2016計(jì)算機(jī)導(dǎo)論3--0928三(計(jì))分析

1、同學(xué)們，下午好！同學(xué)們，下午好！ Copyright 2016Page 1第二章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 1 1 數(shù)據(jù)的表示與存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的表示與存儲(chǔ)一、數(shù)據(jù)的類型一、數(shù)據(jù)的類型多種形式的數(shù)據(jù)組成了計(jì)算機(jī)所處理的多種形式的數(shù)據(jù)組成了計(jì)算機(jī)所處理的多媒體多媒體信息！信息！ Copyright 2016Page 2第二章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)二、數(shù)據(jù)的位模式表示二、數(shù)據(jù)的位模式表示統(tǒng)一的數(shù)據(jù)表示法統(tǒng)一的數(shù)據(jù)表示法 位模式位模式(bit pattern)(bit pattern)u位（位（bit bit binary digit binary digit） 0/10/1二進(jìn)制的兩種狀態(tài)可用簡(jiǎn)單的電子設(shè)備（如開關(guān)、燈泡

2、二進(jìn)制的兩種狀態(tài)可用簡(jiǎn)單的電子設(shè)備（如開關(guān)、燈泡的亮的亮/ /暗等）實(shí)現(xiàn)！暗等）實(shí)現(xiàn)！u位模式（位模式（bit patternbit pattern） 一個(gè)二進(jìn)制序列，即位流一個(gè)二進(jìn)制序列，即位流由多個(gè)位組成位模式。如：由多個(gè)位組成位模式。如：1001101001110000110010011010011100001100 數(shù)據(jù)以位模式存儲(chǔ)！數(shù)據(jù)以位模式存儲(chǔ)！ 通過通過解釋位模式解釋位模式（輸入（輸入/ /輸出設(shè)備或程序完成）來(lái)區(qū)分?jǐn)?shù)輸出設(shè)備或程序完成）來(lái)區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)類型（數(shù)字、文本、或其他數(shù)據(jù)）據(jù)類型（數(shù)字、文本、或其他數(shù)據(jù)）u字節(jié)（字節(jié)（bytebyte） 特指長(zhǎng)度為特指長(zhǎng)度為 8 8 的位模

3、式！的位模式！ Copyright 2016Page 3第二章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)三、不同類型數(shù)據(jù)的表示三、不同類型數(shù)據(jù)的表示u數(shù)（數(shù)（datadata） 數(shù)值用二進(jìn)制表示法描述數(shù)值用二進(jìn)制表示法描述 u文本（文本（texttext） 文本由符號(hào)組成文本由符號(hào)組成 對(duì)所用符號(hào)集進(jìn)行編碼對(duì)所用符號(hào)集進(jìn)行編碼 每一個(gè)符號(hào)每一個(gè)符號(hào)位模式位模式 符號(hào)集的大小決定了符號(hào)集的大小決定了位模式的長(zhǎng)短！位模式的長(zhǎng)短！常用編碼常用編碼：n ASCIIASCII American Standard Code for Information American Standard Code for Information

4、 InterchangeInterchange（美國(guó)信息交換標(biāo)準(zhǔn)碼）（美國(guó)信息交換標(biāo)準(zhǔn)碼） 每個(gè)符號(hào)每個(gè)符號(hào) 7 7位的位模式。符號(hào)（即代碼）集可定義位的位模式。符號(hào)（即代碼）集可定義128128（2 27 7）種不同的符號(hào)。種不同的符號(hào)。 表表2-5 (Page 36)2-5 (Page 36) Copyright 2016Page 4第二章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)n擴(kuò)展擴(kuò)展ASCIIASCII碼碼 Extended ASCII Extended ASCII位模式統(tǒng)一為一個(gè)字節(jié)（位模式統(tǒng)一為一個(gè)字節(jié)（8 8位）位）nUnicodeUnicode 每個(gè)符號(hào)每個(gè)符號(hào) 1616位的位模式！位的位模式！ 符

5、號(hào)集可定義多達(dá)符號(hào)集可定義多達(dá)65536(265536(21616) ) 種不同的符號(hào)種不同的符號(hào) 代碼的不同部分被分配用于表示世界上不同語(yǔ)言的符號(hào)。其代碼的不同部分被分配用于表示世界上不同語(yǔ)言的符號(hào)。其中還有部分代碼被用于表示圖形和特殊符號(hào)中還有部分代碼被用于表示圖形和特殊符號(hào)u圖像（圖像（imageimage）兩種表示方法：兩種表示方法：位圖位圖或或矢量圖矢量圖A A、位圖、位圖 圖像被分成像素圖像被分成像素(pixel)(pixel)矩陣矩陣 像素的大小由圖像分辨率決定，每一個(gè)像素被賦值為位模像素的大小由圖像分辨率決定，每一個(gè)像素被賦值為位模式，位模式的長(zhǎng)度和值取決于圖像式，位模式的長(zhǎng)度

6、和值取決于圖像 黑白圖像黑白圖像 一位位模式，一位位模式，0 0對(duì)應(yīng)黑，對(duì)應(yīng)黑，1 1對(duì)應(yīng)白；或反之對(duì)應(yīng)白；或反之 Copyright 2016Page 5第二章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)彩色圖像彩色圖像 常見常見RGB表表示示灰度圖像灰度圖像 nB B、矢量圖、矢量圖 將圖像分解成曲線和直線的組合，其中每一曲將圖像分解成曲線和直線的組合，其中每一曲線或直線由數(shù)學(xué)公式表示。僅僅把公式存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中！線或直線由數(shù)學(xué)公式表示。僅僅把公式存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中！ Copyright 2016Page 6第二章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)u音頻（音頻（audioaudio）音頻表示聲音和音樂。把音頻連續(xù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，音頻表示

7、聲音和音樂。把音頻連續(xù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，并使用位模式來(lái)存儲(chǔ)它們并使用位模式來(lái)存儲(chǔ)它們u視頻（視頻（videovideo）視頻是圖像（幀）在時(shí)間上的序列表示視頻是圖像（幀）在時(shí)間上的序列表示 圖像的表示與存儲(chǔ)是視頻的基礎(chǔ)，再加上幀間壓縮！圖像的表示與存儲(chǔ)是視頻的基礎(chǔ)，再加上幀間壓縮！ Copyright 2016Page 7第二章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)2 2 數(shù)的進(jìn)制表示數(shù)的進(jìn)制表示 一、十進(jìn)制一、十進(jìn)制是一個(gè)加權(quán)計(jì)數(shù)法。是一個(gè)加權(quán)計(jì)數(shù)法。 （按權(quán)展開按權(quán)展開）31097.2003 = 331097.2003 = 3* *10104 4+1+1* *10103 3+0+0* *10102 2+9+9

8、* *10101 1+7+7* *10100 0+ + 2 2* *1010-1-1+0+0* *1010-2-2+0+0* *1010-3-3+3+3* *1010-4-4任意一個(gè)十進(jìn)制數(shù)任意一個(gè)十進(jìn)制數(shù)S S，可表示為，可表示為: : S = kS = kn nk kn-1n-1k k1 1k k0 0 . .k k-1-1 k k-m-m = = k kn n* *1010n n+ k+ kn-1n-1* *1010n-1n-1+ + + k + k0 0* *10100 0 + + + k + k-m-m* *1010-m-m = = k ki i* *1010i i 稱稱1010為十

