例4】(172.6)8=(?)16(172.6)8010111(001.110)2A

.7C

(172.6)8=(7A.C)160信息數(shù)值信息非數(shù)值信息英文字符、標(biāo)點(diǎn)符號(hào)漢字圖形聲音視頻….信息如何以二進(jìn)制的形式在計(jì)算機(jī)中表示呢?編碼計(jì)算機(jī)中的所有信息都可以用二進(jìn)制編碼表示編碼:編碼是以若干位數(shù)碼或符號(hào)的不同組合來表示非數(shù)值性信息的方法,它是人為地將若干位數(shù)碼或符號(hào)的每一種組合指定一種唯一的含義。例如:0----男,1----女再如:000----星期一001----星期二010----星期三

011----星期四100----星期五101----星期六

110----星期日再如:000----一院001----二院010----三院

011----四院100----五院101----六院

110----七院111----其他2.1理解0和1(4)0和1與編碼2.1理解0和1

編碼的三個(gè)主要特征

唯一性:每一種組合都有確定的唯一性的含義

公共性:所有相關(guān)者都認(rèn)同、遵守、使用這種編碼

易于記憶/便于識(shí)認(rèn)性:有一定規(guī)律。為計(jì)算機(jī)使用的編碼:規(guī)律性易于編程序處理之;為人所使用的編碼:便于記憶和便于識(shí)認(rèn)。(4)0和1與編碼

bit

1位二進(jìn)制位/信息表示的最小單位

Byte

字節(jié),8位二進(jìn)制位/信息容量的基本單位

1KB=210字節(jié)

(1024字節(jié))

1MB=210KB(約1,000,000字節(jié))1GB=210MB(約1,000,000,000字節(jié))1TB=210GB

注意:2的冪次方為計(jì)算單位

Word

字—計(jì)算機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)處理、信息傳輸?shù)幕締挝?。信息的基本度量單?.1理解0和1(4)0和1與編碼

每一個(gè)字包含的二進(jìn)制位數(shù)稱為字長ASCII碼----英文字母符號(hào)的編碼ASCII碼是計(jì)算機(jī)領(lǐng)域普遍應(yīng)用的英文字母與符號(hào)的0,1型編碼方法,是用7位0和1的不同組合來表示10個(gè)數(shù)字、26個(gè)英文大寫字母、26個(gè)英文小寫字母及其一些特殊符號(hào)的編碼方法,是信息交換的標(biāo)準(zhǔn)編碼。

B7B6B5B4B3B2B1B0

0xxxxxxx2.1理解0和1(4)0和1與編碼AmericanStandardCodeforInformationInterchange128個(gè)字符,可以用多少位進(jìn)行編碼呢?在計(jì)算機(jī)內(nèi)ASCII碼以8位來表示的,其最高位取0。ASCII碼

B7B6B5B4B3B2B1B0

0xxxxxxx每8位為一個(gè)字符,最高位為041H~5AH:‘A’

~‘Z’61H~7AH:‘a(chǎn)’

~‘z’0AH:換行符號(hào)LF0DH:回車符號(hào)CR30H~39H:‘0’

~‘9’01000001A41H01000010B42H01000110F46H2.1理解0和1ASCII編碼的規(guī)律(4)0和1與編碼完整的ASCII碼表0,1型編碼以十進(jìn)制表示。ASCII碼的出現(xiàn)使得信息交換標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一,形成統(tǒng)一的基于ASCII碼的處理方法,使得計(jì)算機(jī)得以推廣和普及。2.1理解0和1(4)0和1與編碼ASCII碼的出現(xiàn)統(tǒng)一了信息交換標(biāo)準(zhǔn)使得計(jì)算機(jī)得以推廣和普及十個(gè)數(shù)字符號(hào)的編碼----BCD碼BCD碼:BinaryCodedDecimal(二-十進(jìn)制編碼)是用4位0和1的不同組合,按照與進(jìn)位制保持一致的關(guān)系,來表示10個(gè)十進(jìn)制數(shù)字的方法。10個(gè)數(shù)字,只需4位0/1數(shù)碼即可十進(jìn)制 01234 BCD碼

