第1講 c語言基礎(chǔ)知識

第一章基礎(chǔ)知識主要內(nèi)容計算機系統(tǒng)的組成計算機工作原理計算機中數(shù)據(jù)的表示與存儲程序設(shè)計語言的發(fā)展算法及算法的描述1.計算機系統(tǒng)組成計算機系統(tǒng)是由軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)兩部分組成的。計算機的軟件系統(tǒng)計算機系統(tǒng)中的程序及相關(guān)文檔被稱為軟件，所有程序及相關(guān)文檔的總和稱為軟件系統(tǒng)。程序是為實現(xiàn)一定功能，用計算機程序設(shè)計語言所編制的語句的有序集合。文檔是描述程序設(shè)計的過程及程序的使用方法等的有關(guān)資料。程序是可由計算機執(zhí)行，而文檔是不能執(zhí)行的。軟件系統(tǒng)按其功能可分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大部分。系統(tǒng)軟件：控制和維護計算機的正常運行，管理計算機的各種資源，以滿足應(yīng)用軟件的需要。應(yīng)用軟件：完成一個特定的任務(wù)，在系統(tǒng)軟件的支持下，才能運行。計算機的硬件系統(tǒng)計算機由中央處理器、內(nèi)部存儲器（簡稱內(nèi)存）、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備等部分組成；中央處理器即CPU，內(nèi)部集成了控制器和運算器等部件，是計算機的核心處理部件。內(nèi)部存儲器（簡稱內(nèi)存），用于存放正在執(zhí)行的程序和數(shù)據(jù)。CPU只能直接執(zhí)行和處理放入內(nèi)存中的程序和數(shù)據(jù)。微型計算機結(jié)構(gòu)1.微處理器2.存儲器3.I/O接口和I/O設(shè)備4.系統(tǒng)總線控制總線CB數(shù)據(jù)總線DB地址總線AB微處理器I/O設(shè)備I/O接口存儲器系統(tǒng)總線BUS存儲器存儲器（Memory）是存放程序和數(shù)據(jù)的部件高性能微機的存儲系統(tǒng)微處理器內(nèi)部的寄存器（Register）高速緩沖存儲器（Cache）主板上的主存儲器以外設(shè)形式出現(xiàn)的輔助存儲器主存儲器（主存、內(nèi)存）半導(dǎo)體存儲器芯片組成RAM部分?jǐn)嚯姾笮畔G失相對造價高、速度快、但容量小有兩種內(nèi)部存儲器只讀存儲器（ROM，ReadOnlyMemory）隨機存儲器（RAM，RandomAccessMemory）主存（內(nèi)存\內(nèi)存儲器）RAM和ROM輔助存儲器（簡稱輔存或外存）磁盤、光盤、固態(tài)硬盤（SSD）、U盤等相對造價低、容量大、信息可長期保存，但速度慢存儲器的容量單位計算機中的所有信息都是用二進(jìn)制編碼表示的，即用“0”和“1”組成的串表示。因此存儲器的容量是指存儲器能存放多少個二進(jìn)制位（b）。通常8位編為一組，稱為一個字節(jié)（B）。表示存儲器容量的單位有KB、MB、GB以及TB等。

