第1章C程序设计基础知识讲解

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1、第一部分 C+结构化程序设计,第一章 C+程序设计基础,授课老师： 张冰怡 13820386019 25楼B1221 课件参考自金志刚 教授,引论-计算机基础,0.1 信息与信息技术基础 0.1.1 信息与数据 1.信息 信息是当今社会经济发展的重要因素, 没有一个严格的定义, 信息既不是物质, 也不是能量，信息是一种宝贵的资源。 信息、材料(物质)、能源(能量)是组成社会物质文明的三大要素。 2.数据 数据是信息的载体。数值、文字、语言、图形、图像等都是不同形式的数据。,3.信息与数据的关系 数据是记录下来可被鉴别的符号，本身没有意义, 只有经过解释才有意义，才能成为信息。信息是经过加工并对

2、客观世界产生影响的数据, 是对数据的解释。 信息按照应用领域可以分为管理信息、社会信息、科技信息和军事信息等; 信息按照反映形式可分为数字信息、图像信息和声音信息等。,0.1.2 信息技术 信息技术指获取、传递、处理、存储、再生和利用信息的专门技术。 包括感测技术、通信技术、计算机技术、 自动控制技术以及由这些技术分解出的其他相关技术. 信息技术是高新技术发展的基本代表和最主要 的技术领域, 正在对全球经济产生着巨大影响。信息技术也是当今技术创新的基础和技术创新的内容。,0.2 计算机发展简史 1642年，法国数学家帕斯卡(B.Pascal)就发明了齿轮式加减法器, 这是人类历史上第一台机械式

3、计算机。 1673年, 德国数学家莱布尼兹(G.W.Leibniz)设计完成了机械乘除器, 从而使得机械式计算设备能够完成基本的四则运算。 1822年，英国数学家巴贝奇 (C.Babbage) 尝试设计用于航海和天文计算的差分机和分析机, 这是最早采用寄存器来存储数据的计算机. 1884年，美国的霍列瑞斯 (H.Hollerith) 制造出了制表机并获得专利。这是计算机发展史上第一次质变。 制表机的发明是机械计算机向电气技术转化的一个里程碑,标志着计算机作为一个产业开始初具雏形。,2.现代的计算机 现代的计算机是电子计算机。 大家公认为世界上第一台现代计算机是在1946年2月研制成功的.当时为

4、了精确计算弹道轨迹和火力表，美国费城大学“莫尔小组” 的四位科学家和工程师研制出了世界第一台通用数字电子计算机ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Calculator)，即电子数字积分计算机。 这台计算机共使用了18 800个真空管，重达30 t，占地面积1 500平方英尺, 工作时至少需要200 kW电力, 每秒钟只能进行5 000次加减运算。虽然ENIAC体积庞大，运算速度慢，但它预示着电子计算机时代的到来，具有划时代的意义。 之后美国数学家冯诺依曼(J.Von Neumann)提出的“程序存储方式”理论，即将运算步骤写成程序预先存放在计算机

5、中，然后让计算机执行程序, 以自动完成计算,为现代计算机在体系结构和工作原理上奠定了基础。,0.2.2 计算机的发展历程 从世界上第一台电子计算机诞生至今, 计算机的发展总体上可以划分为五代。 第一代电子计算机为电子管计算机，时间大至在1946年到1953年。 第二代电子计算机为晶体管计算机，时间大至在1954年到1964年。 第三代电子计算机为集成电路计算机，时间大至在1964年到1974年。 第四代电子计算机是采用大规模和超大规模集成电路和半导体存储器的计算机,时间大至在1974年到1991年。 第五代电子计算机仍采用超大规模集成电路，其主要特点是大规模并行数据处理及系统结构的可扩展性。第

