1、計算機與算法初步軟件學科部宋凱教案下載：網上教學/E-mail：1教學目的和任務將初步建立起計算機系統的概念，了解計算機的基本原理、特點，了解與計算機技術有關的重要概念；初步明確今后在學習專業時，各門課程的地位和作用。將通過介紹算法及C語言的初步，能夠掌握結構化程序設計方法，解決如何制定求解問題的算法，及算法描述方法，養成良好的程序設計風格。為學好高級語言的程序設計及專業課的學習創造條件。2教學安排總學時:48 上課：32學時 星期一 7-8節（2-6周） 1-401 星期四 1-2節（3-5,10-17周） 1-414上機：16學時 星期一 3-4節(10-14周) 信南510,512室 星

2、期三 1-2節（4-6周） 信南206(微機1室)3引言計算機：現代化的信息處理工具處理信息提供結果（輸出）結果取決于它接收到的信息（輸入）和處理算法計算機科學技術研究計算機的設計與制造利用計算機進行信息獲取、表示、儲存、處理和控制的理論、原則、方法和技術的學科4引言計算機產業將科學技術成果轉化為商品為商品提供開發、生產、銷售、服務、培訓的產業相互關系計算機是計算機科學技術的研究對象、是計算機產業的商品計算機產業是計算機與計算機科學技術的依托計算機科學技術是計算機與產業發展的生命源泉5第一章 計算機基礎知識計算機的基本結構計算機軟件計算機應用技術操作系統程序設計語言參考書：計算機文化基礎教程，

3、馮博琴著，清華大學出版社計算機文化，朱海濱等譯，機械工業出版社61.1 計算機的基本結構計算機系統由硬件系統和軟件系統組成硬件(Hardware)構成計算機系統的物質元器件、部件、設備，以及它們的工程實現（設計、制造和檢測技術）軟件(Software)計算機系統中的程序及其文檔，及其研究、開發、維護所涉及的理論、方法和技術。7計算機組成結構輸入數據輸入設備 內存 輸出設備 外存 控制器輸出數據 運算器數據,程序數據CPU主機數據線地址線指令地址8計算機組成（1/2）輸入設備（輸入單元）負責接收信息：鍵盤、鼠標、手寫板輸出設備（輸出單元）負責輸出信息：顯示器、打印機內存（主存、內存單元）存取速度

4、快的存儲器，保存信息停電則失去記憶外存（二級存儲單元）大容量存儲、存取速度較慢光盤和磁盤（硬盤、軟盤、閃盤）可長期保存信息9計算機組成（2/2）運算器（算術邏輯單元）負責算術運算、邏輯運算（二進制）控制器控制管理各個單元的工作（控制輸入、輸出、存儲器訪問、計算請求）中央處理單元（CPU）CPU = 運算器+控制器+處理總線10主機與外部設備主機中央處理器（CPU）存儲器（內存、硬盤）驅動器（軟驅、硬驅、光驅）外部設備打印機、顯示器、繪圖儀攝象機、鍵盤、鼠標等11計算機的分類按照規模和性能分類微型計算機、工作站、小型計算機、中型計算機、大型計算機和巨型計算機界限趨于模糊按照用途分類通用機特定場合

5、：服務器、嵌入式計算機專用機特殊功能：過程控制、抗惡劣環境、數據流、邏輯推理、生物計算、量子計算12主要指標（1/2）計算機字長直接參與運算的二進制位數（常見：32位=1個字）CPU 運算速度CPU 主頻（如：1.8GHz）MIPS（每秒執行百萬指令數）顯示器屏幕尺寸：常用15英寸、17英寸點距（毫米）、最大分辨率：800*600， 1024*768顯示內存13主要指標（2/2）存儲器容量（存儲單元的個數）每個單元：一個字節byte（8個二進制數bit）1TB= 1024 * GB1GB= 1024 * MB1MB= 1024 * KB1KB= 1024 個字節 地址：內存單元的編號 32位二

