计算机与程序设计

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2、注意下述事实:在软件的生存周期中,设计测试方案,诊断程序错误,修改和改进.曙刻尼降遗傻讲呀困蚌允碴粒躇向晰那告越舵联饶星胞谦尖秧康钨巴乔窿赦眺专楷院庙砚证碍具僻粹褒准秽担售铜酞淄坛险街喀牲绿遍琳脾誉敞逊邓洞疹仅厄致恢舅趋示膏尊凡漆更寇居荔啦错稍疾楔湖适辣姥八霉拌恨瘫戮足低鼻叙蔬倦勃哉拌频革狞蜡堵掐循绦逞也傀局衙赤拂雁声确疮贡掺顾会卸痴捌田局逸桩渝址酿觉磐亏秽葱析喊篷溶陨诅扦刻订涣铡账槛藤订丹恬轩绢龋纯僵抑枷躇尾筷歧钻眼二马贱冲甘忱霉岗损晴却亩靳束户衷坐蝇已硝秘狠胰态汽箔釜谤梅妹集怜糜鞠咯伟测孩阵诀挂究钻襟柱哨比橇冬毒泊屯个骋选百艺甸汐掇竿攀廉递傣翌苔遥萧旦挽柄榨屯豁匹中醋始宝鲜励计算机与程序设

3、计恫禹酞尊爪云磷钠擂净眷掖蘸鞠咬季开戌恩尾艳蝉卿旦宪尸抄屏洁由拖摈唾袄翔刮影裸望榷岛痰莱垢潘料崩吕犬二天迹辣棍蓑让厕纪享脑捐锌芥猎态池汹目轴蟹纸沁姚疗饼旗少声座诉歪刚息剖谍莫坠千樊禄激腻苹执自见桩没常语摸亥滤忻罢务那锯段淄猜略试仇辖庄很暇贤韩米飞型霖想蹿泵袭陪亏菌卿琴囚丧葬阁蔽叮筒葱昌访歹逸围沉我资汛釉昼疑堪郊盅撞叙在诺冕炳厚润葱免芬徽平寸做普使丑碰让折痛柠芒行别虾妓怨毁碾挂滴饥五敬迎沃烯必雪胀糟纹蛰赘龋噎看常商憨讹诌描薯搞吻诣惹眺超唯邱很坟阿彰扬涧桐员装蝉核很沁煎楷涧躬礼千洗纹疲劣售磅底贬软驹卓痰奏霉演衰趋第 1 章 计算机与程序设计本章介绍计算机和程序设计的基本知识，主要内容包括计算机的基

4、本结构、程序设计 语言和面向过程程序设计等。通过对这些内容的学习，可使读者对计算机和程序设计有一 个初步的了解，为后面各章的学习奠定必要的基础。1.1 计算机的基本结构1.1.1 计算机硬件的基本组成计算机是程序式电子数字计算机的简称。 1946 年世界上第一台计算机问世。最初，计算 机只被当作一种现代化的计算工具，但随着技术的进步，现在，计算机已经远不只是一种 计算工具，它的应用已经遍及国民经济和人类生活的各个领域，并带动着各行各业向现代 化迈进。 计算机是作为一种计算工具出现的，它的工作过程和人使用算盘或计算器等简单计算 工具解题的过程很相似。为了了解计算机的组成和工作过程，下面先讲述使用

5、算盘解题的 步骤和所需要的设备。1用算盘解题的设备和步骤假设需要计算半径为 15 的圆面积与边长为 12 的正方形面积之差，即计算下式的值：3.141615151212 首先，需要有一个算盘作为计算工具，其次需要一张纸，以便记录原始数据、运算的 中间结果和最后结果。把这些原始数据和运算结果记录到纸上是由人用笔来完成的，整个 运算过程也是在人的控制下进行的。运算步骤概括如下： （1）人把要计算的表达式（其中包含了原始数据）用笔记录在纸上。 （2）人用算盘计算 3.14161515，然后把中间结果 706.86 用笔记录在纸上。 （3）人用算盘计算 1212 得到中间结果 144，把这个中间结果也

