第1章C语言与程序设计简介分解.ppt

1.1 计算机和程序设计基本概念 1.1.1 计算机系统组成 　　计算机是一种能够自动、高速处理数据的工具。一个完整的计算机系统包括硬件和软件两大部分，其组成如图1-1所示。 　　1. 硬件 　　硬件是指计算机的机器部分，即我们所见到的物理设备和器件的总称。计算机硬件结构如图1-2所示。 　　中央处理器(CPU)是计算机的核心，它由控制器和运算器两部分组成。控制器是计算机的神经中枢，它统一指挥和控制计算机各部分的工作。运算器对数据进行运算和处理。 　　计算机存储器分为内存储器和外存储器两种。内存储器简称内存，也叫主存，是计算机用于直接存取程序和数据的地方。内存可直接与CPU交换信息。其存取信息的速度快，但容量有限。外存储器简称外存，也叫辅存，常用的外存有磁盘、U盘等。由于内存容量的限制，常用外存来存放大量暂时不用的信息，这些信息一般以文件形式存放在外存上。外存的特点是存储量大，信息可以长期保存，但存取信息的速度较慢。CPU不能直接处理外存中的信息，处理前必须先将这些信息由外存调入内存后再进行处理，程序也只有装入内存后才可运行。 　　 　　2. 软件 　　软件通常指计算机系统中的程序和数据，并按功能分为系统软件和应用软件两类。系统软件是指为进行计算机系统的管理和使用而必须配置的那部分软件，如：操作系统、汇编程序、编译程序等。应用软件是指针对某类专门应用需要而配置的软件，如：计算机辅助教学CAI、财务管理软件以及火车和飞机订票系统等。 　　仅有硬件的计算机系统(称之为裸机)是难以进行工作的。为了对计算机所有软、硬件资源进行有效的控制和管理，在裸机基础上形成了第一层软件，这就是操作系统。 　　操作系统是最基本的系统软件，是对硬件机器的首次扩充。其他软件都是建立在操作系统之上的，通过操作系统对硬件功能进一步扩充，并在操作系统的统一管理和支持下运行(见图1-3)。因此，操作系统在整个计算机系统中具有特殊的地位，它不仅是硬件与其他软件的接口，而且是整个计算机系统的控制和管理中心，它为人们提供了与计算机进行交互的良好界面。 　　综上所述，硬件是计算机的物质基础，软件是建立在硬件基础之上，对硬件功能的扩充与完善。两者缺一不可，没有软件，计算机的硬件难以工作；没有硬件，软件的功能无法实现。 1.1.2 程序与程序设计语言 　　要使计算机能够完成人们指定的工作，就必须把工作的具体实现步骤编写成能够由计算机识别并执行的一条条指令。计算机执行这个指令序列后，就能完成指定的任务，这样的指令序列就是程序。因此，程序就是由人编写的指挥和控制计算机完成特定功能的指令序列。书写程序所使用的语言称为程序设计语言，它是人与计算机进行信息通信的工具，而设计、编写和调试程序的过程则称为程序设计。 　　计算机发展到今天，程序设计语言经历了由机器语言到汇编语言，最后发展到高级语言这三个阶段。 　　我们知道，计算机所能执行的每一项操作称为一条指令，计算机能够执行的全部指令集合就是该计算机的指令系统。由于计算机硬件的器件特性，决定了计算机本身只能直接接受由0和1编码的二进制指令和数据，这种二进制形式的指令集合称为该计算机的机器语言，它是计算机唯一能够直接识别并接受的语言。 　　用机器语言编写程序很不方便且容易出错，编写出来的程序也难以调试、阅读和交流。为此，出现了用助记符代替机器语言二进制编码的另外一种语言，这就是汇编语言。汇编语言是建立在机器语言之上的，因为它是机器语言的符号化形式，所以较机器语言直观。但是计算机并不能直接识别这种符号化的语言，因此用汇编语言编写的程序必须翻译成机器语言之后才能够执行，这种“翻译”是通过专门的软件——汇编程序来实现的。 　　尽管汇编语言与机器语言相比在阅读和理解上有了长足的进步，但其依赖具体机器的特性是无法改变的。能够编写好汇编程序除了掌握汇编语言之外，还必须了解计算机的内部结构和硬件特性，再加上不同的计算机上的汇编语言又各不相同，这无疑给程序设计增加了难度。 　　随着计算机应用需求的不断增长，出现了更加接近人类自然语言的功能更强、抽象级别更高的面向各种应用的高级语言。高级语言由于接近人们的自然语言，因而使用方便，编写的程序也符合人们的习惯，能够较自然地描述各种问题，极大地提高了编程的效率，编写的程序也便于查错、阅读和修改。更为重要的是，高级语言已经从具体机器中抽象出来，摆脱了依赖具体机器的问题，使高级语言编写的程序几乎在不改动的情况下就能够在任何计算机上运行。并且编程人员在编程时也无需去了解计算机内部的硬件结构。这些都是机器语言和汇编语言难以做到的。 　　与汇编语言一样，计算机也不能够直接识别用高级语言编写的程序，即必须经过编译程序的分析、加工，将其翻译成机器语言程序，然后才能执行。编译程序是把高级语言程序翻译成等价的机