计算机科学

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DAY1

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程序设计语言

一、发展历史

第一代机器语言

由0、1代码指令构成，但不同的CPU具有不同的指令系统，机器语言难编写、难修改、难维护，编程效率极低。

第二代汇编语言

汇编语语言指令是机器指令的符号化，与机器指令直接对应，直接访问系统接口，编译效率高，但编程效率低、容易出错。

第三代高级语言

1.面向过程的语言

Pascal、C

2.面向对象的语言

C++、Java，VB

第四代非过程语言

只说明做什么不需要描述算法细节，比如数据库查询、应用程序生成器。

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二、C语言

C语言是一门通用计算机编程语言

既有高级语言的特点，

三、计算机发展

1. 世界上真正的第一台电子计算机

阿塔纳索夫-贝瑞计算机（Atanasoff–Berry Computer，简称ABC）

ABC计算机不可编程，只能进行线性方程组的计算。
它的价值是确定了一些现代计算机设计思想，如采用二进制、可重用的存储器等理念

2.第1台通用电子计算机

\[1946年，ENIAC诞生 \]

（Electronic Numerical Integrator And Compute)电子数字积分计算机

由电子真空管组成
用十进制表示信息并运算；
采用手动编程，通过设置开关和插拔电缆来实现；

3.计算机之父--冯·诺依曼（John von Neumann）

1945年3月，冯·诺依曼在与同事共同讨论的基础上起草了一个全新的“存储程序通用电子计算机方案EDVAC(Electronic Discrete Variable Automatic Computer)
该方案对后来计算机的设计起到了决定性的影响
特别是 确定了计算机的体系结构，采用存储程序以及二进制编码等理念
其思想至今仍为电子计算机设计者所遵循

4.冯·诺依曼计算机的特点

\[ 包括\left\{ \begin{matrix} 运算器(ALU)\\ 控制器(CU)\\ 存储器\\ \left. \begin{matrix} 输入设备\\ 输出设备 \end{matrix} \right\}=O/I设备 \end{matrix} \right. \]

指令由操作码和地址码组成
以运算器为中心；

操作码

指明该指令所要完成的操作，如加法、减法、传送、移位、转移等；

地址码

指出该指令的源操作数的地址（一个或多个），结果的地址以及下条指令的地址

5.计算机硬件结构

早期，部件之间用分散方式相连
现在，部件之间大多用总线方式相连，结构简单，便于扩充
图示时单总线结构，现在都采用多总线结构

6.为什么选择二进制

物理上具有两种状态的电子器件比较多，二进制状态比较容易实现；
两个状态的系统具有稳定性；
二进制的运算法则简单；
容易检错与纠错

7.逻辑运算

\[ \left\{ \begin{matrix} AND(与)\\ OR(或)\\ NOT(非) \end{matrix} \right. \]

硬件基于这三种基本的逻辑运算，进而完成：
加法运算；
加、减、乘、除四则运算；
比较运算；
复杂的逻辑运算与算术运算；

8.门电路

半加器
与门控制进位
异或们控制本位

全加器
行波进位加法器：从C0开始，低位进位像引力波一样逐级向高位传播
由于高位加法需要等到低位传来的进位后才能完成，运算速度极慢
改进：并行进位加法器（计算机组成原理将详细介绍）

BIOS basic input output system