9、進(jìn)制的為十進(jìn)制的基數(shù)基數(shù)，且，且k ki i0,1,2,3,4,5,6,7,8,90,1,2,3,4,5,6,7,8,9 重要原則：重要原則： 逢十逢十進(jìn)一進(jìn)一 Copyright 2016Page 8第二章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)二、二進(jìn)制二、二進(jìn)制重要原則：重要原則： 逢二進(jìn)一逢二進(jìn)一S = kS = kn nk kn-1n-1 k k1 1k k0 0. .k k-1-1 k k-m-m = k = kn n* *2 2n n+ k+ kn-1n-1* *2 2n-1n-1+ + + k + k0 0* *2 20 0 + + + k + k-m-m* *2 2-m-m = k = ki i*

10、*2 2i i 稱稱2 2為二進(jìn)制的為二進(jìn)制的基數(shù)基數(shù)，且，且k ki i0,10,1 Copyright 2016Page 9第二章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)三、進(jìn)制轉(zhuǎn)換三、進(jìn)制轉(zhuǎn)換u 二進(jìn)制二進(jìn)制十進(jìn)制十進(jìn)制方法：方法：按權(quán)展開按權(quán)展開! ! （1101.1101)1101.1101)2 2 = 1= 1* *2 23 3+1+1* *2 22 2+0+0* *2 21 1+1+1* *2 20 0+ + 1 1* *2 2-1-1+1+1* *2 2-2-2+0+0* *2 2-3-3+1+1* *2 2-4-4 = (13.8125) = (13.8125)1010u 十進(jìn)制十進(jìn)制二進(jìn)制二進(jìn)制

11、方法：方法：整數(shù)部分整數(shù)部分除二取余除二取余! ! 小數(shù)部分小數(shù)部分乘二取整乘二取整! ! 注：先算出來(lái)的值靠近小數(shù)點(diǎn)！注：先算出來(lái)的值靠近小數(shù)點(diǎn)！說(shuō)明說(shuō)明: :并非任意十進(jìn)制小數(shù)均可轉(zhuǎn)換成有限的二進(jìn)制小數(shù)并非任意十進(jìn)制小數(shù)均可轉(zhuǎn)換成有限的二進(jìn)制小數(shù)! ! 如如:(0.6):(0.6)1010=(0.1001 1001 1001 1001 =(0.1001 1001 1001 1001 ) )2 2 Copyright 2016Page 10第二章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)四、四、r r進(jìn)制進(jìn)制 重要原則：重要原則： 逢逢r r進(jìn)一進(jìn)一S = kS = kn nk kn-1n-1 k k1 1k k0

12、0 . .k k-1-1 k k-m-m = k = kn n* *r rn n+ k+ kn-1n-1* *r rn-1n-1+ + + k + k0 0* *r r0 0 + + + k + k-m-m* *r r-m-m = k= ki i* *r ri i 稱稱r r為為r r進(jìn)制的進(jìn)制的基數(shù)基數(shù)，且，且k ki i0,1,0,1,r-1,r-1與十進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換與十進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換: :l r r 十：十：按權(quán)展開按權(quán)展開l 十十 r r：除除r r取余取余 、乘、乘r r取整取整與二進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換與二進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換: :二二進(jìn)制進(jìn)制十十進(jìn)制進(jìn)制r進(jìn)制進(jìn)制 Copyright 2016Page

13、 11第二章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)五、八進(jìn)制五、八進(jìn)制 重要原則：重要原則： 逢八進(jìn)一逢八進(jìn)一 n八進(jìn)制與二進(jìn)制的對(duì)應(yīng)關(guān)系八進(jìn)制與二進(jìn)制的對(duì)應(yīng)關(guān)系: :八進(jìn)制數(shù)八進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)0 00000001 10010012 20100103 30110114 41001005 51011016 61101107 7111111 Copyright 2016Page 12第二章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)六、十六進(jìn)制六、十六進(jìn)制重要原則：重要原則： 逢十六進(jìn)一逢十六進(jìn)一n十六進(jìn)制與二進(jìn)制的對(duì)應(yīng)關(guān)系十六進(jìn)制與二進(jìn)制的對(duì)應(yīng)關(guān)系: :十六進(jìn)制數(shù)十六進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)十六進(jìn)制數(shù)十六進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)0 00000

14、00008 8100010001 1000100019 9100110012 200100010A A101010103 300110011B B101110114 401000100C C110011005 501010101D D110111016 601100110E E111011107 701110111F F11111111 Copyright 2016Page 13第二章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)二進(jìn)制與陰陽(yáng)八卦的聯(lián)系二進(jìn)制與陰陽(yáng)八卦的聯(lián)系 Copyright 2016Page 14第二章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)七、二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算七、二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算u 加法加法：逢二進(jìn)一逢二進(jìn)一 110110110

15、+10100011 = 1001011001110110110+10100011 = 1001011001 110110110 110110110 + 10100011+ 10100011 1001011001 1001011001u 減法減法：借一當(dāng)二借一當(dāng)二 1101001-101100 = 1111011101001-101100 = 111101 1101001 1101001 - 101100- 101100 111101 111101 Copyright 2016Page 15第二章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)3 3 碼制碼制一、無(wú)符號(hào)整數(shù)格式一、無(wú)符號(hào)整數(shù)格式界于界于0 0到到+之間的所有整

16、數(shù)！之間的所有整數(shù)！ 計(jì)算機(jī)中用于存儲(chǔ)整數(shù)的二進(jìn)制位數(shù)的多少?zèng)Q定了能夠存計(jì)算機(jī)中用于存儲(chǔ)整數(shù)的二進(jìn)制位數(shù)的多少?zèng)Q定了能夠存儲(chǔ)無(wú)符號(hào)整數(shù)的最大值。儲(chǔ)無(wú)符號(hào)整數(shù)的最大值。 如：如：n n位位 范圍：范圍：0 0 (2(2n n-1-1）存儲(chǔ)無(wú)符號(hào)整數(shù)過程存儲(chǔ)無(wú)符號(hào)整數(shù)過程： 1) 1) 整數(shù)整數(shù) 二進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù) 2) 2) 位數(shù)位數(shù) n n n，則溢出，則溢出 計(jì)算機(jī)中負(fù)數(shù)是如何表示的呢？計(jì)算機(jī)中負(fù)數(shù)是如何表示的呢？ Copyright 2016Page 16第二章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 二、原碼二、原碼即：符號(hào)即：符號(hào) + + 絕對(duì)值絕對(duì)值 ( 107)( 107)10 10 = (= (0 011

17、01011)1101011)2 2 (-107) (-107)10 10 = (= (1 11101011)1101011)2 2 含一個(gè)正含一個(gè)正0 0 和一個(gè)負(fù)和一個(gè)負(fù)0 0 ！l表示范圍表示范圍：用：用8 8位原碼表示：位原碼表示：-127 -127 +127+127 當(dāng)用當(dāng)用n n位位二進(jìn)制數(shù)表示二進(jìn)制數(shù)表示x x的原碼時(shí)的原碼時(shí): :02220111xxxxxnnn原l 表示范圍表示范圍：用用n n位位原碼表示：原碼表示： - - (2(2n-1n-1-1)-1) +(2+(2n-1n-1-1)-1) Copyright 2016Page 17第二章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)三、反碼三、反碼