6、五代计算机的时间大至可以认为是1991年至今。,将主要介绍 以下内容： 冯诺伊曼结构 计算机的组成 微型计算机系统 计算机中的数据与编码,引论-计算机系统组成与工作原理,主 机,外部设备,1. 冯诺伊曼理论,运算器,控制器,内存储器,外存储器,存储器,输出设备,硬件系统,CPU,输入设备,计算机硬件系统由 运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备五大部件组成,计算机内部采用二进制形式表示数据和指令,如:存储器,0 1 1 0 1 0 0 0,软盘,内存,打印机,CPU（由运算器和控制器组成）,输 入,程序 原始数据,输出,运算结果,指令数据线,控制信号线,存储程序并自动执行,键盘,0,输入设

7、备,外部存储器,输出设备,0,0,0,1,0,0,1,1,0,0,0,0,0,0,1,1,0,0,0,0,1,0,1,2.计算机的组成,一台完整的计算机系统是由硬件系统和软件系统组成。,硬 件系统,计算机硬件系统,软件系统,软件系统,计算机硬件结构关系图,输入设备,输出设备,外存储器,外部设备接口,内存储器,运算器,控制器,指令数据线,计算程序,原始数据,计算结果,取数,存数,指令,控制信号线,各部件主要功能,运算器：是对数据进行算术和逻辑运算的部件； 控制器：是整个计算机硬件系统的指挥控制中心，主要任务是不断从存储器取出指令、分析指令并执行指令。 运算器和控制器合称中央处理器，简称。,各部件

8、主要功能,存储器：是计算机中存放程序和数据的部件。 通常分为: 内存储器（简称内存） 外存储器（简称外存或辅存） 内存又分为： 高速缓冲存储器（Cache) 只读存储器（ROM-Read Only Memory) 随机存储器（RAM-Random Access Memory),各部件主要功能,外存储器(也称辅助存储器): 与内存储器相比，它的特点是存储容量大、成本低，可以永久脱机保存信息，但存取速度慢。常用的外存储器有: 磁带、 软磁盘、 硬磁盘、 光盘,各部件主要功能,输入设备 其作用是将程序和数据输入到计算机中，并转换成二进制代码，送入计算机主存。 常用的输入设备有： 键盘、鼠标器、扫描仪

9、、光笔等。 输出设备： 其作用是将计算机的执行结果输出。输出的形式是人们容易识别的形式，可以是数字、字符、图形、图像、声音等。 常用的输出设备有： 显示器、打印机、绘图仪、语音输出装置等。,3. 微型计算机系统,目前广泛使用的微型计算机(Microcomputer，简称微机)。它以体积小、重量轻、功能强、价格低等优点深受用户青睐。,微型计算机的主要部件,微机硬件系统的具体部件，包括总线、主板、CPU、存储器、显示系统、键盘、鼠标等。,总线,在微机系统的复杂结构中，各部件之间需要有一个能够有效高速传输各种信息的通道，这就是总线。微机基本结构是由总线将CPU、主存储器和输入输出接口电路连接起来，并

10、与外界实现信息传送。 微机采用总线结构不仅提高了系统工作效率和处理速度，简化了微机的系统结构，而且大大简化系统硬件的设计过程，减轻了软件设计和调试工作量，缩短了硬、软件的研制周期，从而降低了系统成本。,微机的基本结构,微机系统的总线由地址总线AB、数据总线DB及控制总线CB组成。（地址总线是单向的）,主板,各种型号的主板,CPU,CPU是“中央处理器”或“中央处理单元”的简称，对微型机来说也称为“微处理器”。由于它将运算器和控制器集成在一块芯片中，所以又称为“运算控制器”，CPU的性能在很大程度上决定了计算机系统的整体性能。,存储器,存储器主要用于存放计算机的程序和数据，对存储器的基本要求是容

