初中九年级信息技术理解程序与程序设计

理解程序与程序设计

到目前为止，同学们已经有了丰富的软件使用经验：可以很自如地使用文字处理类的软件写文章、制作版面精美的报刊，可以使用图片处理软件制作出创意新奇的宣传画，或者用画图软件描绘出自己设计的卡通人物等。但是无论我们使用计算机的经验多么丰富，我们一直都是处在“使用者”的地位上，一直在使用他人编制好的软件来解决问题。那么，这些软件是如何工作，如何编写的？我们也能自己编写出帮助人们解决问题的“软件”吗？让我们也尝试一下“编写”程序，与计算机做更进一步的“交流”吧！一、计算机系统再认识

我们非常清楚地知道，一个完整的计算机系统包括“硬件系统”和“软件系统”两大部分，二者是不可分割的。没有软件系统，硬件就是一堆“废物”；没有了硬件系统，软件也只是无所依托的“符号幽灵”。1.计算机组成的逻辑结构

就计算机的硬件系统而言，当今计算机的基本结构仍然是冯•诺依曼结构。冯•诺依曼(VonNeumann)是美籍匈牙利数学家，这位伟大的人物在1946年提出了关于计算机组成和工作方式的基本设想。到现在为止，尽管计算机制造技术已经发生了极大的变化，但是就其体系结构而言，仍然是根据他的设计思想制造的。而冯•诺依曼也因其对计算机领域的卓绝贡献被称为“计算机之父”。冯•诺依曼的设计思想可以简要地概括为以下三点：

(1)计算机应包括运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大基本部件。如图1-1所示。图1-1计算机的逻辑组成图

计算机内部应采用二进制（0，1）来表示指令和数据。将编好的程序送入内存储器中，然后启动计算机工作，计算机无须操作人员干预，能自动地逐条读取指令和执行指令。冯•诺依曼设计思想的最重要之处在于明确地提出了“程序存储”的概念，他的全部设计思想实际上是对“程序存储和程序控制”概念的具体化。迄今为止，计算机的工作原理仍然釆用存储程序和程序控制原理，计算机一系列的工作是根据指令功能控制程序的执行来完成的。

2.计算机中数据的表示方法

由组成计算机硬件电路的特性决定，计算机中的数据由0，1两个二进制数表示。现代计算机不仅处理数值领域的问题，而且也能处理图、文、音频、视频等信息。这样一来，必然要引入文字、字母以及某些专用符号，以便表示文字语言、逻辑语言等信息。那么，一个数字或者一个字符在计算机中具体是如何表示的呢？

计算机内部应采用二进制（0，1)来表示指令和数据。

将编好的程序送入内存储器中，然后启动计算机工作，计算机无须操作人员干预，能自动地逐条读取指令和执行指令。冯•诺依曼设计思想的最重要之处在于明确地提出了“程序存储”的概念，他的全部设计思想实际上是对“程序存储和程序控制”概念的具体化。迄今为止，计算机的工作原理仍然釆用存储程序和程序控制原理，计算机一系列的工作是根据指令功能控制程序的执行来完成的。

那么，一个数字或者一个字符在计算机中具体是如何表示的呢？

因为计算机最终能识别的只有数字0和1，所以各种信息也只能用0，1编码来表示。目前国际上普遍采用的字符系统是ASCII码（美国国家信息交换标准字符码）。ASCII码规定8个二进制位的最高一位为0，余下的7位可以给出128个编码，表示128个不同的字符。其中，95个编码对应着计算机终端能输人并且可以显示的95个字符，打印机设备也能打印这95个字符，如大小写各26个英文字母，0〜9这10个数字，通用的运算符和标点符号+，-，*，/，>，=，<等等。另外的33个字符，其编码值为0〜31和127，则不对应任何一个可以显示或打印的实际字符，它们被用作控制码，控制计算机某些外围设备的工作特性和某些计算机软件的运行情况。

3.指令、程序和软件

指令是计算机要执行的一种基本操作命令，是对计算机进行程序控制的最小单位。程序是一组指令序列，并取以文件名，称为程序文件。计算机的工作原理是先将需要执行的程序从外存中读入内存，由CPU负责逐条读取指令，然后再执行，直到遇到结束指令。软件是指计算机程序及其有关的文档，它可以分为系统软件和应用软件两大类。系统软件是负责管理、控制、维护、开发计算机的软硬件资源，提供用户一个便利的操作界面和提供编制应用软件的资源环境。其中最主要的是操作系统，其他还有语言处理程序、系统实用程序、各种工具软件等。