18、( 107) ( 107)1010= (= (0 01101011)1101011)2 2 (-107) (-107)1010= (= (1 10010100)0010100)2 2l表示范圍表示范圍 用用8 8位反碼表示：位反碼表示：-127 -127 +127+127 當(dāng)用當(dāng)用n n位位二進(jìn)制數(shù)表示二進(jìn)制數(shù)表示x x的反碼時(shí)的反碼時(shí): :02122011xxxxxnnn反l 表示范圍表示范圍用用n n位位反碼表示：反碼表示：- - (2 2n-1n-1-1)-1) + + (2 2n-1n-1-1)-1)含一個(gè)正含一個(gè)正0 0 和一個(gè)負(fù)和一個(gè)負(fù)0 0 ！如果把正數(shù)取反如果把正數(shù)取反 相應(yīng)的

19、負(fù)數(shù)；把負(fù)數(shù)取反相應(yīng)的負(fù)數(shù)；把負(fù)數(shù)取反 相應(yīng)的相應(yīng)的正數(shù)；對(duì)一個(gè)數(shù)兩次取反正數(shù)；對(duì)一個(gè)數(shù)兩次取反 本身本身 Copyright 2016補(bǔ)碼補(bǔ)碼:l -1 111 111l -2 111 110l l -126 100 010l -127 100 001l -128 100 000Page 18第二章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)四、補(bǔ)碼四、補(bǔ)碼 ( 107) ( 107)1010= (= (0 01101011)1101011)2 2 (-107) (-107)1010= (= (1 10010101)0010101)2 2l表示范圍表示范圍：用：用8 8位補(bǔ)碼表示：位補(bǔ)碼表示： -128 -128 +1

20、27 +127 當(dāng)用當(dāng)用n n位位二進(jìn)制數(shù)表示二進(jìn)制數(shù)表示x x的補(bǔ)碼時(shí)的補(bǔ)碼時(shí): :0222011xxxxxnnn補(bǔ)l 表示范圍表示范圍用用n n位位補(bǔ)碼表示：補(bǔ)碼表示：- - 2 2n-1n-1 + + (2 2n-1 n-1 -1)-1)僅含一個(gè)僅含一個(gè)0 0 ！反碼反碼： l -0 111 111l -1 111 110l -2 111 101l l -126 100 001l -127 100 000 Copyright 2016Page 19第二章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 如果把如果把正數(shù)轉(zhuǎn)換成正數(shù)轉(zhuǎn)換成補(bǔ)碼補(bǔ)碼 相相應(yīng)的負(fù)數(shù)；應(yīng)的負(fù)數(shù)；如果把負(fù)數(shù)如果把負(fù)數(shù)轉(zhuǎn)換成補(bǔ)碼轉(zhuǎn)換成補(bǔ)碼 相應(yīng)的相應(yīng)

21、的正數(shù)；對(duì)一正數(shù)；對(duì)一個(gè)數(shù)兩次取個(gè)數(shù)兩次取補(bǔ)碼補(bǔ)碼 本本身身存儲(chǔ)內(nèi)容存儲(chǔ)內(nèi)容無(wú)符號(hào)整數(shù)無(wú)符號(hào)整數(shù)原原 碼碼反反 碼碼補(bǔ)補(bǔ) 碼碼000000000001000100100010001100110100010001010101011001100111011110001000100110011010101010111011110011001101110111101110111111110 01 12 23 34 45 56 67 78 89 9101011111212131314141515+0+0+1+1+2+2+3+3+4+4+5+5+6+6+7+7-0-0-1-1-2-2-3-3-4-4-5-

22、5-6-6-7 -7 +0+0+1+1+2+2+3+3+4+4+5+5+6+6+7+7-7-7-6-6-5-5-4-4-3-3-2-2-1-1-0 -0 +0+0+1+1+2+2+3+3+4+4+5+5+6+6+7+7-8-8-7-7-6-6-5-5-4-4-3-3-2-2-1 -1 碼制表示小結(jié)（以碼制表示小結(jié)（以n = 4n = 4為例）為例） Copyright 2016Page 20第二章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)4 EXCESS4 EXCESS系統(tǒng)系統(tǒng)另一種存儲(chǔ)另一種存儲(chǔ)正數(shù)正數(shù)和和負(fù)數(shù)負(fù)數(shù)表示法。存儲(chǔ)小數(shù)表示形式的指數(shù)值表示法。存儲(chǔ)小數(shù)表示形式的指數(shù)值在在ExcessExcess轉(zhuǎn)換中，轉(zhuǎn)換

23、中，幻數(shù)幻數(shù)通常是通常是 2 2n-1n-1 或或 2 2n-1n-1-1-1 n n 為存儲(chǔ)單元的位數(shù)。為存儲(chǔ)單元的位數(shù)。 n = 8n = 8，幻數(shù)就是，幻數(shù)就是 128 128 或或 127127分別稱為分別稱為Excess128Excess128表示，表示，Excess127Excess127表示表示在在ExcessExcess系統(tǒng)中表示一個(gè)數(shù)的步驟系統(tǒng)中表示一個(gè)數(shù)的步驟( (數(shù)數(shù)Excess)Excess) ： 1) 1) 將整數(shù)與幻數(shù)相加將整數(shù)與幻數(shù)相加 2) 2) 把結(jié)果轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)，并補(bǔ)把結(jié)果轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)，并補(bǔ)0 0使它總的位數(shù)為使它總的位數(shù)為n n位位 例：在例：在Exc

24、ess128Excess128系統(tǒng)中將系統(tǒng)中將-25-25存儲(chǔ)在存儲(chǔ)在8 8位存儲(chǔ)單元中位存儲(chǔ)單元中 -25 + 128 = 103 -25 + 128 = 103 1100111 1100111 補(bǔ)補(bǔ)0 0成成8 8位得位得 0110011101100111ExcessExcess系統(tǒng)表示數(shù)轉(zhuǎn)化為原數(shù)的步驟系統(tǒng)表示數(shù)轉(zhuǎn)化為原數(shù)的步驟(Excess(Excess數(shù)數(shù)) ) 1) 1) 把數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制把數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制 2) 2) 從該整數(shù)中減去幻數(shù)從該整數(shù)中減去幻數(shù) Copyright 2016Page 21第二章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)5 5 數(shù)的定點(diǎn)數(shù)的定點(diǎn)/ /浮點(diǎn)表示浮點(diǎn)表示一、定點(diǎn)數(shù)一、定點(diǎn)

