初中九年級信息技術(shù)理解程序與程序設(shè)計

理解程序與程序設(shè)計

到目前為止，同學們已經(jīng)有了豐富的軟件使用經(jīng)驗：可以很自如地使用文字處理類的軟件寫文章、制作版面精美的報刊，可以使用圖片處理軟件制作出創(chuàng)意新奇的宣傳畫，或者用畫圖軟件描繪出自己設(shè)計的卡通人物等。但是無論我們使用計算機的經(jīng)驗多么豐富，我們一直都是處在“使用者”的地位上，一直在使用他人編制好的軟件來解決問題。那么，這些軟件是如何工作，如何編寫的？我們也能自己編寫出幫助人們解決問題的“軟件”嗎？讓我們也嘗試一下“編寫”程序，與計算機做更進一步的“交流”吧！一、計算機系統(tǒng)再認識

我們非常清楚地知道，一個完整的計算機系統(tǒng)包括“硬件系統(tǒng)”和“軟件系統(tǒng)”兩大部分，二者是不可分割的。沒有軟件系統(tǒng)，硬件就是一堆“廢物”；沒有了硬件系統(tǒng)，軟件也只是無所依托的“符號幽靈”。1.計算機組成的邏輯結(jié)構(gòu)

就計算機的硬件系統(tǒng)而言，當今計算機的基本結(jié)構(gòu)仍然是馮?諾依曼結(jié)構(gòu)。馮?諾依曼(VonNeumann)是美籍匈牙利數(shù)學家，這位偉大的人物在1946年提出了關(guān)于計算機組成和工作方式的基本設(shè)想。到現(xiàn)在為止，盡管計算機制造技術(shù)已經(jīng)發(fā)生了極大的變化，但是就其體系結(jié)構(gòu)而言，仍然是根據(jù)他的設(shè)計思想制造的。而馮?諾依曼也因其對計算機領(lǐng)域的卓絕貢獻被稱為“計算機之父”。馮?諾依曼的設(shè)計思想可以簡要地概括為以下三點：

(1)計算機應包括運算器、存儲器、控制器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大基本部件。如圖1-1所示。圖1-1計算機的邏輯組成圖

計算機內(nèi)部應采用二進制（0，1）來表示指令和數(shù)據(jù)。將編好的程序送入內(nèi)存儲器中，然后啟動計算機工作，計算機無須操作人員干預，能自動地逐條讀取指令和執(zhí)行指令。馮?諾依曼設(shè)計思想的最重要之處在于明確地提出了“程序存儲”的概念，他的全部設(shè)計思想實際上是對“程序存儲和程序控制”概念的具體化。迄今為止，計算機的工作原理仍然釆用存儲程序和程序控制原理，計算機一系列的工作是根據(jù)指令功能控制程序的執(zhí)行來完成的。

2.計算機中數(shù)據(jù)的表示方法

由組成計算機硬件電路的特性決定，計算機中的數(shù)據(jù)由0，1兩個二進制數(shù)表示?，F(xiàn)代計算機不僅處理數(shù)值領(lǐng)域的問題，而且也能處理圖、文、音頻、視頻等信息。這樣一來，必然要引入文字、字母以及某些專用符號，以便表示文字語言、邏輯語言等信息。那么，一個數(shù)字或者一個字符在計算機中具體是如何表示的呢？

計算機內(nèi)部應采用二進制（0，1)來表示指令和數(shù)據(jù)。

將編好的程序送入內(nèi)存儲器中，然后啟動計算機工作，計算機無須操作人員干預，能自動地逐條讀取指令和執(zhí)行指令。馮?諾依曼設(shè)計思想的最重要之處在于明確地提出了“程序存儲”的概念，他的全部設(shè)計思想實際上是對“程序存儲和程序控制”概念的具體化。迄今為止，計算機的工作原理仍然釆用存儲程序和程序控制原理，計算機一系列的工作是根據(jù)指令功能控制程序的執(zhí)行來完成的。

那么，一個數(shù)字或者一個字符在計算機中具體是如何表示的呢？

因為計算機最終能識別的只有數(shù)字0和1，所以各種信息也只能用0，1編碼來表示。目前國際上普遍采用的字符系統(tǒng)是ASCII碼（美國國家信息交換標準字符碼）。ASCII碼規(guī)定8個二進制位的最高一位為0，余下的7位可以給出128個編碼，表示128個不同的字符。其中，95個編碼對應著計算機終端能輸人并且可以顯示的95個字符，打印機設(shè)備也能打印這95個字符，如大小寫各26個英文字母，0?9這10個數(shù)字，通用的運算符和標點符號+，-，*，/，>，=，<等等。另外的33個字符，其編碼值為0?31和127，則不對應任何一個可以顯示或打印的實際字符，它們被用作控制碼，控制計算機某些外圍設(shè)備的工作特性和某些計算機軟件的運行情況。

3.指令、程序和軟件

指令是計算機要執(zhí)行的一種基本操作命令，是對計算機進行程序控制的最小單位。程序是一組指令序列，并取以文件名，稱為程序文件。計算機的工作原理是先將需要執(zhí)行的程序從外存中讀入內(nèi)存，由CPU負責逐條讀取指令，然后再執(zhí)行，直到遇到結(jié)束指令。軟件是指計算機程序及其有關(guān)的文檔，它可以分為系統(tǒng)軟件和應用軟件兩大類。系統(tǒng)軟件是負責管理、控制、維護、開發(fā)計算機的軟硬件資源，提供用戶一個便利的操作界面和提供編制應用軟件的資源環(huán)境。其中最主要的是操作系統(tǒng)，其他還有語言處理程序、系統(tǒng)實用程序、各種工具軟件等。

