C程序设计01-计算机基础知识

1、2022-5-151计算机教学幻灯片计算机教学幻灯片王金鹏王金鹏计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院2022-5-152第一章第一章 计算机基础知识计算机基础知识计算机硬件的组成计算机硬件的组成计算机执行程序的计算机执行程序的过程过程数制及相互转换数制及相互转换计算机中的信息编计算机中的信息编码码路径及其表示路径及其表示程序设计语言及语言程序设计语言及语言处理过程处理过程算法算法s硬件系统的组成：硬件系统的组成：算术逻辑单元（运算器）算术逻辑单元（运算器）控制单元（控制器）控制单元（控制器）存储器存储器输入设备输入设备输出设备输出设备CPU中央处理器（CPU，Central Process

2、ing Unit）是一块超大规模的集成电路，是一台计算机的运算核心和控制核心作用： 用来进行算术运算和逻辑运算组成： 寄存器、执行部件和控制电路作用：作用：负责按顺序读取指令、分析指令并向其负责按顺序读取指令、分析指令并向其他部件发出执行该指令的控制信号，控他部件发出执行该指令的控制信号，控制其他部件协调工作制其他部件协调工作作用：作用：存储程序、数据等分类：分类：内存：外存：软盘、硬盘、光盘、U盘等2022-5-157内存是由一个个基本电路(小电容)组成的，每个基本电路可存储一位二进制数，故称每个基本电路为一个“位”（bit）一个“位”只能表示两种信息，为表示更多信息，通常都是把8个位合并成

3、一组，称为1字节（byte）内存中每个字节（也叫内存单元）都有一个编号，称为内存地址2022-5-15第一章 计算机基础知识8补充知识补充知识: 计算机中的数据单位计算机中的数据单位s位（比特，位（比特，bit）：）： 位是计算机存储数据的最小单位位是计算机存储数据的最小单位s字节（字节（byte）：）：8个个位为一个字节位为一个字节 字节是计算机存储信息的最小单位字节是计算机存储信息的最小单位其他单位其他单位及换算关系及换算关系： 1KB210B1024B 1MB210KB220B=10242B 1GB210MB230B=10243B2022-5-159一个内存单元永远不可能为空内存的存取速

4、度比外存快很多内存中存储的信息需要靠电来维持，一旦掉电则信息就丢失（电容自动放电）内存可以和CPU直接交换信息，即CPU可以直接读写内存内、外存都是用来存储程序（程序由指令组成）和各种数据的，但程序和数据必须先存入内存才能被CPU处理2022-5-1510外存靠机械部件驱动，故存取速度慢。外存上的信息不容易丢失，不需要一直通电维持，通常用来“永久”保存数据。外存上的信息不能直接被CPU处理，必须先装入内存，然后才能由CPU处理。反之，CPU若要向外存写数据，也必须经过内存。2022-5-1511不论是内存还是外存，都有如下两个特性：存储器中存的信息，不管读多少次，信息都不会消失，可反复读取。如

5、果某内存单元已经存了一个数据，又向其中存了一个新数据，则新数据将把旧数据覆盖。以上特性如同磁带（磁带就曾经被用作存储器）存储器的特性s输入设备输入设备 负责接受输入，并把程序、数据转化为计算机可以识别和处理的信息 如：键盘、扫描仪、鼠标、摄像机 通常，系统默认的输入设备是键盘输出设备输出设备负责把计算机中的信息或处理结果输出给用户 如：显示器、打印机、绘图仪等通常，系统默认的输出设备是显示器2022-5-1514硬件五部分之间的关系输入设备外 存内 存输出设备运算器控制器数据流指令流控制流程序、数据计算机指令计算机指令指示计算机进行某种操作的命令，是由指示计算机进行某种操作的命令，是由二进制数

6、组成的一组代码二进制数组成的一组代码指令系统指令系统一台计算机能识别并执行的所有指令的一台计算机能识别并执行的所有指令的集合集合s计算机执行指令的过程计算机执行指令的过程计算机工作的过程，其实就是不断地计算机工作的过程，其实就是不断地执行指令的过程执行指令的过程s执行一条指令的过程分三个步骤执行一条指令的过程分三个步骤u取指令：由控制器从内存中读取指令取指令：由控制器从内存中读取指令u分析指令：由控制器分析分析指令：由控制器分析执行指令：由控制器指挥其他部件执行执行指令：由控制器指挥其他部件执行2022-5-15第一章 计算机基础知识17从首地址开始执行程序从首地址开始执行程序取出一条指令取出