6、進制數（常見）支持信息的存取14存儲位存儲單元存儲體存儲單元地址0000H0001H0002HFFFFH存儲體結構圖15微型計算機的啟動冷啟動打開電源開關或按復位按鈕系統自動運行系統引導程序隨后啟動操作系統熱啟動同時按下 Ctrl + Alt + Del 三鍵常用于機器故障（死機）時16信息處理過程計算機的信息處理過程按照給定的處理算法接收輸入信息，完成計算，產生輸出結果信息處理的實現計算機負責將程序翻譯成描述處理算法的指令序列，發送給控制器，指揮運算器，協調各個硬件單元，完成指定的信息輸入、各種運算和信息輸出技術人員負責根據處理需求，設計計算機程序，來描述處理算法17指令系統指令（Instr

7、uction）：要求計算機執行某個操作的命令機器指令控制器能夠識別與執行的操作命令代表該操作的二進制數計算機控制的最小單位指令系統計算機可以識別的全部指令各種計算機的指令系統不同18指令的種類數據傳送類指令算術運算與邏輯運算類指令程序控制類指令（轉移指令等）輸入輸出類指令控制和管理計算機的指令（停機、啟動、復位等）信息處理算法由指令序列（程序）實現指令系統決定了計算機的能力，也影響著計算機的體系結構。19工作原理（存儲程序概念）1. 利用存儲器（內存）來存放要執行的指令序列；2. 中央處理器（CPU）依次從內存讀出程序中的每條指令3. 分析和執行指令4. 直至完成全部指令任務。20從存儲器取一

8、條指令執行指令是停止指令?程序執行過程程序執行的流程就是“取指-分析-執行”的循環過程。否是分析該條指令程 序結束21存儲程序概念(續)存儲程序概念決定了計算機的結構（馮.諾依曼）指令和數據都保存在內存中程序確定了計算機的用途程序設計是計算機技術的基本技能22馮諾依曼計算機模型的基本要點: 采用二進制形式表示數據和指令 采取“存儲程序”工作方式 計算機硬件部分由五大部件組成,即運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備. 到目前為止，各種類型的計算機都屬馮.諾依曼計算機。231.2 計算機軟件軟件：Computer Software計算機系統中的程序、數據和文檔用戶和硬件的接口程序計算任務的處

9、理對象和處理規則的描述可執行程序：指令序列數據和文檔程序的說明資料；保存在二級存儲器（外存）上。24軟件分類系統軟件管理、監控和維護計算機軟硬件資源支撐軟件支撐軟件開發與維護的軟件應用軟件特定應用領域專用的軟件25系統軟件操作系統管理軟硬件資源（MS DOS, WINDOWS）編譯系統計算機語言處理（C/C+語言、Java語言。）數據庫管理系統數據維護和管理（Oracle, SQL Server 。） 網絡軟件網絡操作系統、網絡管理軟件其他系統軟件系統引導程序基本輸入輸出程序（BIOS）設備驅動程序（打印機、顯示卡、網卡。）26支撐軟件和應用軟件支撐軟件軟件開發環境、軟件工具、應用服務器例如C

10、語言：Turbo C，Visual C/C+網頁制作軟件應用軟件辦公軟件：文字處理（WORD）、表格處理（Excel）、演示文稿（PowerPoint）管理信息系統、圖象處理 電子商務、電子政務、數字地球在不同的系統軟件環境下開發的應用程序要在不同的系統軟件下運行。27程序運行方式可執行程序二進制的指令序列，保存在二次存儲器（硬盤）中程序啟動自動：系統引導、操作系統手動：應用軟件、支撐軟件運行過程1. 將可執行程序裝入到內存中2. 逐條解釋執行各指令（數據存取、計算、控制轉移）3. 直到遇到終止指令281.3 操作系統概要Operating System 用途管理硬件資源、控制程序運行、改善人

