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计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 2 计算机发展简史 计算机发展的几个阶段电子管时代晶体管时代中小规模集成电路时代大规模及超大规模集成电路时代冯 诺依曼结构计算机二进制和存储程序控制计算机的产生 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 3 第一台电子计算机 ENIAC 电子数字积分与计算机 ENIAC 1943 1946 ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 4 第一台电子计算机 ENIAC 5000次加法 秒体重28吨占地170m218800只电子管1500个继电器功率150KW ENIAC 1943 1946 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 5 计算机发展的几个阶段 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 6 冯 诺依曼结构计算机 存储程序控制原理五个基本部件运算器控制器存储器输入设备输出设备 冯 诺依曼JohnvonNeumann 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 7 第一台存储程序控制计算机 电子延迟存储自动计算机 EDSAC 1949 ElectronicDelayStorageAutomaticComputer 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 8 计算机的组成与工作原理 指令 指令系统和程序存储程序控制原理计算机的基本组成CPU的工作原理 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 9 存储程序控制原理 存储程序控制原理计算机用存储器按地址存放所要执行的程序和数据 用CPU按地址从存储器中取出程序中的每一条指令 并加以分析 执行指令规定的操作存储程序控制原理是计算机内在的基本工作原理存储程序控制原理决定了人们使用计算机的主要方式 编写并运行程序 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 10 指令和指令系统 指令计算机所能识别并执行的一条操作命令每条指令都规定了计算机所要执行的一种基本操作指令是对计算机进行程序控制的最小单位指令格式 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 11 指令的格式与类型 指令类型传送指令数据存取 数据传送算术逻辑运算指令基本的算术逻辑运算输入 输出指令从外部设备读取或写入数据程序控制指令实现控制转移功能 如跳转指令系统一台计算机所有指令的集合不同种类的计算机 其指令系统也不尽相同 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 12 程序 Program 程序完成某项既定任务而编写的一组指令序列计算机按照程序规定的流程依次执行指令 才能完成相应的计算任务计算机的两个基本能力能够存储程序能够自动执行程序 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 13 计算机的基本组成 计算机结构示意图 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 14 中央处理器 CPU 运算器对数据进行程序中指令所规定的运算操作控制器对其他四个部件发出控制信号 以控制全机完成指令规定的处理任务中央处理器运算器和控制器通常在一个机柜或一个集成电路芯片中 统称为中央处理器 CPU 中央处理器是计算机执行指令和程序的中心 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 15 存储器 Memory 存储器存放程序和数据 包括运算的中间结果和最终结果存储器又称为 内存 或 主存 在存储器中 程序和数据的存放是没有任何区别的 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 16 外部设备 外部设备输入设备和输出设备统称为 外部设备 或 I O设备 常见的输入设备有键盘 鼠标 扫描仪等常见的输出设备有显示器 打印机等外部存储器 简称 外存 是一种特殊的外部设备 包括磁带 软盘 硬盘 光盘等 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 17 总线 Bus 总线在计算机基本部件之间传送信息的通路根据所连接部件的不同输入输出总线 存储器总线 CPU总线根据所传送信息的类别地址总线 AB AddressBus 控制总线 CB ControlBus 数据总线 DB DataBus 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 18 信息的表示与存储 二进制字长与信息存储单位数值信息的表示及数制转换二 八 十六及十进制整数转换法 除基取余法小数转换法 乘基取整法非数值信息的表示中西文字符的表示 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 19 二进制 Binary 二进制二进制可以方便的用具有两种稳定状态的物理量表示 如电压的高低 电流的有无等二进制的四则运算规则简单二进制便于表示逻辑量和逻辑运算计算机用二进制方式存储各种信息计算机与人交互时 把二进制信息转换为人们熟悉的形式 如十进制数 文字 图象等 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 20 字长 字长字长指作为一个整体一起进行处理或运算的二进制数的位数字长代表了计算机的功能强弱 精度高低 速度快慢机器的功能设计决定了机器的字长微型机一般字长为64位 32位等 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 21 信息存储单位 信息存储单位位 b bit 一位二进制信息 度量数据的最小单位字节 B byte 八位二进制信息 信息存储中最常用的基本单位数量级前缀1K 1024 2101M 1024K 2201G 1024M 2301T 1024G 240 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 22 数值信息的表示 r进位值制r进制逢r进一位值制每位的权值与位置有关 