第1講c語言基礎(chǔ)知識(shí)

1、第一章 基礎(chǔ)知識(shí)主要內(nèi)容n計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成n計(jì)算機(jī)工作原理n計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的表示與存儲(chǔ)n程序設(shè)計(jì)語言的發(fā)展n算法及算法的描述1. 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成n計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是由軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)兩部分組成的。計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)n 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的程序及相關(guān)文檔被稱為軟件，所有程序及相關(guān)文檔的總和稱為軟件系統(tǒng)。n程序是為實(shí)現(xiàn)一定功能，用計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言所編制的語句的有序集合。n文檔是描述程序設(shè)計(jì)的過程及程序的使用方法等的有關(guān)資料。n程序是可由計(jì)算機(jī)執(zhí)行，而文檔是不能執(zhí)行的。n 軟件系統(tǒng)按其功能可分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大部分。n系統(tǒng)軟件：控制和維護(hù)計(jì)算機(jī)的正常運(yùn)行，管理計(jì)算機(jī)的各種資源，以滿足應(yīng)用軟

2、件的需要。n應(yīng)用軟件：完成一個(gè)特定的任務(wù)，在系統(tǒng)軟件的支持下，才能運(yùn)行。計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)n 計(jì)算機(jī)由中央處理器、內(nèi)部存儲(chǔ)器（簡稱內(nèi)存）、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備等部分組成；n中央處理器即CPU，內(nèi)部集成了控制器和運(yùn)算器等部件，是計(jì)算機(jī)的核心處理部件。內(nèi)部存儲(chǔ)器內(nèi)部存儲(chǔ)器（簡稱內(nèi)存），用于存放正在執(zhí)行的程序和數(shù)據(jù)。CPUCPU只能直接執(zhí)行只能直接執(zhí)行和處理放入內(nèi)存中和處理放入內(nèi)存中的程序和數(shù)據(jù)。的程序和數(shù)據(jù)。微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)1. 微處理器2. 存儲(chǔ)器3. I/O接口和I/O設(shè)備4. 系統(tǒng)總線控制總線控制總線CB數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線DB地址總線地址總線AB微微處處理理器器I/O設(shè)備設(shè)備I/O接口接口存儲(chǔ)器存儲(chǔ)

3、器系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線BUS存儲(chǔ)器n 存儲(chǔ)器（Memory）是存放程序和數(shù)據(jù)的部件n 高性能微機(jī)的存儲(chǔ)系統(tǒng)n微處理器內(nèi)部的寄存器（Register）n高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）n主板上的主存儲(chǔ)器n以外設(shè)形式出現(xiàn)的輔助存儲(chǔ)器n 主存儲(chǔ)器（主存、內(nèi)存）n半導(dǎo)體存儲(chǔ)器芯片組成nRAM部分?jǐn)嚯姾笮畔G失n相對(duì)造價(jià)高、速度快、但容量小n 有兩種內(nèi)部存儲(chǔ)器n只讀存儲(chǔ)器（ROM，Read Only Memory） n隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM，Random Access Memory）主存（內(nèi)存內(nèi)存儲(chǔ)器）RAM和和ROMn輔助存儲(chǔ)器（簡稱輔存或外存）n磁盤、光盤、固態(tài)硬盤（SSD）、U盤等n相對(duì)造價(jià)低、容量大、信息可

4、長期保存，但速度慢存儲(chǔ)器的容量單位n 計(jì)算機(jī)中的所有信息都是用二進(jìn)制編碼表示的，即用“0”和“1”組成的串表示。因此存儲(chǔ)器的容量是指存儲(chǔ)器能存放多少個(gè)二進(jìn)制位（b）。n 通常8位編為一組，稱為一個(gè)字節(jié)（B）。n 表示存儲(chǔ)器容量的單位有KB、MB、GB以及TB等。 1KB=210B 1MB=220B 1GB=230Bn目前主流計(jì)算機(jī)內(nèi)存容量為2G內(nèi)存地址n一般把存儲(chǔ)器中的一個(gè)字節(jié)稱為一個(gè)內(nèi)存單元。n為了正確地訪問這些內(nèi)存單元，必須為每個(gè)內(nèi)存單元編上號(hào)。根據(jù)一個(gè)內(nèi)存單元的編號(hào)即可準(zhǔn)確地找到該內(nèi)存單元。n內(nèi)存單元的編號(hào)就是所謂內(nèi)存地址。I/O接口和I/O設(shè)備n I/O設(shè)備（Peripheral）：用