11、機界面、支撐應用軟件主要功能處理器管理（CPU）設備管理（打印機、IO設備）存儲器管理（內存單元的分配）文件管理（程序與文檔的訪問和組織）典型操作系統Windows、MS DOS、UNIX、Linux 地位：“總管家”，其他軟件的基礎。目標：提高資源利用率。29人機交互界面MS DOS 系統命令行方式程序啟動方法：輸入命令文本Windows 系統圖形用戶界面程序啟動方法：菜單選擇、雙擊圖標等30Windows 操作系統版本Windows 98/Windows 200032位多用戶多任務操作系統多窗口界面操作手段（啟動程序）雙擊桌面圖標點擊多級菜單（從左下角的“開始）31資源管理器集成了文件管理

12、和設備管理的功能管理各種程序文件和數據文件文件命名規則 文件名.擴展名擴展名表示文件種類例如：SETUP.EXE可執行程序文件MYPROC.CC語言程序文件MYPROC.OBJ機器語言程序文件MYPAPER.TXT文本文件MYPIC.BMP圖象文件32資源管理器中的文件夾窗口以多級目錄的形式展示各種資源的組織結構，如：我的文檔：私有文件我的電腦：磁盤中的文件3.5 軟盤（A:） 盤符標識本地磁盤（C:）網上鄰居：網絡資源計算機、打印機等33文件夾的維護方法選中操作對象當前文件或當前文件夾鼠標拖動點擊“文件(F)”菜單項“新建”文件夾 或 各種文件刪除重命名查看方法左窗口點擊加號：展開文件夾右窗

13、口顯示當前文件夾內容（文件名或圖標）34文件使用方法選中操作對象可執行程序文件其他文件（數據文件、程序文件）鼠標雙擊文件名或圖標對于可執行程序文件，則啟動該程序對于其他文件，則調用規定的可執行程序來編輯Windows系統中可以規定各種數據文件的處理程序例如：WORD負責編輯*.DOC文件 PowerPoint負責編輯*.PPT文件35命令行操作方式“開始”“運行(R)” （Windows 2000)在“打開”窗口中輸入 cmd, 點擊“確定”“開始”“程序”“MS-DOS方式”（Windows 98）顯示運行窗口，等待用戶輸入命令則跳出命令行窗口，以閃爍光標提示用戶輸入這種方式叫做控制臺方式（

14、Console)是早期操作系統采用的使用方式如：MS DOS系統、Unix系統用戶輸入命令，回車之后；必須等待計算機執行該命令的結果36控制臺窗口當前路徑指示（光標左側）如：C:Documents and SettingsSong表示當前目錄是磁盤C:中文件夾Documents and Settings的文件夾Song常用命令（DOS命令）CD 將當前磁盤根文件夾作為當前目錄CD .將當前目錄的父文件夾作為當前目錄CD 文件夾名改變當前目錄MD 文件夾名創建子文件夾RD 文件夾名刪除指定文件夾37控制臺常用命令（DOS命令）DIR 列出當前目錄中的所有文件名 DEL F1.C 刪除文件F1.C

15、（當前目錄中）COPY F1.C F2.C 將文件F1.C復制為F2.CTYPE F1.C 展示文件F1.C的內容A: 將當前目錄改變到磁盤A:程序的執行SETUP啟動可執行程序SETUP.EXE38計算機軟件的安裝與卸載各種安裝方式（各種軟件要求不同）將程序復制到磁盤中，直接運行光盤插入后，直接進入安裝將程序復制到磁盤中，直接運行安裝程序（常見：Setup.exe, Install.exe）基本常識序列號：廠商提供安裝位置（磁盤、文件夾）可選擇C:盤應保留足夠的空間（300MB以上）卸載“控制面板”“添加或刪除程序”39計算機硬件的配置兼容性問題打印機、顯示器、顯示卡、網卡、調制解調器、閃盤

16、、寬帶接入點。安裝設備專用的驅動程序Windows自動檢測 或 “控制面板”“添加硬件”進入安裝向導，輸入提示的信息401.4 計算機網絡概要地理上分散的多臺獨立自主的計算機通過軟硬件設備互連，以實現資源共享和信息交換的系統。網絡具備的三個要素多臺計算機的資源共享（軟件、硬件和數據）多臺計算機的互相連接（電纜、無線網）共同遵守的網絡通信協議（TCP/IP等）通信網絡局域網數十公里以內廣域網數十公里以外因特網（Internet、互連網) 信息高速公路41常見的網絡硬件設備服務器提供共享資源：CPU、內存、磁盤、打印機、數據其他計算機（客戶機）或網絡終端使用專用操作系統（如：Windows 200

