C语言程序设计-第1章-计算机的组成与程序设计基础.ppt

《C语言程序设计-第1章-计算机的组成与程序设计基础.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《C语言程序设计-第1章-计算机的组成与程序设计基础.ppt（37页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第第1章章 计算机的组成与程序设计基础计算机的组成与程序设计基础1.1 计算机的组成及基本工作原理计算机的组成及基本工作原理一个完整的计算机系统应包括两个部分，即硬件系统一个完整的计算机系统应包括两个部分，即硬件系统和软件系统，如表和软件系统，如表1-11-1所示。所示。1 1计算机硬件的基本结构计算机硬件的基本结构 当今计算机已发展成由巨型机、小巨型机、大型机、当今计算机已发展成由巨型机、小巨型机、大型机、小型机、微型机组成的一个庞大小型机、微型机组成的一个庞大“家族家族”。这个家族中的。这个家族中的成员尽管在规模、结构、性能和应用等方面存在着一定差成员尽管在规模、结构、性能和应用等方面存在

2、着一定差异，但它们的基本硬件结构仍沿用着冯异，但它们的基本硬件结构仍沿用着冯诺依曼设计的传诺依曼设计的传统结构。即由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出统结构。即由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五部分组成。设备五部分组成。一个计算机的基本硬件结构图如图一个计算机的基本硬件结构图如图1-11-1所示：所示：1.1.1 1.1.1 计算机硬件的系统计算机硬件的系统v运算器：进行算术运算和逻辑运算的部件运算器：进行算术运算和逻辑运算的部件寄存器ALU寄存器Arithmetic andArithmetic andLogic UnitLogic Unit算术运算：算术运算：+-+-逻辑运算

3、：逻辑运算：ANDAND，OROR，NOTNOT计算机系统组成：运算器计算机系统组成：运算器计算机系统组成：计算机系统组成：控制器控制器v控制器：指挥中心，指挥各部件协调的工作。控制器：指挥中心，指挥各部件协调的工作。控制器控制器程序计数器程序计数器PC指令寄存器指令寄存器IR操作控制器操作控制器指令译码器指令译码器ID存放将要存放将要被执行的被执行的指令地址，指令地址，有自动加有自动加1 1的功能的功能。存放当前存放当前要执行的要执行的指令代码。指令代码。识别和翻识别和翻译指令，译指令，产生相应产生相应的操作控的操作控制信号。制信号。根据译码器根据译码器的译码结果，的译码结果，产生出实现产生

4、出实现该指令的全该指令的全部动作的控部动作的控制信号。制信号。计算机系统组成：存储器计算机系统组成：存储器存储器：存储程序和数据存储器：存储程序和数据内内 存：存储存：存储正在运行正在运行的程序和数据以及中间结果、最终结果。的程序和数据以及中间结果、最终结果。10110110存储内容存储内容20H存储地址存储地址地地址址寄寄存存器器地址总线地址总线数据总线数据总线地地址址译译码码器器读写控制电路读写控制电路读写命令读写命令计算机系统组成：计算机系统组成：I/O设备设备v输入设备输入设备v输出设备输出设备硬件系统硬件系统主机主机外部设备外部设备整个系统运行的物理平台整个系统运行的物理平台 硬件系

5、统的核心是硬件系统的核心是主机主机，主机的核心是，主机的核心是CPUCPU1.1.2计算机的算机的软件系件系统l软件概念及分类软件概念及分类l软件相关概念软件相关概念l计算机语言计算机语言软件：概念及分类软件：概念及分类软件：软件：程序程序 文档文档 数据数据系统软件系统软件：用来管理、维护计算机并协调计算：用来管理、维护计算机并协调计算 机各部件有效工作的软件。机各部件有效工作的软件。应用软件应用软件：实现具体应用的软件。：实现具体应用的软件。软软件件软件：相关概念软件：相关概念v指令系统指令系统：计算机能够识别的所有指令的集合。：计算机能够识别的所有指令的集合。不同类型的计算机所识别的指令

6、和指令系统是不不同类型的计算机所识别的指令和指令系统是不一样的。面向机器，通用性差。一样的。面向机器，通用性差。15Av指令指令：计算机能够识别并执行的：计算机能够识别并执行的“操作命令操作命令”指令操作码操作数指令操作码操作数例：例：10110000 00001111v程序：为解决某一问题而设计的一系列指令或语句。程序：为解决某一问题而设计的一系列指令或语句。v机器语言：计算机能机器语言：计算机能唯一识别并可直接执行唯一识别并可直接执行的语的语 言，由二进制数（言，由二进制数（0或或1）排列组合而成。）排列组合而成。软件：计算机语言软件：计算机语言MOV A,15MOV A,15ADD A,