25、數(shù) 小數(shù)點(diǎn)位置固定不變小數(shù)點(diǎn)位置固定不變 通常表示二進(jìn)制整數(shù)通常表示二進(jìn)制整數(shù).二、浮點(diǎn)數(shù)二、浮點(diǎn)數(shù) 回顧回顧: : 十進(jìn)制數(shù)的科學(xué)計(jì)數(shù)法十進(jìn)制數(shù)的科學(xué)計(jì)數(shù)法-123.456 = -1.23456-123.456 = -1.23456* *10102 2 = -12345.6= -12345.6* *1010-2-2與之對(duì)應(yīng)，在二進(jìn)制數(shù)中：與之對(duì)應(yīng)，在二進(jìn)制數(shù)中：-101.011 = -10.1011-101.011 = -10.1011* *2 21 1 = 10101.1= 10101.1* *2 2-10-10. Copyright 2016Page 22第二章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)不失一般性

26、，一個(gè)二進(jìn)制實(shí)數(shù)可表示成：不失一般性，一個(gè)二進(jìn)制實(shí)數(shù)可表示成：記階表示法qp2 規(guī)格化浮點(diǎn)數(shù)規(guī)格化浮點(diǎn)數(shù) . .1XX1XXXX XX * * 2 2xxxxxx于是，浮點(diǎn)數(shù)在計(jì)算機(jī)中只存數(shù)的三部分信息：于是，浮點(diǎn)數(shù)在計(jì)算機(jī)中只存數(shù)的三部分信息：符號(hào)符號(hào)、階碼階碼和和尾數(shù)尾數(shù)（小數(shù)點(diǎn)右邊的位），其具體存儲(chǔ)形式為：（小數(shù)點(diǎn)右邊的位），其具體存儲(chǔ)形式為：通常，用通常，用ExcessExcess表示法來(lái)存儲(chǔ)階符和階數(shù)！表示法來(lái)存儲(chǔ)階符和階數(shù)！ Copyright 2016Page 23第二章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)n浮點(diǎn)數(shù)存儲(chǔ)的浮點(diǎn)數(shù)存儲(chǔ)的IEEE標(biāo)準(zhǔn)：標(biāo)準(zhǔn)： Copyright 2016Page 24第二

27、章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)6 6 數(shù)的運(yùn)算數(shù)的運(yùn)算 一、算術(shù)運(yùn)算一、算術(shù)運(yùn)算 整數(shù)運(yùn)算整數(shù)運(yùn)算 基于補(bǔ)碼進(jìn)行基于補(bǔ)碼進(jìn)行A、討論、討論l 兩個(gè)正數(shù)相加兩個(gè)正數(shù)相加： （+17）+ （+22）= （+39） 符號(hào)位為符號(hào)位為0 0，正確，正確l 一正一負(fù)相加一正一負(fù)相加： （+24）+ （-17） = （+7）l 兩數(shù)相減兩數(shù)相減：被減數(shù)化為負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼，再相加；：被減數(shù)化為負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼，再相加； 109107 = 01101101+10010101 = 100000010 （+2） 104107 = 01101000+10010101 = 11111101 （-3）l 兩負(fù)數(shù)相加兩負(fù)數(shù)相加：轉(zhuǎn)換為補(bǔ)碼相加

28、。：轉(zhuǎn)換為補(bǔ)碼相加。l 相加溢出相加溢出： （+127）+（+3） （+130） = （-126） Copyright 2016Page 25第二章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)B、總結(jié)、總結(jié)l 二進(jìn)制加二進(jìn)制加/減法減法 補(bǔ)碼加法！補(bǔ)碼加法！l 符號(hào)位直接參與運(yùn)算！符號(hào)位直接參與運(yùn)算！l 四則運(yùn)算中，乘法四則運(yùn)算中，乘法 多次加法實(shí)現(xiàn)；多次加法實(shí)現(xiàn)； 除法除法 多次減法實(shí)現(xiàn)。多次減法實(shí)現(xiàn)。l 全部歸結(jié)為加法運(yùn)算全部歸結(jié)為加法運(yùn)算 用加法器來(lái)完成！用加法器來(lái)完成！ 浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算 根據(jù)根據(jù)IEEEIEEE規(guī)范化標(biāo)準(zhǔn)格式進(jìn)行規(guī)范化標(biāo)準(zhǔn)格式進(jìn)行u 對(duì)階對(duì)階 階數(shù)不等，小的一方尾數(shù)小數(shù)點(diǎn)左移，使階數(shù)相同階數(shù)

29、不等，小的一方尾數(shù)小數(shù)點(diǎn)左移，使階數(shù)相同u 尾加尾加 尾數(shù)相加尾數(shù)相加u 尾數(shù)規(guī)范化尾數(shù)規(guī)范化 將尾數(shù)規(guī)范化為將尾數(shù)規(guī)范化為 . 1XXXX u 修正階修正階 根據(jù)尾數(shù)規(guī)范化情況調(diào)整階數(shù)根據(jù)尾數(shù)規(guī)范化情況調(diào)整階數(shù)二、邏輯運(yùn)算（見后節(jié)）二、邏輯運(yùn)算（見后節(jié)） Copyright 2016Page 26第二章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)7 7 信息的幾種編碼信息的幾種編碼 一、一、BCDBCD碼碼 一種一種二十進(jìn)制二十進(jìn)制的編碼的編碼 二、二、ASCIIASCII碼碼 字符編碼方案字符編碼方案（7 7位）位） 擴(kuò)展擴(kuò)展ASCIIASCII碼碼 三、漢字編碼三、漢字編碼 采用采用 GB2312-80GB2312

30、-80 四、數(shù)據(jù)校驗(yàn)碼四、數(shù)據(jù)校驗(yàn)碼 奇偶校驗(yàn)碼：在表示數(shù)據(jù)的奇偶校驗(yàn)碼：在表示數(shù)據(jù)的N N位代碼中增加一位奇偶校驗(yàn)位位代碼中增加一位奇偶校驗(yàn)位 海明校驗(yàn)碼：增加校驗(yàn)位，用來(lái)校驗(yàn)代碼中海明校驗(yàn)碼：增加校驗(yàn)位，用來(lái)校驗(yàn)代碼中“1 1”的個(gè)數(shù)是的個(gè)數(shù)是奇數(shù)（奇校驗(yàn)）還是偶數(shù)（偶校驗(yàn)）奇數(shù)（奇校驗(yàn)）還是偶數(shù)（偶校驗(yàn)） 應(yīng)用：計(jì)算機(jī)各部件間信息傳輸以及網(wǎng)絡(luò)中信息傳輸應(yīng)用：計(jì)算機(jī)各部件間信息傳輸以及網(wǎng)絡(luò)中信息傳輸 Copyright 2016Page 27第二章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)8 8 邏輯代數(shù)基礎(chǔ)邏輯代數(shù)基礎(chǔ)一、命題邏輯基礎(chǔ)一、命題邏輯基礎(chǔ) 命題邏輯又稱命題邏輯又稱命題演算命題演算，是，是數(shù)理邏輯數(shù)理邏