1KB=210B1MB=220B1GB=230B目前主流計算機內(nèi)存容量為2G內(nèi)存地址一般把存儲器中的一個字節(jié)稱為一個內(nèi)存單元。為了正確地訪問這些內(nèi)存單元，必須為每個內(nèi)存單元編上號。根據(jù)一個內(nèi)存單元的編號即可準(zhǔn)確地找到該內(nèi)存單元。內(nèi)存單元的編號就是所謂內(nèi)存地址。I/O接口和I/O設(shè)備I/O設(shè)備（Peripheral）：用戶與微機交互輸入（Input）設(shè)備，如標(biāo)準(zhǔn)輸入設(shè)備：鍵盤輸出（Output）設(shè)備，如標(biāo)準(zhǔn)輸出設(shè)備：顯示器I/O接口（Interface）：外設(shè)和主機間的橋梁完成信號變換、數(shù)據(jù)緩沖、聯(lián)絡(luò)控制等工作較簡單的I/O接口電路與主板一體較復(fù)雜的I/O接口電路制成獨立的電路板，稱為接口卡，比如顯卡。計算機系統(tǒng)硬件軟件主機外部設(shè)備內(nèi)存CPU控制器隨機存儲器(RAM)只讀存儲器(ROM)輸入設(shè)備：鍵盤、鼠標(biāo)等輸出設(shè)備：顯示器、打印機等系統(tǒng)軟件：操作系統(tǒng)、語言處理程序等應(yīng)用軟件：辦公軟件、學(xué)生信息管理軟件等運算器外存：硬盤、光盤等計算機系統(tǒng)組成2.計算機的工作原理程序與指令指令是能被計算機識別并執(zhí)行的一種二進(jìn)制代碼，一條指令完成一種基本操作。每一條指令中明確規(guī)定了計算機從內(nèi)存的哪個位置取數(shù)，進(jìn)行什么操作，然后送到什么地方去等步驟。程序本質(zhì)上就是控制計算機完成特定功能的一組有序指令的集合。計算機的基本工作原理——存儲程序原理預(yù)先把指揮計算機如何進(jìn)行操作的指令序列(即程序)和原始數(shù)據(jù)輸入到計算機內(nèi)存中；運行時，在控制器控制下，從內(nèi)存中取出第1條指令送入控制器，經(jīng)控制器分析后產(chǎn)生完成該指令的各種定時控制信號；在這些信號控制下完成該指令規(guī)定的操作，包括存儲器中取出數(shù)據(jù)、進(jìn)行指定的運算和邏輯操作、結(jié)果送入內(nèi)存等。接下來，取出第2條指令，在控制器的指揮下完成規(guī)定操作，依此進(jìn)行下去，直到遇到停止指令。程序與數(shù)據(jù)一樣存儲，按照程序編排的順序，一步一步地取出指令并自動地完成指令規(guī)定的操作，這是計算機最基本的工作原理。這一原理最初是由美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮?諾依曼于1945年提出來的，故稱為馮?諾依曼原理。雖然現(xiàn)在的計算機系統(tǒng)從性能指標(biāo)、運算速度、工作方式、應(yīng)用領(lǐng)域和價格等方面與當(dāng)時的計算機有很大差別，但基本結(jié)構(gòu)沒有變。3.計算機中數(shù)據(jù)的表示與存儲計算機中的數(shù)據(jù)和程序均是使用二進(jìn)制表示的，原因：（1）技術(shù)上容易實現(xiàn)，可靠性強。（2）運算規(guī)則簡單。（3）實現(xiàn)邏輯運算容易。（4）與其他數(shù)制轉(zhuǎn)換方便。

二進(jìn)制數(shù)的邏輯運算邏輯“與”運算0x1=01x0=00x0=01x1=1邏輯“或”運算0+0=00+1=11+0=11+1=1邏輯“非”運算Not0=1Not1=0數(shù)值數(shù)據(jù)的表示方法定點數(shù)：將計算機中的小數(shù)點的位置視為是固定不變的。①定點整數(shù)②定點小數(shù)常用定點整數(shù)編碼

原碼

:最高位為符號為，0為正數(shù)，1為負(fù)數(shù)例如，設(shè)機器字長為8位，[+1]原

=00000001[+127]原=01111111[+0]原=00000000[–1]原

=10000001[–127]原=11111111[–0]原

=10000000反碼：最高位為符號為，0為正數(shù)，1為負(fù)數(shù)。負(fù)數(shù)時，數(shù)值位各位均取反。例如，設(shè)機器字長為8位，[+1]反

=00000001[+127]反=01111111 [+0]反

=00000000 [–1]反

=11111110[–127]反=10000000[–0]反

=11111111

補碼：正數(shù)的補碼與原碼相同，負(fù)數(shù)符號位為1，其余各位變反，在末位加一，如需要進(jìn)位必須進(jìn)位。

例如，設(shè)機器字長為8位，[+1]補

=00000001 [+127]補

=01111111[+0]補

=00000000[–1]補

=11111111 [–127]補

=10000001[–0]補

=00000000

浮點數(shù)表示法把一個實數(shù)用階碼和尾數(shù)兩部分來分別表示。例如，十進(jìn)制實數(shù)–12345.6789可以表示為：–0.123456789×10+5二進(jìn)制實數(shù)的表示類似，例，1010.1011可表示為：1010.1011=2+100×0.10101011階碼決定了能表示的數(shù)的范圍尾數(shù)則決定了能表示的輸?shù)木雀↑c數(shù)的表示方法階碼是指數(shù)部分的值，表示冪次，其基數(shù)通常取2。例如：256.5的浮點格式(32位)為：所以（256.5)10=(0.1000000001)2×2900001001010000000010000000000000階碼:7位數(shù)符尾數(shù)：23位階符根據(jù)IEEE754國際標(biāo)準(zhǔn)，常用的浮點數(shù)有兩種格式，單精度浮點數(shù)和雙精度浮點數(shù)。單精度浮點數(shù)(32位)，階碼8位，尾數(shù)24位(內(nèi)含1位符號位)。Ｓ是浮點數(shù)的符號位，1位，0表示正數(shù)，1表示負(fù)數(shù)。Ｍ是尾數(shù)，23位，小數(shù)點放在尾數(shù)域的最前面。Ｅ：階碼，8位，采用移碼方式來表示正負(fù)指數(shù)。雙精度數(shù)64位，尾數(shù)為53位，用定點小數(shù)表示（通常使用補碼）雙精度數(shù)階碼為11位精度和溢出