11、量大、速度高、价格低。单一的存储器硬件（主存储器）难以满足要求。所以就提出了多层次的存储体系结构： Cache主存外存。,计算机系统的基本工作原理,5+4=? 计算程序基本工作步骤：,（用表示）,计算机系统的工作过程,4、计算机中的数据与编码,计算机中的数据 在现代计算机系统中，任何信息都是以二进制来表示的，无论其外在形式是文字、数值、图形图像、声音，还是其他形式，在计算机内部都是以0、1代码的形式处理的。,数制,数制: 称为进位计数制，简称“进制”. 计算机中几种常用的进制 : 十进制: “逢十进一” 二进制:有两个不同的数码符号和, 按“逢二进一” 八进制:有八个不同的数码符号, 按“逢八

12、进一” 十六进制:有16个不同的数码符号和A、B、C、D、E、F，按“逢十六进一”,数值转换,任意进制数N 可以表示为： N=an-1kn-1+ an-2kn-2 + + a1k1 + a0k0 + a-1k-1 + a- 2k-2 + 其中ai 表示各数位上的数码，取值范围为0r-1 r称为基数, Ki 称为权。 对各种非十进制数，可利用此式转换为十进制数。,非十进制数转换为十进制数,【例】 （1101.11)2 123+122+021+120+12-1+12-2 84010.50.25 (13.75)10,非十进制数转换为十进制数,【例】 （456.124)8 48258168018-12

13、8-248-3 256400.1250.031250.0078125 (302.1640625)10,非十进制数转换为十进制数,【例】 （2A4E）16 2 163A1624161E160 819225606414 （10830）10,十进制数转换成进制数,十进制数转换成进制数： （r可以是任意进制） 十进制数转换成进制数，要对整数和小数部分分别转换，最后再将两部分合成一个数。 方法： 整数部分的转换用除以取余数的方法，直至商为，余数依从右到左排列即为所求； 小数部分的转换用乘以取整数，直至取走整数后余下的数为止，所取整数从左至右排列即为所求。,为了对计算机中非数值的文字和符号进行处理，需用二

14、进制数表示这些文字和符号。字符编码就是规定用怎样的二进制数编码来表示文字和符号。 主要包括： BCD码 ASCII码 汉字编码,字符编码,BCD码又称二十进制编码 （Binary Coded Decimal） 这种编码是把十进制数的每一位分别表示成四位二进制数形式的编码。 【例】 十进制数2的BCD码为：0001 0010 十进制数825的BCD码为：1000 0010 0101,BCD码,文本字符普遍采用ASCII码（American Standard Code for Information Interchange) 即美国信息交换用标准代码。 ASCII码有位版本和位版本，国际上通用的是

15、位版本。 位版本的ASCII码有128个元素，每个元素用个二进制位27128）编码。其中通用控制字符33个，阿拉伯数字10个，大小写英文字母52个，标点符号和运算符号33个。,ASCII码,每个字符使用位二进制数进行编码； 当最高位为0时，称为基本ASCII码（编码与7位ASCII码相同）； 当最高位为时，形成扩充ASCII码，表示数的范围为128255，也可表示128种字符。通常各个国家都把扩充的ASCII码作为自己国家语言文字的代码。,位版本的ASCII码,解决汉字的输入、输出、存储以及汉字处理等所使用的编码。 汉字编码包括： 汉字输入码 汉字内部码 汉字交换码 汉字字形码等。,汉字编码,

16、在计算机中只能用数字表示数的正、负，并规定用“0”表示正号、“1”表示负号。这种表示数的形式称为 机器数。 例如：一个字存储一个数，形式为：,0 101011 .,符号位,数值部分,计算机中数据的表示,二进制数的表示：原码、反码、补码。 原码 高位为符号位，数值部分即为原数。 如：八位的原码 X1= + 0001001 X1原 = 00001001 X2= 1001001 X2原 = 10001001 在原码表示中，0有两种不同的表示形式： + 0原 =00000000 0原 =10000000, 反码 正数的反码=原码； 负数的反码=原码尾数部分按位取反。 如：八位的反码： X1= + 0001001B X1反=00001001 X2= 1001001B X2反=1