第1章 程序設計的計算機基礎

哈爾濱工業(yè)大學第1章程序設計的計算機基礎計算機程序設計語言的精彩

“我們的世界就是計算，就是一套簡單的規(guī)則生成的復雜現象。……很多時候人們說的‘隨機性’，……只是證明你還沒為這個系統建立完整的模型而已?！薄沟俜摇の譅柛ダ贰队钪娴谋举|是計算》計算無處不在！

計算無時不在！計算的“自動化”夢想3約瑟夫·雅卡爾機械的傳動下自動完成圖案編織1804年查爾斯·巴比奇程序控制1822年約翰·莫奇利約翰·埃克特電子數字積分計算機1946年阿蘭·圖靈圖靈機1937年布萊茲·帕斯卡巧妙的機械設計實現自動進位1642年計算的“無止境”現實4計算的“再塑造”未來5通過解決基于分子的信息編碼和處理的一系列數學和計算問題，分子信息學程序尋求數據存儲、檢索和處理的新范式分子信息學也將不再依賴傳統計算機的二進制數字邏輯，而是利用分子的廣泛結構特征和性質來實現數據編碼和操縱數據分子信息學計劃編程不只是“coding”

“計算機科學專業(yè)的教授應當為大學新生開一門名為‘怎么像計算機科學家一樣思維’的課，面向非專業(yè)的，而不僅僅是計算機科學專業(yè)的學生”

“機器學習已經改變了統計學。……計算生物學正改變著生物學家的思考方式。類似地，計算博弈理論正改變著經濟學家的思考方式，納米計算正改變著化學家的思考方式，量子計算正改變著物理學家的思考方式”

“計算思維代表著一種普遍的認識和一類普適的技能，每一個人，不僅僅是計算機科學家，都應熱心于它的學習和運用”——周以真6編程不只是“coding”7擬人人腦思維功能和思維過程模擬擬機理解或模擬計算機所形成的工作方式（思維方式）計算技術棧與程序執(zhí)行過程8Physics（物理原材料）Transistors（晶體管）Gates/Registers（門/寄存器）Micro

Architecture（微架構）AssemblyLanguage（匯編語言）High-LevelLanguage（高級編程語言）Algorithm（算法）Application（應用）MachineCode（二進制機器碼）Instruction

Set

Architecture（指令集架構）IncreasingorderofComplexityIncreasingorderofAbstractionSoftwareHardware高級語言temp=v[k];v[k]=v[k+1];v[k+1]=temp;TEMP=V[K]V[K]=V[K+1]V[K+1]=TEMPlw$t0,0($2)lw$t1,4($2)sw$t1,0($2)sw$t0,4($2)匯編語言機器碼C/C++編譯器Fortran編譯器匯編器計算技術棧程序執(zhí)行過程指令集00001001110001101010111101011000101011110101100000001001110001101100011010101111010110000000100101011000000010011100011010101111指令1數據1什么是“編程”編譯型語言：典型的如C/C++/Go語言，都屬于編譯型語言。編譯型語言開發(fā)的程序必須經過編譯成適配平臺的版本才能運行（如華為鯤鵬）從源碼到程序的過程：源碼需要由編譯器、匯編器翻譯成機器指令，再通過鏈接器鏈接庫函數生成機器語言程序。機器語言必須與CPU的指令集匹配，在運行時通過加載器加載到內存，由CPU執(zhí)行指令編譯器鏈接器可執(zhí)行代碼：機器語言程序加載器C/C++源碼目標模塊：機器語言模塊目標庫：庫函數（機器語言）匯編語言程序匯編器存儲器預處理器C/C++源碼9從源碼到可執(zhí)行程序-編譯型語言解釋型語言：典型的如Java/Python語言，都屬于解釋型語言，解釋型語言開發(fā)的程序可以在不同平臺部署（如華為鯤鵬等）解釋型語言的源代碼由編譯器生成字節(jié)碼，然后再由虛擬機解釋執(zhí)行。虛擬機將不同CPU指令集的差異屏蔽，因此解釋型語言的可移植性很好JVM類文件（字節(jié)碼）Java庫函數（機器語言）Java語言程序編譯器PVM.pyc文件（字節(jié)碼）Python庫函數（機器語言）Python程序編譯器10從源碼到可執(zhí)行程序-解釋型語言怎么學“編程”漢語和英語是人與人交流的工具，而程序設計語言是人與計算機交流的工具有著天生自學（漢語）的和后天訓練（英語）的“語言學習”能力字母單詞詞性時態(tài)語態(tài)短語語氣句子成分句型結構標識符數據類型常量函數控制結構變量數組字母指針“我”的故事KenThompsonDennisM.Ritchie“我”的故事1969年，ken夢想能遨游宇宙，設計了一款模擬在太陽系航行的電子游戲——“SpaceTravel”，1971年dmr加入游戲在PDP-7小型機上開發(fā)，因為這臺機器免費，但免費的機器沒有操作系統玩游戲