计算机科学导论-计算思维程序实践 课件 第9、10讲-由01指令编写程序到用符号-语句编写程序-机器语言与高级语言、化整为零与还零为整看文件存取-计算思维是一种精细化管理思维

第9讲由01指令编写程序到用符号-语句编写程序

--机器语言与高级语言哈尔滨工业大学计算学部教学委员会主任国家教学名师战德臣算法解决问题的步骤程序计算机能够理解与执行的解决问题的步骤计算机语言步骤书写的规范、语法规则、标准的集合是人和计算机都能理解的语言由机器语言到高级语言(1)为什么需要计算机语言?计算机语言算法、计算机语言与计算机程序计算7+10并存储的机器程序用二进制和编码方式提供的指令系统所编写程序的语言10000110000001111000101000001010100101110000011011110100所有程序都需转换成机器程序，计算机才能执行CPU用二进制和编码提供的可以解释并执行的命令的集合10000110000001111000101100001010操作码地址码指令系统机器语言机器语言指令系统、机器语言与机器程序机器能够执行怎样的程序—机器程序计算7+10并存储的汇编语言源程序用符号编写程序==

翻译==

机器程序MOVA,7ADDA,10MOV(6),AHLT人们提供了用助记符编写程序的规范/标准。同时开发了一个翻译程序（被称为汇编程序），实现了将符号程序自动转换成机器程序的功能1000011000000111MOVA,7操作码地址码汇编语言用助记符号编写程序的语言，可与机器语言一一对应汇编语言汇编语言、汇编程序和汇编语言源程序怎样解决机器语言编写程序所存在的困难----符号化语言/汇编语言MOVA,7ADDA,10MOV(6),AHLT汇编程序汇编语言源程序助记符号机器程序二进制和编码10000110000001111000101100001010100101110000011011110100由汇编程序自动转换转换执行汇编语言转换规则{

助记符号，机器指令}用助记符号书写程序的规范、语法规则、标准的集合是人和计算机都能理解的语言机器指令的集合是计算机能够理解并执行，但人理解困难的语言机器语言编制完成7+10并存储的汇编语言程序完成7+10并存储的机器程序执行汇编语言汇编语言、汇编程序和汇编语言源程序符号化程序机器不能直接执行怎么办----汇编/翻译计算7+10并存储的高级语言(源)程序Result=7+10;Return人们提供了类似于自然语言方式、以语句为单位书写程序的规范/标准。并开发了一个翻译程序，实现了将语句程序自动翻译成机器语言程序的功能。高级语言源程序：是用高级语言编出的程序。编译程序：是将高级语言源程序翻译成机器语言程序的程序。由机器语言到高级语言(5)为什么还要提出高级语言?高级语言用类似自然语言的语句编写程序的语言。高级语言高级语言、编译程序和高级语言源程序汇编语言编程效率不高怎么办----高级语言K=0;ForI=1to100Step1{If

I<=50

&&I>30{K=K+I;

}}符号化结构化语句化编译机器程序高级语言高级语言（源）程序高级语言：机器无关性；一条高级语言语句往往可由若干条机器语言语句实现且不具有对应性汇编语言：机器相关性；汇编语言语句和机器语言语句有对应性汇编程序汇编语言源程序助记符号转换执行转换规则{助记符号，机器指令}编译程序高级语言源程序变量/表达式/语句机器程序二进制和编码10000110000001111000101100001010100101110000011011110100转换执行高级语言编译规则机器语言编制Result=7+10ReturnMOVA,7ADDA,10MOV(6),AHLT自动转换自动转换执行转换汇编器编译器转换高级语言高级语言、编译程序和高级语言源程序----像堆积木一样构造程序Command1ClickPrivateSubCommand1_Click(){//此处放置单击按钮Command1时要执行的程序语句;}Text2TextChangedPrivateSubText2_TextChanged(){//此处放置文本框Text2中内容发生变化时将要执行的程序语句;}TextTextChangedPrivateSubText_TextChanged(){//此处放置文本框Text中内容发生变化时将要执行的程序语句;}Text1TextChangedPrivateSubText1_TextChanged(){//此处放置文本框Text1中内容发生变化时将要执行的程序语句;}Text1GetFocusPrivateSubText1_GetFocus(){//此处放置文本框Text1中内容发生变化时将要执行的程序语句;}计算机语言的发展面向对象的程序设计语言与可视化构造语言计算机/CPU能识别与执行的机器程序汇编程序编译程序编译程序编程效率高执行效率高汇编语言源程序自动转换高级语言源程序自动转换语言积木块自动转换更大的语言积木块自动转换编译程序计算机语言的发展计算机快速发展的基本思维(可执行)计算机语言源程序新语言源程序编译器新语言：书写规范及其语法结构编辑器类自然语言图形化的模型积木块式编程语言智能化语言及模型(面向各专业的)专业化语言计算机语言的发展不仅要用语言，还要发明新语言1966A.J.Perlis:编程技术和编译架构1972E.W.Dijkstra:ALGOL语言1974DonaldE.Knuth:程序语言1977JohnBackus:高级语言,Fortran1979KennethE.Iverson:编程语言,APL1980C.AntonyR.Hoare:编程语言1981EdgarF.Codd:关系数据库语言1984NiklausWirth：开发了EULER、ALGOL-W、MODULA和PASCAL一系列崭新的计算语言。1987JohnCocke：编译器2001Ole-JohanDahl、KristenNygaard:面向对象编程,SIMULAI和SIMULA67中。2003AlanKay:面向对象语言，Smalltalk2005PeterNaur:Algol60程序语言。2006FranAllen:编译器……因计算机语言获得图灵奖的计算机语言的发展计算机技术是伴随着计算机语言的不断发展而发展起来的不同的计算机语言多种多样的高级语言FORTRANALGOLBCPASCALBASICVisualBASICDelphiC++SimulaPythonJavaJavaScriptC#PerlSmalltalk不同的计算机语言多种多样的高级语言【问题】比较一下有什么差异？不同的计算机语言示例：功能可能相同，语法格式不同符号化,计算化再语义化自然/社会问题程序化执行化算法的结果机器程序--机器指令运算器和控制器(CPU)-执行算法自然/社会问题的求解结果产生用0/1编码：指令和数据存储器：0/1存与取0/1化信号化存储高级语言程序编译执行化汇编语言程序程序执行汇编程序执行宁在直中取,不在曲中求曲中求直,蓄而后发由机器语言到高级语言用高级语言进行问题求解的实现过程第10讲化整为零与还零为整看文件存取

