第1章計(jì)算機(jī)的組成與程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)2025年12月1日1.1計(jì)算機(jī)的組成及基本工作原理一個完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)包括兩個部分，即硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，如表1-1所示。2025年12月1日2025年12月1日1．計(jì)算機(jī)硬件的基本結(jié)構(gòu)當(dāng)今計(jì)算機(jī)已發(fā)展成由巨型機(jī)、小巨型機(jī)、大型機(jī)、小型機(jī)、微型機(jī)組成的一個龐大“家族”。這個家族中的成員盡管在規(guī)模、結(jié)構(gòu)、性能和應(yīng)用等方面存在著一定差異，但它們的基本硬件結(jié)構(gòu)仍沿用著馮·諾依曼設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)。即由運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五部分組成。一個計(jì)算機(jī)的基本硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1-1所示：1.1.1計(jì)算機(jī)硬件的系統(tǒng)2025年12月1日2025年12月1日運(yùn)算器：進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的部件寄存器ALU寄存器ArithmeticandLogicUnit算術(shù)運(yùn)算：

+-×÷邏輯運(yùn)算：

AND，OR，NOT計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成：運(yùn)算器2025年12月1日計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成：控制器控制器：指揮中心，指揮各部件協(xié)調(diào)的工作。存放將要被執(zhí)行的指令地址，有自動加1的功能。存放當(dāng)前要執(zhí)行的指令代碼。識別和翻譯指令，產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制信號。根據(jù)譯碼器的譯碼結(jié)果，產(chǎn)生出實(shí)現(xiàn)該指令的全部動作的控制信號。2025年12月1日計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成：存儲器存儲器：存儲程序和數(shù)據(jù)內(nèi)存：存儲正在運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)以及中間結(jié)果、最終結(jié)果。10110110存儲內(nèi)容20H存儲地址地址寄存器地址總線數(shù)據(jù)總線地址譯碼器讀寫控制電路讀寫命令2025年12月1日計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成：I/O設(shè)備輸入設(shè)備輸出設(shè)備2025年12月1日硬件系統(tǒng)主機(jī)外部設(shè)備整個系統(tǒng)運(yùn)行的物理平臺

硬件系統(tǒng)的核心是主機(jī)，主機(jī)的核心是CPU2025年12月1日1.1.2計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)軟件概念及分類軟件相關(guān)概念計(jì)算機(jī)語言2025年12月1日軟件：概念及分類軟件：程序＋文檔＋數(shù)據(jù)系統(tǒng)軟件：用來管理、維護(hù)計(jì)算機(jī)并協(xié)調(diào)計(jì)算

機(jī)各部件有效工作的軟件。應(yīng)用軟件：實(shí)現(xiàn)具體應(yīng)用的軟件。軟件操作系統(tǒng)硬件應(yīng)用軟件2025年12月1日軟件：相關(guān)概念指令系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)能夠識別的所有指令的集合。

※不同類型的計(jì)算機(jī)所識別的指令和指令系統(tǒng)是不一樣的。面向機(jī)器，通用性差。

指令：計(jì)算機(jī)能夠識別并執(zhí)行的“操作命令”

指令＝操作碼＋操作數(shù)例：1011000000001111程序：為解決某一問題而設(shè)計(jì)的一系列指令或語句。機(jī)器語言：計(jì)算機(jī)能唯一識別并可直接執(zhí)行的語言，由二進(jìn)制數(shù)（0或1）排列組合而成。2025年12月1日計(jì)算機(jī)語言：高級語言的執(zhí)行匯編語言源程序目標(biāo)程序.OBJ可執(zhí)行程序.EXE高級語言源程序編譯程序連接程序匯編程序匯編連接編譯2025年12月1日1.1.3計(jì)算機(jī)工作原理內(nèi)存儲器外存儲器輸入設(shè)備輸出設(shè)備控制器運(yùn)算器操作系統(tǒng)Word軟件＊計(jì)算機(jī)的工作過程就是執(zhí)行程序的過程2025年12月1日指令的執(zhí)行過程開始指令指令指令指令結(jié)束指令程序的執(zhí)行指令的執(zhí)行過程取出指令分析指令執(zhí)行指令從內(nèi)存某地址取出要執(zhí)行的指令把取出的指令送指令譯碼器，譯出對應(yīng)操作向相關(guān)部件發(fā)送控制命令，完成操作2025年12月1日程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識2025年12月1日

程序設(shè)計(jì)是一門技術(shù)，需要相應(yīng)的理論、技術(shù)、方法和工具來支持。就程序設(shè)計(jì)方法和技術(shù)的發(fā)展而言，經(jīng)過了結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)和面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)階段。除了好的程序設(shè)計(jì)方法和技術(shù)之外，程序設(shè)計(jì)風(fēng)格也是很重要的。因?yàn)槌绦蛟O(shè)計(jì)風(fēng)格會深刻影響軟件的質(zhì)量和可維護(hù)性，良好的程序設(shè)計(jì)風(fēng)格可以使程序結(jié)構(gòu)清晰合理，使程序代碼便于維護(hù)，因此，程序設(shè)計(jì)風(fēng)格對保證程序的質(zhì)量是很重要的。

