2024-2025-1 20241307《计算机基础与程序设计》第四周学习总结

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教材学习内容总结

第四章：门与电路
基本逻辑门：
非门（Not Gate）：对输入信号求反，只有一个输入和一个输出。输入为 1 时，输出为 0；输入为 0 时，输出为 1。
与门（And Gate）：执行 “与” 操作，当且仅当所有输入都为 1 时，输出才为 1，否则输出为 0。
或门（Or Gate）：执行 “或” 操作，只要有一个或多个输入为 1，输出就为 1，只有所有输入都为 0 时，输出才为 0。
异或门（Xor Gate）：如果两个输入不同（一个为 1，另一个为 0），则输出为 1；如果两个输入相同（都为 0 或都为 1），则输出为 0。
与非门（Nand Gate）：是与门的反操作，即先进行与运算，然后对结果取反。
或非门（Nor Gate）：是或门的反操作，先进行或运算，再对结果取反。
电路表示法：
布尔代数：是表示二值逻辑函数的数学表示法，可用于对逻辑电路进行数学分析和设计，具有交换律、结合律、分配律和德摩根定律等性质，能帮助简化电路设计。
逻辑框图：是电路的图形化表示，每种类型的门都有专用的符号，通过将逻辑门的符号按照电路的连接方式组合起来，可以直观地表示电路的结构和逻辑功能。
真值表：列出了所有可能的输入值及其对应的输出值，是一种简单明了地展示逻辑门或电路功能的方式，对于分析和设计复杂的逻辑电路非常有用。
电路的应用与组成：
半加器和全加器：半加器是一种基本的加法电路，能对两个二进制位进行加法运算，产生本位和以及向高位的进位；全加器则考虑了低位的进位，可对三个二进制位进行加法运算，在数字电路的加法运算中起着重要作用。
多路复用器：根据选择信号，从多个输入信号中选择一个输出的电路，常用于数据选择和传输。
存储器电路：包括寄存器和锁存器等，寄存器是 CPU 内部的高速存储单元，用于暂存指令和数据；锁存器可以保持数据的状态，直到被新的数据覆盖。
集成电路：是在一块硅片上嵌入了多个门的电路，它的出现使得电子设备的体积大大减小，性能和可靠性得到提高，是现代电子技术的基础。
第五章：计算部件
冯诺依曼体系结构：
基本组成部分：计算机基本上都遵循冯诺依曼体系结构，该结构包括内存单元、算术逻辑单元、输入单元、输出单元和控制单元。
内存单元：用于存储程序和数据，是计算机中数据的临时和永久存储场所。
算术逻辑单元（ALU）：执行算术运算（如加、减、乘、除）和逻辑运算（如与、或、非、异或）的计算机部件，是计算机进行数据处理的核心。
输入单元：接收要存储在内存中的数据，例如键盘、鼠标、扫描仪等输入设备。
输出单元：把存储在内存中的数据打印或显示出来，或者把存储在内存或其他设备中的信息制成一个永久副本，如显示器、打印机等输出设备。
控制单元：控制其他部件的动作，从而执行指令序列，确保计算机的各个部件能够协同工作。
信息处理方式：处理信息的部件独立于储存信息的部件，程序和数据以二进制形式存储在内存中，在执行时由控制单元读取指令并指挥其他部件进行操作。
计算机的运行过程：
读取 - 执行周期：计算机执行指令的基本过程是读取 - 执行周期。首先，从内存中读取指令到指令寄存器，然后由控制单元对指令进行译码，确定要执行的操作和操作数的地址。接着，根据指令的要求从内存中读取操作数到相应的寄存器，在算术逻辑单元中进行运算或在其他部件中进行操作，最后将结果写回内存或输出到外部设备。
寄存器与存储设备：
寄存器：是 CPU 中的一小块存储区域，用于存储中间值或特殊值，速度非常快，但容量较小。常见的寄存器有通用寄存器、程序计数器、状态寄存器等。通用寄存器用于暂存操作数和运算结果；程序计数器存放下一条要执行的指令的地址；状态寄存器用于保存 CPU 的状态信息，如进位标志、零标志等。
存储设备：计算机中有多种存储设备，包括随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。RAM 具有易失性，在关闭电源后，其存储的内容会丢失，用于临时存储程序和数据；ROM 在断电后仍然保持位配置，其内容是永久性的、稳定的、不可更改的，通常用于存储计算机的基本输入输出系统（BIOS）等重要信息。主存通常包括一些 ROM 和通用的 RAM。
并行体系结构：