7、10ADD A,10汇编语言：汇编语言：A A1515A AA A1010高级语言：高级语言：10110000 0000111110110000 0000111100101100 0000101000101100 00001010机器语言：机器语言：执行效率执行效率高高低低可读性，通用性可读性，通用性低低高高计算机语言：高级语言的执行计算机语言：高级语言的执行汇编语言汇编语言源程序源程序目标程序目标程序.OBJ可执行程序可执行程序.EXE高级语言高级语言源程序源程序编译程序编译程序连接程序连接程序汇编程序汇编程序汇编汇编连接连接编译编译1.1.3计算机工作原理算机工作原理内存储器内存储器外存储

8、器外存储器输入输入设备设备输出输出设备设备控制器控制器运算器运算器操作系统操作系统WordWord软件软件计算机的工作过程就是执行程序的过程计算机的工作过程就是执行程序的过程指令的执行过程指令的执行过程开始指令开始指令指令指令指令指令指令指令结束指令结束指令程程序序的的执执行行指令的执行过程指令的执行过程取出指令取出指令分析指令分析指令执行指令执行指令从内存某地址取出要执行的指令从内存某地址取出要执行的指令把取出的指令送指令译码器，把取出的指令送指令译码器，译出对应操作译出对应操作向相关部件发送控制命令，向相关部件发送控制命令，完成操作完成操作译码器译码器操作操作控制器控制器地址寄存器地址寄存

9、器ARAR累加器累加器暂存器暂存器通用寄存器通用寄存器程序计数器程序计数器PCPC指令寄指令寄存器存器IRIR数据寄数据寄存器存器DRDRCPUALU存储器存储器地址地址 指令或数据内容指令或数据内容2020212130303131CLACLAADD 30ADD 30000 006000 006地地址址总总线线数数据据总总线线000 020000 020000 021CLACLA000 000译码器译码器操作操作控制器控制器地址寄存器地址寄存器ARAR累加器累加器暂存器暂存器通用寄存器通用寄存器程序计数器程序计数器PCPC指令寄指令寄存器存器IRIR数据寄数据寄存器存器DRDRCPUALU存储

10、器存储器地址地址 指令或数据内容指令或数据内容2020212130303131CLACLAADD 30ADD 30000 006000 006地地址址总总线线数数据据总总线线000 021000 022000 021000 000ADD 30ADD 30译码器译码器操作操作控制器控制器地址寄存器地址寄存器ARAR累加器累加器暂存器暂存器通用寄存器通用寄存器程序计数器程序计数器PCPC指令寄指令寄存器存器IRIR数据寄数据寄存器存器DRDRCPUALU存储器存储器地址地址 指令或数据内容指令或数据内容2020212130303131CLACLAADD 30ADD 30000 006000 006

11、地地址址总总线线数数据据总总线线000 021000 022ADD 30ADD 30000 000000 030000 006000 006000 006000 006程序设计基础知识程序设计基础知识北京科技大学信息工程学院北京科技大学信息工程学院 程序设计是一门技术，需要相应的理论、技术、方法和程序设计是一门技术，需要相应的理论、技术、方法和工具来支持。就程序设计方法和技术的发展而言，经过了结工具来支持。就程序设计方法和技术的发展而言，经过了结构化程序设计和面向对象的程序设计阶段。构化程序设计和面向对象的程序设计阶段。除了好的程序设计方法和技术之外，程序设计风格也是除了好的程序设计方法和技术

12、之外，程序设计风格也是很重要的。因为程序设计风格会深刻影响软件的质量和可维很重要的。因为程序设计风格会深刻影响软件的质量和可维护性，良好的程序设计风格可以使程序结构清晰合理，使程护性，良好的程序设计风格可以使程序结构清晰合理，使程序代码便于维护，因此，程序设计风格对保证程序的质量是序代码便于维护，因此，程序设计风格对保证程序的质量是很重要的。很重要的。程序设计方法与风格程序设计方法与风格 程序设计方法与风格程序设计方法与风格(续续)要形成良好的程序设计风格，应考虑以下几个因素：要形成良好的程序设计风格，应考虑以下几个因素：1源程序文档化源程序文档化 源程序文档化一般要考虑：标识符的命名、程序注

13、释信源程序文档化一般要考虑：标识符的命名、程序注释信息、视觉组织等几个方面。息、视觉组织等几个方面。l 标识符的命名应遵循标识符的命名应遵循“见名知义见名知义”的原则。的原则。l 程序注释信息应能帮助读者正确理解整个程序。程序注释信息应能帮助读者正确理解整个程序。注释信息一般包括注释信息一般包括序言性注释序言性注释和和功能性注释功能性注释。所谓序言性。所谓序言性注释一般位于程序的开始部分，主要包括：标题、程序的主注释一般位于程序的开始部分，主要包括：标题、程序的主要功能、主要算法、程序作者等。所谓功能性注释一般位于要功能、主要算法、程序作者等。所谓功能性注释一般位于程序的中间，主要描述变量的含