31、輯（符號(hào)邏輯符號(hào)邏輯）的一部分）的一部分n命題命題：有具體意義且能夠判斷真假的陳述句：有具體意義且能夠判斷真假的陳述句n命題的真值命題的真值：命題所具有的值，：命題所具有的值，“真真”(true(true，簡(jiǎn)記為，簡(jiǎn)記為T)T)或或“假假”（false,false,簡(jiǎn)記為簡(jiǎn)記為F F）稱為其真值）稱為其真值n原子命題原子命題：不能分解為更為簡(jiǎn)單的陳述句的命題：不能分解為更為簡(jiǎn)單的陳述句的命題n復(fù)合命題復(fù)合命題：將原子命題用連接詞和標(biāo)點(diǎn)符號(hào)復(fù)合而成的命題：將原子命題用連接詞和標(biāo)點(diǎn)符號(hào)復(fù)合而成的命題n命題標(biāo)識(shí)符命題標(biāo)識(shí)符：表示命題的符號(hào)，該標(biāo)識(shí)符稱為命題常量：表示命題的符號(hào)，該標(biāo)識(shí)符稱為命題常量n

32、命題變?cè)}變?cè)好}標(biāo)識(shí)符表示任意命題，用特定命題取代時(shí)命：命題標(biāo)識(shí)符表示任意命題，用特定命題取代時(shí)命題才有真值題才有真值 Copyright 2016Page 28第二章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)u復(fù)合命題復(fù)合命題 連接詞連接詞“與與”（）“或或”（）“非非”（）：）： “與與”():():命題命題A A和和B B的的“與與”，當(dāng)且僅當(dāng)，當(dāng)且僅當(dāng)A A和和B B同時(shí)為真時(shí)同時(shí)為真時(shí)ABAB為真為真 “或或”( ():):命題命題A A和和B B的的“或或”，當(dāng)且僅當(dāng)，當(dāng)且僅當(dāng)A A和和B B同時(shí)為假時(shí)同時(shí)為假時(shí)A AB B為假為假 “非非”( ():):命題命題A A的的“非非” ，若，若A A為真

33、，則為真，則A A為假；若為假；若A A為假，則為假，則A A為真。為真。 ABAB、A AB B、A A的真值表的真值表: :A AB BABABA AB BA AF FF FF FF FT TF FT TF FT TT TT TF FF FT TF FT TT TT TT TF F Copyright 2016Page 29第二章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)u連接詞連接詞“異或異或”（）“條件條件”（）“雙條件雙條件”（ ）： “異或異或”( ():):當(dāng)且僅當(dāng)當(dāng)且僅當(dāng)A A和和B B同時(shí)為真或者同時(shí)為假時(shí)，同時(shí)為真或者同時(shí)為假時(shí)，ABAB為為假假 “條件條件”( ():):當(dāng)且僅當(dāng)當(dāng)且僅當(dāng)A A為真

34、，為真，B B為假時(shí)，為假時(shí)，ABAB為假為假 “雙條件雙條件”( ):( ):當(dāng)且僅當(dāng)當(dāng)且僅當(dāng)A A與與B B的真值相同時(shí)，的真值相同時(shí)，A BA B為真為真 ABAB、ABAB、A BA B的真值表的真值表: :A AB BABABABABA BA BF FF FF FT TT TF FT TT TT TF FT TF FT TF FF FT TT TF FT TT T Copyright 2016Page 30第二章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)命題公式命題公式n命題公式命題公式：由命題變?cè)⑦B接詞和括號(hào)組成的合式的式子：由命題變?cè)?、連接詞和括號(hào)組成的合式的式子n命題公式等價(jià)命題公式等價(jià)：如果兩個(gè)命題

35、公式：如果兩個(gè)命題公式P P和和Q Q，無(wú)論其命題變?cè)?，無(wú)論其命題變?cè)∈裁粗邓鼈兊恼嬷刀枷嗤?，則稱該兩個(gè)命題公式等價(jià)，記為什么值它們的真值都相同，則稱該兩個(gè)命題公式等價(jià)，記為P PQ Q證明：證明： （ABAB）與）與ABAB是等價(jià)的是等價(jià)的 A AB B（ABAB）ABABF FF FF F F F F FT TF FF FT T F FT TT TT T T T F F F F Copyright 2016Page 31第二章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)證明：狄摩根定律之一：證明：狄摩根定律之一：（ABAB）ABAB。A AB B ABAB（ABAB）A AB B ABABF FF FF FT T

36、T TT TT TF FT TF FT TT TF F T TT TF FF FT T F FT TT TT TT TT TF FF FF FF F Copyright 2016Page 32第二章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 命題公式的等價(jià)律命題公式的等價(jià)律零零 律：律：AFAFA A AF AFF F幺幺 律：律：ATATT T AT ATA A 冪等律：冪等律：AAAAA A AA AAA A求補(bǔ)律：求補(bǔ)律：AAAAT T AA AAF F交換律：交換律：ABABBABA AB ABBABA結(jié)合律：結(jié)合律：AA（BCBC）（）（ABAB）C C A A（BCBC）（）（ABAB）C C分配律：分配律

37、：AA（BCBC）ABACABAC ABC ABC （ABAB）（ACAC）吸收律：吸收律：ABABABABA A （ABAB）（ABAB）A A狄摩根定律：狄摩根定律：（ABAB）ABAB （ABAB）ABAB雙重否定律：雙重否定律： A AA A Copyright 2016Page 33第二章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)T T 1 1 F F 0 0 與與( () . . 或或( () + + 非非( () 邏輯代數(shù)的等價(jià)律邏輯代數(shù)的等價(jià)律零零 律：律：A A0 0A A A 0 A 00 0幺幺 律：律：A A1 11 1 A 1 A 1A A 冪等律：冪等律：A AA AA A A A A AA

38、 A求補(bǔ)律：求補(bǔ)律：A A 1 1 A A 0 0 交換律：交換律：A AB BB BA A A B A BB AB A二、邏輯代數(shù)基礎(chǔ)二、邏輯代數(shù)基礎(chǔ)結(jié)合律：結(jié)合律：A A（B BC C）（）（A AB B）C C A A（B CB C）（）（A BA B）C C分配律：分配律：A A（B BC C）A BA BA CA C A AB C B C （A AB B）（）（A AC C）吸收律：吸收律：A BA BA A A A （A AB B）（）（A A ）A A狄摩根定律：狄摩根定律： 雙重否定律：雙重否定律： A A B BB BB BB B(A+B)(A+B) (A B)(A B) A

39、 A Copyright 2016Page 34第二章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 邏輯函數(shù)的化簡(jiǎn)邏輯函數(shù)的化簡(jiǎn)例例1 1試將邏輯函數(shù)試將邏輯函數(shù)F FA A B B 化簡(jiǎn)化簡(jiǎn) 解：解：F F A A B B （A A ）(A(AB)B) （分配律）（分配律） 1 (A1 (AB) B) （求補(bǔ)律）（求補(bǔ)律） A AB B （幺律）（幺律）例例2 2試將邏輯函數(shù)試將邏輯函數(shù)F FABABA A B B 化簡(jiǎn)化簡(jiǎn) 解：解：F F ABABA A B B A A（B B ） （B B ）（分配律）（分配律） A A （求補(bǔ)律）（求補(bǔ)律） 1 1 （求補(bǔ)律）（求補(bǔ)律）B BBB B BBB Copyright

