計算機(jī)和計算機(jī)程序.ppt

1/48,第二章,計算機(jī)和計算機(jī)程序,2/48,本章主要內(nèi)容,計算機(jī)是實現(xiàn)算法的有效工具;計算機(jī)的基本組成;計算機(jī)中存儲信息的方法;計算機(jī)語言和計算機(jī)程序;程序運(yùn)行環(huán)境;程序開發(fā)的步驟。,計算機(jī)和編程基礎(chǔ)知識,3/48,2.1計算機(jī)是實現(xiàn)算法的有效工具,算法是解題的方法和步驟的描述;對于算法(俠義)的實現(xiàn)可以有多種途徑;(如心算、計算器、計算尺、算盤等等計算工具來實現(xiàn)算法)；由于電子計算機(jī)所具有的基本特征（高速度、大容量等），直到目前為止還是實現(xiàn)各種復(fù)雜算法的最有效工具。,4/48,2.1計算機(jī)是實現(xiàn)算法的有效工具,電子計算機(jī)的特點：使用脈沖數(shù)字電路，能進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)計算(數(shù)據(jù)處理)任務(wù)；（速度上）計算精度高；（如的精度達(dá)到200萬位）具有存儲信息的能力；由程序控制、全自動運(yùn)行；（邏輯判斷）使用的是二進(jìn)制數(shù)據(jù)表示；可靠性高、通用性強(qiáng)。,5/48,2.1計算機(jī)是實現(xiàn)算法的有效工具,電子計算機(jī)的主要用途：科學(xué)計算;數(shù)據(jù)處理；自動控制；輔助設(shè)計與制造(CAICATCADCAM);人工智能(ArtificialIntelligengce)等等。,6/48,2.2計算機(jī)的基本組成,7/48,用戶數(shù)據(jù)區(qū),程序存儲區(qū),輸出設(shè)備,輸入設(shè)備,外部存儲設(shè)備,控制器,運(yùn)算器,存儲器,信息流,控制流,8/48,2.2計算機(jī)的基本組成,運(yùn)算器運(yùn)算器或稱算術(shù)邏輯單元（ArithmeticalandLogicalUnit-ALU）的主要功能是對數(shù)據(jù)進(jìn)行各種運(yùn)算。它由ALU、通用和專用寄存器組、內(nèi)部總線組成。(加法器+邏輯功能部件邏輯運(yùn)算)存儲器存儲器（MemoryUnit）的主要功能是存儲程序和各種數(shù)據(jù)信息，并能在計算機(jī)運(yùn)行過程中高速、自動地完成程序或數(shù)據(jù)的存取。根據(jù)存儲器在系統(tǒng)中的作用，可分為：高速緩沖存儲器、內(nèi)存儲器、外存儲器。,9/48,2.2計算機(jī)的基本組成,控制器控制器（ControlUnit）是整個計算機(jī)系統(tǒng)的控制中心，它指揮計算機(jī)各部分協(xié)調(diào)工作，保證計算機(jī)按照預(yù)先規(guī)定的目標(biāo)和步驟有條不紊地進(jìn)行操作及處理?？刂破饔梢韵挛鍌€部件組成：1）程序計數(shù)器（存放下一條指令地址）；2）指令寄存器（存放來自存儲器的待執(zhí)行的指令）；3）指令譯碼器（指令譯碼，將指令的操作碼部分“翻譯”成相應(yīng)的操作）；4）時序部件（產(chǎn)生計算機(jī)工作中所需的各種時序信號-節(jié)拍）;5）微操作部件（控制器的主體：一條指令的執(zhí)行過程可更進(jìn)一步地看做是微操作的產(chǎn)生過程）;,10/48,11/48,2.2計算機(jī)的基本組成,輸入設(shè)備用來向計算機(jī)輸入各種原始數(shù)據(jù)和程序的設(shè)備叫輸入設(shè)備（InputDevice）。有文字輸入設(shè)備、圖形輸入設(shè)備、圖像輸入設(shè)備、語音輸入設(shè)備等等輸出設(shè)備從計算機(jī)輸出各類數(shù)據(jù)（信息）的設(shè)備叫做輸出設(shè)備（OutputDevice）。有的設(shè)備是：InputandOutput(I/O),12/48,2.2計算機(jī)的基本組成,馮諾依曼計算機(jī)的基本工作過程，概括地說就是：存儲指令取指令分析指令執(zhí)行指令再取下一條指令，依次周而復(fù)始地執(zhí)行指令序列的過程。