--计算思维是一种精细化管理思维哈尔滨工业大学计算学部教学委员会主任国家教学名师战德臣内存外存CPU临时存储半导体材料制作按地址访问-按存储单元速度快-价格高永久存储磁性材料制作顺序访问-按块速度慢-价格低按块交换以批量换速度按存储单元读取所有内容需装入内存，才能被处理所有内容需存入外存，才能永久保存为什么需要外存？内存vs.外存内存储器/主存储器文件A磁盘文件B文件A【化整为零，还零为整】的问题是什么？1、确定零存空间的大小？2、分解、编号及次序问题？在哪里和怎样保存相关信息3、能否自动化？一种重要的计算思维，也是精细化管理思维化整为零，还零为整磁盘

盘面:磁道（柱面）:扇区一个扇区存放512个字节一个磁盘块(簇)

=若干个连续的扇区(注：随不同操作系统而有差异，8、16、64或更大的2的幂次数)9876543

210012

3

4

5磁盘簇块(扇区的倍数)个位十位认识磁盘磁盘管理的基本单位：扇区和簇/块文件分配表FAT文件A------17……2624325547End9

87

6

543

21

001

2

345个位十位文件A起始尾部磁盘簇块文件夹(目录)012345987

6543

21

0该块的下一块的编号文件分配表（可保存在固定位置）对应每一个簇/块都有一个表项，记录一个编号编号为该簇/块的下一簇/块的编号文件夹（可保存在任何簇/块中，根文件夹保存在固定位置）文件名及文件的第一个簇/块的编号磁盘管理：化整为零与还零为整簇/块vs.文件分配表vs.文件夹（目录）文件分配表FAT文件A------17……

文件B------120123459

8

76543

2102624325547End9

8

7

6543

2

1

0012

345个位十位文件A起始尾部磁盘簇块文件夹(目录)GFEDCBA文件B起始尾部GFEDCBA213544052837End磁盘管理：化整为零与还零为整文件读写过程模拟磁盘扇区的存储内容：以十六进制显示每一字节的0/1信息(专用软件进行读取)。文件内容：以文本文件阅读器打开并显示的文本文件的内容，每一字节按ASCII码解读(“记事本”打开)。文件目录(文件夹)及文件名(操作系统管理)真实的磁盘信息示意文件夹、文件内容与文件在磁盘上的存储NTFS系统的主文件表MFT，即文件分配表磁盘的四个主要区域保留扇区文件分配表区域根目录区域数据区域??请用相应软件查询一张磁盘的保留扇区、文件分配表扇区和根目录扇区？并依据相关信息依次读取一个文件的相关扇区内容并解析！真实的磁盘信息示意磁盘的几个重要区域磁盘是需要保护的磁盘上的区域受到病毒攻击后会产生什么后果假定磁盘块的大小为64KB，对于128GB的硬盘，其文件分配表FAT需要占用的存储空间为______。

128GB=27*210*210KB磁盘块总数=128GB/64KB=27*210*210/26=221个如果：一个FAT表项的长度=24

(注意：只要大于21)一块能存放的FAT表项个数=64KB/3B=64*1024/3=