2024-2025-1 20241314 《计算机基础与程序设计》第3周学习总结
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|---|---|
| 这个作业要求在哪里 | 2024-2025-1计算机基础与程序设计第三周作业 |
| 这个作业的目标 | <巩固知识，拓展能力> |
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教材学习内容总结
一
门与电路在电子学中是基本的构成单元。它们的主要作用是处理和控制数字信号。以下是有关门与电路的一些要点总结：
- 数字逻辑门
数字逻辑门是执行布尔逻辑操作的基本电路组件。常见的逻辑门包括：
与门（AND Gate）：只有当所有输入为1时，输出才为1。
或门（OR Gate）：只要有一个输入为1，输出就是1。
非门（NOT Gate）：输入为1时输出为0，输入为0时输出为1。
与非门（NAND Gate）：与门的反向，只有在所有输入为1时，输出为0。
或非门（NOR Gate）：或门的反向，只有在所有输入为0时，输出为1。
异或门（XOR Gate）：输入相同时输出为0，输入不同的时候输出为1。
2. 电路设计
逻辑门可以组合成复杂的电路，如加法器、乘法器和更复杂的算术单元。电路设计一般分为：
组合逻辑电路：输出仅依赖于当前输入。例如，全加器。
时序逻辑电路：输出除了依赖当前输入外，还依赖于过去的输入（例如，寄存器和状态机）。
3. 应用
计算机和微处理器：逻辑门是处理器内部执行算术和逻辑运算的基础。
控制系统：在自动化和控制系统中实现开关和安全功能。
数字信号处理：用于信号转换和处理。
4. 实现方式
逻辑门可以通过不同技术实现：
晶体管实现：使用晶体管作为开关，以实现逻辑运算。
集成电路（IC）：将多个逻辑门集成在一个芯片上，提高效率和减小体积。
总结
门与电路是数字电路的核心，理解它们的工作原理和组合方式是学习电子学和计算机科学的基础。
二
- 数据类型
数据类型定义了变量可以存储的数据的性质，不同的语言可能对数据类型的定义有所不同。常见的数据类型包括：
基本数据类型：
整数（Integer）：用于表示整数，例如 -1、0、42。
浮点数（Float/Double）：用于表示带小数的数值，例如 3.14、-0.001。
字符（Character）：表示单个字符，例如 'a'、'Z'。
布尔（Boolean）：仅有两个值， true 和 false。
复合数据类型：
字符串（String）：用于表示字符序列，例如 "Hello, World!"。
数组（Array）：用于存储相同类型的多个元素。
结构体（Struct）/类（Class）：用于将不同类型的数据组合在一起。
2. 常量
常量是一个在程序运行期间保持不变的值。在许多编程语言中，可以使用关键字（如 const 或 final）来定义常量。一般来说，常量的命名风格通常是大写字母，单词之间使用下划线分隔。
-
变量
变量是用于存储数据的命名存储位置。变量可以在程序 执行过程中改变其值。变量通常由名称、数据类型和可选的初始值组成。
变量的命名通常遵循一些规则，如不能以数字开头，不能包含空格，且有的语言需要遵循特定的命名规则（例如驼峰命名法）。 -
运算符
运算符是用于执行特定操作的符号。常见的运算符包括：
算术运算符：如 +（加）、-（减）、*（乘）、/（除）、%（取余）。
关系运算符：如 ==（等于）、!=（不等于）、>（大于）、<（小于）、>=（大于等于）、<=（小于等于）。
逻辑运算符：如 &&（逻辑与）、||（逻辑或）、!（逻辑非）。
位运算符：如 &（按位与）、|（按位或）、^（按位异或）。
5. 表达式
表达式是由变量、常量、运算符和函数组合而成的，表示计算的过程，并会产生一个结果。