,13/48,2.2計算機(jī)的基本組成,14/48,2.3計算機(jī)中存儲信息的方法,存儲信息的單位：存儲容量：一個存儲器能容納的存儲單元總數(shù)；一般使用:字（word）字節(jié)（Bytes）位(Bit)KBMBGB(吉)TB（太拉）,15/48,2.3計算機(jī)中存儲信息的方法,數(shù)制的轉(zhuǎn)換：1)二進(jìn)制十進(jìn)制(1101)2=123+122+021+120=(13)102)二進(jìn)制十六進(jìn)制、八進(jìn)制(111101.111)2(00111101.1110)2(3D.E)16(111101.111)2(111101.111)2(75.7)8,小數(shù)部分是2的負(fù)次方之和,16/48,數(shù)的多項式表示對于一個k進(jìn)制的數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù):,k：基數(shù)m:數(shù)字（0k-1的數(shù)字）n:整數(shù)和小數(shù)部分的位數(shù)值,17/48,2.3計算機(jī)中存儲信息的方法,3)十進(jìn)制二進(jìn)制,(53)10=(110101)2,除取余,18/48,2.3計算機(jī)中存儲信息的方法,(0.375)10=(0.011)2,乘取整,19/48,2.3計算機(jī)中存儲信息的方法,非數(shù)值領(lǐng)域:ASCII（AmericanStandardCodeforInformationInterchange）美國信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼。一個字節(jié)為8位二進(jìn)制，一個ASCII碼占一個字節(jié)的低7位，最高位為規(guī)定為0，這樣一個字節(jié)可表示2的7次方即128種狀態(tài),從00000000-01111111,每種狀態(tài)與一個ASCII碼字符唯一對應(yīng)，即可表示128個字符，包括26個英文大寫字符、26個英文小寫字符、10個數(shù)字字符、33個標(biāo)點符號和33個控制符。EBCDIC擴(kuò)充的二十進(jìn)制交換碼（用于大型機(jī)）,20/48,2.4計算機(jī)語言和計算機(jī)程序,為了使人和計算機(jī)能進(jìn)行信息交互而使用的、人機(jī)都能理解的特定語言計算機(jī)語言。（人機(jī)共同語言）計算機(jī)語言的種類：機(jī)器語言；符號語言；（Symol）算法語言；非過程化語言(面向?qū)ο蟮腛OP)。,21/48,2.4計算機(jī)語言和計算機(jī)程序,機(jī)器語言：每一類計算機(jī)都規(guī)定了由若干位二進(jìn)制信息組成的一條條指令。所有這些指令的集合就是該機(jī)器的指令系統(tǒng)。計算機(jī)能直接執(zhí)行這些二進(jìn)制指令機(jī)器指令.全部機(jī)器指令的總和就稱之為該機(jī)器的機(jī)器語言。為求解某一實際問題而從指令系統(tǒng)中挑選一些指令組成一個序列就是機(jī)器語言程序。,22/48,B007MovAL,07B303MovBL,0328D8SubAL,BLCD20Int20,23/48,2.4計算機(jī)語言和計算機(jī)程序,符號語言：由于機(jī)器語言指令的二進(jìn)制碼難以記憶,使用也很繁瑣,人們想到使用符號來代替原來的指令的辦法符號語言。一般來說,一條符號語言指令對應(yīng)一條機(jī)器指令。