《电脑世界的通关密语——电脑编程基础》由杉浦贤编著。 在我们生活的世界中，各种各样形形色色的事物和现象，其中都必定包含着科学的成分。在这些成分中，有些是你所熟知的，有些是你未知的，有些是你还一知半解 的。面对未知的世界，好奇的你是不是有很多疑惑、不解和期待呢？！“形形色色的科学”趣味科普丛书，把我们身边方方面面的科学知识活灵活现、生动有趣地展 示给你，让你在畅快阅读中收获这些鲜活的科学知识！ 电脑为什么能够进行各种各样的命令处理呢？其实，不仅仅是电脑，手机、家用电器等几乎所有设备，都是通过其内部的操作程序来实现多种功能的。如此复杂的程 序处理，实际上是由许许多多的简单程序相互嵌入实现的。 了解了这些，我们就能更加深刻地体会到电脑编程对我们生活的重要性了。 《电脑世界的通关密语——电脑编程基础》适合青少年读者、科学爱好者以及大众读者阅读。
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电脑、手机、家用电器等几乎所有设备，都是通过其内部的操作程序来实现多种功能的。如此复杂的程序处理，实际上是由许许多多的简单程序相互嵌入实现的。明 白这些，我们就能更深刻地体会到电脑编程对我们生活的重要性了。“电脑是如何执行各利，程序的呢？”对此心存疑惑和将要学习编程的人们， 杉浦贤编著的《电脑世界的通关密语——电脑编程基础》就是大家最好的选择。彩色的图画、简明易懂的解说，马上开始轻松的“编程之旅”吧！
电脑编程基础目录
第1章 计算机的结构 001
001 计算机由五个功能部件组成 002
002 用CPU (中央处理器)进行控制和运算 004
003 寄存器和时钟也是构成CPU 的重要元件 006
004 寄存器的种类由其用途决定 008
005 内存(主存储器)具有保存信息的功能 010
006 内存空间是把地址值作为下标的数组 012
007 内存分ROM 和RAM 两种 014
008 根据不同用途来区分使用ROM 和RAM 016
009 外部设备负责信息输入输出功能 018
010 总结是信息传输的公共通道 020
COLUMN 计算机之父——约翰·冯·诺依曼 022
第2章 计算机内部的数据表示万法 023
011 计算机所处理的最小数据单位是bit 024
012 用二进制数表示计算机中的数据很方便 026
013 用八进制数和十六进制数使二进制数变得易于识别 028
014 把二进制数转换为十进制数的基数变换方法 030
015 把十进制数转换为二进制数的基数变换方法 032
016 把八进制数、十六进制数转换为十进制数的基数変换方法 034
017 把十进制数转换为八进制数、十六进制数的基数变换方法 036
018 把二进制数与八进制数、十六进制数相互变换的基数变换方法 038
019 计算机数据的基本单位是字节 040
020 根据数据大小来决定其能处理的数值范围 042
021 在处理负数时采用2 的补数(补码) 044
022 正数与负数的转换方法 046
023 利用补码能表示的数值范围 048
024 通过BCD 码表示十进制数 050
025 所有的字符都有固定的字符编码 052
026 计算机处理汉字的字符编码体系 054
027 计算机所处理的字符串的表示方法 056
COLUMN 记住2的n次方的值 058
第3章 二进制位数据的操作 059
028 逻辑或运算一一两者中只要有一个为“1”其结果就为“1”的运算 060
029 想要把特定位置的位变为“1”，就进行逻辑或运算 062
030 逻辑与运算一一两者均为1时其运算结果才为1 064
031 想要把特定位置的位变为0时，就进行逻辑与运算 066
032 利用逻辑与运算判断特定位置位的值 068
033 异或运算一一如果两个位值不同，其运算结果就为叫 070
034 利用异或运算反转特定位 072