5、戶與微機(jī)交互n輸入（Input）設(shè)備，如標(biāo)準(zhǔn)輸入設(shè)備：鍵盤n輸出（Output）設(shè)備，如標(biāo)準(zhǔn)輸出設(shè)備：顯示器n I/O接口（Interface）：外設(shè)和主機(jī)間的橋梁n完成信號(hào)變換、數(shù)據(jù)緩沖、聯(lián)絡(luò)控制等工作n較簡單的I/O接口電路與主板一體n較復(fù)雜的I/O接口電路制成獨(dú)立的電路板，稱為接口卡，比如顯卡。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件硬件軟件軟件主機(jī)主機(jī)外部設(shè)備外部設(shè)備內(nèi)存內(nèi)存CPU控制器控制器隨機(jī)存儲(chǔ)器隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器(ROM)輸入設(shè)備輸入設(shè)備：鍵盤、鼠標(biāo)等：鍵盤、鼠標(biāo)等輸出設(shè)備輸出設(shè)備：顯示器、打印機(jī)等：顯示器、打印機(jī)等系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件：操作系統(tǒng)、語言處理程序等：操作系統(tǒng)、語

6、言處理程序等應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件：辦公軟件、學(xué)生信息管理軟件等：辦公軟件、學(xué)生信息管理軟件等運(yùn)算器運(yùn)算器外存：硬盤、光盤等外存：硬盤、光盤等計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成2.計(jì)算機(jī)的工作原理n程序與指令n指令是能被計(jì)算機(jī)識(shí)別并執(zhí)行的一種二進(jìn)制代碼，一條指令完成一種基本操作。n每一條指令中明確規(guī)定了計(jì)算機(jī)從內(nèi)存的哪個(gè)位置取數(shù)，進(jìn)行什么操作，然后送到什么地方去等步驟。n程序本質(zhì)上就是控制計(jì)算機(jī)完成特定功能的一組有序指令的集合。計(jì)算機(jī)的基本工作原理存儲(chǔ)程序原理n 預(yù)先把指揮計(jì)算機(jī)如何進(jìn)行操作的指令序列(即程序)和原始數(shù)據(jù)輸入到計(jì)算機(jī)內(nèi)存中；n 運(yùn)行時(shí)，在控制器控制下，從內(nèi)存中取出第1條指令送入控制器，經(jīng)控

7、制器分析后產(chǎn)生完成該指令的各種定時(shí)控制信號(hào)；n 在這些信號(hào)控制下完成該指令規(guī)定的操作，包括存儲(chǔ)器中取出數(shù)據(jù)、進(jìn)行指定的運(yùn)算和邏輯操作、結(jié)果送入內(nèi)存等。n 接下來，取出第2條指令，在控制器的指揮下完成規(guī)定操作，依此進(jìn)行下去，直到遇到停止指令。n 程序與數(shù)據(jù)一樣存儲(chǔ)，按照程序編排的順序，一步一步地取出指令并自動(dòng)地完成指令規(guī)定的操作，這是計(jì)算機(jī)最基本的工作原理。n 這一原理最初是由美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮諾依曼于1945年提出來的，故稱為馮諾依曼原理。n 雖然現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)從性能指標(biāo)、運(yùn)算速度、工作方式、應(yīng)用領(lǐng)域和價(jià)格等方面與當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)有很大差別，但基本結(jié)構(gòu)沒有變。 3. 計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的表示與存儲(chǔ)計(jì)算