所謂精度，是指可以給出的有效數(shù)字的位數(shù)。

如果一個數(shù)的大小超出了計算機所能表示的數(shù)的范圍，則產(chǎn)生“溢出”。

非數(shù)值信息的表示

字符編碼

對于英文字符，最常用的字符編碼是ASCII碼

128個常用字符，用7位二進(jìn)制編碼，從0到127控制字符：0～32，127；普通字符：94個。例如：字符“a”的編碼為1100001，對應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)是97；換行0AH10

回車0DH13

空格 20H 32‘0’～‘9’30H～39H 48～57‘A’～‘Z’41H～5AH 65～90‘a(chǎn)’～‘z’ 61H～7AH 97～122漢字編碼(1)漢字輸入碼

音碼類全拼、雙拼、微軟拼音、自然碼和智能ABC等 形碼類五筆字型法、鄭碼輸入法等。(2)漢字國標(biāo)碼(GB2312－80)

每個漢字占兩個字節(jié)。 一級漢字：3755個；二級漢字：3008個。 漢字分區(qū)，每個區(qū)94個漢字。區(qū)號區(qū)中位置漢字信息處理系統(tǒng)的模型輸入碼

國標(biāo)碼

字形碼

機內(nèi)碼地址碼

漢字輸入

漢字輸出(4)漢字字形碼點陣：漢字字形點陣的代碼

有16×16、24×24、32×32、48×48等編碼、存儲方式簡單、無需轉(zhuǎn)換直接輸出放大后產(chǎn)生的效果差矢量：存儲的是描述漢字字形的輪廓特征

矢量方式特點正好與點陣相反(3)機內(nèi)碼漢字在設(shè)備或信息處理系統(tǒng)內(nèi)部最基本的表達(dá)形式。漢字國標(biāo)碼漢字內(nèi)碼中

8680(0101011001010000)B (1101011011010000)B

華

5942(0011101100101010)B (1011101110101010)B

（5）漢字地址碼每個漢字字形碼在漢字字庫中的相對位移地址地址碼和機內(nèi)碼要有簡明的對應(yīng)轉(zhuǎn)換關(guān)系(6)其他漢字編碼UCS碼、Unicode碼、GBK碼、BIG5碼等多媒體信息表示

（1）圖像（image）與圖形（graphics）信息在計算機內(nèi)的表示

（2）聲音信息在計算機中的表示

（3）視頻信息在計算機中的表示

4.程序設(shè)計語言的發(fā)展編寫程序所使用的語言就是程序設(shè)計語言。程序設(shè)計語言的發(fā)展經(jīng)歷了三個階段：機器語言-->匯編語言-->高級語言依賴于機器，不同的計算機有不同的語言，它由一系列指令組成，每條指令用二進(jìn)制或八進(jìn)制編碼。主要在上世紀(jì)50年代初使用例：0000001011001111表示加法指令機器語言是唯一計算機可以直接執(zhí)行的語言。第一代語言—機器語言也稱為符號語言，用符號代替機器語言中的二進(jìn)制編碼。上世紀(jì)50年代出現(xiàn)，至今仍有使用。如:MOVAL,5計算機不能直接識別和執(zhí)行匯編語言，它必須經(jīng)過一個匯編程序（系統(tǒng)軟件）轉(zhuǎn)換成機器語言后才能執(zhí)行，它仍依賴于機器，不同的計算機有不同的匯編語言，不能通用。第二代語言—匯編語言

