C语言程序设计PPT课件 第1章

1、2020/7/17,1,高级语言程序设计,第一章 计算机组成与程序设计语言,主讲: 计算机学院 朱立华,2020/7/17,3,内容提要,计算机组成及工作过程 机器语言程序设计 由低级语言到高级语言 C is the most beautiful language! C程序开发过程,2020/7/17,4,计算机及其组成,计算工具: 石器时代:石头、手指、绳子 铜器时代:算筹（商周时代）、格子（西方） 铁器时代:算盘 计算机:(comput+er):用于计算的机器,用来处理存储的数据,处理和存储是一个整体. 计算机的组成: 硬件系统+软件系统,物质基础,加在硬件之上,控制硬件完成功能,通过程序

2、设计语言来开发软件,2020/7/17,5,冯诺依曼的程序存储思想,“计算机之父”冯诺依曼的程序存储思想: 计算机应该采用二进制 操作指令也是一种信息 ,也用二进制数表示 程序和数据的存储形式可以完全相同 程序本身也可包含数据,2020/7/17,6,关于第一台计算机,1946.2.14 ENIAC(埃尼阿克) 现在保存在宾夕法尼亚大学 这台机器名为“电子数值积分和计算机”(简称埃尼阿克，完全是一个庞然大物，占地面积达170m2，质量达30t，耗电量也很惊人，功率为150kW，共使用了近两万个电子管，在工作时这些管子看上去活像两万只点着的灯泡。 埃尼阿克主要用来进行弹道计算的数值分析,2020

3、/7/17,7,其他版本的第一台计算机,图灵机:计算机科学之父、人工智能之父,”图灵奖” 德国人Conran Euse代号为“Z”的计算机 哈佛，IBM的Mark系列大型电子计算机 真正的第一台计算机是上面三台中之一,无从考证,2020/7/17,8,控制总线,CPU,计算机硬件的组成,运算器,控制器,存储器,接口,输入设备,输出设备,地址总线,数据总线,进行各种算术运算和逻辑运算,控制和指挥整个运算过程，使指令按要求一条一条执行。,存放程序指令及数据,输入指令代码和原始数据,显示或打印计算结果,处理,2020/7/17,9,关于二进制问题,“世界上有种人，一种人懂二进制，另一种人不懂”,这里

4、的是一个二进制数,就是十进制的2,2020/7/17,10,关于二进制等进制问题,2020/7/17,11,关于存储器,存储器的组成：由存储单元组成，每个单元1个字节（1B），1B=8bit，每个单元有一个地址。 存储单元中的内容与存储单元的地址是两个概念，其区别如同房间里的东西与房间号码。 存储器的大小指它有多少个字节，也就是有多少个不同的地址号，取决于地址总线的根数，n根地址总线，存储器容量为：2n 常用存储单位：1TB=210GB=220MB=230KB=240B 存储器按功能分为3大区域：程序存储区、数据存储区和栈,存放程序中的指令,存放程序中的数据,存取数据都在一端，无需计算地址，速

5、度快,2020/7/17,12,关于CPU,CPU：Central Processor Unit,中央处理器，完成各种处理（运算+控制），是计算机最核心部件。 CPU中设寄存器的目的：存放数据或计算的中间结果，不通过地址总线和数据总线 ，处理速度快 。 寄存器有两种：通用寄存器和专用寄存器。 熟悉两个专用寄存器： （1）累加器A：与算术逻辑运算器ALU一起完成各种运算 （2）程序计数器PC：寄存指令的地址，CPU通过PC取来一条指令执行时，PC便“指向”下一条指令，即PC的值变为下一条将要执行的指令的地址。除非遇到转移指令或子程序调用指令，CPU都是通过PC顺序地提取指令。,是运算器的组成部分

6、，暂存操作数及运算的中间结果,每一个都有特定的作用,2020/7/17,13,机器内部执行程序的过程示例,程序是一组指令，指令联系着存储器和CPU，每条指令有操作码，有的指令有操作数，指令存储在程序存储区，操作数存储在数据存储区。 例：求和程序y=3+4所包含的指令如下：,2020/7/17,14,机器语言程序设计,对计算机而言：它的各个硬件部分存在的意义和相互的联系通过指令来体现。 对程序设计而言：计算机就是指令系统。 用机器语言进行程序设计： 首先要熟悉计算机的指令系统，熟悉每一条指令的含义及用法。 设计算法，根据算法编写程序。 所编写的计算机程序体现为一系列指令的集合，每条指令的操作码和

7、操作数都用二进制数表示。 用机器语言编写的源程序就是机器能识别并执行的目标程序。,2020/7/17,15,一台模型机的指令系统,2020/7/17,16,编程计算：y=ax2+bx+c,说明：方法一的第4步，也需要用累加器A，而此刻A中是第3步的结果。这时，只能将第4步定义为一个子程序，结果受主程序调用，因此以上步骤实质上变成：,计算z=b*x(子程序),z,z,2020/7/17,17,子程序调用中涉及的几个概念,入口地址：第一条指令在程序存储区中的地址。 中断：一个程序在执行过程中去执行另一个程序。 断口地址：程序中断时的下一条指令的地址。 保护现场：程序中断时，有些寄存器存放着中间结果