表达式的计算顺序遵循特定的运算优先级，通常算术运算优先于关系运算，逻辑运算优先级也有所不同。
总结
理解数据类型、常量、变量、运算符和表达式是学习编程和计算机科学的基础。这些概念是构建程序逻辑和实现功能的核心元素。
三
冯诺依曼体系（Von Neumann Architecture）是现代计算机设计的一种基本概念，最早由数学家约翰·冯·诺依曼于20世纪40年代提出。该体系结构的基本特点可以总结如下：
-
存储程序的概念
冯诺依曼体系的一个核心思想是“存储程序”。这意味着程序和数据都存储在同一内存中，计算机可以像处理数据一样处理程序指令。这允许计算机动态地读取和执行程序。 -
主要组成部分
冯诺依曼体系的结构主要由以下五个基本部分组成：
中央处理器（CPU）：负责指挥计算机的操作，包括指令的获取、解码和执行。CPU内部通常包括：
算术逻辑单元（ALU）：执行算术和逻辑操作。
控制单元（CU）：管理指令的执行顺序，以及与其他组件的协调。
内存（Memory）：用于存储程序和数据。内存是随机存取的（RAM），能够快速读取和写入数据。
输入设备（Input Devices）：用于接收外部输入的信息，如键盘、鼠标等。
输出设备（Output Devices）：用于输出计算结果的信息，如显示器、打印机等。
总线（Bus）：用于在 CPU、内存和外部设备之间传输数据和指令。
-
数据与指令的统一
在冯诺依曼架构中，由于程序和数据都存储在同一个内存中，它们通过地址进行区分。指令的获取、数据的读取和写入都依赖于内存地址。 -
顺序执行和周期
冯诺依曼体系通常遵循顺序执行的原则，即程序按顺序逐条执行。在执行的过程中，CPU会经历三个主要周期：
取指周期（Fetch）：从内存中获取指令。
译码周期（Decode）：对指令进行解码，确定操作类型和操作数。
执行周期（Execute）：执行指令并生成结果。
5. 冯诺依曼瓶颈
冯诺依曼体系存在一个称为“冯诺依曼瓶颈”的问题。这是由于 CPU 和内存之间的总线带宽限制，从而导致数据传输延迟。这种瓶颈会影响计算机的性能，特别是在需要大量数据传输的情况下。
- 现代应用
虽然冯诺依曼体系是计算机设计的基本模型，但现代计算机架构（如哈佛架构）部分地克服了冯诺依曼瓶颈的问题，采用了分离的存储程序和数据的方法。然而，绝大多数通用计算机仍然基于冯诺依曼架构的原理。
总结
冯诺依曼体系是计算机科学和现代计算机设计的基础，为计算机的操作原理和处理流程奠定了重要的理论基础。理解冯诺依曼架构能够帮助更好地理解计算机的工作原理。
教材学习中的问题和解决过程
- 问题1：运算符优先级
- 答案：
- 后缀运算符
() （函数调用）
[] （数组下标）
. （结构体成员访问）
-> （指针成员访问）
++（后缀自增）
--（后缀自减）
2.一元运算符
++（前缀自增）
--（前缀自减）
+（正号）
-（负号）
!（逻辑非）
~（按位取反）
3.乘法和除法
*（乘法）
/（除法）
%（取余）
4.加法和减法
+（加法）
-（减法）
5.移位运算符
<<（左移）
（右移）
6.关系运算符
<（小于）
<=（小于等于）
（大于）
=（大于等于）
7.相等运算符
==（等于）
!=（不等于）
8.位运算符
&（按位与）
^（按位异或）
|（按位或）
9.逻辑运算符
&&（逻辑与）
||（逻辑或）
10.条件运算符
? :（三元条件运算符）
11.赋值运算符
=（赋值）
+=（加法赋值）
-=（减法赋值）
*=（乘法赋值）
/=（除法赋值）
%=（取余赋值）
<<=（左移赋值）
&=（按位与赋值）
^=（按位异或赋值）
|=（按位或赋值）
12.逗号运算符
,（逗号）
基于AI的学习
小结
指针是C语言中强大而灵活的特性，它有助于实现动态数据结构和高效的内存管理。掌握指针的概念、操作和使用场景是学习C语言的关键
