第一章计算机及程序设计基础知识

1、.1 计算机基础与程序设计 .2 课时安排课时安排 学习要求学习要求 .3 课程内容课程内容: : 1.1 1.1 计算机系统组成及基本工作原理计算机系统组成及基本工作原理 1.2 1.2 微型机的系统结构微型机的系统结构 1.3 1.3 计算机中数据的表示及存储形式计算机中数据的表示及存储形式 1.4 1.4 计算机程序与算法计算机程序与算法 第一章第一章 计算机及程序设计基础知识计算机及程序设计基础知识 .4 电子计算机的诞生 1946年年2月由宾夕法尼亚大学月由宾夕法尼亚大学 研制成功的第一台研制成功的第一台电子计算机电子计算机 彰显了一个时代的到来彰显了一个时代的到来 Electron

2、ic Numerical Integrator And Calculator 电子数字积分计算机电子数字积分计算机 :名称：ENIAC :重达30吨 :占地170m2 :18000个电子管 :计算速度：5000次加法 /秒。 .5 现代计算机的特征现代计算机的特征 存储程序和程序控制原理存储程序和程序控制原理 由美籍匈牙利数学家冯诺依曼教授在参加第 一台计算机的研制中提出，并被广泛应用于 以后的实际设计中，故现代计算机又称冯诺 依曼机。冯诺依曼对现代计算机的理论构架 主要包括以下三个方面： 计算机由运算器、控制器、存储器、输入设 备、输出设备组成 计算机内部数据采用二进制 程序和数据都存放在计

3、算机的存储器中 .6 1.1 1.1 计算机系统组成及基本工作原理计算机系统组成及基本工作原理 一个完整的计算机系统由一个完整的计算机系统由“硬件硬件”和和“软件软件”两大两大 系统组成。系统组成。 硬件：硬件：是指计算机系统中物理装置的总称。是指计算机系统中物理装置的总称。 例如：显示器、主机等，是构成计算机的实体；例如：显示器、主机等，是构成计算机的实体； 软件：软件：是计算机所需要的各种程序、数据及其是计算机所需要的各种程序、数据及其 相关资料的集合。相关资料的集合。 软件和硬件相辅相承，缺一不可。软件和硬件相辅相承，缺一不可。 .7 计算机硬件系统的组成结构示意图 输入设备输入设备输出

4、设备输出设备内存内存 运算器运算器控制器控制器 CPU .8 1、运算器（、运算器（ALU） 进行算术和逻辑运算的部件。进行算术和逻辑运算的部件。 2、控制器（、控制器（CU） 计算机指挥中心。控制和协调各部件自动、计算机指挥中心。控制和协调各部件自动、 连续、协调工作。连续、协调工作。 3、存储器、存储器 保存各类程序和数据信息。保存各类程序和数据信息。 4、输入设备、输入设备 用于从外界将数据、命令输入到内存中。用于从外界将数据、命令输入到内存中。 5、输出设备、输出设备 用于将计算机处理结果显示或打印出来用于将计算机处理结果显示或打印出来 .9 计算机工作原理 1 1、 计算机指令和程序

5、计算机指令和程序 指令指令-是指能被计算机识别和执行的操作命令。是指能被计算机识别和执行的操作命令。 一条指令通常由两部分组成：一条指令通常由两部分组成： 操作码操作码和和地址码地址码。 操作码指明计算机应该干什么、地址码则操作码指明计算机应该干什么、地址码则 指出被操作的对象。指出被操作的对象。 程序程序-为完成特定任务而设计的操作步骤（指为完成特定任务而设计的操作步骤（指 令序列）令序列） .10 2 2、计算机工作原理、计算机工作原理 目前所有计算机都遵循冯目前所有计算机都遵循冯. .诺依曼诺依曼“存储程序存储程序”原原 理：计算机的工作过程就是执行程序的过程。将理：计算机的工作过程就是

6、执行程序的过程。将 程序和数据装入计算机内存，启动程序后，计算程序和数据装入计算机内存，启动程序后，计算 机便能自动地按编写的程序一步一步地取出指令，机便能自动地按编写的程序一步一步地取出指令， 根据指令的要求控制机器各个部件协同完成任务。根据指令的要求控制机器各个部件协同完成任务。 .11 指令的执行过程分为以下指令的执行过程分为以下4 4个步骤（个步骤（P3)P3)： 1 1）取出指令）取出指令 2 2）分析指令）分析指令 3 3）执行指令）执行指令 4 4）取下一条指令，返回）取下一条指令，返回 2 2）步。）步。 .12 图图 计算机系统的基本组成计算机系统的基本组成 第二节第二节 微

7、型机的系统结构（微型机的系统结构（P3) 控制器控制器 只读存储器（只读存储器（ROM） 随机读写存储器（随机读写存储器（RAM） 硬件系统硬件系统 微型计算机微型计算机 系统系统 主机主机 外部设备外部设备 软件系统软件系统 系统软件（系统软件（操作系统、语言处理程序、数据操作系统、语言处理程序、数据 库管理程序、诊断维护程序等）库管理程序、诊断维护程序等） 应用软件（各种应用软件（各种MISMIS系统、系统、OfficeOffice、PhotoshopPhotoshop等）等） 中央处理器中央处理器 内存储器内存储器 运算器运算器 输入设备（键盘、鼠标、扫描仪、其他）输入设备（键盘、鼠标、