7、一条指令 分析指令并为取下一条指令做好准备分析指令并为取下一条指令做好准备执行指令执行指令结束结束s计算机执行计算机执行程序程序的过程的过程执行完？执行完？YN第一条指令第二条指令第三条指令起始地址程序2022-5-1518十进制（十进制（*不需要讲）不需要讲）二进制二进制八进制八进制十六进制十六进制2022-5-1519为何使用二进制计算机内部元件大多只有两种稳定的状态二进制的运算规则 加法： 乘法： 000 0 * 0 0 011 0 * 1 0 101 1 * 0 0 111 0 1 * 1 12022-5-1520二进制和十进制之间的转换二进制十进制2十进制二进制1s例：例：69.37

8、5化为二进制数化为二进制数s总体方法：总体方法：先化整数：（69）10 （1000101）2再化小数：（0.375）10 （0.011）2 合并（69.375）10 （1000101.011）22022-5-1522方法：用方法：用 2 除，余数倒排除，余数倒排例：69化为二进制数u69 234 余数 1u34 217 余数 0u17 2 8 余数 1u 8 2 4 余数 0u 4 2 2 余数 0u 2 2 1 余数 0u 1 2 0 余数 1 (69)10(1000101)2 扩展：用此方法可将整数化为任意进制扩展：用此方法可将整数化为任意进制余数逆序排列2022-5-1523方法：用方法

9、：用 N 除，余数倒排除，余数倒排例：把169化为八进制数u169 821 余数 1u 21 82 余数 5u 2 80 余数 2故：(169)10(251)82022-5-1524s方法：小数部分乘方法：小数部分乘 2 取整，顺排取整，顺排s例：例：0.375化为二进制数化为二进制数u0.3752 = 0.75 取整 0u 0.75 2= 1.5 取整 1u 0.5 2 = 1.0 取整 1 故故: (0.375)10(0.011)2 （纯小数可省略（纯小数可省略0） 已经得到：已经得到： 整数部分: (69)10 (1000101)2小数部分：(0.375)10 (.011)2故：故：(6

10、9.375)10 (1000101.011)2或：或：69.375D 1000101.011B说明：一般的教材上，都用以下符号表示各种进制说明：一般的教材上，都用以下符号表示各种进制 D(Decimal)：十进制：十进制 B(Binary)：二进制：二进制 O(Octal)：八进制：八进制 H(Hexadecimal)：十六进制：十六进制2022-5-1526s注意：并不是所有的小数都可以准确地注意：并不是所有的小数都可以准确地化为二进制化为二进制s如：如： 将将0.20.2化为二进制化为二进制 0.2 2=0.4 取整：取整：0 0.4 2=0.8 取整：取整：0 0.8 2=1.6 取整：

11、取整：1 0.6 2=1.2 取整：取整：1 0.2 2=0.4 取整：取整：0 结果：结果：0.2D=0. 0011 0011Bs例例 ：1000101.011 B69.375 Du（1000101.011）2 u = 1 2 00 2 11 2 20 2 30 2 40 2 51 2 -2= (69. 375)100 2 -11 2 61 2 -3该方法可推广到：N进制化为十进制s例例 ：将八进制数：将八进制数263.75化成十进制化成十进制s（263.75）8 = 3 80 6 81 2 82 7 8-1 5 8-2= ()10该方法可推广到：N进制化为十进制 从小数点开始分别向前后，三

12、位分为一组从小数点开始分别向前后，三位分为一组 计算出每一组的大小，按顺序排列计算出每一组的大小，按顺序排列 例：（1000101.01）2（105.2）8 1 000 101 . 010 1 0 5 2 1000101.01 B 105.2 O （105.2）8 （1000101.01）2s二进制二进制十六进制十六进制u从小数点开始，分别向前和向后，每四位分为一组从小数点开始，分别向前和向后，每四位分为一组u从前面开始，计算出每组二进制数的值，然后顺序排列从前面开始，计算出每组二进制数的值，然后顺序排列s例：（1000101.101）2（45.A）16 100 0101 . 1010 4 5