40、2016Page 35第二章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)一、計(jì)算機(jī)硬件的基本結(jié)構(gòu)一、計(jì)算機(jī)硬件的基本結(jié)構(gòu)輔助存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器運(yùn)運(yùn) 算算 器器 控制器控制器輸入設(shè)備輸入設(shè)備輸出設(shè)備輸出設(shè)備 程序程序原 始 數(shù)原 始 數(shù)據(jù)據(jù) 運(yùn)算運(yùn)算 結(jié)果結(jié)果控制信息數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)9 9 計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)與工作原理計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)與工作原理 Copyright 2016Page 36第二章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)運(yùn)算器運(yùn)算器u對(duì)二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行運(yùn)算的部件。完成各種算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、對(duì)二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行運(yùn)算的部件。完成各種算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、比較運(yùn)算、移位運(yùn)算以及字符運(yùn)算等比較運(yùn)算、移位運(yùn)算以及字符運(yùn)算等u寄存器用來(lái)暫存參加運(yùn)算的操作數(shù)

41、或中間結(jié)果，常用的寄存器寄存器用來(lái)暫存參加運(yùn)算的操作數(shù)或中間結(jié)果，常用的寄存器有累加寄存器、暫存寄存器、標(biāo)志寄存器和通用寄存器等有累加寄存器、暫存寄存器、標(biāo)志寄存器和通用寄存器等u主要技術(shù)指標(biāo)：運(yùn)算速度，單位是主要技術(shù)指標(biāo)：運(yùn)算速度，單位是MIPSMIPS（百萬(wàn)指令（百萬(wàn)指令/ /秒）秒）存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器u用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和程序的部件用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和程序的部件u存儲(chǔ)單位：存儲(chǔ)單位：bit bit 或或 bytebyte、“字字”和和“字長(zhǎng)字長(zhǎng)”u存儲(chǔ)容量：存儲(chǔ)單元的總數(shù)，其單位為存儲(chǔ)容量：存儲(chǔ)單元的總數(shù)，其單位為K K （1K1K2 2101010241024）u存儲(chǔ)器的分類：存儲(chǔ)器的分類：內(nèi)存儲(chǔ)器：（

42、內(nèi)存或主存）存放現(xiàn)行程序的指令和數(shù)據(jù)。內(nèi)存儲(chǔ)器：（內(nèi)存或主存）存放現(xiàn)行程序的指令和數(shù)據(jù)。包括隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（包括隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAMRAM）和只讀存儲(chǔ)器（）和只讀存儲(chǔ)器（ROMROM）等）等外存儲(chǔ)器：（外存或輔存）用來(lái)存放需要長(zhǎng)期保存的信息外存儲(chǔ)器：（外存或輔存）用來(lái)存放需要長(zhǎng)期保存的信息 Copyright 2016Page 37第二章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 控制器控制器u指揮計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件按照指令的功能要求協(xié)調(diào)工作的部件指揮計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件按照指令的功能要求協(xié)調(diào)工作的部件u控制器的組成：控制器的組成：程序計(jì)數(shù)器（程序計(jì)數(shù)器（PCPC）：用來(lái)對(duì)程序中的指令進(jìn)行計(jì)數(shù)，使控）：用來(lái)對(duì)程序中的指令進(jìn)

43、行計(jì)數(shù)，使控制器能依次讀取指令制器能依次讀取指令指令寄存器（指令寄存器（IRIR）：指令執(zhí)行期間暫存正在執(zhí)行的指令）：指令執(zhí)行期間暫存正在執(zhí)行的指令指令譯碼器（指令譯碼器（IDID）：識(shí)別指令功能，分析指令的操作要求）：識(shí)別指令功能，分析指令的操作要求時(shí)序控制電路：生成時(shí)序信號(hào)，以協(xié)調(diào)在指令執(zhí)行周期內(nèi)時(shí)序控制電路：生成時(shí)序信號(hào)，以協(xié)調(diào)在指令執(zhí)行周期內(nèi)各部件的工作各部件的工作微操作控制電路：用來(lái)產(chǎn)生各種控制操作命令微操作控制電路：用來(lái)產(chǎn)生各種控制操作命令 Copyright 2016Page 38第二章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)輸入輸入/ /輸出設(shè)備輸出設(shè)備簡(jiǎn)稱為簡(jiǎn)稱為I/OI/O設(shè)備，是外部與計(jì)算機(jī)交換

44、信息的渠道設(shè)備，是外部與計(jì)算機(jī)交換信息的渠道u輸入設(shè)備輸入設(shè)備：用于輸入程序、數(shù)據(jù)、操作命令、圖形、圖：用于輸入程序、數(shù)據(jù)、操作命令、圖形、圖像以及聲音等信息。常用的輸入設(shè)備有鍵盤、鼠標(biāo)器、像以及聲音等信息。常用的輸入設(shè)備有鍵盤、鼠標(biāo)器、掃描儀、光筆、數(shù)字化儀以及語(yǔ)音輸入裝置等掃描儀、光筆、數(shù)字化儀以及語(yǔ)音輸入裝置等u輸出設(shè)備輸出設(shè)備：用于顯示或打印程序、運(yùn)算結(jié)果、文字、圖：用于顯示或打印程序、運(yùn)算結(jié)果、文字、圖形、圖像等，也可以播放聲音。常用的輸出設(shè)備有顯示形、圖像等，也可以播放聲音。常用的輸出設(shè)備有顯示器、打印機(jī)、器、打印機(jī)、XYXY繪圖儀以及聲音播放裝置等繪圖儀以及聲音播放裝置等 Cop

45、yright 2016Page 39第二章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)u指令指令：能被計(jì)算機(jī)識(shí)別并執(zhí)行的二進(jìn)制代碼，它規(guī)定了計(jì)：能被計(jì)算機(jī)識(shí)別并執(zhí)行的二進(jìn)制代碼，它規(guī)定了計(jì)算機(jī)能完成的某一種操作算機(jī)能完成的某一種操作u指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)：一臺(tái)計(jì)算機(jī)能執(zhí)行的所有指令的集合：一臺(tái)計(jì)算機(jī)能執(zhí)行的所有指令的集合u指令的格式指令的格式：一條指令由操作碼和地址碼組成。操作碼規(guī)：一條指令由操作碼和地址碼組成。操作碼規(guī)定了該指令進(jìn)行的操作種類；地址碼給出了操作數(shù)、結(jié)果定了該指令進(jìn)行的操作種類；地址碼給出了操作數(shù)、結(jié)果以及下一條指令的地址以及下一條指令的地址u指令的分類指令的分類：數(shù)據(jù)傳送型

46、指令數(shù)據(jù)傳送型指令數(shù)據(jù)處理型指令數(shù)據(jù)處理型指令輸入輸出型指令輸入輸出型指令硬件控制指令硬件控制指令二、計(jì)算機(jī)的工作原理二、計(jì)算機(jī)的工作原理 計(jì)算機(jī)的工作過程計(jì)算機(jī)的工作過程 （Page 52 Page 52 圖圖2-62-6） Copyright 2016Page 40第二章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)三、計(jì)算機(jī)組織與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)三、計(jì)算機(jī)組織與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)u精簡(jiǎn)指令集技術(shù)精簡(jiǎn)指令集技術(shù) CISC CISC RISC RISC u高速緩存技術(shù)高速緩存技術(shù) CacheCache技術(shù)技術(shù)u虛擬存儲(chǔ)技術(shù)虛擬存儲(chǔ)技術(shù) 利用操作系統(tǒng)支持，獲取利用操作系統(tǒng)支持，獲取“變大變大”的存儲(chǔ)空間的存儲(chǔ)空間u指令流水線技術(shù)指令流水線技

