計(jì)算機(jī)組成與工作原理電子教案第4章.ppt

1、主 編 劉曉川,計(jì)算機(jī)組成與工作原理 電子教案,中等職業(yè)學(xué)校教學(xué)用書（計(jì)算機(jī)技術(shù)專業(yè)）,第4章 使用軟件控制計(jì)算機(jī)工作,4.1 計(jì)算機(jī)語(yǔ)言與軟件 4.2 計(jì)算機(jī)軟件執(zhí)行過(guò)程與設(shè)計(jì)方法,4.1 計(jì)算機(jī)語(yǔ)言與軟件,4.1.1 計(jì)算機(jī)語(yǔ)言 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言一般可分為機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言三類。 (一) 機(jī)器語(yǔ)言 機(jī)器語(yǔ)言是計(jì)算機(jī)的中央處理器可以直接識(shí)別并執(zhí)行的語(yǔ)言。機(jī)器語(yǔ)言是以0或1二進(jìn)制代碼表示的指令集合，其特點(diǎn)是程序執(zhí)行效率高，但通用性差，直觀性差，并且難懂、易錯(cuò)。 (二) 匯編語(yǔ)言 匯編語(yǔ)言是用較直觀、容易記憶和書寫的助記符表示二進(jìn)制指令的操作碼及操作數(shù)，又稱作符號(hào)語(yǔ)言。匯編指令與機(jī)器指令基

2、本上是一一對(duì)應(yīng)的。 (三) 高級(jí)語(yǔ)言 高級(jí)語(yǔ)言是獨(dú)立于具體的計(jì)算機(jī)硬件、接近于人類的自然語(yǔ)言（英語(yǔ)）和數(shù)學(xué)語(yǔ)言符號(hào)的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。用高級(jí)語(yǔ)言編寫的程序稱作源程序，計(jì)算機(jī)不能直接識(shí)別和執(zhí)行，必須經(jīng)過(guò)語(yǔ)言處理程序翻譯成機(jī)器語(yǔ)言程序（又稱作目標(biāo)程序），才能為計(jì)算機(jī)所執(zhí)行，有兩種翻譯方式：編譯方式和解釋方式。,4.1 計(jì)算機(jī)語(yǔ)言與軟件,4.1.2 計(jì)算機(jī)軟件 (一) 指令和程序的概念 1指令 指令是由二進(jìn)制代碼表示的、能使計(jì)算機(jī)完成某一基本操作的命令。一種計(jì)算機(jī)所能識(shí)別并執(zhí)行的全部指令的集合稱作該種計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)。 計(jì)算機(jī)指令一般由操作碼和操作數(shù)兩部分組成 。 2程序 計(jì)算機(jī)程序是一組精確地告訴計(jì)算

3、機(jī)執(zhí)行什么操作和什么時(shí)候執(zhí)行操作的連續(xù)指令集，由于各項(xiàng)任務(wù)的復(fù)雜程度和時(shí)間長(zhǎng)度存在差異，因此計(jì)算機(jī)程序的大小也各不相同。 馮.諾依曼型計(jì)算機(jī)的工作原理就是“存儲(chǔ)程序和程序控制”。為了完成某一特定的任務(wù)，首先將編寫好的程序以及程序運(yùn)行所需的數(shù)據(jù)通過(guò)輸入設(shè)備輸入到計(jì)算機(jī)中并存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，然后在程序控制下逐條執(zhí)行程序中的每條指令。,4.1 計(jì)算機(jī)語(yǔ)言與軟件,(二) 軟件的概念及分類 軟件是指計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)所需的程序、數(shù)據(jù)及相關(guān)資料的總和。只有硬件而無(wú)軟件的計(jì)算機(jī)稱作“裸機(jī)”，它不能做任何工作。“裸機(jī)”與軟件相結(jié)合才能構(gòu)成一臺(tái)完整的、可以進(jìn)行正常工作的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。軟件的發(fā)展依賴于硬件作基礎(chǔ)，但軟件的發(fā)

4、展反過(guò)來(lái)又能促進(jìn)硬件的發(fā)展，它們之間是相互依存、相互支持、在一定條件下又可以相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系。 從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)角度來(lái)看，軟件可分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類。,4.1 計(jì)算機(jī)語(yǔ)言與軟件,(1) 系統(tǒng)軟件 系統(tǒng)軟件是指控制和協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)硬件及其外部設(shè)備、支持應(yīng)用軟件的開發(fā)和運(yùn)行的軟件。有了系統(tǒng)軟件，我們就不必直接和計(jì)算機(jī)硬件打交道，而是通過(guò)系統(tǒng)軟件來(lái)間接地使用計(jì)算機(jī)硬件資源，這樣不僅方便了用戶，而且提高了機(jī)器的工作效率。 系統(tǒng)軟件有操作系統(tǒng)、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序等。 (2) 應(yīng)用軟件 應(yīng)用軟件是為了解決各種具體的實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題而編制的程序。由于計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，應(yīng)用軟件的種類也特別多，常見(jiàn)的有科學(xué)計(jì)算程序、文字