14、义、语句的作用等。程序的中间，主要描述变量的含义、语句的作用等。l 视觉组织主要是书写程序时应尽量清晰便于阅读，一般利视觉组织主要是书写程序时应尽量清晰便于阅读，一般利用空格、空行、缩进等技巧。用空格、空行、缩进等技巧。程序设计方法与风格程序设计方法与风格(续续)2数据说明的方法数据说明的方法 数据说明的次序规范化。鉴于程序理解、阅读和维护的需数据说明的次序规范化。鉴于程序理解、阅读和维护的需要，使数据说明次序固定。当一个说明语句说明多个变量时，要，使数据说明次序固定。当一个说明语句说明多个变量时，变量按照字母顺序排列。使用注释来说明复杂数据的结构。变量按照字母顺序排列。使用注释来说明复杂数据

15、的结构。程序设计方法与风格程序设计方法与风格(续续)3语句构造语句构造 除非对效率有特殊要求，程序编写要做到清晰第除非对效率有特殊要求，程序编写要做到清晰第一，效率第二。一，效率第二。A=A+BA=A+B B=A-B B=A-B A=A-B A=A-B4输入和输出输入和输出 输入和输出信息是用户直接关心的，输入和输出输入和输出信息是用户直接关心的，输入和输出方式和格式应尽可能方便用户的使用。方式和格式应尽可能方便用户的使用。结构化程序设计结构化程序设计 由由于于软软件件危危机机的的出出现现，人人们们开开始始研研究究程程序序设设计计方方法法，其其中中最最受受关关注注的的是是结结构构化化程程序序设

16、设计计方方法法。20世世纪纪70年年代代提提出出了了“结结构构化化程程序序设设计计(structured programming)”的的思思想想和和方方法法。结结构构化化程程序序设设计计方方法法引引入入了了一一些些工工程程的的思思想想和和结结构构化化思思想想，使使大大型型软软件件的的开开发发和编程都得到了和编程都得到了一些一些改善。改善。结构化程序设计的原则结构化程序设计的原则 1）采用自顶向下、逐步细化的方法进行设计；）采用自顶向下、逐步细化的方法进行设计；2）采用模块化原则和方法进行设计；）采用模块化原则和方法进行设计；即将大型任务从上向下划分为多个功能模块，每即将大型任务从上向下划分为多

17、个功能模块，每个模块又可以划分为若干子模块，然后分别进行个模块又可以划分为若干子模块，然后分别进行模块程序的编写模块程序的编写。3)限制使用限制使用goto语句。语句。结构化程序设计的原则结构化程序设计的原则 结构化程序设计方法的主要原则可以概括为结构化程序设计方法的主要原则可以概括为 自顶向下自顶向下 逐步求精逐步求精 模块化模块化 限制使用限制使用goto语句语句结构化程序的基本结构与特点结构化程序的基本结构与特点 结构化程序的基本结构：结构化程序的基本结构：顺序结构、选择结构、重复结构。顺序结构、选择结构、重复结构。1 1顺序结构顺序结构顺序结构是程序的最基本、最常用的结构，也是最简单的

18、顺序结构是程序的最基本、最常用的结构，也是最简单的程序结构。它是按照书写顺序依次执行语句的结构，如图程序结构。它是按照书写顺序依次执行语句的结构，如图1-51-5所示。所示。（a）流程图 （b）N-S结构图图1-5顺序结构2 2选择结构选择结构选择结构又称为分支结构，这种结构是按照给定的条件判断选择执行相应的语句序列，如图1-6所示。分支结构一般根据条件判别来决定执行哪一个程序分支，满足条件则执行语句序列A，不满足条件，则执行语句序列B。通常，CPU每执行完一条指令后，便自动执行下一条指令，但分支结构的执行可以改变程序的执行流程。（a a）流程图）流程图 （b b）N-SN-S结构图结构图图图

19、1-61-6选择结构选择结构 3 3循环结构循环结构循环结构又称为重复结构，通过循环控制条件来决定是循环结构又称为重复结构，通过循环控制条件来决定是否重复执行相同的语句序列。在计算机程序设计语言中，否重复执行相同的语句序列。在计算机程序设计语言中，一般包括两种类型的循环：当型循环（如图一般包括两种类型的循环：当型循环（如图1-71-7所示）和所示）和直到型循环如图直到型循环如图1-81-8所示。所示。（a a）流程图）流程图 （b b）N-SN-S结构图结构图图图1-71-7当型循环结构当型循环结构 （a）流程图 （b）N-S结构图图1-8直到型循环结构 1.3 C1.3 C语言程序的基本结构及开发过程语言程序的基本结构及开发过程 略略