因此,使用符號語言指令編寫程序就需要一個翻譯工具匯編程序就是來完成這個任務(wù)的(也稱之為“匯編”或“代真”過程)，最后得到的機(jī)器指令就是“目標(biāo)程序”；MOVAX,1000ADDAX,BXSUBAX,BX,24/48,2.4計算機(jī)語言和計算機(jī)程序,算法語言：對于機(jī)器語言和符號語言都是面向機(jī)器的,可移植性較差，屬于“低級語言”;算法語言的表示方式接近自然語言和數(shù)學(xué)語言,是面向“過程”的語言高級語言;常用的算法語言:BASIC;FORTRAN;COBOL;PASCAL;C系列;ADA(每種語言都有不同版本),面向過程的語言,25/48,2.4計算機(jī)語言和計算機(jī)程序,非過程化語言:算法語言是過程化的語言,就是在解題中要詳盡規(guī)定解題過程的每一步驟,清楚地描述(由程序安排)“做什么”,“怎么做”。現(xiàn)在人們開發(fā)出了非過程化語言，就是只要確定“做什么”，計算機(jī)就能完成任務(wù)。如“打印出我校入學(xué)成績600分以上的學(xué)生姓名”LISTALLFOR入學(xué)成績>=600,26/48,2.4計算機(jī)語言和計算機(jī)程序,計算機(jī)程序語言：是指全部指令的集合，每一種語言都規(guī)定了各自的語法規(guī)則以及語用含義。程序：為解決某一特定問題而用某一種語言編寫的指令序列。它們之間的關(guān)系類似于:如：中文語言一篇中文論文程序,27/48,2.4計算機(jī)語言和計算機(jī)程序,用計算機(jī)語言編程要掌握三個基本概念：語法：掌握嚴(yán)格的語法規(guī)則編程，不然編譯系統(tǒng)會給出語法錯誤。語義：掌握語法成分的含義：Print是打印輸出；Write是輸出到指定的設(shè)備上；語用：要善于利用語法規(guī)則中有關(guān)規(guī)定和語言成分的含義組織程序以達(dá)到特定的目的。如怎樣得到所需的循環(huán)次數(shù)，如何得到我要的打印格式正確使用語言問題。,都是表示輸出,28/48,2.4計算機(jī)語言和計算機(jī)程序,N.WIRTH指出：“程序就是在數(shù)據(jù)的某些特定的表示方式和結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對抽象算法的具體描述”：1）對求解一個問題，先應(yīng)有正確的算法；2）程序處理的對象是數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)有自己的特性，而且它們還有內(nèi)在聯(lián)系等。要合理組織它們就要選擇合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。3）程序不僅要描述算法，還要描述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),算法+數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)=程序,理解,29/48,2.4計算機(jī)語言和計算機(jī)程序,對程序的評價:根據(jù)N.WIRTH提出的“算法+數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)=程序”的公式來評價一個程序時,除了要求程序的正確性和有效性外,還要求程序具有簡明性、可靠性、可修改性、可重用性等特征。,30/48,2.4計算機(jī)語言和計算機(jī)程序,對于“結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計”，除了“算法”和“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”外，我們還應(yīng)該遵循：,算法+數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)+結(jié)構(gòu)化方法+語言工具,結(jié)構(gòu)化程序,結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的四大要素,31/48,2.5程序運(yùn)行環(huán)境,要運(yùn)行一個程序，除了硬件外，還需要有軟件環(huán)境的支持。對于語言程序除了有相應(yīng)的匯編、解釋、編譯程序外，還必須有操作系統(tǒng)這個最大的、最基本的軟件環(huán)境的支持。