计算机系统基础ProgrammingAssignment
计算机基础知识培训编程语言与算法设计
计算机基础知识培训编程语言与算法设计计算机基础知识培训：编程语言与算法设计计算机基础知识培训是当今社会中非常重要的教育领域。
随着科技的不断发展和计算机在各个行业的普及应用，对计算机基础知识的需求也越来越大。
而编程语言与算法设计是计算机基础知识中的核心内容，掌握它们将为学习和工作带来巨大的便利。
1. 编程语言编程语言是计算机与人之间进行交流的桥梁，是计算机程序员创造软件和应用的工具。
编程语言可以分为低级语言和高级语言两种。
1.1 低级语言低级语言是与计算机硬件密切相关的语言，最接近于计算机的机器语言。
它的特点是指令简单，执行效率高，但不易阅读和书写。
典型的低级语言有汇编语言，它使用助记符号表示机器指令，需要通过汇编器将其转换为可执行的机器码。
1.2 高级语言高级语言是相对于低级语言而言的，它更加接近人类自然语言，易于学习和使用。
高级语言可以通过编译器或解释器将其转换为机器语言执行。
常见的高级语言有C、C++、Java、Python等。
每种高级语言都有自己的特点和适用场景，选择合适的编程语言取决于具体的需求和目标。
2. 算法设计算法是解决问题的具体步骤和方法。
在计算机领域，算法设计是软件开发的核心环节之一。
好的算法可以提高程序的执行效率和准确性，优化资源利用和性能。
2.1 算法的特点算法具有以下几个重要的特点：- 确定性：每一步的执行结果都是确定和可预测的。
- 有穷性：算法必须在有限的步骤内结束。
- 输入输出：算法接受输入，并产生输出结果。
- 可行性：算法的每个步骤都可以通过一些基本指令来实现。
2.2 常见的算法设计方法- 递归算法：将问题划分为更小的子问题，并通过调用自身来解决。
- 分治算法：将问题划分为更小的子问题，并分别解决，最后将结果合并。
- 动态规划：将问题划分为重叠子问题，并使用递归或迭代方式进行求解。
- 贪心算法：每一步都选择当前状态下的最优解，从而得到全局最优解。
- 回溯算法：通过不断尝试所有可能的解，找到满足条件的解。
计算机系统基础
LDFLAGS := -m elf_i386 -e start -Ttext=0x30000 # make run | make test
SFILES := $(shell find src/ -name "*.S")
CFILES := $(shell find src/ -name "*.c")
SOBJS := $(SFILES:.S=.o)
根据EIP取指令 （操作码）
取源操作数
operand_read()
cpu.eip += len 更新EIP
CPU
写目的操作数 operand_write()
执行数据操作 mov, add, sub, …
instr_execute_xop()
先把指令依次在内存中排好，给EIP赋一个初始值，指向第一条指令， CPU就可以循环执行每一条指令了
%.o: %.c
这里就是gcc没啥好说的
依赖
$(CC) $(CFLAGS) -c -o $@ $<
就执行testcase目标，它依赖于一 堆.o和可执行文件（没有后缀）
%.o: %.S $(CC) $(CFLAGS) -c -o $@ $<
把这三个链接到一起得到add， 代码段起始地址0x30000
可能是个文件（add），也可能是个虚的目标（clean）；目标文件的依赖如 果没有发生改变，那么不需要动用规则去产生新的目标文件
在命令行键入make之后 1. 搜索当前文件夹下的Makefile（还有另外三种可能的文件命名方式，自行搜索） 2. 如果没有在make后面跟目标名称，则默认第一个目标为最终目标，否则以目
翻译过来（以add为例）：
程序设计基础课程简介
