第1讲 c语言基础知识

第一章基础知识主要内容计算机系统的组成计算机工作原理计算机中数据的表示与存储程序设计语言的发展算法及算法的描述1.计算机系统组成计算机系统是由软件系统和硬件系统两部分组成的。计算机的软件系统计算机系统中的程序及相关文档被称为软件，所有程序及相关文档的总和称为软件系统。程序是为实现一定功能，用计算机程序设计语言所编制的语句的有序集合。文档是描述程序设计的过程及程序的使用方法等的有关资料。程序是可由计算机执行，而文档是不能执行的。软件系统按其功能可分为系统软件和应用软件两大部分。系统软件：控制和维护计算机的正常运行，管理计算机的各种资源，以满足应用软件的需要。应用软件：完成一个特定的任务，在系统软件的支持下，才能运行。计算机的硬件系统计算机由中央处理器、内部存储器（简称内存）、输入设备和输出设备等部分组成；中央处理器即CPU，内部集成了控制器和运算器等部件，是计算机的核心处理部件。内部存储器（简称内存），用于存放正在执行的程序和数据。CPU只能直接执行和处理放入内存中的程序和数据。微型计算机结构1.微处理器2.存储器3.I/O接口和I/O设备4.系统总线控制总线CB数据总线DB地址总线AB微处理器I/O设备I/O接口存储器系统总线BUS存储器存储器（Memory）是存放程序和数据的部件高性能微机的存储系统微处理器内部的寄存器（Register）高速缓冲存储器（Cache）主板上的主存储器以外设形式出现的辅助存储器主存储器（主存、内存）半导体存储器芯片组成RAM部分断电后信息丢失相对造价高、速度快、但容量小有两种内部存储器只读存储器（ROM，ReadOnlyMemory）随机存储器（RAM，RandomAccessMemory）主存（内存\内存储器）RAM和ROM辅助存储器（简称辅存或外存）磁盘、光盘、固态硬盘（SSD）、U盘等相对造价低、容量大、信息可长期保存，但速度慢存储器的容量单位计算机中的所有信息都是用二进制编码表示的，即用“0”和“1”组成的串表示。因此存储器的容量是指存储器能存放多少个二进制位（b）。通常8位编为一组，称为一个字节（B）。表示存储器容量的单位有KB、MB、GB以及TB等。

1KB=210B1MB=220B1GB=230B目前主流计算机内存容量为2G内存地址一般把存储器中的一个字节称为一个内存单元。为了正确地访问这些内存单元，必须为每个内存单元编上号。根据一个内存单元的编号即可准确地找到该内存单元。内存单元的编号就是所谓内存地址。I/O接口和I/O设备I/O设备（Peripheral）：用户与微机交互输入（Input）设备，如标准输入设备：键盘输出（Output）设备，如标准输出设备：显示器I/O接口（Interface）：外设和主机间的桥梁完成信号变换、数据缓冲、联络控制等工作较简单的I/O接口电路与主板一体较复杂的I/O接口电路制成独立的电路板，称为接口卡，比如显卡。计算机系统硬件软件主机外部设备内存CPU控制器随机存储器(RAM)只读存储器(ROM)输入设备：键盘、鼠标等输出设备：显示器、打印机等系统软件：操作系统、语言处理程序等应用软件：办公软件、学生信息管理软件等运算器外存：硬盘、光盘等计算机系统组成2.计算机的工作原理程序与指令指令是能被计算机识别并执行的一种二进制代码，一条指令完成一种基本操作。每一条指令中明确规定了计算机从内存的哪个位置取数，进行什么操作，然后送到什么地方去等步骤。程序本质上就是控制计算机完成特定功能的一组有序指令的集合。计算机的基本工作原理——存储程序原理预先把指挥计算机如何进行操作的指令序列(即程序)和原始数据输入到计算机内存中；运行时，在控制器控制下，从内存中取出第1条指令送入控制器，经控制器分析后产生完成该指令的各种定时控制信号；在这些信号控制下完成该指令规定的操作，包括存储器中取出数据、进行指定的运算和逻辑操作、结果送入内存等。接下来，取出第2条指令，在控制器的指挥下完成规定操作，依此进行下去，直到遇到停止指令。程序与数据一样存储，按照程序编排的顺序，一步一步地取出指令并自动地完成指令规定的操作，这是计算机最基本的工作原理。这一原理最初是由美籍匈牙利数学家冯•诺依曼于1945年提出来的，故称为冯•诺依曼原理。虽然现在的计算机系统从性能指标、运算速度、工作方式、应用领域和价格等方面与当时的计算机有很大差别，但基本结构没有变。3.计算机中数据的表示与存储计算机中的数据和程序均是使用二进制表示的，原因：（1）技术上容易实现，可靠性强。（2）运算规则简单。（3）实现逻辑运算容易。（4）与其他数制转换方便。