035 逻辑非运算一一把“1”变为“0”，把“0”变为“1” 074
036 逻辑运算的基本公式 076
037 利用德摩根定律整理否定逻辑 078
038 左移运算一一把二进制位向左移动指定位数 080
039 通过左移运算能够使数据变为原来的2 倍、4倍、8倍 082
040 右移运算一一把二进制位向右移动指定位数 084
041 通过右移运算能使数据变为原来的1/2、1/4、1/8 086
042 利用位移有效地将原值扩大10 倍的方法 088
043 利用位移有效地进行二进制数的乘法运算 090
044 加1运算与减1运算 092
COLUMN 上溢时的日期和时间 094
第4章 1/O控制 095
045 控制外部设备的窗口是1/0 接口 096
046 从外部设备中读取数据 098
047 向外部设备输出信息的方法 100
048 定时检查外部设备的轮询方式 102
049 外部设备变化就会执行中断处理的中断方式 104
050 临界区是多个进程影响同一信息的区域 106
051 在临界区禁止中断 108
COLUMN 串行和并行哪个快？ 110
第5章 程序运行的“奥妙” 111
052 程序编码由机器语言代码群构成 112
053 通过程序计数器依次执行程序 114
054 时钟振荡器是管弦乐队的指挥者 116
055 通过复位功能来启动程序 118
056 基本指令是利用寄存器来处理运算 120
057 标志寄存器会根据运算指令的结果变化 122
058 比较指令是只让标志寄存器发生变化的减法运算指令 124
059 通过Load指令、Store指令在内存和寄存器之间传输数据 126
060 立即数(immediate)在指令编码内直接指定有效地址 128
061 寄存器间接寻址是通过存放在索引寄存器中的值指定有效地址 130
062 利用带有OFFSET的寄存器间接寻址能够表示数组的下标 132
063 通过程序计数器相对寻址方式可以制作出可复位程序 134
064 通过无条件转移指令能够执行特定地址的机器语言指令 136
065 通过标志寄存器和条件转移指令能改变处理的流程 138
066 通过条件转移指令控制反复处理 140
067 利用索引寄存器依次访问内存内容 142
068 由堆栈指针所管理的内存区域为堆栈区域 144
069 把数据压入堆栈中称为PUSH ，把从堆栈中读取数据称为POP 146
070 通过利用堆栈的转移指令安装子程序调用程序 148
COLUMN 堆栈上溢和堆栈下溢 150
第6章 加快指令执行速度的结构 151
071 高速缓存暂时存储主存储器的值 152
072 内存交错把主存分为多个BANK 来读取数据 154
073 CPU执行指令时包括取出指令阶段和执行指令阶段 156
074 先行控制和流水线控制可并列处理指令执行步骤，以提高指令执行速度 158
075 采用并行处理、多个处理器分担处理，可缩短处理时间 160
COLUMN CISK计算机和RISK计算机 162
参考文献 163
001 计算机由五个功能部件组成
计算机具有如下所示的五种功能。
1 控制（相当于大脑）
2 运算（相当于大脑）
3 存储（相当于大脑）
4 输入（相当于眼睛和耳朵）
5 输出（相当于手和脚）
控制是指给出一定的操控指令，指令计算机的各部件按照执行程序的顺序和给出的指令来操控的功能。运算是指进行四则运算和逻辑运算等各种运算的功能。在计算机中，负责控制功能和运算功能的是中央处理器（central processing unit，CPU）。
存储是指暂时或半永久性地保存记录了信息处理步骤的程序和在执行程序的过程中所需要的信息（数据）的功能。在计算机中，负责存储功能的主要是内存储器（内存，memory），也被称为主存储器。另外，还有一些外部设备，如硬盘驱动、DVD 、USB 存储器等，因为它们都能够半永久性地保存信息，所以也将它们称为辅助存储器，又称为外存储器（外存）。