程序設(shè)計(jì)方法與風(fēng)格

2025年12月1日程序設(shè)計(jì)方法與風(fēng)格(續(xù))要形成良好的程序設(shè)計(jì)風(fēng)格，應(yīng)考慮以下幾個因素：1．源程序文檔化

源程序文檔化一般要考慮：標(biāo)識符的命名、程序注釋信息、視覺組織等幾個方面。標(biāo)識符的命名應(yīng)遵循“見名知義”的原則。程序注釋信息應(yīng)能幫助讀者正確理解整個程序。

注釋信息一般包括序言性注釋和功能性注釋。所謂序言性注釋一般位于程序的開始部分，主要包括：標(biāo)題、程序的主要功能、主要算法、程序作者等。所謂功能性注釋一般位于程序的中間，主要描述變量的含義、語句的作用等。視覺組織主要是書寫程序時應(yīng)盡量清晰便于閱讀，一般利用空格、空行、縮進(jìn)等技巧。2025年12月1日#include<stdio.h>/*編譯預(yù)處理*/main()/*主函數(shù)*/{inta,b,sum;

/*定義整型變量a,b,sum*/printf("Pleaseinputtwointegers:\n");/*輸出提示信息，增強(qiáng)交互性*/scanf("%d%d",&a,&b);/*輸入兩個整數(shù)，并賦給a,b*/sum=a+b;/*計(jì)算a與b的和，并賦給sum*/printf("%d+%d=%d\n",a,b,sum);}/*輸出a、b、sum*/}函數(shù)語句注釋1.2

C程序程序的基本結(jié)構(gòu)求兩個整數(shù)之和運(yùn)行結(jié)果：Pleaseinputtwointegers:6ㄩ8↙

(ㄩ表示空格，↙表示按Enter鍵)6+8=14inta,b,sum;/*輸入兩個整數(shù)，并賦給a,b*/2025年12月1日程序設(shè)計(jì)方法與風(fēng)格(續(xù))2．?dāng)?shù)據(jù)說明的方法數(shù)據(jù)說明的次序規(guī)范化。鑒于程序理解、閱讀和維護(hù)的需要，使數(shù)據(jù)說明次序固定。當(dāng)一個說明語句說明多個變量時，變量按照字母順序排列。使用注釋來說明復(fù)雜數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)。2025年12月1日程序設(shè)計(jì)方法與風(fēng)格(續(xù))

3．語句構(gòu)造除非對效率有特殊要求，程序編寫要做到清晰第一，效率第二。

A=A+BB=A-BA=A-B4．輸入和輸出輸入和輸出信息是用戶直接關(guān)心的，輸入和輸出方式和格式應(yīng)盡可能方便用戶的使用。2025年12月1日

結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)

由于軟件危機(jī)的出現(xiàn)，人們開始研究程序設(shè)計(jì)方法，其中最受關(guān)注的是結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法。20世紀(jì)70年代提出了“結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)(structuredprogramming)”的思想和方法。結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法引入了一些工程的思想和結(jié)構(gòu)化思想，使大型軟件的開發(fā)和編程都得到了一些改善。2025年12月1日結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的原則

1）采用自頂向下、逐步細(xì)化的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)；2）采用模塊化原則和方法進(jìn)行設(shè)計(jì)；即將大型任務(wù)從上向下劃分為多個功能模塊，每個模塊又可以劃分為若干子模塊，然后分別進(jìn)行模塊程序的編寫。3)限制使用goto語句。2025年12月1日結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的原則

結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法的主要原則可以概括為自頂向下逐步求精模塊化限制使用goto語句2025年12月1日結(jié)構(gòu)化程序的基本結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)

結(jié)構(gòu)化程序的基本結(jié)構(gòu)：順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)、重復(fù)結(jié)構(gòu)。2025年12月1日

1．順序結(jié)構(gòu)順序結(jié)構(gòu)是程序的最基本、最常用的結(jié)構(gòu)，也是最簡單的程序結(jié)構(gòu)。它是按照書寫順序依次執(zhí)行語句的結(jié)構(gòu)，如圖1-5所示。2025年12月1日

（a）流程圖（b）N-S結(jié)構(gòu)圖圖1-5順序結(jié)構(gòu)2025年12月1日2．選擇結(jié)構(gòu)選擇結(jié)構(gòu)又稱為分支結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)是按照給定的條件判斷選擇執(zhí)行相應(yīng)的語句序列，如圖1-6所示。分支結(jié)構(gòu)一般根據(jù)條件判別來決定執(zhí)行哪一個程序分支，滿足條件則執(zhí)行語句序列A，不滿足條件，則執(zhí)行語句序列B。通常，CPU每執(zhí)行完一條指令后，便自動執(zhí)行下一條指令，但分支結(jié)構(gòu)的執(zhí)行可以改變程序的執(zhí)行流程。2025年12月1日

（a）流程圖（b）N-S結(jié)構(gòu)圖圖1-6選擇結(jié)構(gòu)

2025年12月1日3．循環(huán)結(jié)構(gòu)循環(huán)結(jié)構(gòu)又稱為重復(fù)結(jié)構(gòu)，通過循環(huán)控制條件來決定是否重復(fù)執(zhí)行相同的語句序列。在計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言中，一般包括兩種類型的循環(huán)：當(dāng)型循環(huán)（如圖1-7所示）和直到型循環(huán)如圖1-8所示。2