二进制数的逻辑运算逻辑“与”运算0x1=01x0=00x0=01x1=1逻辑“或”运算0+0=00+1=11+0=11+1=1逻辑“非”运算Not0=1Not1=0数值数据的表示方法定点数：将计算机中的小数点的位置视为是固定不变的。①定点整数②定点小数常用定点整数编码

原码

:最高位为符号为，0为正数，1为负数例如，设机器字长为8位，[+1]原

=00000001[+127]原=01111111[+0]原=00000000[–1]原

=10000001[–127]原=11111111[–0]原

=10000000反码：最高位为符号为，0为正数，1为负数。负数时，数值位各位均取反。例如，设机器字长为8位，[+1]反

=00000001[+127]反=01111111 [+0]反

=00000000 [–1]反

=11111110[–127]反=10000000[–0]反

=11111111

补码：正数的补码与原码相同，负数符号位为1，其余各位变反，在末位加一，如需要进位必须进位。

例如，设机器字长为8位，[+1]补

=00000001 [+127]补

=01111111[+0]补

=00000000[–1]补

=11111111 [–127]补

=10000001[–0]补

=00000000

浮点数表示法把一个实数用阶码和尾数两部分来分别表示。例如，十进制实数–12345.6789可以表示为：–0.123456789×10+5二进制实数的表示类似，例，1010.1011可表示为：1010.1011=2+100×0.10101011阶码决定了能表示的数的范围尾数则决定了能表示的输的精度浮点数的表示方法阶码是指数部分的值，表示幂次，其基数通常取2。例如：256.5的浮点格式(32位)为：所以（256.5)10=(0.1000000001)2×2900001001010000000010000000000000阶码:7位数符尾数：23位阶符根据IEEE754国际标准，常用的浮点数有两种格式，单精度浮点数和双精度浮点数。单精度浮点数(32位)，阶码8位，尾数24位(内含1位符号位)。Ｓ是浮点数的符号位，1位，0表示正数，1表示负数。Ｍ是尾数，23位，小数点放在尾数域的最前面。Ｅ：阶码，8位，采用移码方式来表示正负指数。双精度数64位，尾数为53位，用定点小数表示（通常使用补码）双精度数阶码为11位精度和溢出

所谓精度，是指可以给出的有效数字的位数。

如果一个数的大小超出了计算机所能表示的数的范围，则产生“溢出”。

非数值信息的表示

字符编码

对于英文字符，最常用的字符编码是ASCII码

128个常用字符，用7位二进制编码，从0到127控制字符：0～32，127；普通字符：94个。例如：字符“a”的编码为1100001，对应的十进制数是97；换行0AH10

回车0DH13

空格 20H 32‘0’～‘9’30H～39H 48～57‘A’～‘Z’41H～5AH 65～90‘a’～‘z’ 61H～7AH 97～122汉字编码(1)汉字输入码

音码类全拼、双拼、微软拼音、自然码和智能ABC等 形码类五笔字型法、郑码输入法等。(2)汉字国标码(GB2312－80)

每个汉字占两个字节。 一级汉字：3755个；二级汉字：3008个。 汉字分区，每个区94个汉字。区号区中位置汉字信息处理系统的模型输入码

国标码

字形码

机内码地址码

汉字输入

汉字输出(4)汉字字形码点阵：汉字字形点阵的代码

有16×16、24×24、32×32、48×48等编码、存储方式简单、无需转换直接输出放大后产生的效果差矢量：存储的是描述汉字字形的轮廓特征

矢量方式特点正好与点阵相反(3)机内码汉字在设备或信息处理系统内部最基本的表达形式。汉字国标码汉字内码中

8680(0101011001010000)B (1101011011010000)B

华

5942(0011101100101010)B (1011101110101010)B

（5）汉字地址码每个汉字字形码在汉字字库中的相对位移地址地址码和机内码要有简明的对应转换关系(6)其他汉字编码UCS码、Unicode码、GBK码、BIG5码等多媒体信息表示