8、機(jī)中的數(shù)據(jù)和程序均是使用二進(jìn)制表示的，計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)和程序均是使用二進(jìn)制表示的，原因：原因：（1 1）技術(shù)上容易實(shí)現(xiàn)，可靠性強(qiáng)。）技術(shù)上容易實(shí)現(xiàn)，可靠性強(qiáng)。 （2 2）運(yùn)算規(guī)則簡單。）運(yùn)算規(guī)則簡單。 （3 3）實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算容易。）實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算容易。 （4 4）與其他數(shù)制轉(zhuǎn)換方便。）與其他數(shù)制轉(zhuǎn)換方便。 二進(jìn)制數(shù)的邏輯運(yùn)算n邏輯“與”運(yùn)算0 x1=0 1x0=0 0 x0=0 1x1=1 n邏輯“或”運(yùn)算0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=1n邏輯“非”運(yùn)算Not 0= 1 Not 1 = 0數(shù)值數(shù)據(jù)的表示方法n定點(diǎn)數(shù)：將計(jì)算機(jī)中的小數(shù)點(diǎn)的位置視為是固定不變的。n 定點(diǎn)整數(shù)n 定點(diǎn)小數(shù)常

9、用定點(diǎn)整數(shù)編碼常用定點(diǎn)整數(shù)編碼 原碼原碼 :最高位為符號(hào)為，0為正數(shù)，1為負(fù)數(shù)例如，設(shè)機(jī)器字長為8位，+1原 = 00000001+127原= 01111111 +0原= 000000001原 = 10000001 127原= 11111111 0原 = 10000000 反碼：反碼：最高位為符號(hào)為，0為正數(shù)，1為負(fù)數(shù)。負(fù)數(shù)時(shí)，數(shù)值位各位均取反。例如，設(shè)機(jī)器字長為8位，+1反 = 00000001 +127反= 01111111+0反 = 000000001反 = 11111110 127反= 100000000反 = 11111111 補(bǔ)碼：補(bǔ)碼：正數(shù)的補(bǔ)碼與原碼相同，負(fù)數(shù)符號(hào)位為1，其余各

10、位變反，在末位加一，如需要進(jìn)位必須進(jìn)位。 例如，設(shè)機(jī)器字長為8位， +1補(bǔ) = 00000001 +127補(bǔ) = 01111111 +0補(bǔ) = 00000000 1補(bǔ) = 11111111 127補(bǔ) = 10000001 0補(bǔ) = 00000000 浮點(diǎn)數(shù)表示法把一個(gè)實(shí)數(shù)用階碼和尾數(shù)兩部分來分別表示。例如，十進(jìn)制實(shí)數(shù)12345.6789可以表示為：0.123456789 10+5二進(jìn)制實(shí)數(shù)的表示類似，例，1010.1011可表示為：1010.1011= 2+100 0.10101011階碼決定了能表示的數(shù)的范圍尾數(shù)則決定了能表示的輸?shù)木雀↑c(diǎn)數(shù)的表示方法n階碼是指數(shù)部分的值，表示冪次，其基數(shù)通

11、常取2。 n例如： 256.5 的浮點(diǎn)格式(32位)為：n所以 （256.5)10 = (0.1000000001)22900001001010000000010000000000000階碼: 7位數(shù)符尾數(shù)：23位階符n根據(jù)IEEE 754國際標(biāo)準(zhǔn)，常用的浮點(diǎn)數(shù)有兩種格式，單精度浮點(diǎn)數(shù)和雙精度浮點(diǎn)數(shù)。n單精度浮點(diǎn)數(shù)(32位)，階碼8位，尾數(shù)24位(內(nèi)含1位符號(hào)位)。n是浮點(diǎn)數(shù)的符號(hào)位，1 位，0表示正數(shù)，1表示負(fù)數(shù)。n是尾數(shù)，23位，小數(shù)點(diǎn)放在尾數(shù)域的最前面。n：階碼，8位，采用移碼方式來表示正負(fù)指數(shù)。n雙精度數(shù)64位，尾數(shù)為53位，用定點(diǎn)小數(shù)表示（通常使用補(bǔ)碼）n雙精度數(shù)階碼為11位精度和溢

