第 4 章使用软件控制计算机工作

第4章使用软件控制计算机工作 4.1 计算机语言与软件 4.2 计算机软件执行过程与设计方法

4.1 计算机语言与软件 4.1.1 计算机语言程序设计语言一般可分为机器语言、汇编语言和高级语言三类。 (一) 机器语言机器语言是计算机的中央处理器可以直接识别并执行的语言。机器语言是以0或1二进制代码表示的指令集合，其特点是程序执行效率高，但通用性差，直观性差，并且难懂、易错。 (二) 汇编语言汇编语言是用较直观、容易记忆和书写的助记符表示二进制令的操作码及操作数，又称作符号语言。汇编指令与机器指令基本上是一一对应的。 (三) 高级语言高级语言是独立于具体的计算机硬件、接近于人类的自然语言（英语）和数学语言符号的程序设计语言。用高级语言编写的程序称作源程序，计算机不能直接识别和执行，必须经过语言处理程序翻译成机器语言程序（又称作目标程序），才能为计算机所执行，有两种翻译方式：编译方式和解释方式。

4.1.2 计算机软件 (一) 指令和程序的概念 1．指令指令是由二进制代码表示的、能使计算机完成某一基本操作的命令。一种计算机所能识别并执行的全部指令的集合称作该种计算机的指令系统。计算机指令一般由操作码和操作数两部分组成。 2．程序计算机程序是一组精确地告诉计算机执行什么操作和什么时候执行操作的连续指令集，由于各项任务的复杂程度和时间长度存在差异，因此计算机程序的大小也各不相同。冯.诺依曼型计算机的工作原理就是“存储程序和程序控制”。为了完成某一特定的任务，首先将编写好的程序以及程序运行所需的数据通过输入设备输入到计算机中并存储在存储器中，然后在程序控制下逐条执行程序中的每条指令。

(二) 软件的概念及分类 软件是指计算机运行时所需的程序、数据及相关资料的总和。只有硬件而无软件的计算机称作“裸机”，它不能做任何工作。“裸机”与软件相结合才能构成一台完整的、可以进行正常工作的计算机系统。软件的发展依赖于硬件作基础，但软件的发展反过来又能促进硬件的发展，它们之间是相互依存、相互支持、在一定条件下又可以相互转化的关系。从计算机系统角度来看，软件可分为系统软件和应用软件两大类。

(1) 系统软件 系统软件是指控制和协调计算机硬件及其外部设备、支持应用软件的开发和运行的软件。有了系统软件，我们就不必直接和计算机硬件打交道，而是通过系统软件来间接地使用计算机硬件资源，这样不仅方便了用户，而且提高了机器的工作效率。系统软件有操作系统、设备驱动程序等。 (2) 应用软件应用软件是为了解决各种具体的实际应用问题而编制的程序。由于计算机应用领域广泛，应用软件的种类也特别多，常见的有科学计算程序、文字处理软件、计算机辅助教学软件、计算机辅助设计软件包（CAD）等。

4.2 计算机软件执行过程与设计方法 4.2. 1 解决问题的逻辑方法在计算机中，为了解决一个问题，程序需要执行一系列的步骤，这个解决问题的步骤序列就称作算法，即算法是指解决问题的方法和步骤。算法的目的是要将解决问题的方法与步骤的逻辑描述清楚，所以，表示算法的方法很多，常用表示方法有：文字描述、流程图、伪代码等。

1．使用文字描述表示算法 文字描述方式就是将算法的步骤与逻辑通过文字表达出来。使用文字描述算法符合人们的日常逻辑习惯，容易表达，但是，由于文字的多义性（尤其中文），这种表示方式容易产生逻辑的歧义，而且不够直观。 [例] “新生报到”的算法过程可描述如下： S1．凭通知书签到。 S2．缴纳学费。 S3．注册学籍。 S4．领取生活用品。 S5．住宿、归入班级。

2．使用流程图表示算法 流程图是指利用标准的图形符号来描述程序处理的步骤，其特点是直观易读。使用流程图表示算法直观、清晰，因此在程序开发中被广泛使用。流程图包括一个基本符号集合，其中每个符号表示算法中指定类型的操作，如下表所示。

开始输入上网人的姓名、年龄年龄是否小于18岁？允许上网拒绝上网结束 [说明]在流程图的图形框中使用自然语言或数学符号填写框中内容。 [例]描述夜间上网的年龄判别算法流程图。

3．使用伪代码表示算法 伪代码使用简单易懂的语言符号表示算法，其优点是可读性好，程序细节表达清楚，并便于检测、修复错误，相比流程图更接近实际代码。

算法 A步骤 B步骤 4.2.2 计算机程序解决问题的基本逻辑 (一) 顺序结构某些问题的解决算法是按顺序进行的，即做完步骤A就顺序做步骤B，顺序结构如下图所示，A步骤与B步骤之间必须按顺序执行。

条件P成立否 A步骤 B步骤（二）对于给定的条件进行判断，然后根据判断结果在两种解决方法中选择其中一种方法的逻辑结构称作分支结构，也称选择结构。A步骤条件P成立否B步骤

不满足 满足条件P A步骤 (三) 循环结构重复执行某些步骤的程序结构称作循环结构。循环结构如下图所示，当条件P成立时重复执行步骤A，直到条件P不成立为止。

执行源码机器码编译 4.2.3 计算机程序的执行过程程序员使用高级语言，按照指定的语法和关键字编写程序（源程序），然后使用高级语言开发环境提供的编译器将源程序编译成目标程序，交付用户使用，如下图所示。

计算机程序的执行过程都是类似的，即：程序运行后，由用户输入程序执行必需的数据，程序处理该数据，最后将处理结果输出到显示器上显示或通过打印机打印在纸上，这样的执行过程被称作“输入-处理-输出”过程。 1．输入阶段输入阶段是计算机程序执行的第一个阶段，在该阶段中，程序要求用户通过计算机的输入设备输入程序执行必需的数据。 2．处理阶段在程序的处理阶段，程序对用户在输入阶段输入的数据进行运算、处理。 3．输出阶段输出阶段一般是程序的执行最后阶段，在输出阶段中，计算机程序将通过显示器或打印机等输出设备输出经过处理后的信息。

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