2019-2020-1学期 20202410《计算机科学概论》第三周学习总结

2019-2020-1学期 20202410《计算机科学概论》第三周学习总结

之前已经了解了计算机的一些基本信息、不同类型信息的存储方法，现在我们又将重点学习“如何使用计算机系统”。

第6章 低级程序设计语言与伪代码

一、计算机操作

计算机是能够存储、检索和处理数据的可编程电子设备。

计算机能够对数据执行的操作是：存储、检索和处理。

二、机器语言

机器语言：由计算机直接使用的二进制编码指令构成的语言。

但事实上，用机器语言编写语言十分复杂，而且每条机器语言只能执行一个非常低级的任务，所以大多数程序是用高级语言编写，然后翻译成机器语言。

（一）Pep/9：一台虚拟机

虚拟机：为了模拟真实机器的重要特征而设计的假想机器。

1、Pep/9的基本特性

Pep/9的内存单元由65536字节的存储空间构成。Pep/9的字长是2字节，或者16位。

Pep/9有七个寄存器，在研究之前，我们要先了解寄存器：

寄存器是中央处理器中算术/逻辑单元的一小块存储区域，它用来存储特殊的数据和中间值。

而我们则重点研究其中三个：

• 程序寄存器：其中包含下一条即将被执行的指令的地址

• 指令寄存器：其中包含正在被执行的指令的一个副本
• 累加器：用来存储数据和运算的结果

2、指令格式

一条指令由两部分组成，即8位的指令说明符和（可选的）16位操作数说明符。因此Pep/9的指令在长度上是1字节或3字节，取决于是否需要用操作数说明符。

• 指令说明符（指令的第一个字节）说明了要执行什么操作（比如把一个数（操作数）加到一个已经存储在寄存器中的值上）和如何解释操作数的位置。

• 操作指示符（指令的第二和第三个字节）存放的是操作数本身或者操作数的地址。有些指令没有操作指示符。

3、一些示例指令

（二）Pep/9的输入/输出

对于输入和输出（IO）,该虚拟机遵循的设计原则是内存映射输入/输出，这种方式将输入和输出设备与主存中特定的、固定的地址联系起来。在Pep/9虚拟机中，输入设备在地址FC15，输出设备在地址FC16. ** 三、一个程序实例**

屏幕上显示“Hi“。这个程序有5条机器语言指令：2条用于载入，2条用于存储，1条用于停止程序运行。在本实例中，我们使用立即寻址，直接寻址留作练习。因此，当我们载入字符时，寻址模式说明符是000，每一个字符的ASCII码将会直接进入操作数说明符中。接下来是使用二进制和十六进制写的程序语句：

对于每一个二进制指令，第一行展示了8位指令说明符，第二行展示了16位操作数说明符。

（一）Pep/9模拟机

我们可以使用Pep/9模拟机来模拟程序。

在Pep/模拟器中，通过选中”构建“>“装入“菜单选项来装入程序。再将程序装入内存中后，可以通过”构建“>”执行“菜单选项运行程序。

当模拟机执行程序时，有读取-执行周期：

1）从由程序计数器确定的存储器位置上获取指令；

2）解码指令，更新程序计数器；

3）获得操作数（如果需要）

4）执行指令

（二）另一个机器语言实例

四、汇编语言

• 汇编语言：一种低级语言，用助记码表示特定计算机的机器语言指令

• 汇编器：把汇编语言程序翻译成机器代码的程序

（一）Pep/9汇编语言

在Pep/9汇编语言中，操作数用0x和十六进制表示，接下来是逗号，最后是寻址模式（由字母i（立即寻址）或d（直接寻址）说明）。

除了常规的指令，汇编语言编程还支持汇编器指令，这些指令都是汇编器本身使用的指令，有时它们也被称作伪操作。

• 汇编器指令：翻译程序使用的指令。

• 注释：为程序读者提供的解释性文字。

（二）数字数据、分支、标签

• 分支：指出执行下一条指令的指令

• 标签：对内存位置起的名字，可以将这个名字当作操作数

（三）汇编语言中的循环

五、表达方法

• 算法：解决方案的的计划或概要，或解决问题的逻辑步骤顺序

• 伪代码：一种表达算法的语言

（一）伪代码的功能

变量

赋值

输入/输出

选择

重复

• 布尔表达式：评价为真或假的表达式
• 伪代码语句

（二）执行伪代码算法

（三）写伪代码运算

• 桌面检查：在纸上走查整个设计

（四）翻译伪代码算法

六、测试

• 测试计划：一个文档，说明了要全面测试程序需要运行的次数以及运行程序使用的数据。

• 代码覆盖（明箱）测试法：通过执行代码中的所有语句测试程序或子程序的测试方法

• 数据覆盖（暗箱）测试法：把代码作为一个暗箱，基于所有可能的输入数据测试程序或子程序的测试方法

• 测试计划实现：用测试计划中规定的测试用例验证程序是否输出了预期的结果

第7章、问题求解与算法设计

一、如何解决问题

1）你必须理解问题

2）找到数据和未知量之间的联系。如果找不到直接的联系，则可能需要考虑辅助问题。最终应该得到解决方案。

3）执行方案

4）分析得到的解决方案

（一）提出问题

对这个问题我了解多少？

解决方案是什么样的？

存在什么特例？

我如何直到已经找到解决方案了？

（二）寻找熟悉的情况

（三）分治法

把一个大问题划分成几个能解决的小单元

（四）算法

• 算法：在有限的时间内用有限的数据解决问题或子问题的明确指令集合。

（五）计算机问题求解过程

（六）方法总结

分析问题

列出主要任务

编写其余模块

根据需要进行重组和改写

（七）测试算法

二、有简单变量的算法

（一）带有选择的算法

（二）带有循环的算法

1、计数控制循环

2、事件控制循环。

• 嵌套结构：控制结构嵌入另一个控制结构的结构，又称嵌套逻辑。

3、平方根

• 抽象步骤：细节仍未明确的算法步骤

• 具体步骤：细节完全明确的算法步骤

三、复杂变量

（一）数组

同构项目的有名集合，可以通过单个项目在集合中的位置访问它们。项目在集合中的位置叫做索引。

（二）记录

异构项目于的有名集合，可以通过名字单独访问其中的项目。所谓异构，指集合中的元素可以不必相同。

四、搜索算法

（一）顺序搜索

依次查找每个元素并将其与我们需要搜索的元素进行比较。

（二）有序数组中的顺序搜索

（三）二分检索

在有序列表中查找项目的操作，通过比较操作排除了大部分检索范围。

五、排序

（一）选择排序

（二）冒泡排序

（三）插入排序

六、递归算法

• 递归：算法调用它本身的能力

（一)子程序语句

子程序有两种形式：

1）不仅执行任务，还返回给调用单元一个值（值返回子程序）。 2）用作表达式，返回的值被用来评估表达式。

（二）递归阶乘

（三）递归二分检索

（四）快速排序

 

七、几个重要思想

（一）信息隐蔽

隐蔽的模块的细节以控制对这些细节的访问的做法

（二）抽象

• 数据抽象：把数据的逻辑视图和它的实现分离开。

• 过程抽象：把动作的逻辑视图和它的实现分离开。

• 控制抽象：把控制结构的逻辑视图和它的实现分离开。

• 控制结构：用于改变正常的顺序控制流的语句。

（三）事物命名

在编写算法时，我们使用速记短语表示要处理的任务和信息，也就是说，给数据和过程一个名字，这些名字叫做标识符。

（四）测试

白盒测试：基于代码本身。 黑盒测试：基于测试所有可能的输入值。

以下是思维导图：