一、概述
一、概述
主要内容 ■计算机的工作模型 ·冯诺依曼体系结构、硬件、 软件以及机内信息 表示 程序设计概述 0 程序设计范式、步骤以及语言 C/C++语言概述 ·C/C++程序构成、运行步骤、开发环境 。C/C++语言的词法
主要内容 ◼ 计算机的工作模型 • 冯诺依曼体系结构、硬件、软件以及机内信息 表示 ◼ 程序设计概述 • 程序设计范式、步骤以及语言 ◼ C/C++语言概述 • C/C++程序构成、运行步骤、开发环境 • C/C++语言的词法
计算机能做什么？ 科学计算、信息管理、文字处理、面向 Internet的应用（如Web浏览器、电子邮 件等)以及嵌入式应用（如家电的电脑控 制) 计算机已经渗透到人类社会活动的各个领 域并发挥着巨大的作用
计算机能做什么？ ◼ 科学计算、信息管理、文字处理、面向 Internet的应用（如Web浏览器、电子邮 件等）以及嵌入式应用（如家电的电脑控 制）、…… ◼ 计算机已经渗透到人类社会活动的各个领 域并发挥着巨大的作用
硬件与软件 ■计算机包含硬件和软件两方面 硬件是指计算机的物理构成一一物质基础 软件主要是指计算机程序（指令序列）一一灵 魂 台计算机的性能主要由硬件决定，而它 的功能则主要是由软件来提供
硬件与软件 ◼ 计算机包含硬件和软件两方面 • 硬件是指计算机的物理构成－－物质基础 • 软件主要是指计算机程序（指令序列）－－灵 魂 ◼ 一台计算机的性能主要由硬件决定，而它 的功能则主要是由软件来提供
冯诺依曼体系结构 1946年出现第一台数字电子计算机(ENIAC) 目前大部分计算机采用的还是传统的冯诺依曼 (von Neumann)体系结构。 逻辑上，冯·诺依曼计算机由5个单元构成： 存储单元：存储程序（指令序列）和数据 运算单元：进行算术/逻辑运算 ·控制单元：控制程序的执行流程和 运算 榆出 根据指令向其它单元发出控制信号 ● 输入单元：从外界获得数据 存储 控制 ·输出单元：向外界输出结果 冯·诺依曼计算机又称为存储程序式计算机。 之前的计算机，存储单元中只存储数据，不存储程序， 程序是以外插的形式接入计算机
冯•诺依曼体系结构 ◼ 1946年出现第一台数字电子计算机（ENIAC）。 ◼ 目前大部分计算机采用的还是传统的冯•诺依曼 （von Neumann）体系结构。 ◼ 逻辑上，冯•诺依曼计算机由5个单元构成： • 存储单元：存储程序（指令序列）和数据 • 运算单元：进行算术/逻辑运算 • 控制单元：控制程序的执行流程和 根据指令向其它单元发出控制信号 • 输入单元：从外界获得数据 • 输出单元：向外界输出结果 ◼ 冯•诺依曼计算机又称为存储程序式计算机。 • 之前的计算机，存储单元中只存储数据，不存储程序， 程序是以外插的形式接入计算机
冯诺依曼计算机的工作过程 冯·诺依曼计算机的工作过程 。把待执行的程序从输入单元装入到存储单元中； 控制单元从存储单元中逐条地取程序中的指令执 行，把其中的计算指令交给运算单元完成 程序执行中从输入单元或存储单元中获得所需要 的数据； 程序执行产生的临时结果保存在存储单元中，程 序的最终执行结果通过输出单元输出。 冯•诺依曼计算机的本质 ·通过不断地改变程序的状态来实现计算 程序的状态由存储单元中的数据构成
冯•诺依曼计算机的工作过程 ◼ 冯•诺依曼计算机的工作过程 • 把待执行的程序从输入单元装入到存储单元中； • 控制单元从存储单元中逐条地取程序中的指令执 行，把其中的计算指令交给运算单元完成； • 程序执行中从输入单元或存储单元中获得所需要 的数据； • 程序执行产生的临时结果保存在存储单元中，程 序的最终执行结果通过输出单元输出。 ◼ 冯•诺依曼计算机的本质 • 通过不断地改变程序的状态来实现计算 • 程序的状态由存储单元中的数据构成
计算机能执行的指令 ■算术指令 。实现加、减、乘、除等基本运算 比较指令 。比较两个操作数的大小等逻辑运算。 ■ 数据传输指令 。实现各单元之间的数据传输。 流程控制指令 用于确定下一条指令的在存储单元中的地址。默认为顺序执 行，可以是转移、循环以及子程序调用/返回等指令。 程序设计的任务是十分艰巨的，它要把各种应用问题落 实到用一些简单的指令来解决！ 程序设计者面临挑战！
计算机能执行的指令 ◼ 算术指令 • 实现加、减、乘、除等基本运算。 ◼ 比较指令 • 比较两个操作数的大小等逻辑运算。 ◼ 数据传输指令 • 实现各单元之间的数据传输。 ◼ 流程控制指令 • 用于确定下一条指令的在存储单元中的地址。默认为顺序执 行，可以是转移、循环以及子程序调用/返回等指令。 ◼ 程序设计的任务是十分艰巨的，它要把各种应用问题落 实到用一些简单的指令来解决！ ◼ 程序设计者面临挑战！
硬件概述 ■ 硬件是指构成计算机的元器件和设备。 ■计算机元器件的发展经历了下面几个阶段： 电子管 晶体管 集成电路 超大规模集成电路 计算机设备主要包括： 中央处理器 ● 内部存储器 外部设备（外部存储器、输入/输出设备）
硬件概述 ◼ 硬件是指构成计算机的元器件和设备。 ◼ 计算机元器件的发展经历了下面几个阶段： • 电子管 • 晶体管 • 集成电路 • 超大规模集成电路 ◼ 计算机设备主要包括： • 中央处理器 • 内部存储器 • 外部设备（外部存储器、输入/输出设备）
•诺依曼计算机的硬件设备组织 执行计算机指令。包 存储运行中的计算机 含控制器、运算器以 内存 程序和正在使用的数 及寄存器 (Memory 据 中央处理器 总线 (CPU) 输入/输出和外部 外设 存储 永久性存储程序 (Devices) 和数据 外存 输入/输出 软盘、硬盘、光盘、闪存盘等键盘、显示器、打印机、鼠标器等
外存 外设 （Devices） 内存 （Memory） 中央处理器 （CPU） 冯•诺依曼计算机的硬件设备组织 总线 执行计算机指令。包 含控制器、运算器以 及寄存器 存储运行中的计算机 程序和正在使用的数 据 输入/输出和外部 存储 永久性存储程序 和数据 软盘、硬盘、光盘、闪存盘等 键盘、显示器、打印机、鼠标器等 输入/输出
冯诺依曼计算机的瓶颈 设备之间速度不匹配：高速设备等待低速 设备。 CPU与内存 。内存与外存 解决方案：利用程序运行以及程序对数据 的访问（存取）所具有的局部性原则，采 用高速缓存(cache)技术。 。内存高速缓存(cache memory) 磁盘高速缓存(disk cache)
冯•诺依曼计算机的瓶颈 ◼ 设备之间速度不匹配：高速设备等待低速 设备。 • CPU与内存 • 内存与外存 ◼ 解决方案：利用程序运行以及程序对数据 的访问（存取）所具有的局部性原则，采 用高速缓存（cache）技术。 • 内存高速缓存（cache memory） • 磁盘高速缓存（disk cache）