12、出精度和溢出 所謂精度，是指可以給出的有效數(shù)字的位數(shù)。 如果一個(gè)數(shù)的大小超出了計(jì)算機(jī)所能表示的數(shù)的范圍，則產(chǎn)生“溢出”。 非數(shù)值信息的表示 字符編碼字符編碼 對(duì)于英文字符，最常用的字符編碼是對(duì)于英文字符，最常用的字符編碼是ASCII碼碼 128個(gè)常用字符，個(gè)常用字符，用用7位二進(jìn)制編碼位二進(jìn)制編碼，從，從0到到127控制字符：控制字符：032，127；普通字符：；普通字符：94個(gè)。個(gè)。 例如：字符例如：字符“a”的編碼為的編碼為1100001，對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)是，對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)是97； 換行換行 0AH 10 回車回車 0DH 13 空格空格 20H 32 09 30H39H 4857 AZ 4

13、1H5AH 6590 az 61H7AH 97122漢字編碼(1) 漢字輸入碼漢字輸入碼音碼類音碼類 全拼、雙拼、微軟拼音、全拼、雙拼、微軟拼音、自然碼和智能自然碼和智能ABC等等 形碼類形碼類 五筆字型法、鄭碼輸入法等五筆字型法、鄭碼輸入法等 。(2) 漢字國標(biāo)碼漢字國標(biāo)碼(GB231280) 每個(gè)漢字占兩個(gè)字節(jié)。每個(gè)漢字占兩個(gè)字節(jié)。 一級(jí)漢字：一級(jí)漢字：3755個(gè)；二級(jí)漢字：個(gè)；二級(jí)漢字：3008個(gè)。個(gè)。漢字分區(qū)，每個(gè)區(qū)漢字分區(qū)，每個(gè)區(qū)94個(gè)漢字。個(gè)漢字。區(qū)號(hào)區(qū)號(hào)區(qū)中位區(qū)中位置置漢字信息處理系統(tǒng)的模型漢字信息處理系統(tǒng)的模型輸入碼 國標(biāo)碼 字形碼 機(jī)內(nèi)碼地址碼 漢字輸入 漢字輸出(4) 漢字

14、字形碼漢字字形碼點(diǎn)陣：點(diǎn)陣：漢字字形點(diǎn)陣的代碼漢字字形點(diǎn)陣的代碼 有有1616、2424、3232、4848等等編碼、存儲(chǔ)方式簡單、無需轉(zhuǎn)換直接輸出編碼、存儲(chǔ)方式簡單、無需轉(zhuǎn)換直接輸出放大后產(chǎn)生的效果差放大后產(chǎn)生的效果差矢量：矢量：存儲(chǔ)的是描述漢字字形的輪廓特征存儲(chǔ)的是描述漢字字形的輪廓特征 矢量方式特點(diǎn)正好與點(diǎn)陣相反矢量方式特點(diǎn)正好與點(diǎn)陣相反(3)機(jī)內(nèi)碼機(jī)內(nèi)碼漢字在設(shè)備或信息處理系統(tǒng)內(nèi)部最基本的表達(dá)形式。漢字在設(shè)備或信息處理系統(tǒng)內(nèi)部最基本的表達(dá)形式。漢字漢字 國標(biāo)碼國標(biāo)碼 漢字內(nèi)碼漢字內(nèi)碼 中中 8680(01010110 01010000)B (11010110 11010000)B 華華