8、，将寄存器中的中间结果放入某地(堆栈)暂存。 恢复现场 ：子程序执行完毕，再将主程序的中间结果放回寄存器。,2020/7/17,18,子程序调用过程,第1步：将主程序的断口地址压入堆栈保存。 第2步：将子程序的入口地址送入PC。 第3步：进入子程序后，首先保护主程序现场。 第4步：执行子程序。 第5步：子程序执行完毕，恢复主程序现场。 第6步：将主程序的断口地址从栈顶送回PC。 y=ax2+bx+c 方法一的清单 及执行过程见动态演示。,2020/7/17,19,由低级语言到高级语言,机器语言：是第一代程序设计语言，是计算机硬件系统能识别和执行的唯一语言。 机器语言的3个局限性： （1）程序不

9、容易读写，操作码和操作数都是二进制数 （2）对计算机硬件的依赖性很强，可移植性差 （3）指令功能简单，没有按照数据类型分类,改进：用助记符代替机器的数字指令，用符号地址表示存储 单元的数字地址汇编语言(第二代程序设计语言),改进：面向问题而非面向机器，与计算机硬件结构无关,改进：提供丰富的数据类型，语句一般都采用自然语汇， 一条语句往往相当于多条指令。,2020/7/17,20,由低级语言到高级语言,第一种高级程序设计语言：Fortran语言(1954年) 高级语言的发展： （1）从早期语言到结构化程序设计语言 （2）从面向过程到非过程化程序设计语言(面向对象） （3）发展趋势：面向应用 第一

10、种结构化程序设计语言：Pascal语言(1970年) 高级语言的种类有数百种，比较熟悉的有： Fortran、Basic、Pascal、C、FoxBASE、FoxPro、Lisp、 Prolog 、C+、Java、C#等,2020/7/17,21,由低级语言到高级语言,区分两组概念： （1）程序设计语言与程序(类似于汉语与文章的关系) 程序设计语言是进行程序设计的工具，是计算机全部指令的集合；而任何计算机程序都需要用程序设计语言来编写，是为实现某个算法从该语言中选择所需要指令组成的集合。 （2）源程序与目标程序： 源程序：程序员编写的程序 目标程序：计算机最终能识别并运行的程序(二进制),源

11、程 序,目 标 程 序,用机器语言编写,用汇编语言编写,汇 编 程 序,用高级语言编写,编 译 程 序,汇编,编译,2020/7/17,22,C is the most beautiful language!,C 语言最早的原型是 ALGOL 60 1973 年，AT&T 贝尔实验室的 Dennis Ritchie (D.M.RITCHIE，被尊为“C语言之父”) 在 BCPL 和 B 语言的基础上设计出了一种新的语言C语言，开发UNIX操作系统及其上的应用程序。 1999 年，ANSI 和 ISO 通过了最新版本的 C 语言标准C99，这是关于 C 语言的最新、最权威的定义。 选择学习C语言

12、的理由：C语言不仅是面向过程的程序设计语言中功能最强、效率最高的语言，更是面向对象程序设计语言C+、Java和C#的基础。,2020/7/17,23,C is the most beautiful language!,C语言具有很多优点： 简洁紧凑、灵活方便 运算符丰富（34个） 数据类型丰富 C是结构式语言，程序层次清晰 C语法限制不太严格，语法比较灵活。 C语言允许直接访问物理地址，可直接对硬件进行操作 ，既可以开发系统软件，又可以开发应用软件（中级语言） C语言程序生成代码质量高，程序执行效率高 C语言适用范围大，可移植性好，适合多种操作系统，多种机型,2020/7/17,24,C程序开

13、发过程,file.exe,编辑,程序代码的录入, 生成源程序*.c,编译,链接,运行,语法分析查错，翻译 生成目标程序*.obj,与其它目标程序或库 链接装配,生成可执行 程序*.exe,2020/7/17,25,在VC+6.0下开发程序的过程,C程序的开发在特定的集成开发环境下进行 本教材中所有的程序在VC+6.0下通过，并且课程配套实验也要求在VC+6.0下 VC+6.0集成环境中提供了编辑器、编译器、链接器、调试器等多种工具，使得程序员从源程序的编辑到最后的运行均可在集成环境中完成 举例：一个C程序在VC+6.0下开发的全过程 （请任课教师在VC+6.0现场演示一个程序从编辑到运行的全过

14、程）,2020/7/17,26,本章小结,重点掌握：冯诺依曼体系结构的计算机 程序存储思想的主要内容 五大部件：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备 主要功能：高速运算、记忆、控制自动执行、信息交互 存储器的容量大小、CPU中寄存器的分类和作用（A，PC） 基本了解：机器内部执行程序的过程，子程序调用的过程以及其中的几个主要概念 程序是一组指令，每条指令有操作码，有的指令有操作数 指令存储在程序存储区，操作数存储在数据存储区。 子程序调用过程中的概念：入口地址、中断、断口地址、保护现场、恢复现场,2020/7/17,27,本章小结,充分理解：程序设计语言与程序、源程序与目标程序的关系 程序设计语言是编写程序的工具，