即当r 2时 即为二进制 有 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 23 几种常用进制 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 24 数制转换 二 八 十六进制转换为十进制按照r进位值制的定义进行转换二 八 十六进制之间的转换根据二 八 十六之间的关系进行转换8 23 16 24十进制转换为二 八 十六进制整数部分 除基取余法小数部分 乘基取整法 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 25 2 8 16进制转换为10进制 1100 0101B 1 23 1 22 0 21 0 20 0 2 1 1 2 2 0 2 3 1 2 4 12 3125D31A 7H 3 162 1 161 10 160 7 16 1 794 4375D 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 26 2 8 16进制之间的转换 二 八 十六进制之间的对应关系8 23 16 24一位八进制数相当于三位二进制数一位十六进制数相当于四位二进制数转换方法二进制数各位以小数点为中心向两边划分 每3 4 位为一组 转换为一个8 16 进制数两边不够时 应补0凑足分组位数 3或4 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 27 2 8 16进制之间的转换 1011011 1B转换为八进制和十六进制 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 28 10进制转换为2 8 16进制 整数部分和小数部分分别进行转换整数部分采用 除基取余法 小数部分采用 乘基取整法 十进制小数不一定能转换为二进制有限不循环小数可以先把十进制数转换为二进制 然后再转换为八进制或十六进制 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 29 整数转换法 除基取余法 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 30 小数转换法 乘基取整法 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 31 非数值信息的表示 西文字符编码方案ASCII EBCDIC中文字符编码方案GB2312 80 GBKUnicode其他非数值信息多媒体数据 图形 图像 音频 视频其他数据 各种软件自定义的数据 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 32 西文字符编码方案 ASCII ASCII码AmericanStandardCodeforInformationInterchange 美国信息交换标准码标准ASCII码占1个字节 最高位为0 用剩余7位编码 可以表示27 128个字符 包括数字 英文字母 标点符号 控制字符等扩展ASCII码扩展了最高位为1的部分 共28 256个字符 除标准ASCII外 还包括了其他西文字母形式 制表符 数学符号等 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 33 西文字符编码方案 EBCDIC EBCDIC码ExtendedBinaryCodedDecimalInterchangeCode 扩充的二进制编码的十进制交换码用8位二进制码表示一个字符最多可以表示28 256个不同的字符同一字符的EBCDIC码和ASCII码不一定相同 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 34 中文字符编码方案 汉字输入码为输入汉字而对汉字编制的代码 又称外码 汉字交换码 GB2312 80标准国标码 便于计算机之间交换汉字信息 又称交换码每个汉字用两个字节表示 每个字节的最高位为0 剩余7位用于编码共收录一级汉字3755个 二级汉字3008个 其他语言字符和图符682个 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 35 中文字符编码方案 汉字内码汉字 在存入存储器时 都将它的交换码转换成一种统一的代码 这种代码就是汉字内码 注意与交换码的区别汉字字形码显示或打印汉字时所用到的汉字字型编码 所有汉字的点阵字形编码的集合成为汉字库 汉字地址码每个汉字字形码在汉字字库中的相对位移 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 36 Unicode 采用16bit进行编码收录世界各种古今语言的文字 字母 文字变化形式 标点符号 各学科使用的科学技术符号 盲文 装饰图形等基本拉丁字母 控制码 拼音文字 欧洲各国语言 阿拉伯文 印度方言 满 蒙 藏文等 彝文 符号 中日韩符号 中日韩表意文字 其他形式标点 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 37 计算机的类型与分工 按照用途分通用机能适应多种用途的需要专用机功能单一 配有解决特定问题的软硬件 并能高速 可靠的解决特定问题按照综合性能指标分巨型机军事 航天 地质 天气预报等大型机政府 社会管理部门 企业 银行等小型机要求较低的企业级应用微型机办公 个人计算机 一般应用场合等 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 38 巨型机 地球模拟器 地球模拟器 35 6万亿次运算 秒占地3250m2 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 39 巨型机 曙光4000L 曙光天潮4000L超级服务器峰值浮点运算速度3万亿次 秒40个机柜644个CPU644GB内存100TB磁盘容量 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 40 计算机软件系统 软件和硬件操作系统简介计算机算法基本概念计算机程序设计语言 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 41 软件和硬件 计算机系统由硬件和软件两部分组成硬件组成计算机的物理实体包括CPU 存储器 外部设备等软件程序 文档 使用说明书等软件一般分为系统软件和应用软件两大类 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 42 系统软件和应用软件 系统软件计算机系统开发和执行应用程序所必需的软件集合 