15、 5942(00111011 00101010)B (10111011 10101010)B （5 5）漢字地址碼）漢字地址碼每個(gè)漢字字形碼在漢字字庫中的相對(duì)位移地址每個(gè)漢字字形碼在漢字字庫中的相對(duì)位移地址地址碼和機(jī)內(nèi)碼要有簡明的對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換關(guān)系地址碼和機(jī)內(nèi)碼要有簡明的對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換關(guān)系(6) (6) 其他漢字編碼其他漢字編碼UCSUCS碼、碼、UnicodeUnicode碼、碼、GBKGBK碼、碼、BIG5BIG5碼等碼等 n多媒體信息表示多媒體信息表示 （1 1）圖像（）圖像（imageimage）與圖形（）與圖形（graphicsgraphics）信息在）信息在計(jì)算機(jī)內(nèi)的表示計(jì)算機(jī)內(nèi)的表示 （2）

16、聲音信息在計(jì)算機(jī)中的表示）聲音信息在計(jì)算機(jī)中的表示 （3）視頻信息在計(jì)算機(jī)中的表示）視頻信息在計(jì)算機(jī)中的表示 4. 程序設(shè)計(jì)語言的發(fā)展編寫程序所使用的語言就是程序設(shè)計(jì)語言。程序設(shè)計(jì)語言的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段： 機(jī)器語言-匯編語言-高級(jí)語言n 依賴于機(jī)器，不同的計(jì)算機(jī)有不同的語言，它由一系列指令組成，每條指令用 二進(jìn)制或八進(jìn)制編碼。 主要在上世紀(jì)50年代初使用 例：0000001011001111 表示 加法指令n 機(jī)器語言是唯一計(jì)算機(jī)可以直接執(zhí)行的語言。第一代語言機(jī)器語言n 也稱為符號(hào)語言，用符號(hào)代替機(jī)器語言中的二進(jìn)制編碼。上世紀(jì)50年代出現(xiàn)，至今仍有使用。 n 如 : MOV AL , 5 n

17、 計(jì)算機(jī)不能直接識(shí)別和執(zhí)行匯編語言，它必須經(jīng)過一個(gè)匯編程序（系統(tǒng)軟件）轉(zhuǎn)換成機(jī)器語言后才能執(zhí)行，它仍依賴于機(jī)器，不同的計(jì)算機(jī)有不同的匯編語言，不能通用。第二代語言匯編語言 匯編語言程序匯編語言程序 機(jī)器語言程序機(jī)器語言程序 匯編程序匯編程序也叫算法語言，計(jì)算機(jī)不能直接識(shí)別和執(zhí)行。上世紀(jì)60年代出現(xiàn)。一般地，把用高級(jí)語言或匯編語言編寫的程序稱為源程序。源程序須經(jīng)過編譯程序（系統(tǒng)軟件）編譯成機(jī)器語言程序（目標(biāo)程序）后才能執(zhí)行，過程如下：算法語言源程序編譯程序機(jī)器語言目標(biāo)程序結(jié)果編譯執(zhí)行第三代語言高級(jí)語言n 高級(jí)語言程序的執(zhí)行除了編譯執(zhí)行方式外還有另外一種方式，即解釋執(zhí)行方式。n一次只讀一行源程序，

18、將該行源程序翻譯成機(jī)器語言并執(zhí)行，翻譯結(jié)果不保存。n這種方式下，每次運(yùn)行用戶程序時(shí)都必須要用解釋程序。n典型的代表：早期的BASIC語言，PCLogo等n第四代語言非過程化語言n它只描述需要求解的問題是什么，典型的如SQL 語言（結(jié)構(gòu)化查詢語言），例如：n select “男生”n from “ 03級(jí)”n where “年齡i ；步驟步驟2：從鍵盤輸入一個(gè)整數(shù)給從鍵盤輸入一個(gè)整數(shù)給num，再將，再將num=max；步驟步驟3：如果如果imax，將，將num=max，否則，否則max的值為原值；的值為原值；步驟步驟5：i+1=i，轉(zhuǎn)步驟，轉(zhuǎn)步驟3；步驟步驟6：輸出輸出max的值，即輸出的值，即輸出n個(gè)整數(shù)中的最大數(shù)。個(gè)整數(shù)中的最大數(shù)。用自然語言描述算法如下：用自然語言描述算法如下：2.2