并行计算：是一种能够同时处理多个任务或数据的计算方式，可以大大提高计算机的处理速度和效率。并行计算可以在多个处理器或计算核心上同时进行，也可以在单个处理器上通过并发执行多个线程或进程来实现。
并行硬件：为了支持并行计算，需要相应的并行硬件结构，如多核处理器、并行处理机、分布式系统等。这些硬件结构可以同时处理多个任务，提高计算机的性能和处理能力。
数据类型：
基本数据类型分类：
整型：包括基本整型int、短整型short int、长整型long int以及双长整型long long int。不同的整型类型在内存中占用的字节数不同，所能表示的数据范围也有差异，例如int类型通常在不同系统中占用 4 个字节，能表示的整数范围大致是 -2147483648 到 2147483647。
浮点型：分为单精度浮点型float和双精度浮点型double。float类型一般占用 4 个字节，提供大约 6 到 7 位有效数字的精度；double类型通常占用 8 个字节，精度更高，能提供大约 15 到 16 位有效数字的精度。
字符型：用char类型表示，占用 1 个字节的内存空间，用于存储字符的 ASCII 码值。例如，字符'A'的 ASCII 码值是 65，在程序中可以用char类型的变量来存储这个字符。
数据类型的作用与意义：不同的数据类型适用于不同的场景，合理选择数据类型可以有效地利用内存空间，提高程序的运行效率和准确性。比如，如果只需要存储整数且数值范围不大，使用int类型即可；如果需要存储小数且对精度要求不高，可以选择float类型；如果对精度要求很高，则应使用double类型。
标识符：
定义与组成规则：标识符是用于标识变量、符号常量、函数、数组、类型等的名称。它只能由字母、数字和下划线这 3 种字符组成，且第 1 个字符必须为字母或下划线。例如，myVariable、_count都是合法的标识符，而3num（以数字开头）、my-variable（包含减号）等则是不合法的标识符。
命名规范与注意事项：变量名应该尽量反映变量在程序中的作用与含义，以便提高程序的可读性。同时，C 语言是区分大小写的，例如myVariable和MyVariable是两个不同的标识符。另外，不能使用关键字作为变量名，关键字是 C 语言中具有特定含义的保留字，如if、while、for等。
运算符与表达式：
算术运算符：包括+（加）、-（减）、（乘）、/（除）、%（取余）。例如，5 + 3的结果是 8，7 - 2的结果是 5，3 * 4的结果是 12，10 / 3的结果是 3（因为两个整数相除结果为整数），10 % 3的结果是 1（求余数）。需要注意的是，如果除数为 0，除法运算会导致程序出错。
关系运算符：有>（大于）、<（小于）、==（等于）、>=（大于等于）、<=（小于等于）、!=（不等于）。关系运算符的结果是一个布尔值，即true或false，在 C 语言中分别用整数 1 和 0 表示。例如，5 > 3的结果为 1，3 < 5的结果为 1，5 == 5的结果为 1，5!= 3的结果为 1，而3 >= 5的结果为 0，3 <= 5的结果为 1。
逻辑运算符：包括!（非）、&&（与）、||（或）。!运算符是对一个布尔值取反，&&运算符要求两个操作数都为真时结果才为真，||运算符只要有一个操作数为真结果就为真。例如，!true的结果为false，true && true的结果为true，true || false的结果为true。
赋值运算符：=是基本的赋值运算符，用于将一个值赋给一个变量。例如，int a = 10;表示将整数 10 赋给变量a。还有扩展赋值运算符，如+=、-=、=、/=、%=等，它们将运算和赋值操作结合在一起，例如a += 5相当于a = a + 5。
其他运算符：还有位运算符（如<<、>>、~、|、^、&）、条件运算符?:、逗号运算符,、指针运算符*和&、求字节数运算符sizeof、强制类型转换运算符(类型)等。
不同类型数据间的混合运算：
自动类型转换规则：如果一个运算符两侧的数据类型不同，则先自动进行类型转换，使二者成为同一种类型，然后进行运算。例如，整型和实型数据进行运算时，系统会将整型数据自动转换为实型数据再进行运算。具体规则为，如果运算的两个数中有一个数为float或double型，结果是double型；如果int型与float或double型数据进行运算，先把int型和float型数据转换为double型，然后进行运算，结果是double型；字符型数据与整型或实型数据进行运算时，会把字符的 ASCII 码与整型或实型数据进行运算。