17、0 Server)網絡適配器（網卡）連接電纜（雙絞線、光纖）、轉換信號交換機和集線器通過通信線路連接多臺計算機調制解調器(MODEM)用于通過電話線連接網絡42資源共享的內容數據共享數據訪問、數據下載、數據維護服務共享信息處理、應用共享協同工作信息交流、協作完成特定的工作資源共享的參與者使用者計算機軟件（分布式系統）43網絡連接的建立安裝必要的硬件網卡或調制解調器、電纜網絡軟件配置Windows 2000中的配置過程“開始”“設置”“網絡和撥號連接”Windows 98中的配置過程“開始”“程序”“附件”“通訊”“撥號網絡”選擇“新建連接”，按照連接向導輸入以下信息：撥號到Internet、手

18、動設置Internet連接、通過電話線和調制解調器連接、輸入電話號、用戶名、密碼、連接名441.5 計算機應用技術計算機在生產、科學研究、文化、管理、經營以及其他各種社會活動中的應用所涉及的原理、技術和方法核心技術：信息的處理和管理中文信息處理、計算機圖形學和圖像處理、多媒體技術數據庫應用技術（基于數據庫管理系統）45應用領域科學計算數值分析、計算數學計算機信息系統數據的采集、處理、管理以及信息服務金融管理、企業管理、電子商務、電子政務計算機輔助系統計算機輔助設計（CAD）、制造（CAM）、工程（CAE）、教學（CAI）計算機控制與仿真系統計算機控制系統：工業過程控制計算機仿真技術：數學模型、

19、過程模型46幾個常用的應用軟件Internet Explorer（IE）網絡瀏覽器：顯示網頁Outlook Express電子郵件軟件Microsoft Word文字處理軟件47Internet Explorer的使用在地址欄輸入URL（統一資源定位器），如：北京工業大學：http:/（網址）軟件學科部：（網址）網頁瀏覽超連接：其他網頁的入口（手形光標指示處）通過鼠標雙擊進入48電子郵件的使用電子郵件系統服務器為用戶提供專用郵箱，郵箱地址例如：songkaiOutlook Express功能接收郵件、發送郵件、編輯郵件使用前的設置帳號：“工具”“帳號”“添加”“郵件”填寫郵箱地址、郵件服務器名

20、、帳戶名、密碼49Outlook Express的使用左側文件夾指示當前目錄收件箱、發件箱等郵件的編輯和發送點擊“創建郵件”輸入收件人郵箱地址，主題和內容等點擊“發送”郵件的接收和查看點擊“發送/接收”查看收件箱，雙擊收到的郵件表項50Microsoft Word的使用創建或打開文檔內容輸入（文字、圖形、表格等）文檔編輯（選定內容、刪除、復制、移動等）文檔排版（字符、段落、圖文混排等）文檔存盤（保存、另存為）51文檔創建、內容輸入和選擇新建或打開方法點擊按鈕：“文件”菜單項：內容輸入鍵盤輸入：在光標指定位置漢字輸入：Ctrl+Space切換其他內容的插入：“插入”菜單項內容選定鼠標雙擊鼠標拖動

21、選擇52內容編輯、排版和保存內容刪除Delete鍵、或Ctrl+X刪除選定的內容剪貼板的使用Ctrl+X將選定內容移到剪貼板Ctrl+C將選定內容復制到剪貼板Ctrl+V將剪貼板內容插入光標位置排版：“格式”菜單字體、段落等等保存（“文件”菜單內）指定文件名、文件夾名（保存位置）53計算機操作技能的訓練基本操作 漢字輸入方法、資源管理器的使用 DOS 命令的使用 應用軟件 Word 的使用，IE 瀏覽器的使用，電子郵件的使用 學習方法 上機實踐、反復試用、達到熟練 有問題：請教同學、老師；查工具書、手冊541.6 計算機數據表示法常用的各種數據數值數據（十進制數、十六進制數）表示為二進制數字符