5、處理軟件、計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)軟件、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件包（CAD）等。,4.2 計(jì)算機(jī)軟件執(zhí)行過(guò)程與設(shè)計(jì)方法,4.2. 1 解決問(wèn)題的邏輯方法 在計(jì)算機(jī)中，為了解決一個(gè)問(wèn)題，程序需要執(zhí)行一系列的步驟，這個(gè)解決問(wèn)題的步驟序列就稱作算法，即算法是指解決問(wèn)題的方法和步驟。 算法的目的是要將解決問(wèn)題的方法與步驟的邏輯描述清楚，所以，表示算法的方法很多，常用表示方法有：文字描述、流程圖、偽代碼等。,4.2 計(jì)算機(jī)軟件執(zhí)行過(guò)程與設(shè)計(jì)方法,1使用文字描述表示算法 文字描述方式就是將算法的步驟與邏輯通過(guò)文字表達(dá)出來(lái)。使用文字描述算法符合人們的日常邏輯習(xí)慣，容易表達(dá)，但是，由于文字的多義性（尤其中文），這種表示方式容

6、易產(chǎn)生邏輯的歧義，而且不夠直觀。 例 “新生報(bào)到”的算法過(guò)程可描述如下：,S1憑通知書簽到。 S2繳納學(xué)費(fèi)。 S3注冊(cè)學(xué)籍。 S4領(lǐng)取生活用品。 S5住宿、歸入班級(jí)。,4.2 計(jì)算機(jī)軟件執(zhí)行過(guò)程與設(shè)計(jì)方法,2使用流程圖表示算法 流程圖是指利用標(biāo)準(zhǔn)的圖形符號(hào)來(lái)描述程序處理的步驟，其特點(diǎn)是直觀易讀。使用流程圖表示算法直觀、清晰，因此在程序開發(fā)中被廣泛使用。流程圖包括一個(gè)基本符號(hào)集合，其中每個(gè)符號(hào)表示算法中指定類型的操作，如下表所示。,4.2 計(jì)算機(jī)軟件執(zhí)行過(guò)程與設(shè)計(jì)方法,說(shuō)明在流程圖的圖形框中使用自然語(yǔ)言或數(shù)學(xué)符號(hào)填寫框中內(nèi)容。 例描述夜間上網(wǎng)的年齡判別算法流程圖。,4.2 計(jì)算機(jī)軟件執(zhí)行過(guò)程與設(shè)

7、計(jì)方法,3使用偽代碼表示算法 偽代碼使用簡(jiǎn)單易懂的語(yǔ)言符號(hào)表示算法，其優(yōu)點(diǎn)是可讀性好，程序細(xì)節(jié)表達(dá)清楚，并便于檢測(cè)、修復(fù)錯(cuò)誤，相比流程圖更接近實(shí)際代碼。,4.2 計(jì)算機(jī)軟件執(zhí)行過(guò)程與設(shè)計(jì)方法,4.2.2 計(jì)算機(jī)程序解決問(wèn)題的基本邏輯 (一) 順序結(jié)構(gòu) 某些問(wèn)題的解決算法是按順序進(jìn)行的，即做完步驟A就順序做步驟B，順序結(jié)構(gòu)如下圖所示，A步驟與B步驟之間必須按順序執(zhí)行。,4.2 計(jì)算機(jī)軟件執(zhí)行過(guò)程與設(shè)計(jì)方法,(三) 循環(huán)結(jié)構(gòu) 重復(fù)執(zhí)行某些步驟的程序結(jié)構(gòu)稱作循環(huán)結(jié)構(gòu)。循環(huán)結(jié)構(gòu)如下圖所示，當(dāng)條件P成立時(shí)重復(fù)執(zhí)行步驟A，直到條件P不成立為止。,4.2 計(jì)算機(jī)軟件執(zhí)行過(guò)程與設(shè)計(jì)方法,4.2.3 計(jì)算機(jī)程序

8、的執(zhí)行過(guò)程 程序員使用高級(jí)語(yǔ)言，按照指定的語(yǔ)法和關(guān)鍵字編寫程序（源程序），然后使用高級(jí)語(yǔ)言開發(fā)環(huán)境提供的編譯器將源程序編譯成目標(biāo)程序，交付用戶使用，如下圖所示。,4.2 計(jì)算機(jī)軟件執(zhí)行過(guò)程與設(shè)計(jì)方法,計(jì)算機(jī)程序的執(zhí)行過(guò)程都是類似的，即：程序運(yùn)行后，由用戶輸入程序執(zhí)行必需的數(shù)據(jù)，程序處理該數(shù)據(jù)，最后將處理結(jié)果輸出到顯示器上顯示或通過(guò)打印機(jī)打印在紙上，這樣的執(zhí)行過(guò)程被稱作“輸入-處理-輸出”過(guò)程。 1輸入階段 輸入階段是計(jì)算機(jī)程序執(zhí)行的第一個(gè)階段，在該階段中，程序要求用戶通過(guò)計(jì)算機(jī)的輸入設(shè)備輸入程序執(zhí)行必需的數(shù)據(jù)。 2處理階段 在程序的處理階段，程序?qū)τ脩粼谳斎腚A段輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算、處理。 3輸出階段 輸出階段一般是程序的執(zhí)行最后階段，在輸出階段中，計(jì)算機(jī)