8、扫描仪、其他） 输出设备（显示器、打印机、绘图仪等）输出设备（显示器、打印机、绘图仪等） 外存储器（硬盘、软盘、光盘）外存储器（硬盘、软盘、光盘） .13 1.1.硬件系统硬件系统 显示器显示器 主机 键盘鼠标 .14 CPU是电脑的核心部件，决定计算机的性能。是电脑的核心部件，决定计算机的性能。 主要由主要由INTEL和和AMD公司生产。公司生产。 CPU的主要指标：的主要指标： 字长：字长：CPU能够同时处理二进制数据的位数 速度 主频主频(也称时钟频率也称时钟频率)： HZ KHZ MHZ GHZ 运算速度运算速度: MIPS(每秒百万条指令数每秒百万条指令数) .15 P4 Intel

9、 CPU图：图： .16 (2) 存储器 1)存储器的种类 内存储器：与CPU直接相连的存放数据的器 件，如随机存储器(RAM)、只读存储器 (ROM)。 外存储器：不直接与CPU相连的存储介质， 如磁盘等。 .17 l 存储器是用来存放数据和程序信息的部件。待执行的存储器是用来存放数据和程序信息的部件。待执行的 程序和数据必须先从外存储器装入内存储器后才能运行。程序和数据必须先从外存储器装入内存储器后才能运行。 1 1）存储器种类）存储器种类 内存包括内存包括 RAMRAM（随机存储器）随机存储器） （断电后数据丢失）（断电后数据丢失） ROMROM（只读存储器）只读存储器） （断电后数据不

10、（断电后数据不 会丢失）会丢失） ROM（只读不能写）只读不能写） PROM（可编程只读，用户可写入一次）可编程只读，用户可写入一次） EPROM（可擦写只读，用户可多次写入）可擦写只读，用户可多次写入） Cache（高速缓冲存储器）：解决高速缓冲存储器）：解决CPU 和内存之间的速度匹配问题，属于和内存之间的速度匹配问题，属于 SRAM SRAM（静态）静态） DRAM（动态）动态） .18 .19 2)存储器的一些概念 存储单元：字节（8位 二进制位） 存储单元地址 存储容量：存储设备 上可以存储数据的最 大数量，通常用字节 (Byte)、千字节(KB)、 兆字节(MB)和千兆字 节(GB

11、)来衡量。 .20 2）存储器的一些概念）存储器的一些概念 存储器采用字节（byte）作为计算机存储信息的基本 计量单位。 1个字节由8个二进制位(bit)来组成,可以表示1个英文 字母、数字或符号 存贮一个汉字需要两个字节 1 Byte8 bit 1 KB1024 Byte 1 MB1024 KB 1 GB1024 MB 注：1 MB1024 KB 10241024字节 1 048 576字节(约100万字节) 相当于50万汉字（300页的书） .21 （3）输入设备）输入设备 将原始数据和命令输入计算机内存。将原始数据和命令输入计算机内存。 键盘、鼠标、扫描仪、读卡器、光笔、触摸屏、键盘、

12、鼠标、扫描仪、读卡器、光笔、触摸屏、 数字摄像机等数字摄像机等 （4）输出设备）输出设备 输出计算机处理结果。输出计算机处理结果。 显示器、打印机、绘图仪、投影仪、音箱等显示器、打印机、绘图仪、投影仪、音箱等 注意：注意：磁盘驱动器既可作为输入设备，有可作为输出设备磁盘驱动器既可作为输入设备，有可作为输出设备 .22 （5）系统总线（）系统总线（BUS）（P6):是指计算机系统部是指计算机系统部 件之间传递信息的公共通道。它能分时地发送件之间传递信息的公共通道。它能分时地发送 或接收各部件的信息。系统总线上通常传输三或接收各部件的信息。系统总线上通常传输三 种信息，根据传输信息的种类，系统总线

13、分为种信息，根据传输信息的种类，系统总线分为 以下三种：以下三种： 数据总线（数据总线（DB）：）：用于传输数据信息用于传输数据信息 地址总线（地址总线（AB）：）：用于传输地址信息用于传输地址信息 控制总线（控制总线（CB）：）：用于传输控制信息用于传输控制信息 系统总线系统总线 注：采用总线结构是微型计算机组成结构的 一个重要特点 .23 ISA： 工业标准体系结构总线工业标准体系结构总线 EISA：扩充的工业标准体系结构总线扩充的工业标准体系结构总线 PCI： 外部设备互连总线。常用于显卡、网卡外部设备互连总线。常用于显卡、网卡 AGP：图形加速接口总线。在图形卡与内存之间图形加速接口总