,32/48,2.5程序運(yùn)行環(huán)境,軟件環(huán)境:操作系統(tǒng)；編輯程序；翻譯程序；裝配連接程序,硬件,操作系統(tǒng),應(yīng)用軟件層,33/48,2.5程序運(yùn)行環(huán)境,操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)是指對計算機(jī)系統(tǒng)的硬件資源（CPU、存儲器、I/O設(shè)備）和軟件資源（各種系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件）進(jìn)行統(tǒng)一指揮、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一分配、統(tǒng)一調(diào)度的軟件系統(tǒng)，是計算機(jī)系統(tǒng)正常運(yùn)行的控制中心,是現(xiàn)代計算機(jī)必備系統(tǒng)軟件。人們常常將沒有操作系統(tǒng)的計算機(jī)稱之為“裸機(jī)”。,34/48,2.5程序運(yùn)行環(huán)境,操作系統(tǒng)分為：,單用戶系統(tǒng)（用戶獨(dú)占方式）批處理方式（多道作業(yè)）,分時系統(tǒng)（多終端系統(tǒng)）實時系統(tǒng)（強(qiáng)調(diào)響應(yīng)速度）,目前流行的系統(tǒng)：UNIX、WINDOWS、部分DOS,35/48,2.5程序運(yùn)行環(huán)境,操作系統(tǒng)的功能,存儲管理,處理機(jī)管理,設(shè)備管理,文件管理,進(jìn)程管理,控制CPU每瞬時的工作，接受中斷信號，為用戶提供CPU處理。,有效地管理計算機(jī)的各種設(shè)備，使之有效地工作,合理地為用戶分配存儲空間，有效地管理內(nèi)存。,管理外存中的程序和數(shù)據(jù)，在需要時及時調(diào)入內(nèi)存使用。,是指處理機(jī)執(zhí)行程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行處理的全過程所進(jìn)行的管理。合理地調(diào)度用戶作業(yè)，負(fù)責(zé)組織和控制作業(yè)的運(yùn)行，決定什么時候可以使用處理機(jī)。,36/48,2.5程序運(yùn)行環(huán)境,編輯程序是源程序的建立與修改(修改、插入、刪除等)的平臺。一般來說可以是一個文字編輯系統(tǒng)。如：EDLINEDIT寫字板WORD等翻譯程序是一個將符號語言或高級語言翻譯成機(jī)器語言的程序。有以下三種：匯編程序；解釋程序；編譯程序；,例如,37/48,2.5程序運(yùn)行環(huán)境,匯編程序的功能：將符號語言程序翻譯成機(jī)器語言程序，它對符號語言源程序逐行掃描，將機(jī)器碼代替助記符(代真)，并進(jìn)行語法檢查。編譯程序的功能：將高級語言程序(算法語言)轉(zhuǎn)換成機(jī)器語言程序，具有翻譯和查錯功能。詞法、語法、語義分析、生成目標(biāo)程序以及優(yōu)化目標(biāo)程序等功能。,例如,38/48,2.5程序運(yùn)行環(huán)境,解釋程序：也是將高級語言程序轉(zhuǎn)換成機(jī)器語言程序，它是邊翻譯邊執(zhí)行，即輸入一句，翻譯一句，執(zhí)行一句，不產(chǎn)生整個目標(biāo)程序。遇見錯誤語句就立即停止執(zhí)行。（典型的使用解釋程序的語言是BASIC語言）,39/48,2.5程序運(yùn)行環(huán)境,裝配連接程序：經(jīng)過編譯得到的目標(biāo)程序(*.OBJ)是不能立即執(zhí)行的，因為在目標(biāo)程序中，一般包含著內(nèi)部函數(shù)、外部函數(shù)、子程序、過程庫中的程序等，需要進(jìn)一步的將它們連接起來-裝配連接程序，最后變成可執(zhí)行的程序(*.EXE).