13、 A 1000101.101 B45. A Hs十六进制十六进制二进制二进制 45. A H 1000101.101 B2022-5-15第一章 计算机基础知识31s整数的编码s实数的编码s字符的编码s汉字的编码s图像和声音的编码s2022-5-15第一章 计算机基础知识32一一. 整数的编码整数的编码s整数的编码：整数的编码： 整数在计算机中以整数在计算机中以补码补码存储存储u用补码存储有很多好处u减法运算可以用补码相加来实现u数的符号位可以与数值部分一起参与运算u两数的补码之和(差)等于两数和(差)的补码补码源于原码或反码2022-5-1533原码原码将整数化为二进制数，把最高位拿出将整数

14、化为二进制数，把最高位拿出来表示正负（来表示正负（0 0：正数，：正数，1 1：负数），：负数），便是原码便是原码如：设用两个字节表示整数如：设用两个字节表示整数+5+5的原码是：的原码是： 0 00000000 000001010000000 00000101-3-3的原码是：的原码是： 1 10000000 000000110000000 000000112022-5-1534反码反码正数的反码：同原码正数的反码：同原码 如：如：+5+5的反码是：的反码是：0 00000000 000001010000000 00000101负数的反码：原码取反负数的反码：原码取反 （0 0变变1 1，1

15、 1变变0 0，符号位除外符号位除外) ) 如：如：-3-3的原码是：的原码是：1 10000000 000000110000000 00000011 -3 -3的反码是：的反码是：1 11111111 111111001111111 111111002022-5-1535补码补码正数的补码：同原码正数的补码：同原码 如：如：+5+5的反码是：的反码是：0 00000000 000001010000000 00000101负数的补码：在反码最后一位加负数的补码：在反码最后一位加1 1 如：如：-3-3的原码是：的原码是：1 10000000 000000110000000 00000011 -

16、3 -3的反码是：的反码是：1 11111111 111111001111111 11111100 -3 -3的补码是：的补码是：1 11111111 111111011111111 11111101 如：如：-4-4的原码是：的原码是：10000000 0000010010000000 00000100 -4 -4的反码是：的反码是：11111111 1111101111111111 11111011 -4 -4的补码是：的补码是：11111111 1111110011111111 111111002022-5-15第一章 计算机基础知识36二二. 字符的编码字符的编码字符数据：字母、数字和

17、各种符号字符数据：字母、数字和各种符号为存储字符，需要给每个字符编上一个唯一的为存储字符，需要给每个字符编上一个唯一的编号编号ASCII码：美国标准信息交换码码：美国标准信息交换码 (American Standard Code for Information Interchange)常用常用的的128个字符，编码个字符，编码0000000001111111扩展的扩展的128个字符，编码个字符，编码10000000111111112022-5-15第一章 计算机基础知识37三三. 汉字、声音、图象等信息的编码汉字、声音、图象等信息的编码s汉字的编码：汉字的编码： 输入码输入码：流水码、音码、形

18、码、音形结合码流水码、音码、形码、音形结合码 区位码、国标码、区位码、国标码、机内码机内码、地址码、字形码、地址码、字形码s声音、图象等信息的表示：声音、图象等信息的表示：在计算机内都用二进制数表示，存储和传输时在计算机内都用二进制数表示，存储和传输时通常都要压缩通常都要压缩2022-5-1538文件标识符文件标识符路径路径绝对路径和相对路径绝对路径和相对路径当前盘和当前目录当前盘和当前目录2022-5-1539机器语言机器语言汇编语言汇编语言高级语言高级语言2022-5-1540程序设计语言程序设计语言程序设计语言，是指能让计算机识别并执行的符号和代码，又叫计算机语言计算机语言的分类计算机语