强制类型转换：当自动类型转换不能实现目的时，可以使用强制类型转换。强制类型转换运算符的格式为(类型名)(表达式)，例如(double)a将变量a转换成double型，(int)(x + y)将x + y的值转换成int型。
程序的基本结构与语句类型：
控制语句：
条件语句：if语句用于根据条件执行不同的代码块。例如if (condition) { // 条件为真时执行的代码 } else { // 条件为假时执行的代码 }。if语句可以嵌套使用，以实现更复杂的条件判断。
循环语句：包括for循环、while循环和do-while循环。for循环适用于已知循环次数的情况，例如for (int i = 0; i < 10; i++) { // 循环体代码 }；while循环适用于在循环开始前不确定循环次数，只知道循环结束条件的情况，例如while (condition) { // 循环体代码 }；do-while循环则至少会执行一次循环体，然后再根据条件判断是否继续循环，例如do { // 循环体代码 } while (condition);。
break和continue语句：break语句用于跳出离它最近的循环或switch语句，结束循环；continue语句用于结束本次循环，进入下一次循环。
switch语句：用于根据一个表达式的值选择执行不同的代码块，例如switch (expression) { case value1: // 当表达式的值为 value1 时执行的代码； break; case value2: // 当表达式的值为 value2 时执行的代码； break; default: // 当表达式的值与所有 case 中的值都不匹配时执行的代码； }。
函数调用语句：用于调用已定义的函数，执行函数中的代码。例如function_name(arguments);，其中function_name是函数名，arguments是传递给函数的参数（如果函数不需要参数，则括号内为空）。
表达式语句：由一个表达式加一个分号构成，最典型的是由赋值表达式构成的赋值语句。例如a = 3;就是一个赋值语句，它将 3 赋给变量a。
空语句：只有一个分号的语句即为空语句，它可以用来作为流程的转向点，也可用来作为循环语句中的循环体（表示循环体什么也不做）。
复合语句：可以用{}把一些语句和声明括起来成为复合语句，也称为语句块。复合语句在逻辑上是一个整体，可以在程序中作为一个单独的单元来使用。
数据的输入输出：
输入函数：scanf函数用于从标准输入（通常是键盘）读取用户输入的数据，并将其存储到指定的变量中。例如scanf("%d", &a);用于读取一个整数并存储到变量a中，&符号是取地址符，用于获取变量的内存地址，以便scanf函数能够正确地将数据存储到变量中。
输出函数：printf函数用于将数据输出到标准输出（通常是屏幕）。例如printf("%d", a);用于输出变量a的值，其中%d是格式控制符，表示输出一个整数。除了%d，还有%f（输出浮点数）、%c（输出字符）、%s（输出字符串）等格式控制符。
字符输入输出函数：getchar函数用于从标准输入读取一个字符，putchar函数用于向标准输出输出一个字符。例如char ch = getchar();用于读取一个字符并存储到变量ch中，putchar(ch);用于输出变量ch中的字符。

基于AI的学习

其他（感悟、思考等，可选）

学习 C 语言程序设计第三章，你或许对程序的控制结构有了更深刻的理解。在这一章节中，你探索了条件判断和循环语句的魅力，它们就像是程序的指挥棒，引导着程序的流向。你开始体会到如何通过巧妙地运用这些结构，让程序更加智能和高效。这不仅是知识的积累，更是思维的拓展。你学会了用代码去解决实际问题，感受着编程带来的成就感。每一行代码都是你的创造，每一个程序都是你的智慧结晶。继续前行，你将在 C 语言的世界中创造更多精彩。

学习进度条

	代码行数（新增/累积）	博客量（新增/累积）	学习时间（新增/累积）	重要成长
目标	5000行	30篇	400小时
第一周	200/200	2/2	20/20
第二周	300/500	4/4	18/38
第三周	500/1000	5/7	22/60
第四周	500/1300	6/9	30/90