0000

000100100011

0100

十進(jìn)制 56789 BCD碼

0101 0110 011110001001

2.1理解0和1(4)0和1與編碼2.1理解0和1(4)0和1與編碼(記住常用的ASCII碼值?。┳址鸄SCII碼值A(chǔ)65(41H)Z90(5AH)a97(61H)z122(7AH)字符ASCII碼值048(30H)957(39H)\00空格32機(jī)器數(shù):一個(gè)數(shù)在機(jī)器中的表現(xiàn)形式。真值:數(shù)的本身。

在計(jì)算機(jī)機(jī)中表示正負(fù)號(hào):一般用'0'表示正號(hào),用'1'表示負(fù)號(hào),符號(hào)位放在數(shù)的最高位。

目前常用的機(jī)器數(shù)有原碼、反碼、補(bǔ)碼等編碼方法。計(jì)算機(jī)中正負(fù)數(shù)的表示整數(shù)X的原碼指:其數(shù)符位0表示正,1表示負(fù);其數(shù)值部分就是X絕對值的二進(jìn)制表示。通常用[X]原表示X的原碼。例如:

[+1]原=00000001[+127]原=01111111

[-1]原=10000001

[-127]原

=11111111

注意:在原碼表示中,零有兩種表示形式,即

[+0]原=00000000[-0]原

=10000000

1原碼原碼的特點(diǎn)原碼表示法簡單易懂,與其真值的轉(zhuǎn)換方便。缺點(diǎn):

1.不便于加減運(yùn)算。

2.零的表示不具有唯一性。[+0]與[-0]不一致。整數(shù)X的反碼指:對于正數(shù)與原碼相同;對于負(fù)數(shù),數(shù)符位為1,其數(shù)值位X的絕對值取反。通常用[X]反表示X的反碼。例如:

[+1]反=00000001[+127]反=0

1111111

[-1]反=1

1111110

[-127]反

=1

0000000由此看出,在反碼表示中零也有兩種表示形式,即:

[+0]反=0

0000000[-0]反=1

1111111反碼運(yùn)算也不方便。2反碼3補(bǔ)碼數(shù)值型數(shù)據(jù)的編碼一個(gè)二進(jìn)制數(shù)在計(jì)算機(jī)中是以這個(gè)二進(jìn)制數(shù)的補(bǔ)碼形式表示的。原碼:正數(shù)的符號(hào)位用0表示,負(fù)數(shù)的符號(hào)位用1表示,數(shù)值部分用二進(jìn)制表示。補(bǔ)碼:正數(shù)的補(bǔ)碼和原碼相同,負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼是數(shù)1值部分每位取反加1。11001101-77

符號(hào)位真值1100110110110011原碼補(bǔ)碼補(bǔ)碼10110010反碼+1上次課復(fù)習(xí)0和1的出現(xiàn)計(jì)算機(jī)采用二進(jìn)制的原因二進(jìn)制與其它進(jìn)制的轉(zhuǎn)換信息的編碼-0,1碼數(shù)值在計(jì)算機(jī)中的表示:定點(diǎn)數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)數(shù)值在計(jì)算機(jī)中的編碼:原碼、反碼、補(bǔ)碼非數(shù)值信息編碼:ASCII碼非數(shù)值信息1、字符(如漢字等)2、圖像、音頻、視頻輸入碼:拼音碼、字型碼、區(qū)位碼……拼音碼:da五筆字型碼:dddd漢字輸入碼:漢字依據(jù)輸入碼通過鍵盤輸入漢字。漢字信息編碼計(jì)算機(jī)內(nèi)部由外到內(nèi)由內(nèi)到外'大''大'漢字內(nèi)碼:漢字在計(jì)算機(jī)內(nèi)部采用漢字內(nèi)碼存儲(chǔ)。計(jì)算機(jī)內(nèi)部由外到內(nèi)由內(nèi)到外b7

b6b5b4b3b2b1b0

b7

b6b5b4b3b2b1b0

用0和1編碼漢字,每個(gè)漢字在計(jì)算機(jī)內(nèi)部由2個(gè)字節(jié)表示0

0110100

0

1110111國標(biāo)碼1

01101001

1110111(機(jī))內(nèi)碼漢字信息編碼'大'用0和1編碼無亮點(diǎn)和有亮點(diǎn)形成字形信息,便于顯示……漢字字形碼是一種字模點(diǎn)陣碼。也有不同的處理漢字點(diǎn)陣信息的編碼,如向量編碼等oooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo11oooooooo111111111111111111oooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo111oooooooooooo11oo1oooooooooo11oooo1oooooooo11ooooo11ooooooo1ooooooo11ooooo1ooooooooo111o