操作系統(tǒng)（0S)是對所有軟硬件資源進行管理、控制及分配的核心軟件，用戶操作計算機實際上是通過使用操作系統(tǒng)來進行的，它是所有軟件的基礎(chǔ)和核心。應用軟件是為解決實際問題而專門編制的程序，如字處理軟件(Word)、輔助設(shè)計軟件（AutoCAD)、繪圖計算軟件（幾何畫板）、計算機維護軟件（Norton)、殺毒軟件（KV3000)等。

應用軟件與系統(tǒng)軟件的關(guān)系如圖1-2所示。圖1-2應用軟件與系統(tǒng)軟件關(guān)系

4.計算機的工作過程

了解了“程序存儲”，再去理解計算機的工作過程就變得十分容易。如果想叫計算機工作，就得先把程序編出來，然后通過輸入設(shè)備送到存儲器中保存起來，即程序存儲。接下來就是執(zhí)行程序的問題了。根據(jù)馮?諾依曼的設(shè)計，計算機應能自動執(zhí)行程序，而執(zhí)行程序歸結(jié)為逐條執(zhí)行指令。因此，計算機的工作過程就是執(zhí)行程序的過程。

有人說，軟件是看不見、摸不著的。因為軟件是思想、規(guī)則、邏輯，本身是抽象的，確定不可觸及。但軟件總是要有載體來存放，要有表達或表現(xiàn)方式，這些使得它們變得形象具體起來。二、計算機語言的發(fā)展

1.什么叫計算機語言

在日常生活中，人們要靠語言來交流思想、傳遞信息。狹義上，我們講的語言，如漢語、英語、法語，它們有聲音，是語言。小鳥之間唧唧喳喳，大概也是鳥類間的語言。但語言卻不一定都有聲音，一些肢體動作語言，如啞語、旗語等，雖無聲，但它們也是語言。廣義上講，語言是溝通、交流的一種手段?；诖耍梢哉f各種工具也都有自己的語言，當然也包括計算機。一般地，越復雜的機器，人類與其溝通的語言也就越復雜。比如汽車，想駕馭它，就必須去駕校參加學習，學習各種和它溝通的方法。想一想，開車的時候，駕駛員的確是在和車進行溝通：如果想讓汽車向左轉(zhuǎn)，就應該向左轉(zhuǎn)方向盤，想停車就應該踩剎車等。同樣，要使計算機能夠很好地為人類服務(wù)，人與計算機之間也要通過一種語言來互相溝通、互相交流。這種“語言”能夠表達人類的思想，同時，還能被計算機所識別、接受，這種“語言”就叫做計算機語言。2.計算機語言發(fā)展簡介

計算機語言的演化發(fā)展也是從最開始的機器語言到匯編語言再到各種結(jié)構(gòu)化高級語言，最后到支持面向?qū)ο蠹夹g(shù)的面向?qū)ο笳Z言。20世紀40年代當計算機剛剛問世的時候，程序員要想讓計算機了解人們的計算意向，就必須手動控制計算機，因此計算機的使用十分繁瑣。1941年德國工程師楚澤(KonradZuse)想到了用程序設(shè)計語言來解決人機交互的問題，并發(fā)明了叫做Z3的計算機，這是第一臺可編程的電子計算機。

計算機語言分為三類：機器語言、匯編語言和高級語言。目前，科學家們正在研究新型電腦語言識別系統(tǒng)，也許將來有一天，人類會實現(xiàn)用自己的語言與電腦直接對話。

隨后的幾十年間，大量的程序設(shè)計語言被發(fā)明、被取代、被修改或組合在一起。盡管人們多次試圖創(chuàng)造一種通用的程序設(shè)計語言，卻沒有一次嘗試是成功的。原因是：編寫程序的初衷各不相同；編程者之間技術(shù)的差距非常大，而且有許多語言對新手來說太難學；還有許多用于特殊用途的語言，只在特殊情況下使用。例如：PHP專門用來編寫網(wǎng)頁；Perl更適合文本處理；C語言被廣泛用于操作系統(tǒng)和編譯器的開發(fā)（所謂的系統(tǒng)編程）。因此，計算機語言的發(fā)展一直處于一種百花齊放的狀態(tài)。很多編程語言也像花兒一樣經(jīng)歷了燦爛和凋零的過程。像20世紀70年代出現(xiàn)的Pascal，C，C++，BASIC等，其中Pascar可以說是“結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計”的經(jīng)典，但如今用的人已經(jīng)不多了。實際上，軟件開發(fā)的主要目的就是描述和反映現(xiàn)實世界，而結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的方法并不符合這個思維方式。再具體一點說，人們希望把機器能夠理解的語言提升到也能夠很好地模仿人類思考問題的形式。因此，抽象的過程應該是以現(xiàn)實世界的對象為中心的，于是面向?qū)ο蟮某橄蠓椒ň妥叩搅饲芭_，出現(xiàn)了VisualBasic，Delphi，C++以及Java等面向?qū)ο蟮木幊陶Z言，并蓬勃地發(fā)展著?？梢哉f，計算機語言發(fā)展歷史也是人們不斷追求更高的模塊化、抽象化和封裝化的歷史。從計算機誕生至今，計算機自賴賄件都是以喊語為母語的人發(fā)明的，所以其本身就帶有印歐語的語目特征’在硬件上CPU、I/O、存儲器的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)都體現(xiàn)了印歐語定義精確、分工明確等特點。自20世紀60年代以來，相繼有500多種