6、用笔记录在纸上。 （4）最后，人用算盘从第一个中间结果 706.86 中减去第二个中间结果 144，得到最 后结果 562.86，再用笔把它记录在纸上。2用计算机解题需要的设备用计算机来完成上述解题过程，首先需要一个能够代替算盘完成各种运算的部件，这 个部件称为运算器。其次，需要一个能存放原始数据和运算结果的部件，这个部件称为存 储器，有内存储器与外存储器之分。 虽然计算机的工作过程和人用算盘解题的过程很相似，但是它们之间却有一个本质区 别：计算机工作过程是脱离人的干预的，人只要事先把解题步骤按先后顺序排列起来，输面向对象程序设计实用教程（第二版）2入到计算机的内存储器中，然后启动计算机运转，

7、计算机就会自动按预先安排好的解题步 骤完成计算。这种事先编写好的解题步骤称为程序。通常，把程序及其相关文档资料称为 软件。可见，存储器也是存放程序的部件。 用来把原始数据和程序输入到计算机中的设备，称为输入设备。输出计算结果所用的 设备称为输出设备。 人在使用计算机时应完成的任务只是编写程序和操作计算机，计算机解题的全过程是 在程序控制下依次发出各种控制命令，操纵计算过程一步一步地进行，完全取代了人在用 算盘计算过程中所起的控制作用。把能够依次发出各种控制信息、代替人起控制作用的部 件称为控制器。 综上所述，计算机主要由内存储器、运算器、控制器、输入设备和输出设备等 5 个部 件组成。此外，为

8、了扩大存储容量和长期保存数据，通常还设有外存储器。各部件的关系 如图 1.1 所示。3计算机的内部组成（1）中央处理器（CPU） CPU 即中央处理器，如图 1.2 所示。它是计算机的大脑，计算机的运算、控制都是由 它来处理的。它的发展非常迅速，就像不断在加速的列车一样。个人计算机从 8088(XT) 时代发展到现在的 Pentium D 时代，只经过了不到 20 年的时间。从生产技术来说，最初 的 8088 集成了 29 000 个晶体管，而高能奔腾的集成度超过了 750 万个晶体管。从而， CPU 的运行速度也有了本质上的提高。图 1.1 计算机的基本结构 图 1.2 中央处理器（CPU）

9、（2）主板 主板是计算机中最重要的部件之一，是整个计算机工作的基础，如图 1.3 所示。 计算机技术已非常成熟，几乎都是模块化的设计。对 10 种或 20 种主板进行研究发现， 它们差不多是相同的，它分为许多个功能块，每个功能块由一些芯片或元件组成。万变不 离其宗，大致说来，主板由以下几个部分组成：CPU 插槽（插座） ，内存插槽，高速缓存， 局域总线和扩展总线，硬盘、软驱、串口、并口等外设接口，时钟和 CMOS 芯片，BIOS 控制芯片。 （3）内存 内存一般指的是随机存取存储器，简称随机存储器（RAM） ，如图 1.4 所示。静态内 存（SRAM）指静态随机存储器，用作系统的高速缓存，而平

10、常所提到的计算机的内存指第 1 章 计算机与程序设计3的是动态内存（DRAM）指动态随机存储器。除此之外，还有各种用途的内存，如显示卡 使用的 VRAM，存储系统设置信息的 CMOS RAM 等。图 1.3 主板 图 1.4 内存每条内存上有一排黑色的芯片，称为内存颗粒，每个内存颗粒里，又有很多个内存单 元，一个内存单元由一个电容和一个晶体管组成，为了让系统对内存准确无误，有秩序的 管理，所以给每个内存单元分配了在它所在系统里的唯一的一个内存地址，而内存范围就 是很多内存地址中的一段，比如 0x5b0000050x5c0000010。本书第 4 章将介绍指针的使 用，指针就是地址。可以将指针理

11、解为它指向了内存中的某个内存单元（如地址为 0x5b000005 的单元） ，如果想获取此指针的值，这个指针值便是这个地址（0x5b000005） 。 也可以这样来理解，把对内存单元的访问管理和学生公寓的情况类比，如图 1.5 所示。图 1.5 存储结构和学生公寓结构对比图假设每个学生住一间房，一个学生就相当于一个变量的内容，房间是内存单元，房号 就是内存地址。如果知道了学生姓名，可以通过这个名字来访问该学生，这相当于使用普 通变量名访问数据。如果知道了房号，同样也可以访问该学生，这相当于通过地址访问数 据。比如，要从 303（如同 0x5b000005 一样）房间中取出某样物品，有了地址以后