为用户提供一个友好的操作界面包括操作系统 语言处理程序 实用程序 常用工具软件等应用软件专业人员或用户为各种应用而编制的程序如办公自动化软件 科学计算软件等 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 43 计算机的软硬件层次 裸机 操作系统 其他系统软件 应用软件 一般用户 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 44 计算机算法基本概念 算法解决某个问题的精确而完整的描述程序是利用计算机语言实现的算法算法是抽象的解题方法程序是这种解题方法的具体实现算法的主要特征包括确定性 有限性 能行性 输入和输出编程中应注意选择有效的算法 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 45 计算机程序设计语言 汇编语言 机器语言 高级语言 低级 高级 C语言 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 46 计算机程序设计语言 机器语言计算机硬件能理解的语言表现为一组二进制编码形式不同的CPU有不同的机器语言汇编语言用助记符表示每一条机器指令与机器的相关性仍然很强汇编程序需要汇编成机器语言程序才能执行 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 47 计算机程序设计语言 高级语言与自然语言和数学语言更接近 可读性强 编程方便高级语言程序可以在具有该种语言编译系统的不同计算机上使用高级语言程序必须编译或解释成机器语言才能执行编译程序和解释程序是系统软件中的重要组成部分 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 48 汇编 编译 解释和连接 源程序 目标文件 可执行文件 汇编 连接 执行 汇编语言程序 源程序 目标文件 可执行文件 编译 连接 执行 高级语言程序 编译型 源程序 逐条解释执行 高级语言程序 解释型 解释程序 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 49 主要高级语言 C适合开发系统软件 目前其应用领域已经非常广泛 成为最流行的程序设计语言之一TurboC2 0 BorlandC3 1 gcc C 面向对象的语言 由C发展而来VisualC TurboC3 0 BorlandC3 1 C Builder 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 50 主要高级语言 BASIC解释执行 容易学习 不太适合开发系统软件VisualBasic FORTRAN主要用于科学计算PASCAL主要用于教学 算法描述等 也用于软件开发Delphi 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 51 操作系统基础知识 操作系统的基本概念操作系统的分类操作系统的特征操作系统的功能 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 52 操作系统的基本概念 操作系统OS OperatingSystem 是配置在计算机硬件上的第一层软件 是对计算机硬件系统的第一次扩充 它在计算机系统中占据了特殊重要的地位 其它所有的软件都依赖于操作系统的支持 取得它的服务 操作系统是统一管理计算机资源 合理组织计算机工作流程 协调计算机各部件之间关系 提高计算机利用率和响应速度 方便用户的一种系统软件 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 53 操作系统的基本概念 操作系统的作用 从一般用户的观点 可把操作系统看作是用户与计算机硬件系统之间的接口 从资源管理的观点 则可把操作系统视为计算机系统资源的管理者 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 54 操作系统的基本概念 用户接口 1 命令接口 这是用户和OS的接口 用户可以直接从键盘终端键入某种命令来取得OS的服务 2 程序接口 这是应用程序与OS的接口 用户通过在程序中安排系统调用 来取得OS的服务 3 图形用户接口 新型OS 普遍配置了更为直观的图形用户接口 并将系统的各项功能及各种应用程序 都以各种形式的图标表示出来 利用鼠标进行操作 使计算机操作更加简便 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 55 操作系统的分类 按操作环境和功能特征不同 操作系统可分为 1 网络操作系统 2 分布式系统 3 实时系统 4 批处理系统 5 分时系统 6 嵌入式操作系统 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 56 操作系统的分类 网络操作系统 是基于计算机网络的操作系统 它的功能包括网络管理 通信 安全 资源共享和各种网络应用 实现网络环境下 计算机之间的通信和资源共享 如NovellNetWare WindowsNT Windows2003等 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 57 操作系统的分类 分布式操作系统 分布式系统是指把多个处理机通过线路互连而构成的系统 系统的处理和控制功能分布在各个处理机上 支持这种系统的操作系统称为分布式操作系统 它与网络操作系统的最大不同就是所管理的计算机系统中各节点计算机无主次之分 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 58 操作系统的分类 实时操作系统在许多自动控制系统中 要求系统及时响应外部条件的请求 并在规定的时间内完成对事件的处理 支持这种系统的操作系统称为实时操作系统 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 59 操作系统的分类 分时系统一台计算机挂接若干个终端的计算机系统 即多个终端用户共享一个CPU 一个CPU支持多套I O终端 支持这种计算机系统的操作系统称为分时操作系统 其主要特点是允许多个用户同时运行程序 每个程序的进程独立运行 互不干涉 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 60 操作系统的分类 嵌入式操作系统很多的设备系统达到了一定的自动化程度 支持这种设备的操作系统成为嵌入式操作系统 嵌入式操作系统一般是将软件固化在存储芯片中 和微处理器一起嵌在设备中 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 