47、術(shù) PipelinePipeline，重疊執(zhí)行，重疊執(zhí)行u并行處理技術(shù)并行處理技術(shù) SISD SISD SIMD SIMD MISDMISD MIMDMIMD計(jì)算機(jī)組織與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的一些主要技術(shù)計(jì)算機(jī)組織與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的一些主要技術(shù) Copyright 2016Page 41第二章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 一、程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言一、程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言發(fā)展：發(fā)展： 機(jī)器語(yǔ)言時(shí)代機(jī)器語(yǔ)言時(shí)代 匯編語(yǔ)言時(shí)代匯編語(yǔ)言時(shí)代 高級(jí)語(yǔ)言時(shí)代高級(jí)語(yǔ)言時(shí)代u機(jī)器語(yǔ)言機(jī)器語(yǔ)言 機(jī)器語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是：所有指令都直接采用二進(jìn)機(jī)器語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是：所有指令都直接采用二進(jìn)制（制（0/10/1）編碼組成。）編碼組成。 用機(jī)器語(yǔ)言設(shè)計(jì)

48、程序的問題：用機(jī)器語(yǔ)言設(shè)計(jì)程序的問題： 程序設(shè)計(jì)非常費(fèi)力，編程的效率非常低；程序設(shè)計(jì)非常費(fèi)力，編程的效率非常低； 不同計(jì)算機(jī)的機(jī)器語(yǔ)言是不兼容的。不同計(jì)算機(jī)的機(jī)器語(yǔ)言是不兼容的。u匯編語(yǔ)言匯編語(yǔ)言 匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)中用匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)中用“助記符助記符”來(lái)表示某個(gè)特殊的操來(lái)表示某個(gè)特殊的操作。如作。如LOADLOAD、ADDADD、STORESTORE、JUMPJUMP、HALTHALT. . 匯編語(yǔ)言和機(jī)器語(yǔ)言基本上是一一對(duì)應(yīng)的匯編語(yǔ)言和機(jī)器語(yǔ)言基本上是一一對(duì)應(yīng)的 用匯編語(yǔ)言編寫的程序用匯編語(yǔ)言編寫的程序( (稱源程序稱源程序) )需要用需要用匯編程序匯編程序(Assembler)(Asse

49、mbler)把它翻譯為等價(jià)的機(jī)器語(yǔ)言程序把它翻譯為等價(jià)的機(jī)器語(yǔ)言程序( (稱目標(biāo)程序稱目標(biāo)程序) ) 1010 程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ) Copyright 2016Page 42第二章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)u 高級(jí)語(yǔ)言高級(jí)語(yǔ)言 用人們易于接受和理解的表達(dá)方式進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。用人們易于接受和理解的表達(dá)方式進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。如運(yùn)算直接用數(shù)學(xué)公式表示、操作用英文描述等。如運(yùn)算直接用數(shù)學(xué)公式表示、操作用英文描述等。 高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的抽象度高，與具體計(jì)算機(jī)的相高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的抽象度高，與具體計(jì)算機(jī)的相關(guān)度低關(guān)度低( (或沒有相關(guān)度或沒有相關(guān)度) )，求解問題的方法描述直觀。從，求解問題的方法描述直觀。從而使設(shè)

50、計(jì)人員有更多的精力集中于求解問題的算法，而而使設(shè)計(jì)人員有更多的精力集中于求解問題的算法，而非語(yǔ)言本身！非語(yǔ)言本身！使用高級(jí)語(yǔ)言編寫的程序需經(jīng)使用高級(jí)語(yǔ)言編寫的程序需經(jīng)編譯程序編譯程序(Compiler)(Compiler)翻譯為等價(jià)的機(jī)器語(yǔ)言程序才能執(zhí)行。翻譯為等價(jià)的機(jī)器語(yǔ)言程序才能執(zhí)行。 一般說(shuō)來(lái)，編譯后生成的目標(biāo)程序不一定能達(dá)到一般說(shuō)來(lái)，編譯后生成的目標(biāo)程序不一定能達(dá)到運(yùn)行效率最高，所以，在一些特定的軟件設(shè)計(jì)問題中，運(yùn)行效率最高，所以，在一些特定的軟件設(shè)計(jì)問題中，仍然使用匯編語(yǔ)言編寫程序（如外設(shè)的驅(qū)動(dòng)程序等）。仍然使用匯編語(yǔ)言編寫程序（如外設(shè)的驅(qū)動(dòng)程序等）。 Copyright 2016P

51、age 43第二章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)二、二、GOTOGOTO語(yǔ)句的問題以及程序設(shè)計(jì)方法語(yǔ)句的問題以及程序設(shè)計(jì)方法19661966年，年，C.BC.Bhmhm和和G.JacopiniG.Jacopini發(fā)表了關(guān)于發(fā)表了關(guān)于“程序結(jié)構(gòu)程序結(jié)構(gòu)”的重要論文的重要論文 Flow Diagrams, Turing Machines and Flow Diagrams, Turing Machines and Languages with Only Two Formation RulesLanguages with Only Two Formation Rules 指出：任何程序的邏輯結(jié)構(gòu)都可以用三種最基本

52、的程指出：任何程序的邏輯結(jié)構(gòu)都可以用三種最基本的程序結(jié)構(gòu)（序結(jié)構(gòu)（順序、選擇、循環(huán)順序、選擇、循環(huán)）來(lái)表示）來(lái)表示 19681968年，年，戴克斯特拉（戴克斯特拉（Dijkstra)Dijkstra)經(jīng)過深思熟慮后，在經(jīng)過深思熟慮后，在給給ACMACM通訊通訊編輯的信中，首次提出了編輯的信中，首次提出了“GOTOGOTO語(yǔ)句是有害語(yǔ)句是有害的的”（Go to Statement Considered HarmfulGo to Statement Considered Harmful）問題）問題該問題在該問題在ACMACM通訊通訊雜志上發(fā)表后，引發(fā)了激烈的爭(zhēng)雜志上發(fā)表后，引發(fā)了激烈的爭(zhēng)論，不少著

53、名的學(xué)者參與了討論論，不少著名的學(xué)者參與了討論 Copyright 2016Page 44第二章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)經(jīng)過經(jīng)過6 6年的爭(zhēng)論，年的爭(zhēng)論，19741974年，圖靈獎(jiǎng)獲得者年，圖靈獎(jiǎng)獲得者克努特（克努特（D. E. D. E. KnuthKnuth）教授在他發(fā)表的有影響力的論文教授在他發(fā)表的有影響力的論文帶有帶有GOTOGOTO語(yǔ)句的結(jié)語(yǔ)句的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)（Structured Programming with Goto Structured Programming with Goto StatementsStatements）中對(duì)這場(chǎng)爭(zhēng)論作了較為全面而公正的論述：）中對(duì)這場(chǎng)