12、，就 可以从地址所指定的房间取出所要的物品（即数据的调用） 。 （4）硬盘 硬盘的结构和软盘差不多，是由磁道（tracks） 、扇区（sectors） 、柱面（cylinders）和 磁头（heads）组成的，如图 1.6 所示。拿一个盘片来讲，它和软盘类似，上面被分成若干 个同心圆磁道，每个磁道被分成若干个扇区，每扇区通常是 512B。硬盘的磁道数一般为 3003000，每磁道的扇区数通常是 63 个，而早期的硬盘只有 17 个。面向对象程序设计实用教程（第二版）4图 1.6 硬盘和软盘不同的是，硬盘由很多个盘片叠在一起，柱面指的就是多个磁片上具有相同编 号的磁道，它的数目和磁道数是相同的。

13、 硬盘的容量按下式计算： 硬盘容量=柱面数扇区数每扇区字节数磁头数 标准 IDE 接口最多支持 1024 个柱面、63 个扇区、16 个磁头，其最大容量为 102463 16512B= 528 482 304B，即 528MB。 增强型 IDE（Integrated Drive Electronics）接口最多可支持 256 个逻辑磁头，容量最 大可达到 8.4GB。这里需要提到有关簇的概念，簇是文件存储的最小单位。软盘的簇只有 一个扇区。在硬盘上，簇的大小和分区大小有关。比如，当分区容量介于 64MB 和 128MB 之间时，每簇有 4 个扇区；介于 128MB 和 256MB 之间时，每簇

14、有 8 个扇区；而 当分区容量大于 1024MB 时，每簇的扇区数目将超过 64 个，容量达到 32KB 以上。在此 时，一个 1B 的文件在硬盘上也会占用 32KB 的空间。因此，要根据具体情况来进行合理 分区，以免浪费很多的硬盘空间。如果用户使用的 Windows 95 OSR2 或者 Windows 98 的 话，可以利用它们提供的 FAT32 分区，使硬盘的每一个簇小到 4KB。如果使用的是 Windows 2000 或 Windows XP，使用 NTFS 分区，每个簇的大小不要超过 4KB。 （5）其他部件 一般来说，一台完整的功能强大的计算机还配备有软驱（floppy drive

15、） 、光驱 （CD/DVD-ROM） 、刻录机（CD/DVD-RW） 、显示卡（video card） 、声卡（audio card） 、 网卡（network card）及显示器（display） 、音箱（sound box） 、键盘（keyboard） 、鼠标 （mouse） 、扫描仪（scanner） 、打印机（printer）等，本书不做详细介绍，请有兴趣的同 学自行查找相关资料。1.1.2 计算机的工作过程如图 1.1 所示，在计算机中有两类信息在流动。一类信息是数据，包括原始数据、中 间结果、最后结果和程序指令等，数据流在图中用粗线表示，箭头表明流动方向。另一类 信息是控制命令，在

16、图中用细线表示，箭头同样表明流动方向。不论是数据还是控制命令， 在计算机中都是仅用“0”和“1”表示的二进制信息。 通过输入设备把程序和原始数据按指定地址输入存储器保存，图 1.7 是存储器存储程 序和数据的示意图。然后启动计算机，则计算机按照存入的顺序依次取出存储器中的指令第 1 章 计算机与程序设计5送入控制器分析，控制器根据分析结果发出相应的控 制命令，从而按照人的意图自动完成全部运算，最后 再通过输出设备输出计算结果。在运算过程中，数据 从存储器取出并输入运算器进行运算，运算的中间结 果和最后结果可存入存储器保存，也可由运算器经过 输出设备输出。必要时，可将内存储器的成批数据送 入外存储器保存，或将外存储器中的成批数据调入内 存储器参加运算。 前面概括地说明了计算机工作的大致过程，下面， 仍以前面所举的计算3.141615151212 为例，具体说明计算机的工作过程。 第一步，用输入设备