19、言的分类机器语言汇编语言高级语言低级语言低级语言2022-5-1541用计算机指令编写程序，这样的语言叫用计算机指令编写程序，这样的语言叫机器语言机器语言特点特点: u速度快速度快u难记难改难记难改u可移植性差可移植性差机器语言写的程序：0001010010010100101101101110101010101011010101010101111010010101001010011100011001101010110100101010110010010101001000101010011010010011110001100000100100100010010100101000101000101

20、010010101000101001001010010110110111010101010101101010101010111101001010100101001110001100110101011010010101011001001010100100010101001101001001111000110000010010010001001010010100010100010101001010100010100100101001011011011101010101010110101010101011110100101010010100111000110011010101101001010101

21、10010010101001000101010011010010011110001100000100100100010100100100100010110010010101010101010101010100101001010101010010101010010100010110001001010可移植性差的原因：可移植性差的原因：不同型号的机器其指令系统不尽相同不同型号的机器其指令系统不尽相同 比方：比方：A型号机器的加法指令是型号机器的加法指令是: 01011010，而，而在在B型号机器上这条指令是乘法，因此，针对型号机器上这条指令是乘法，因此，针对A型机器编写的型机器编写的a+b的程序，

22、在的程序，在B型机上得到的结型机上得到的结果将是果将是a*b2022-5-1542用助记符代替指令来编写程序，这样的用助记符代替指令来编写程序，这样的语言叫汇编语言语言叫汇编语言特点特点:u易记易改易记易改u速度比机器语言慢速度比机器语言慢u可移植性差可移植性差2022-5-1543汇编语言代码：MOV BX,2362MOV AH,31HMOV AL,23HADD AX,AXSUB AX,BX JMP 速度慢的原因速度慢的原因汇编语言不能直接被计算机识别，需要经过汇编汇编语言不能直接被计算机识别，需要经过汇编 其中，汇编工作由汇编程序（厂商提供）完成其中，汇编工作由汇编程序（厂商提供）完成并不

23、是每一条计算机指令都有一条汇编语言与之对并不是每一条计算机指令都有一条汇编语言与之对应，一条汇编语句可能会产生好几条指令应，一条汇编语句可能会产生好几条指令某段程序，用机器语言写可能只需要某段程序，用机器语言写可能只需要100条指令，条指令，而用汇编语言写，翻译之后可能会多出十几条而用汇编语言写，翻译之后可能会多出十几条2022-5-1544汇编语言汇编语言源程序源程序计算机计算机指令指令汇编汇编运行运行结果高级语言接近于人类的自然语言，用高级语言接近于人类的自然语言，用高级语言编写的程序可移植性好高级语言编写的程序可移植性好特点特点: 接近自然语言，易记易改接近自然语言，易记易改可移植性好可

24、移植性好速度更慢速度更慢2022-5-1545BASIC语言代码：10 INPUT A,B20 IF AB THEN30 MAX=A40 ELSE50 MAX=B60 PRINT MAX70 ENDC语言代码：int main() int a,b,max; scanf(“%d%d”,&a,&b); if(ab) max=a; else max=b; printf(“%dn”,max); return 0;2022-5-1546s高级语言的两种执行方式：高级语言的两种执行方式：解释方式：解释方式：u从头开始解释（翻译）并执行语句，每解释从头开始解释（翻译）并执行语句，每解释一句就

25、执行一句，然后继续下一句的解释和一句就执行一句，然后继续下一句的解释和执行执行u不产生目标代码，下次运行，还是要从头解不产生目标代码，下次运行，还是要从头解释并执行释并执行特点：特点：u方便调试方便调试u运行速度慢运行速度慢去操场跑步去二餐吃饭回宿舍取书到教室上课去商店买零食上自习2022-5-1547s高级语言的两种执行方式：高级语言的两种执行方式：编译方式：编译方式：u先把源代码全部翻译成指令，并存为目标代先把源代码全部翻译成指令，并存为目标代码码 (.obj文件，是一个磁盘文件文件，是一个磁盘文件)u目标代码经与库函数连接后形成可执行文件目标代码经与库函数连接后形成可执行文件(.exe文