匯編語言程序機器語言程序

匯編程序也叫算法語言，計算機不能直接識別和執(zhí)行。上世紀(jì)60年代出現(xiàn)。一般地，把用高級語言或匯編語言編寫的程序稱為源程序。源程序須經(jīng)過編譯程序（系統(tǒng)軟件）編譯成機器語言程序（目標(biāo)程序）后才能執(zhí)行，過程如下：算法語言源程序編譯程序機器語言目標(biāo)程序結(jié)果編譯執(zhí)行第三代語言—高級語言高級語言程序的執(zhí)行除了編譯執(zhí)行方式外還有另外一種方式，即解釋執(zhí)行方式。一次只讀一行源程序，將該行源程序翻譯成機器語言并執(zhí)行，翻譯結(jié)果不保存。這種方式下，每次運行用戶程序時都必須要用解釋程序。典型的代表：早期的BASIC語言，PCLogo等第四代語言—非過程化語言它只描述需要求解的問題是什么，典型的如SQL語言（結(jié)構(gòu)化查詢語言），例如：

select“男生”

from“03級”

where“年齡<21”第五代語言—智能化語言主要為人工智能領(lǐng)域設(shè)計的，如專家系統(tǒng)，知識庫系統(tǒng)等第四和第五代語言不同語言的程序設(shè)計對比(1)計算A=15+10的機器語言程序程序片段如下：1011000000001111：把15放入累加器A中0010110000001010：10與累加器A中的值相加，結(jié)果仍放入A中11110100：結(jié)束，停機(2)計算A=15+10的匯編語言程序片段如下：MOVAX,15：把15放入累加器AX中ADDAX,10：10與累加器AX中的值相加，結(jié)果仍放入AX中MOVA，AX：將累加器（寄存器）AX的值，保存到變量A中HLT：結(jié)束，停機(3)計算A=15+10的C語言程序片段如下：A=15+10；/*把15與10相加，結(jié)果放入A中*/printf(“A=%d\n”,A);/*輸出A的值*/典型的高級語言FORTRAN語言。誕生于20世紀(jì)50年代，是世界上第一個被正式推廣使用的高級語言。它是為科學(xué)、工程問題或企事業(yè)管理中的那些能夠用數(shù)學(xué)公式表達(dá)的問題而設(shè)計的，其數(shù)值計算的功能較強。至今仍是數(shù)值計算領(lǐng)域所使用的主要語言。BASIC語言。誕生于20世紀(jì)60年代中后期，該語言簡單易學(xué)，是一種會話型語言，適合初學(xué)者學(xué)習(xí)。至今Basic語言已有許多高級版本，尤其是VisualBasic，給廣大用戶在Windows環(huán)境下開發(fā)軟件帶來了極大的方便典型的高級語言C語言。誕生于20世紀(jì)70年代初，80年代開始風(fēng)靡全世界，適應(yīng)于系統(tǒng)軟件、數(shù)值計算、數(shù)據(jù)處理等，是使用最多的高級語言。C++語言。誕生于20世紀(jì)80年代，是作為C語言的改進(jìn)而開發(fā)的，主要是在C語言的基礎(chǔ)上增加了對面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的支持。Java語言。誕生于20世紀(jì)90年代，是一種新型的跨平臺分布式程序設(shè)計語言，具有簡單、安全、穩(wěn)定、可移植性強等特性。Java語言是基于C++的，其最大特點是“一次編寫，處處運行”5算法描述與結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的概念

⑴有窮性一個算法其操作步驟應(yīng)當(dāng)是有限的；

⑵確定性算法中的每一個步驟應(yīng)當(dāng)有確定的意義，不能有二義性；對于相同的輸入必須有相同的執(zhí)行結(jié)果。

⑶有效性算法中的每一個步驟應(yīng)當(dāng)正確、可行，并且能有效地執(zhí)行；

⑷有零個或多個輸入執(zhí)行算法時需要從外界獲取的信息；

⑸有一個或多個輸出執(zhí)行算法后應(yīng)當(dāng)?shù)玫秸_的結(jié)果。計算機算法的特性算法——解決某一問題所采取的方法和步驟。算法的表示1.用自然語言表示算法

——用人們?nèi)粘Ｊ褂玫恼Z言和語序來表示算法?！纠浚狠斎雗個整數(shù)，輸出其中最大的數(shù)。

自然語言

偽代碼

流程圖設(shè)置變量：n存儲整數(shù)的個數(shù)，num存儲輸入的參與比較的一個整數(shù)，i存儲已比較的整數(shù)個數(shù)，max存儲已比較的i個整數(shù)中的最大數(shù)，當(dāng)算法結(jié)束時，max中的值即為所有數(shù)中最大的那個數(shù)。步驟1：從鍵盤輸入一個整數(shù)給n（設(shè)n=5），將1=>i；