22、數據漢字表示圖形數字化多媒體數據提供二進制編碼表示55數值的按位展開（轉化為十進制）十進制數 78.2表示 7101+8100+210-1二進制數 101.1表示 122+021+120+12-1十六進制數 2afa-f（A-F） 分別表示10-15表示 2162+10161+15160提供了各種進制數向十進制數的轉化方法56十進制整數轉換為二進制整數: “除2取余” 用豎式計算整數59的二進制數： 2 59 余1 2 29 余1 2 14 余0 2 7 余1 2 3 余1 2 1 余1 0 （59）10 =（111011）2(最低位)(最高位)直到商為0為止57十進制小數轉換為二進制小數方法

23、: “乘2取整”例1:（0.375）10=（0.011）2 0.375) 2 0.750) 2 1.500) 2 1.000 (取整數)011(最低位)(最高位)改為0后繼續直到小數部分為0為止58 如果該十進制小數不能完整地轉換為二進制小數，可以保留小數點后若干位（按題目要求做）。例:(0.15)1059有符號數的表示二進制表示的最高位（符號位）表示符號規定“0”代表正數，“1”代表負數。例如：如果整數表示采用8個二進制位（bit）正整數 +83 表示為01010011負整數 83 表示為 11010011（原碼表示）其他表示法目的：方便運算的機器實現反碼：-83 表示為 10101100（

24、按位取反）補碼：-83 表示為10101101（反碼加一）正整數的反碼、補碼與原碼的正整數相同;60實數的表示實數可以表示為 500.55 = 0.50055103 = 5.0055102 = 5005.5 10-1 尾數和階碼十進制中：N =d10P二進制中：N =d2P其中，d稱為N的尾數，P稱為階碼機器實現（浮點表示）在存儲單元內分別保存尾數和階碼例：階碼占用8bit、尾數占用24bit（包括符號位）階的正負，實際上是指示小數點的實際位置;尾數的正負，表示整個數是正數還是負數。61西文字符表示常用ASCII字符編碼標準（American Standard Code for Informa

25、tion Interchange）7bit表示52個英文大小寫字母10個阿拉伯數字標點符號、運算符和控制符ASCII編碼占用一個字節，最高位為“0”62pqrstuvwxyz abcdefghIjklmnoPQRSTUVWXYZ ABCDEFGHIJKLMNO01234567890000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111b6b5b4000 001 010 011 100 101 110 111b3b2b1b0控制信號 ASCII碼表“0”的編碼為0110000(48)“A”的編碼為1000001(65)“a”

26、的編碼1100001(97)63漢字編碼國標碼：國家標準信息交換用漢字編碼（ GB2312-80 標準）用兩個7bit表示一個漢字以94個字符代碼為基礎，任何兩個代碼組成一個漢字交換碼（兩個字節）第一個字節為“區”碼（共94個區）第二個字節為“位”碼（共94個位）64圖形數字化編碼采用像素點陣例如：顯示分辨率 800600個像素黑白圖象每個像素采用1bit256色圖象每個像素采用8bit真彩色圖象每個像素采用24bit65內存中的二進制數同一個二進制數 可以表示不同的數據 如：整數、指令、圖象 信息處理中必須記錄數據的類別 操作系統中標明 （如：文件擴展名） 程序設計中提供數據說明661.7 程序設計語言程序設計語言是人與計算機交流的工具人使用程序設計語言來編制程序（程序設計）來描述信息處理算法，通過語言處理系統來生成可執行程序文件。計算機通過程序執行來實現規定的信息處理語言分類機器語言匯編語言高級語言67機器語言是二進制形式表示的程序設計語言，是各種不同功能的機器指令的集合。例：10000000 加10010000 減機器語言編寫的程序可以被計算機硬件識別、理解，直接執行。特點：機器相關，程序執行效率高，編寫難度大，不便閱讀，調試修改困難