61 操作系统的分类 批处理系统在计算机产生初期 人们设计了批处理操作系统 它能够成批接受作业 并很好的自动处理这些作业 节省机时 分为单道批处理系统与多道批处理系统与用户交互性差注意与分时操作系统主要区别 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 62 操作系统的特征 一 并发并发与并行是有区别的两个概念 并行性是指两个或多个事件在同一时刻发生 并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 63 操作系统的特征 二 共享系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用 三 虚拟通过某种技术把一个物理实体变成若干个逻辑上的对应物 前者是实的 后者是虚的 在多道分时系统中的CPU 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 64 操作系统的特征 四 异步性在多道程序环境下 允许多个进程并发执行 但由于资源等因素的限制 进程是以异步的方式运行的 即运行次序 运行时间等都是不可预知的 但只要运行环境相同 作业经过多次运行 都会获得完全相同的结果 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 65 操作系统的功能 进程与线程进程 又称任务 简单的说 是指在系统中能独立运行并作为资源分配的基本单位 它是一个活动的实体 程序是计算机的指令集合 是一个静态的概念进程是程序的一次执行过程 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 66 操作系统的功能 线程线程又被称为轻量级进程 描述进程内的执行 一个进程可以分为很多线程 线程之间共享地址空间和资源 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 67 操作系统的功能 操作系统主要有四大功能 处理机管理存储器管理文件系统管理设备管理 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 68 操作系统的功能 一 处理机管理处理机管理的主要任务 是对处理机进行分配 并对其运行进行有效的控制和管理 在多道程序环境下 处理机的分配和运行都是以进程为基本单位 因而对处理机的管理可归结为对进程的管理 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 69 操作系统的功能 二 存储管理存储管理的主要任务 是为每道程序的运行提供良好的环境 方便用户使用存储器 提高存储器使用率 以及能从逻辑上扩充内存 存储管理应具有以下功能 内存分配 内存保护 地址映射和内存扩充 虚拟内存 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 70 操作系统的功能 三 文件管理现代计算机系统中 程序和数据是以文件的形式存储在辅助存储器上的 因此 操作系统中文件管理的重要任务是对用户文件和系统文件进行管理 以方便用户使用 并保证文件的安全性 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 71 操作系统的功能 四 设备管理设备管理的主要任务 是完成用户提出的I O请求 为用户分配I O设备 提高CPU和I O设备的利用率 提高I O速度 以及方便用户使用I O设备 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 72 文件 File 文件文件是计算机外存存储信息的基本单位所有的程序 文档 数据等信息都是以文件的形式在磁盘上存储和管理的一个文件可以是一个程序 一篇文章 一幅图片 一部电影 一组数据 在不同的操作系统里 文件的管理方式也有所不同 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 73 文件名 DOS文件名DOS文件名不区分大小写文件名由主文件名和扩展名组成 二者之间用 隔开 即 主文件名 扩展名 主文件名不可省略 由1 8个字符组成 包括字母 数字 若干标点符号扩展名用于区分文件类型 可以没有 由0 3个字符组成汉字可以用作文件名 每个汉字占两个字符 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 74 文件类型与扩展名 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 75 驱动器 1 驱动器 Driver 软盘 硬盘 光盘等外存都需要有驱动器支持才能使用软盘和光盘驱动器一般装在主机箱面板上 软盘和光盘可以随意取走或插入硬盘驱动器和硬盘盘片制作在一起 一般固定在机箱内部DOS为这些驱动器分配一定的盘符 以便于管理 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 76 驱动器 2 驱动器软盘驱动器的盘符为A或B硬盘驱动器一般只有一个或两个 但为了便于管理 经常把一个硬盘驱动器划分为多个逻辑盘 从C开始进行编号 C D E 光盘等其他驱动器盘符一般紧接在硬盘之后根据计算机的具体情况 可能没有B盘 但一般有A盘 软盘 和C盘 硬盘 A盘 C盘和光盘是操作系统开始引导的位置 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 77 文件的目录 1 目录 Directory DOS用树形结构的目录方式管理文件按照一定的原则 把文件分别放在不同的目录里 以便对文件进行查找和维护目录里还可以建立子目录目录的命名规则与文件名完全相同每个驱动器的最上层目录为根目录 用反斜杠 表示 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 78 文件的目录 2 目录关系 是根目录HOME1是 的子目录HOME1是ROOM1的父目录ROOM1是HOME1的子目录ROOM1和ROOM2是兄弟 表示当前目录 表示当前目录的父目录 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 79 当前驱动器和当前目录 当前驱动器当前用户操作的驱动器可以用 的形式改变当前驱动器 如D 则把当前驱动器更改为D盘当前目录当前用户操作的目录可以用CD命令改变当前目录 如CDHOME1则把当前目录更改为HOME1 2020 3 26 计算机程序设计 第一章计算机及程序设计基础知识 80 文件的路径 路径 Path 文件在树形目录中的位置绝对路径 Ab