11ooooooooooo1oo計(jì)算機(jī)內(nèi)部由外到內(nèi)由內(nèi)到外大漢字字形碼:漢字依據(jù)字形碼通過顯示器或打印機(jī)輸出漢字。漢字信息編碼漢字字形點(diǎn)陣的代碼有16×16、24×24、32×32、48×48、72×72等編碼點(diǎn)陣數(shù)越大,分辨率越高,字形越美觀,但占用的存儲(chǔ)空間越多像素:描述圖像的最小單位,顯示器上的一個(gè)可發(fā)光的點(diǎn),每個(gè)像素可顯示不同顏色位圖圖像:由靜態(tài)的像素點(diǎn)組成,直接按像素點(diǎn)位置畫出,例如BMP,JPG,GIF…矢量圖像:由若干特定點(diǎn)的位置和相關(guān)數(shù)學(xué)公式計(jì)算動(dòng)態(tài)畫出,例如wmf,dwg…計(jì)算機(jī)中的圖像單色圖像黑白(1位)彩色圖像16色(4位)256色(8位)24位真彩色32位真彩色音頻編碼計(jì)算機(jī)中的聲音視頻編碼:視頻是時(shí)間序列的動(dòng)態(tài)圖像(如25幀/秒),也是連續(xù)的模擬信號(hào),需要經(jīng)過采樣、量化和編碼形成數(shù)字視頻,保存和處理。計(jì)算機(jī)中的視頻音頻軌文字軌視頻軌ASCII示例信息表示與處理的基本思想0和1的思維0和1的出現(xiàn)計(jì)算機(jī)采用二進(jìn)制的原因二進(jìn)制與其它進(jìn)制的轉(zhuǎn)換信息的編碼-0,1碼0和1的基本硬件實(shí)現(xiàn)二極管特性相當(dāng)于開關(guān):加正向電壓導(dǎo)通,加反向電壓截止;通過外加電壓的調(diào)整,控制開與關(guān)(實(shí)現(xiàn)1和0的變換)FKVFLRI(b)KLRVR(b)0和1的基本硬件實(shí)現(xiàn)-二極管三極管主要功能為開關(guān)和放大作用以較小的b極電流信號(hào)可控制較大的c極流過的電流--放大。典型的三極管電路0和1的基本硬件實(shí)現(xiàn)-三極管用二極管、三極管可實(shí)現(xiàn)基本的集成電路:與門、或門和非門與門、或門和非門等門電路便成為計(jì)算機(jī)基本的元器件。用二極管實(shí)現(xiàn)的與門:當(dāng)A,B端均為高電平(1)時(shí),則F端為高電平(1),否則F端為低電平(0)。用二極管實(shí)現(xiàn)的或門:當(dāng)A,B端均為低電平(0)時(shí),則F端為低電平(0),否則F端為高電平(1)。用三極管實(shí)現(xiàn)的非門:當(dāng)A端為低電平(0)時(shí),則F端為高電平(1);當(dāng)A端為高電平(1)時(shí),F(xiàn)端為低電平(0)。0和1的基本硬件實(shí)現(xiàn)-集成電路

'=1'表示異或運(yùn)算。

'&'表示與運(yùn)算。半加器的電路實(shí)現(xiàn):AiBi分別為第i位加數(shù)和被加數(shù),Si為第i位運(yùn)算的和,Ci+1為產(chǎn)生的進(jìn)位。利用與門、或門和非門可實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的控制電路