14、线。在图形卡与内存之间 提供了一条直接的访问途径。提供了一条直接的访问途径。 USB：通用串行标准总线。支持即插即用，常通用串行标准总线。支持即插即用，常 用于鼠标、用于鼠标、U盘、打印机等盘、打印机等 常用总常用总 线标准线标准 总线宽度：一次能并行传输的二进制位数总线宽度：一次能并行传输的二进制位数 总线频率（外频）：总线速度总线频率（外频）：总线速度 总线性总线性 能指标能指标 .24 计算机常用外部设备计算机常用外部设备 显示器和显卡显示器和显卡 阴极射线管（阴极射线管（CRT） 显示器显示器 液晶（液晶（LCD） 等离子等离子 显卡显卡（显示适配器）：显示器必须与显卡配合才能发挥效能

15、（显示适配器）：显示器必须与显卡配合才能发挥效能 常见为常见为AGP接口接口 主要指标有：主要指标有： 分辨率分辨率 色彩数（色彩数（256色、色、16位、位、32位）位） 刷新率刷新率 显存显存 .25 磁盘磁盘 最重要的外存，既可作为输入设备又可作为输出设备最重要的外存，既可作为输入设备又可作为输出设备 磁盘驱动器：软盘、硬盘、光盘必须通过驱动器才能进行读写磁盘驱动器：软盘、硬盘、光盘必须通过驱动器才能进行读写 软盘软盘 常用常用3.53.5英寸软盘片，英寸软盘片，1.441.44MB MB 写保护口写保护口 .26 硬盘：硬盘： 硬盘是最常用的外存储器，通常系统软件和应用 程序都放在硬盘

16、上。 硬盘的盘符为C：、D：、E：等 工作时不能移动，以免振动或摇晃损坏硬盘 主要指标有： 容量（80G、120G）、转速（7200转/分钟） .27 USB移动硬盘移动硬盘 ： 存取速度快，即插即用存取速度快，即插即用 U盘盘 ： 属于一种闪存，但掉电后不会丢失数据。属于一种闪存，但掉电后不会丢失数据。 光盘光盘: CD-ROM 只读只读 光盘光盘 CD-R 允许用户写入一次，反复读出允许用户写入一次，反复读出 650MB CD-RW 可重复读写，需要专用光驱可重复读写，需要专用光驱 DVD-ROM 速度比速度比CD-ROM快，容量可达快，容量可达4.7G .28 (1) 英文字母键：共有英

17、文字母键：共有26个，用于输入程序、文章、汉字或命令。个，用于输入程序、文章、汉字或命令。(2) 数字数字/符号键：符号键： 用于输入数字或各种符号，如、用于输入数字或各种符号，如、#、%、 ; 否则否则(0)(0)时，时，, a2 b x 1 . a2 b x 2 第三步第三步: :输出输出x x1 1, , x x2 2或无实数解的信息或无实数解的信息. . .85 用传统流程图描述算法用传统流程图描述算法 流程图符号：流程图符号： 图形符号图形符号名称名称功能功能 终端框终端框 (起止框起止框) 表示一个算法的起始表示一个算法的起始 和结束和结束 输入、输输入、输 出框出框 表示一个算法

18、输入和表示一个算法输入和 输出的信息输出的信息 处理框处理框 (执行框执行框) 判断某一条件是否成立判断某一条件是否成立,成立成立 时在出口处标明时在出口处标明“是是”或或 “Y”；不；不”成立时标明成立时标明“否否” 或或“N”. 判断框判断框 赋值、计算赋值、计算 流程线流程线连接程序框连接程序框 连接点连接点连接程序框图的两部分连接程序框图的两部分 .86 例：三角形例：三角形ABC的底的底BC（a)为为4, 高高AD(b)为为2,求三角形求三角形ABC 的面积的面积S。试设计该问题的算法和流程。试设计该问题的算法和流程 结束结束 开始开始 S=1/2ab 输出输出S 输入输入a=4,b

19、=2 .87 例：任意给定3个 正实数,设计一个 算法,判断分别以 这3个数为三边边 长的三角形是否 存在.画出这个算 法的程序框图. 开始 输入a，b，c a+bc，a+c b， b+c a是否同 时成立？ 存在这样的 三角形 不存在这样 的三角形 结束 否否 是是 .88 例：设计一算法，求和:1+2+3+100 结束 i = i + 1 Sum=Sum + i i100? 输出Sum 否 是 i=0:Sum=0 开始 .89 （一）结构化程序设计的思想（一）结构化程序设计的思想 l结构化程序设计是公认的结构化程序设计是公认的面向过程面向过程应遵循的基本方应遵循的基本方 法和原则（只描述问题的求解过程，而不关心计算机法和原则（只描述问题的求解过程，而不关心计算机 的内部结构）。结构化程序设计包含两个方面的内容：的内部结构）。结构化程序设计包含两个方面的内容： （1）只采用三种基本的程序控制结构（顺序、选择、）只采用三种基本的程序控制结构（顺序、选择、 循环）循环）,这这3 3种基本控制结构的种基本控制结构的共同特点是：都共同特点是：都是一个是一个 入口和一个出口。入口和一个出口。 ； （2）结构化程序设计的总体思想是采用模块化结构，）结构化程序设计的总体思想是采