54、爭(zhēng)論作了較為全面而公正的論述： 濫用濫用GOTOGOTO語(yǔ)句是有害的，完全禁止也不明智。在不破壞程語(yǔ)句是有害的，完全禁止也不明智。在不破壞程序良好結(jié)構(gòu)的前提下，有控制地使用一些序良好結(jié)構(gòu)的前提下，有控制地使用一些GOTOGOTO語(yǔ)句，就有可能語(yǔ)句，就有可能使程序更清晰，效率也更高。關(guān)于使程序更清晰，效率也更高。關(guān)于“GOTOGOTO語(yǔ)句語(yǔ)句”的爭(zhēng)論，其焦的爭(zhēng)論，其焦點(diǎn)應(yīng)當(dāng)放在程序的結(jié)構(gòu)上，一個(gè)好的程序應(yīng)該是邏輯正確、結(jié)點(diǎn)應(yīng)當(dāng)放在程序的結(jié)構(gòu)上，一個(gè)好的程序應(yīng)該是邏輯正確、結(jié)構(gòu)清晰、樸實(shí)無(wú)華構(gòu)清晰、樸實(shí)無(wú)華 關(guān)于關(guān)于“GOTOGOTO語(yǔ)句語(yǔ)句”問題的爭(zhēng)論直接導(dǎo)致了一個(gè)新的學(xué)科分問題的爭(zhēng)論直接導(dǎo)致了

55、一個(gè)新的學(xué)科分支領(lǐng)域，即程序設(shè)計(jì)方法學(xué)的產(chǎn)生支領(lǐng)域，即程序設(shè)計(jì)方法學(xué)的產(chǎn)生 結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)方法方法 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法方法 函數(shù)程序設(shè)計(jì)函數(shù)程序設(shè)計(jì)方法等等方法等等 Copyright 2016Page 45第二章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)三、程序設(shè)計(jì)三、程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì) 一個(gè)使用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言產(chǎn)生一系列的指令以告訴計(jì)算一個(gè)使用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言產(chǎn)生一系列的指令以告訴計(jì)算機(jī)該做什么的過程機(jī)該做什么的過程 廣義的程序設(shè)計(jì)廣義的程序設(shè)計(jì)： u需求分析需求分析u總體設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)u詳細(xì)設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì)u編碼編碼u測(cè)試測(cè)試u運(yùn)行與維護(hù)運(yùn)行與維護(hù) Copyright 2016Page 46第

56、二章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì) 采用采用自頂向下自頂向下、逐步求精逐步求精的設(shè)計(jì)方法和單入口單出口的控制的設(shè)計(jì)方法和單入口單出口的控制成分（順序、分支和循環(huán)）成分（順序、分支和循環(huán)） 先全局后局部、先整體后細(xì)節(jié)、先抽象后具體的開發(fā)過程先全局后局部、先整體后細(xì)節(jié)、先抽象后具體的開發(fā)過程 T FTF條件AAB（a）順序結(jié)構(gòu) （b）選擇型分支結(jié)構(gòu) （c）循環(huán)結(jié)構(gòu)AB條件 Copyright 2016Page 47第二章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)四、良好的程序設(shè)計(jì)風(fēng)格四、良好的程序設(shè)計(jì)風(fēng)格u標(biāo)識(shí)符標(biāo)識(shí)符：按意命名、保留字用大寫字母、使用統(tǒng)一的縮寫：按意命名、保留字用大寫字母、使用統(tǒng)一的縮寫規(guī)

57、則規(guī)則u表達(dá)式表達(dá)式：使用括號(hào)、使用庫(kù)函數(shù)、條件化簡(jiǎn)、函數(shù)與過程：使用括號(hào)、使用庫(kù)函數(shù)、條件化簡(jiǎn)、函數(shù)與過程u模塊化模塊化：模塊的獨(dú)立性（高內(nèi)聚、低耦合）、模塊的規(guī)模：模塊的獨(dú)立性（高內(nèi)聚、低耦合）、模塊的規(guī)模適中適中u語(yǔ)句的排列格式語(yǔ)句的排列格式：排列格式美觀、層次分明、使用統(tǒng)一的：排列格式美觀、層次分明、使用統(tǒng)一的縮進(jìn)格式，同一嵌套深度并列的語(yǔ)句對(duì)齊縮進(jìn)格式，同一嵌套深度并列的語(yǔ)句對(duì)齊u注釋注釋：添加必要的注釋，以說(shuō)明程序、過程和語(yǔ)句等的功：添加必要的注釋，以說(shuō)明程序、過程和語(yǔ)句等的功能及注意事項(xiàng)能及注意事項(xiàng) Copyright 2016Page 48第二章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)1111 算法與

58、程序算法與程序n算法算法被譽(yù)為計(jì)算學(xué)科的靈魂，算法設(shè)計(jì)的優(yōu)劣決定了軟件系被譽(yù)為計(jì)算學(xué)科的靈魂，算法設(shè)計(jì)的優(yōu)劣決定了軟件系統(tǒng)的性能。統(tǒng)的性能。n程序程序則是將算法用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言加以表達(dá)，從而把算法求解問則是將算法用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言加以表達(dá)，從而把算法求解問題的思想在計(jì)算機(jī)上予以具體實(shí)現(xiàn)。題的思想在計(jì)算機(jī)上予以具體實(shí)現(xiàn)。一、算法一、算法(Algorithm)(Algorithm)n考察求兩個(gè)整數(shù)的考察求兩個(gè)整數(shù)的最大公約數(shù)最大公約數(shù)的算法。的算法。 問題：設(shè)問題：設(shè)M M，N N為整數(shù)，為整數(shù)，gcd(gcd(M,NM,N) )為它們的最大公約數(shù)，為它們的最大公約數(shù)， 即即 gcd(gcd(M,NM,N)

59、=maxZ | M)=maxZ | M能被能被Z Z整除，整除，N N能被能被Z Z整除整除 以著名的以著名的歐幾里德輾轉(zhuǎn)相除歐幾里德輾轉(zhuǎn)相除方法為例：方法為例： Copyright 2016Page 49第二章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)算法算法 計(jì)算計(jì)算gcd(gcd(M,NM,N) ) nA1. A1. 輸入輸入M M，N N（不失一般性，設(shè)（不失一般性，設(shè)M MN N）；令）；令Z Z是輔助變量；是輔助變量；nA2. A2. 重復(fù)執(zhí)行以下操作：重復(fù)執(zhí)行以下操作： （1 1）若）若N N=0=0，則輸出，則輸出M M，算法停止。，算法停止。 （2 2）若）若N N00，則，則Z Z M M mod mod N N，M M N N，N N Z Z。 例：求出例：求出4848和和3232的最大公約數(shù)的最大公約數(shù)gcd(48,32): gcd(48,32): (1) (1) 令令M = 48M = 48，N = 32N = 32； (2) (2) 因因 N0, 48N0, 48除以除以3232的余數(shù)為的余數(shù)為16, Z = 1616, Z = 16，且，且 M = 32M = 32，N = 16N = 16 (3) (3) 因因 N0N0，3232除以除以1616的余數(shù)為的余數(shù)為0 0，Z = 0Z = 0， 且且 M = 16M = 16，