示例:一位半加器。=1&AiBiSiCi+1

Ai+

BiCi+1Si0和1的復(fù)雜部件的硬件實(shí)現(xiàn)全加器可按此方法由兩個(gè)半加器實(shí)現(xiàn)。由此就可用簡單的邏輯電路構(gòu)造復(fù)雜的邏輯電路。=1&AiBiSiCi+1=1&AiBiSiCi+10和1的復(fù)雜部件的硬件實(shí)現(xiàn)微處理器芯片CPU:復(fù)雜組合邏輯集成在一塊板上并封裝而成的電路計(jì)算機(jī)中復(fù)雜的集成電路是如何進(jìn)行協(xié)調(diào)工作的呢?計(jì)算機(jī)系統(tǒng)圖靈機(jī)馮·諾依曼計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)語言圖靈及圖靈獎(jiǎng)阿蘭·麥席森·圖靈圖靈獎(jiǎng)姚期智圖靈機(jī)1936年,TuringMachine用機(jī)器來模擬人們用紙筆進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算的過程。圖靈機(jī)的組成:一條無限長的紙帶TAPE;一個(gè)讀寫頭HEAD;一套控制規(guī)則TABLE;一個(gè)狀態(tài)寄存器。馮·諾依曼計(jì)算機(jī)基本思想存儲(chǔ)程序:指令和數(shù)據(jù)以同等地位事先存于存儲(chǔ)器,可按地址尋訪,連續(xù)自動(dòng)執(zhí)行。五大部件構(gòu)成:運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備指令和數(shù)據(jù)用二進(jìn)制表示馮·諾依曼

現(xiàn)代計(jì)算機(jī)通常是以存儲(chǔ)器為中心的馮.諾依曼計(jì)算機(jī)。輸入輸出數(shù)據(jù)或程序不通過運(yùn)算器,運(yùn)算器只負(fù)責(zé)進(jìn)行運(yùn)算,可實(shí)現(xiàn)二者的并行工作,提高速度。輸入設(shè)備存儲(chǔ)器輸出設(shè)備運(yùn)算器控制器運(yùn)算器控制器內(nèi)存儲(chǔ)器外存儲(chǔ)器輸入設(shè)備輸出設(shè)備控制臺(tái)電源命令回答命令回答取出的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)取出的命令命令/地址外部設(shè)備主機(jī)中央處理器(CPU)馮·諾依曼計(jì)算機(jī)-硬件組成批量交換數(shù)據(jù)一個(gè)一個(gè)交換數(shù)據(jù)內(nèi)存容量小,外存容量大內(nèi)存存取速度快,外存存取速度慢內(nèi)存只能臨時(shí)保存,外存可永久保存內(nèi)存和外存輸入設(shè)備輸出設(shè)備輸入/出設(shè)備外部設(shè)備鍵盤鼠標(biāo)掃描儀光驅(qū)光盤顯示器打印機(jī)U盤/硬盤所有外部設(shè)備都受主機(jī)控制,通過總線把各種設(shè)備連接在一起!僅有硬件的計(jì)算機(jī)可否運(yùn)行?沒有軟件的硬件是不能做任何事情的!軟件=程序+文檔程序=指令序列指令是用戶對計(jì)算機(jī)發(fā)出的工作命令操作碼地址碼指令格式軟件硬件計(jì)算機(jī)系統(tǒng)'看得見、摸得著'的物理載體程序及其配套的數(shù)據(jù)、文檔等應(yīng)用軟件系統(tǒng)軟件控制臺(tái)電源外存儲(chǔ)器CPUROMRAMBIOS程序操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)應(yīng)用程序操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)BIOS程序計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的工作過程計(jì)算機(jī)語言算法、語言與計(jì)算機(jī)程序算法解決問題的步驟程序計(jì)算機(jī)能夠理解與執(zhí)行的解決問題的步驟計(jì)算機(jī)語言人和計(jì)算機(jī)都能理解的語言計(jì)算機(jī)語言的發(fā)展(1)計(jì)算機(jī)能夠理解與執(zhí)行什么呢?機(jī)器語言:用二進(jìn)制和編碼方式提供的指令系統(tǒng)

所編寫程序的語言被稱為機(jī)器語言所有程序都需轉(zhuǎn)換成機(jī)器語言程序計(jì)算機(jī)才能執(zhí)行指令系統(tǒng):CPU用二進(jìn)制和編碼提供的可以解釋并執(zhí)

行的命令的集合。用指令系統(tǒng)中的指令編寫的程序,CPU能夠執(zhí)行10000110000001111000101100001010100101110000011111110100完成7+10并存儲(chǔ)的機(jī)器代碼用機(jī)器語言編寫程序存在什么問題呢?匯編語言:是用助記符號(hào)編寫程序的語言。匯編語言源程序:是用匯編語言編出的程序。匯編程序:

是將匯

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