26、件，也是一个磁盘文件文件，也是一个磁盘文件)u只需要只需要.exe文件便可运行程序文件便可运行程序u思考：再运行一遍，是否还需要编译连接？思考：再运行一遍，是否还需要编译连接？int main() 0010101001011110 001010100100 010001001001101001010010.001010100101111001010110100110101000001010100100 010001001001101001010010.编译编译连接连接运行sum=55max=9abc.cabc.objabc.exe运行结果库函数程序由若干条指令组成程序由若干条指令组成程序通常是

27、程序通常是exe文件或文件或com文件，存在磁盘上文件，存在磁盘上 (C语言经过编译连接后，形成的是语言经过编译连接后，形成的是exe文件文件)程序要运行，必须先装入内存程序要运行，必须先装入内存 (LOAD，由计，由计算机自动装入算机自动装入)，然后才能执行，然后才能执行2022-5-1549算法及其描述算法的特性结构化程序设计常用的几种算法2022-5-1550一一. . 算法及其描述算法及其描述算法 用计算机解决问题的方法和步骤 如：一辆汽车行驶500公里需要4小时，从烟台到北 京800公里，需要几小时？算法一：v=500/4 /计算速度 t=800/v /计算时间 输出t /输出结果

28、算法二： t=4*800/500 /根据比例关系： 输出t5008004t2022-5-1551 算法的重要性：算法的重要性：编程序，首先要知道算法所谓用计算机求解问题，实际上是程序员用所编程序去指挥计算机做题。程序员必须自己先想出求解办法，然后把求解思路写成程序，交给计算机，计算机才能按照程序去执行计算机是机器，不是智能的，计算机是想不出算法的，它只能按照程序员写的具体步骤去操作2022-5-1552例：找出20以内能被3整除的数某同学代码： int x; x20; x%3=0; printf (“%dn”, x);正因为计算机不知道怎样才能找出这样的数，才需要程序员编程序，否则，还要程序员

29、干什么？只是把题意告诉了计算机，并没有告诉计算机怎样求解2022-5-1553s按某同学的想法，求方程 的实根的程序就可以这样写了：float x1, x2;3x2+2x-1=0;printf (“%f%fn”, x1,x2);01232xx2022-5-1554s找出20以内能被3整除的数s正确的做法是，先确定用什么方法求解 从1开始, 用3除, 若除尽, 则输出1, 否则不输出 再对2做如上操作 再对3做如上操作 再对19做如上操作2022-5-1555s然后用编程语言把算法表示出来： int x; x=1; if(x%3=0) printf(“%dn”,x); x=2; if(x%3=0

30、) printf(“%dn”,x); x=3; if(x%3=0) printf(“%dn”,x); 2022-5-1556算法的描述：自然语言伪代码传统流程图N-S流程图 算法描述举例： 输入一个数，求其绝对值1、自然语言： 输入一个数 判断：正数？不变，负数？取反 输出结果算法描述举例： 输入一个数，求其绝对值2、伪代码：看起来像代码，但不能执行 input x if x0, x = -x output x算法描述举例： 输入一个数，求其绝对值3、传统流程图 ：表示开始/结束 ：表示输入/输出 ：表示判断 ：表示一般操作 : 表示程序的走向输入XX0X=-XNY输出结果开始结束算法描述举例

31、： 输入一个数，求其绝对值4、N-S流程图输入X输出结果X0 ?YNX = -X没有箭头2022-5-1561有穷性：步骤有限，不能永远进行不完确定性：每个步骤都是确定的，无歧义性有零个或多个输入有一个或多个输出有效性：每个步骤都必须能有效执行。二二. . 算法的特性算法的特性2022-5-1562三三. . 结构化程序设计结构化程序设计自顶向下，逐步细化采用三种基本结构 顺序结构 选择结构 循环结构清晰第一，效率第二书写规范，采用缩进格式条件条件int main() int n; for (n=100;nb) if(ac) 输出a else 输出celse if(bc) 输出b else 输出cabacacbb) if(ac) if(ad) 输出a else 输出d else if(cd) 输出c else 输出d else if(bc) if(bd) 输出b else 输出d else if(cd) 输出c else 输出d 若5个数呢？代码量又将变为2倍！2022-5-1566s如何在a,b,c共3个变量中找出最大值？方法二：方法二：if(a=b&a=c) 输出aif(b=a&a