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1、C#程序设计Programming in C#计算机的基本工作原理计算机的基本工作原理C#程序设计1、计算机系统和工作原理2、指令、程序和软件3第1章程序设计基础一个完整的计算机系统包括硬件系统和软件系统两部分，硬件是物理设备，是计算机完成各项工作的物质基础，软件指示计算机完成特定的工作，是计算机系统的灵魂。所有的软件都是用计算机程序语言编写的，因此掌握程序设计是让计算机发挥巨大作用的重要手段。1.1 计算机系统和工作原理4现代计算机系统的体系结构和基本工作原理最初由冯诺依曼于1946年提出，以此为基础的计算机统称为冯诺依曼计算机。John von Neumann1.1.1 计算机系统的组成5
2、冯诺依曼计算机的特点主要有：计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5个基本部分组成。当计算机在工作时，有两种信息在流动：数据流和控制流。采用“存储程序”思想，程序和数据均以二进制表示，以相同方式存放在存储器中，按地址寻访。61.1.1 计算机系统的组成图1.1计算机的基本结构1.1.1 计算机系统的组成71运算器运算器又称算术逻辑单元ALU（Arithmetic Logic Unit），主要功能是进行算术运算和逻辑运算。1.1.1 计算机系统的组成82控制器控制器由程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID、时序控制电路等组成，指挥计算机的各个部件按照计算机指令的要求协调工作。
3、1.1.1 计算机系统的组成9中央处理器CPU（Central Processing Unit）是计算机中最重要的一个部件，由运算器和控制器组成。1.1.1 计算机系统的组成103存储器存储器是计算机用来存放程序和数据的记忆装置，通常分为内存储器和外存储器。内存储器简称为内存或主存，用来存放当前正在执行的程序及其数据，是一种暂时存放信息的设备。外存通常是磁性介质或光盘等，能长期保存信息。1.1.1 计算机系统的组成11存储器容量是指存储器中最多可存放二进制数据的总和，其基本单位是字节（byte），每个字节包含8个二进制位（bit）。常用以下单位表示：KB、MB、GB、TB，它们之间的换算关系是
4、：1KB=210B、1MB=210KB、1GB=210MB、1TB=210GB。1.1.1 计算机系统的组成124输入设备输入设备将数据和信息输入到计算机，是计算机与用户或其他设备通信的桥梁。常见的输入设备有键盘、鼠标、触摸屏、手写板、扫描仪、光笔、数字化仪、A/D转换器等。1.1.1 计算机系统的组成135输出设备输出设备用来将存放在内存中的计算机处理结果以人们能够识别的形式表现出来。常见的输出设备有显示器、打印机、绘图仪、D/A转换器等。1.1.1 计算机系统的组成14随着计算机技术的发展和应用的推动，计算机的类型越来越多样化，主要有高性能计算机、微型计算机、工作站、服务器、嵌入式计算机等
5、。151.1.1 计算机系统的组成IBM S360CM 5161.1.1 计算机系统的组成笔记本电脑平板电脑171.1.1 计算机系统的组成工作站高密度服务器181.1.1 计算机系统的组成塔式服务器机架式服务器刀片式服务器191.1.1 计算机系统的组成嵌入式计算机201.1.2 指令、程序与软件1指令指令（instruction）是计算机执行某种操作的机器命令，可以被计算机硬件直接识别和执行。指令通常由两个部分组成，常用二进制代码表示：操作码操作数211.1.2 指令、程序与软件操作码指示该指令要完成的具体操作，例如取数、加法、移位、比较等。操作数指明操作对象的数据或所在的内存单元地址，可
6、以是源操作数的存放地址，也可以是操作结果的存放地址。按操作数的个数划分，指令可分为无操作数指令、单操作数指令、双操作数指令和三操作数指令。221.1.2 指令、程序与软件一台计算机所有指令的集合称为指令系统。不同类型的计算机，指令类型和数量是不同的。一般地，指令系统应具有以下功能的指令：数据传送指令：将数据在CPU与内存之间进行传送；数据处理指令：对数据进行算术、逻辑、比较、位运算等；程序控制指令：控制程序中指令的执行顺序；231.1.2 指令、程序与软件输入输出指令：实现外部设备与主机之间的数据传输；硬件管理指令：管理计算机硬件；其他指令：实现特殊功能。241.1.2 指令、程序与软件2计算
7、机的工作原理计算机的工作过程实际上是快速执行指令的过程，指令的执行过程分为以下3个步骤：取指令分析指令执行指令251.1.2 指令、程序与软件图1.2 流水线技术的指令执行示意261.1.2 指令、程序与软件3程序计算机程序（Computer Program）是指为实现特定目标或解决特定问题而用计算机语言编写的指令序列的集合。271.1.2 指令、程序与软件图1.3 程序执行示意281.1.2 指令、程序与软件计算机程序是数据流和控制流的工作过程。一个程序包含算法和数据两部分。没有数据，程序就没有运算处理的对象，而处理数据对象的算法是程序的灵魂。291.1.2 指令、程序与软件准确的描述数据和
8、设计正确的算法，结合科学的程序设计方法，就能设计出完成指定任务的程序。程序设计算法程序设计算法+数据结构数据结构+程序设计方法程序设计方法301.1.2 指令、程序与软件4软件软件（software）是指程序、程序运行所需要的数据以及开发、使用和维护这些程序所需要的文档的集合。计算机软件一般分为系统软件、应用软件和支撑软件三大类。311.1.2 指令、程序与软件软件开发过程分为需求分析、概要设计与详细设计、编程实现、软件测试、软件维护5个阶段。程序设计是软件开发中的重要组成部分，包括分析（analysis）、设计（design）、编码（coding）、测试（test）、排错（debug）等不同阶段。结束结束