操作系统（0S)是对所有软硬件资源进行管理、控制及分配的核心软件，用户操作计算机实际上是通过使用操作系统来进行的，它是所有软件的基础和核心。应用软件是为解决实际问题而专门编制的程序，如字处理软件(Word)、辅助设计软件（AutoCAD)、绘图计算软件（几何画板）、计算机维护软件（Norton)、杀毒软件（KV3000)等。

应用软件与系统软件的关系如图1-2所示。图1-2应用软件与系统软件关系

4.计算机的工作过程

了解了“程序存储”，再去理解计算机的工作过程就变得十分容易。如果想叫计算机工作，就得先把程序编出来，然后通过输入设备送到存储器中保存起来，即程序存储。接下来就是执行程序的问题了。根据冯•诺依曼的设计，计算机应能自动执行程序，而执行程序归结为逐条执行指令。因此，计算机的工作过程就是执行程序的过程。

有人说，软件是看不见、摸不着的。因为软件是思想、规则、逻辑，本身是抽象的，确定不可触及。但软件总是要有载体来存放，要有表达或表现方式，这些使得它们变得形象具体起来。二、计算机语言的发展

1.什么叫计算机语言

在日常生活中，人们要靠语言来交流思想、传递信息。狭义上，我们讲的语言，如汉语、英语、法语，它们有声音，是语言。小鸟之间唧唧喳喳，大概也是鸟类间的语言。但语言却不一定都有声音，一些肢体动作语言，如哑语、旗语等，虽无声，但它们也是语言。广义上讲，语言是沟通、交流的一种手段。基于此，可以说各种工具也都有自己的语言，当然也包括计算机。一般地，越复杂的机器，人类与其沟通的语言也就越复杂。比如汽车，想驾驭它，就必须去驾校参加学习，学习各种和它沟通的方法。想一想，开车的时候，驾驶员的确是在和车进行沟通：如果想让汽车向左转，就应该向左转方向盘，想停车就应该踩刹车等。同样，要使计算机能够很好地为人类服务，人与计算机之间也要通过一种语言来互相沟通、互相交流。这种“语言”能够表达人类的思想，同时，还能被计算机所识别、接受，这种“语言”就叫做计算机语言。2.计算机语言发展简介

计算机语言的演化发展也是从最开始的机器语言到汇编语言再到各种结构化高级语言，最后到支持面向对象技术的面向对象语言。20世纪40年代当计算机刚刚问世的时候，程序员要想让计算机了解人们的计算意向，就必须手动控制计算机，因此计算机的使用十分繁琐。1941年德国工程师楚泽(KonradZuse)想到了用程序设计语言来解决人机交互的问题，并发明了叫做Z3的计算机，这是第一台可编程的电子计算机。

计算机语言分为三类：机器语言、汇编语言和高级语言。目前，科学家们正在研究新型电脑语言识别系统，也许将来有一天，人类会实现用自己的语言与电脑直接对话。

随后的几十年间，大量的程序设计语言被发明、被取代、被修改或组合在一起。尽管人们多次试图创造一种通用的程序设计语言，却没有一次尝试是成功的。原因是：编写程序的初衷各不相同；编程者之间技术的差距非常大，而且有许多语言对新手来说太难学；还有许多用于特殊用途的语言，只在特殊情况下使用。例如：PHP专门用来编写网页；Perl更适合文本处理；C语言被广泛用于操作系统和编译器的开发（所谓的系统编程）。因此，计算机语言的发展一直处于一种百花齐放的状态。很多编程语言也像花儿一样经历了灿烂和凋零的过程。像20世纪70年代出现的Pascal，C，C++，BASIC等，其中Pascar可以说是“结构化程序设计”的经典，但如今用的人已经不多了。实际上，软件开发的主要目的就是描述和反映现实世界，而结构化程序设计的方法并不符合这个思维方式。再具体一点说，人们希望把机器能够理解的语言提升到也能够很好地模仿人类思考问题的形式。因此，抽象的过程应该是以现实世界的对象为中心的，于是面向对象的抽象方法就走到了前台，出现了VisualBasic，Delphi，C++以及Java等面向对象的编程语言，并蓬勃地发展着。可以说，计算机语言发展历史也是人们不断追求更高的模块化、抽象化和封装化的历史。从计算机诞生至今，计算机自賴贿件都是以喊语为母语的人发明的，所以其本身就带有印欧语的语目特征’在硬件上CPU、I/O、存储器的基础结构都体现了印欧语定义精确、分工明确等特点。自20世纪60年代以来，相继有500多种