输入是指将外部信息输入计算机的功能。例如，键盘、鼠标、触摸屏等外部设备就负责此功能。
输出是指将计算机内部的某一处理结果和对输入操作所作出的反应结果等输出的功能。像打印机和显示器等外部设备就负责此功能。
除这五个功能部件外，还有一个被称为总线（bus）的通道，它是在计算机的各种功能部件之间传送信息的公共通信干线，就好比人的神经细胞。
计算机拥有控制、运算、存储、输入、输出这五种功能。
我们将在各个功能部件之间传输信息的通道称为总线。
图1构成计算机的功能部件
图2构成计算机的装置
控制器运算器
输入装置输出装置信息
内存（主存储器）
辅助存储器
信息
信息
计算机由控制、运算、存储、输入、输出五个功能部件组成。
CPU（控制运算器）内存（主存储器）硬盘驱动（辅助存储器）键盘（输入装置）显示器（输出装置）实际上组成计算机的就是这些硬件！
用CPU（中央处理器）进行控制和运算
在计算机的五个功能部件中进行控制和运算的是CPU。CPU由如下所示的进行控制的控制器和进行运算的运算器组成。
<控制器>
控制器的主要功能是读取内存（主存储器）上的执行指令，并解译该指令的内容，然后指示其他装置去执行该指令所需要的动作（图1）。
例如，在高楼建筑现场负责现场监督的就是控制器。现场监督的内容就是读取设计图和作业程序手册上的信息，明确指示施工人员按照一定的程序进行施工。控制器就是读取内存上所记录的执行指令（相当于设计图和作业程序手册），然后根据该指令内容向相当
于施工人员的各种装置发出指示。
<运算器>
正确地说，运算器应当被称为算术逻辑运算装置（arithmetic logic unit，ALU），它负责进行各种运算。实际上就是在计算机处理中发挥着电子计算器的功能（图2）。
例如，如果控制器解译的执行指令是“把A和B相加”，实际上就是进行加法运算，那么给出答案（A与B之和）的就是运算器。
运算器能够进行四则运算、逻辑运算（逻辑加法、逻辑乘法等）、比较运算、位移运算等各种运算，现在有些CPU还能进行更加高级的运算（浮点运算等）。
控制器发挥着指示作业程序的现场监督的作用。
运算器发挥着进行各种运算的电子计算器的作用。
第1章 计算机的结构
图1控制器的作用
图2运算器的作用
指令
指令指令
解译
指示
指令
指令
读取
作业程序手册
下面的
工序是……
理解
程序
发出指示
现场监督工作人员
控制器发出指示作业程序的指令，就好比在进行现场监督一样
控制器
301020
运算器
运算结果
加法电路加法电路
运算器会进行各种运算，就像电子计算器一样
003 寄存器和时钟也是构成CPU的重要元件
在CPU（图1）中除了有控制器和运算器外，还带有寄存器（register）和时钟（clock）。
<寄存器>
寄存器是位于CPU内部的高速存储装置。但是，它存储数据的容量很小，因为其寄存的CPU不同而各不相同，一般CPU内部有几个到几十个寄存器，并且每个寄存器根据其用途的不同都有一个名字。
寄存器的主要作用（图2）如下：
读取并保存内存（主存储器）中的数据。
临时保存在运算电路中被计算的值。
保存下一个要执行的指令所指向的位置。
如果把放置了大量书的书架比作内存（主存储器），当要读书架中的某本书或要做笔记记录时，就必须把书从书架中拿下来然后放在桌子上。寄存器的作用就好比这个例子中的桌子。因为桌子的空间有限，就只能在桌子上展开几本书。并且读完书或做好笔记记录后，为了后续作业，还要将那本书放回书架（主存储器）。
<时钟>
时钟信号是计算机运行的动力源，它的作用是使构成计算机的各个部件的动作时机吻合（图3）。产生时钟信号的电路是时钟发生器，它具有类似于发条装置玩具上发条的功能。
寄存器是CPU处理数据时的数据暂存场所。
时钟就好比计算机运行时的动力源。
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