源程序編譯裝配連接運(yùn)行,40/48,2.5程序運(yùn)行環(huán)境,編輯（源程序的建立）,編譯（源程序生成目標(biāo)程序）,裝配連接（將目標(biāo)程序與子程序連接）,運(yùn)行,算法語言程序設(shè)計步驟,41/48,2.6程序開發(fā)的步驟,軟件生命期和軟件工程的概念與計算機(jī)硬件的發(fā)展過程一樣，軟件也有它們的生命期限（伴隨著硬件）如微軟最近公布停止對XP進(jìn)行“主流支持”，而進(jìn)入所謂的“延長支持期”，年內(nèi)淡出市場這樣，我們的WinXP、Office2003等需要升級，不然可能造成危險。對于系統(tǒng)的升級：Win7或Vista,42/48,2.6程序開發(fā)的步驟,軟件生命期和軟件工程的概念開發(fā)一個應(yīng)用系統(tǒng)所經(jīng)過的階段：建立數(shù)學(xué)模型；確定算法，畫出流程圖；編寫程序；程序測試。對于一個復(fù)雜的問題，直接寫出算法是困難的，這就要運(yùn)用“軟件工程”的方法來開發(fā)，也就是運(yùn)用工程學(xué)的知識和方法指導(dǎo)和規(guī)范軟件開發(fā)全過程。,43/48,2.6程序開發(fā)的步驟,軟件生命期和軟件工程的概念-軟件生命期（階段）:定義階段:軟件開發(fā)計劃:確定總目標(biāo),選定可行的方案需求分析:詳細(xì)分析用戶需求,最后形成功能說明書開發(fā)階段:總體設(shè)計:確定軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu),即大系統(tǒng)下的子系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計:使用流程圖對各個子系統(tǒng)完成設(shè)計算法編程:用語言程序來實現(xiàn)算法軟件測試:重復(fù)運(yùn)行以糾正錯誤：常規(guī)測試、極限測試維護(hù)階段交付使用:交付程序和文檔資料,說明運(yùn)行環(huán)境等軟件維護(hù):在使用中不斷修改錯誤直至軟件消亡.,44/48,2.6程序開發(fā)的步驟,軟件生命期和軟件工程的概念-各階段的工作量之比:定義(1),設(shè)計和編碼(10),測試(50),維護(hù)(501000)設(shè)計人員工作范疇:系統(tǒng)分析員:系統(tǒng)的分析與定義高級程序員:總體設(shè)計以及測試程序員:詳細(xì)設(shè)計和編程、維護(hù)。,45/48,2.6程序開發(fā)的步驟,結(jié)構(gòu)程序設(shè)計方法：一個結(jié)構(gòu)化程序就是用高級語言表示的結(jié)構(gòu)化算法。只要是使用三種結(jié)構(gòu)（順序、選擇、循環(huán)）組成的程序一定是結(jié)構(gòu)化（就是層次分明、結(jié)構(gòu)清晰、算法準(zhǔn)確）的程序。結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法的基本思想：將復(fù)雜問題的求解分階段、分模塊地進(jìn)行：1）自頂向下(從下到上)；2）逐步細(xì)化；3）模塊化設(shè)計；4）結(jié)構(gòu)化編碼。,46/48,學(xué)院財務(wù)管理系統(tǒng),一系財務(wù),二系財務(wù),三系財務(wù),院部財務(wù),教工工資,科研經(jīng)費(fèi),實驗經(jīng)費(fèi),辦公經(jīng)費(fèi),47/48,一個簡單的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計舉例,將11000之間的素數(shù)打印出來,用篩選法求素數(shù)表,輸入11000的各個數(shù),把所有的非素數(shù)去掉,打印全部素數(shù),輸入11000的各個數(shù)-A,把所有的非素數(shù)去掉-B,打印全部素數(shù)-C,古希臘數(shù)學(xué)家Eratosthenes提出的這個篩選法,48/48,A,輸入N,1I,當(dāng)I<=N,IXi,I+1I,輸入數(shù)據(jù)個數(shù)(數(shù)據(jù)由程序產(chǎn)生),當(dāng)N=10時，則有：X1=1X2=2X3=3.X10=10,49/48,B,0X1,2I,當(dāng)I<,I+1I,是,否,Xi=0？