（1）图像（image）与图形（graphics）信息在计算机内的表示

（2）声音信息在计算机中的表示

（3）视频信息在计算机中的表示

4.程序设计语言的发展编写程序所使用的语言就是程序设计语言。程序设计语言的发展经历了三个阶段：机器语言-->汇编语言-->高级语言依赖于机器，不同的计算机有不同的语言，它由一系列指令组成，每条指令用二进制或八进制编码。主要在上世纪50年代初使用例：0000001011001111表示加法指令机器语言是唯一计算机可以直接执行的语言。第一代语言—机器语言也称为符号语言，用符号代替机器语言中的二进制编码。上世纪50年代出现，至今仍有使用。如:MOVAL,5计算机不能直接识别和执行汇编语言，它必须经过一个汇编程序（系统软件）转换成机器语言后才能执行，它仍依赖于机器，不同的计算机有不同的汇编语言，不能通用。第二代语言—汇编语言

汇编语言程序机器语言程序

汇编程序也叫算法语言，计算机不能直接识别和执行。上世纪60年代出现。一般地，把用高级语言或汇编语言编写的程序称为源程序。源程序须经过编译程序（系统软件）编译成机器语言程序（目标程序）后才能执行，过程如下：算法语言源程序编译程序机器语言目标程序结果编译执行第三代语言—高级语言高级语言程序的执行除了编译执行方式外还有另外一种方式，即解释执行方式。一次只读一行源程序，将该行源程序翻译成机器语言并执行，翻译结果不保存。这种方式下，每次运行用户程序时都必须要用解释程序。典型的代表：早期的BASIC语言，PCLogo等第四代语言—非过程化语言它只描述需要求解的问题是什么，典型的如SQL语言（结构化查询语言），例如：

select“男生”

from“03级”

where“年龄<21”第五代语言—智能化语言主要为人工智能领域设计的，如专家系统，知识库系统等第四和第五代语言不同语言的程序设计对比(1)计算A=15+10的机器语言程序程序片段如下：1011000000001111：把15放入累加器A中0010110000001010：10与累加器A中的值相加，结果仍放入A中11110100：结束，停机(2)计算A=15+10的汇编语言程序片段如下：MOVAX,15：把15放入累加器AX中ADDAX,10：10与累加器AX中的值相加，结果仍放入AX中MOVA，AX：将累加器（寄存器）AX的值，保存到变量A中HLT：结束，停机(3)计算A=15+10的C语言程序片段如下：A=15+10；/*把15与10相加，结果放入A中*/printf(“A=%d\n”,A);/*输出A的值*/典型的高级语言FORTRAN语言。诞生于20世纪50年代，是世界上第一个被正式推广使用的高级语言。它是为科学、工程问题或企事业管理中的那些能够用数学公式表达的问题而设计的，其数值计算的功能较强。至今仍是数值计算领域所使用的主要语言。BASIC语言。诞生于20世纪60年代中后期，该语言简单易学，是一种会话型语言，适合初学者学习。至今Basic语言已有许多高级版本，尤其是VisualBasic，给广大用户在Windows环境下开发软件带来了极大的方便典型的高级语言C语言。诞生于20世纪70年代初，80年代开始风靡全世界，适应于系统软件、数值计算、数据处理等，是使用最多的高级语言。C++语言。诞生于20世纪80年代，是作为C语言的改进而开发的，主要是在C语言的基础上增加了对面向对象程序设计的支持。Java语言。诞生于20世纪90年代，是一种新型的跨平台分布式程序设计语言，具有简单、安全、稳定、可移植性强等特性。Java语言是基于C++的，其最大特点是“一次编写，处处运行”5算法描述与结构化程序设计的概念

⑴有穷性一个算法其操作步骤应当是有限的；

⑵确定性算法中的每一个步骤应当有确定的意义，不能有二义性；对于相同的输入必须有相同的执行结果。

⑶有效性算法中的每一个步骤应当正确、可行，并且能有效地执行；

⑷有零个或多个输入执行算法时需要从外界获取的信息；

⑸有一个或多个输出执行算法后应当得到正确的结果。计算机算法的特性算法——解决某一问题所采取的方法和步骤。算法的表示1.用自然语言表示算法

——用人们日常使用的语言和语序来表示算法。【例】：输入n个整数，输出其中最大的数。

自然语言

伪代码

流程图设置变量：n存储整数的个数，num存储输入的参与比较的一个整数，i存储已比较的整数个数，max存储已比较的i个整数中的最大数，当算法结束时，max中的值即为所有数中最大的那个数。步骤1：从键盘输入一个整数给n（设n=5），将1=>i；