,I+1J,J+1J,當(dāng)J<=N,是,否,Xj=0？,0Xj,否,是,Xj能被Xi整除,外循環(huán)：確定Xi內(nèi)循環(huán)：確定該數(shù)是否是素數(shù)。,將X1=1去掉,1234567891000000,0230507090000000,50/48,1I,當(dāng)I<=N,I+1I,C,PRINTXi,是,否,Xi=0？,當(dāng)該數(shù)為0時表示該數(shù)已經(jīng)去掉,完,51/48,本章小結(jié),計算機(jī)的基本組成及工作原理;計算機(jī)中數(shù)的表示、編碼方法等；計算機(jī)的基本特點及應(yīng)用分類;計算機(jī)中存儲信息的方法與容量表示;計算機(jī)語言和計算機(jī)程序;計算機(jī)程序運(yùn)行環(huán)境;算法語言程序的建立運(yùn)行的步驟；應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的步驟。,52/48,END,練習(xí)解釋,53/48,面向過程的語言：,定義：不考慮機(jī)器內(nèi)部構(gòu)造和不同機(jī)器的特點，只要按照解題的算法寫出解題過程就能執(zhí)行的語言程序。早期的算法語言基本都是面向過程的語言，現(xiàn)在人們已經(jīng)使用了更新的算法語言面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言(OOP)。,返回,54/48,Eratosthenes篩選法,1）輸入11000的數(shù)據(jù)；2）先去掉1；3）用剛才去掉的數(shù)的后一個數(shù)，去掉后面的各數(shù)中是該數(shù)的倍數(shù)；4）判斷這個數(shù)P是否大于N的開方數(shù)；5）剩下的數(shù)就都是素數(shù)。,返回,55/48,第二章的練習(xí)12題3小題,給定10個數(shù),打印出其中最大的一個數(shù),輸入10個數(shù),找出其中最大的數(shù),打印最大的數(shù),采用自頂向下,逐步細(xì)化的結(jié)構(gòu)化算法,56/48,第二章的練習(xí)12題3小題,給定10個數(shù),打印出其中最大的一個數(shù),讀入一個數(shù)給MAX,分別對9個數(shù)比較,打印最大的數(shù)MAX,讀入一個數(shù)給A,將A與MAX比較,大者保存MAX中,57/48,第二章的練習(xí)12題3小題,給定10個數(shù),打印出其中最大的一個數(shù),N=1,當(dāng)NMAX,T,F,58/48,第二章的練習(xí)12題7小題,給定一個偶數(shù)M(M6),將它表示為兩個素數(shù)之和（如：8=3+516=5+1122=5+17）,輸入M,A=3,直到AM,若A、B均為素數(shù)，打印則A、B否則A+2A,B=M-A,采用自頂向下,逐步細(xì)化的結(jié)構(gòu)化算法,59/48,第二章的練習(xí)12題7小題,FLAG=0,FLAG=1,A=A+2,FLAG=0,A是素數(shù),T,T,F,F,B是素數(shù),T,F,打?。篗=A+B,A=A+2,給定一個偶數(shù)M(M6),將它表示為兩個素數(shù)之和（如：8=3+516=5+1122=5+17）,60/48,第二章的練習(xí)12題7小題,I=2,F1=0,當(dāng)I和F1=0,MOD(A,I),給定一個偶數(shù)M(M6),將它表示為兩個素數(shù)之和（如：8=3+516=5+1122=5+17）,61/48,給定一個偶數(shù)M(M6),將它表示為兩個素數(shù)之和如：8=3+516=5+1122=5+17,以8和18為例說明,M,62/48,本章完,63/48,back,64/48,在Word中建立Fortran源程序,直接按Fortran源程序輸入；以TXT純文本格式保存；重命名文件后綴（*.For或*.F90）在編譯環(huán)境中打開該文件,back,