《程序设计基础》课程简介课程编号：E1112101 英文名称：Programming Fundamentals学分：3 学时：48授课对象：计算机科学与技术专业，软件工程专业，网络工程专业课程目标：通过理论教学，使学生初步了解计算机软硬件系统，掌握计算机的基本使用方法使学生较好地掌握程序设计方面的知识，掌握基本的程序设计方法，具备初步的程序设计能力，并能熟练运用TC或VC集成环境进行C语言程序的编写、编译与调试。
课程内容：计算机软硬件系统基础知识，程序设计语言概述，程序设计语言基础，顺序、选择、循环结构程序设计，构造类型数据，函数，编译预处理，指针，文件等。
本课程的实验环节为独立实验课程《程序设计基础实验》。
预修课程：无《面向对象方法》课程简介课程编号：E1132103英文名称：Object-Oriented Paradigm学分：4 学时：64授课对象：计算机科学与技术、软件工程、网络工程课程目标：本课程是计算机科学与技术、软件工程、网络工程专业的一门学科基础必修课程。
本课程通过在学习面向对象概念、方法和相关理论的基础之上，着重介绍C++对面向对象的具体支持和实现，并通过具体的设计实例来使学生掌握面向对象编程技术、理解面向对象思想、了解面向对象分析和设计方法、逐步养成面向对象的思维方式，为后续课程的学习奠定基础。
课程内容：本课程以C++为面向对象程序设计语言，以面向对象思想解决实际问题为主线，逐步介绍了面向对象程序设计的基本概念，其中包括：数据抽象、对象、封装、继承、多态概念等。
在介绍这些基本概念并利用这些基本概念解决实际问题时候，渗透面向对象分析、设计方法，使学生掌握用C++实现面向对象编程并了解面向对象分析设计的基本方法。
预修课程：程序设计基础、程序设计基础实验《计算机组织与结构》课程简介课程编号：E1112104英文名称：Computer Organization & Architecture学分：3.5 学时：56授课对象：网络工程、软件工程、计算机科学与技术专业本科生课程目标：本课程是计算机类学生学习专业知识的基础，学习本课程后，学生可以了解电子数字计算机从指令和数据输入直到打印输出结果的计算机内部工作的全过程，从而建立完整的系统概念，为今后从事硬件和软件技术工作打下坚实的基础。
计算机程序设计基础
计算机程序设计基础是一个广泛而又核心的领域，涉及到计算机系统的多个方面。
从简单的算法到高级的数据结构，从底层的机器语言到高级编程语言，一直在演变和发展，为计算机科学和信息技术的进步做出了不可替代的贡献。
编程语言是计算机程序设计的基础，它是计算机程序员与计算机系统之间交流的桥梁。
编程语言是从机器语言到高级编程语言的演变而来。
机器语言是计算机理解的唯一语言，它只包含了0和1这两个数字，是一个非常底层的语言。
然而，使用机器语言编写程序是非常困难和繁琐的，程序员需要花费大量的时间来编写程序，而且机器语言很难修改和扩展。
为了简化编程，计算机科学家发明了汇编语言。
汇编语言是一种直接面向机器的语言，但它比机器语言更容易编写和阅读。
尽管如此，编写大型程序仍然是一项巨大的挑战。
为了解决这个问题，高级编程语言应运而生。
高级编程语言是一种人类易于理解和使用的语言，程序员可以使用高级编程语言编写复杂的程序，同时高级编程语言包含很多常用函数和数据结构，可以大大简化开发过程。
编写程序的核心任务是设计数据结构和算法。
数据结构是计算机存储和组织数据的方式，一个好的数据结构可以提高程序的效率和可靠性。
常见的数据结构包括数组、链表、栈、队列、树和图等。
算法是解决问题的方法和步骤，它是在数据结构基础上进行操作的。
一个好的算法可以减少计算机的负担，提高程序的效率。
通常使用复杂度来衡量算法的好坏，算法的复杂度可分为时间复杂度和空间复杂度。
时间复杂度衡量程序执行时间的长短，空间复杂度衡量程序占用内存的多少。
通常情况下，我们会尽量使用时间和空间复杂度低的算法和数据结构。
编写程序还需要用到如文件处理、网络编程和数据库连接等高级功能，这里就不再赘述。
总之，编写好程序需要程序员懂得使用编程工具和技术、快速定位和解决问题、并遵循一定的规范和最佳实践。
这些都需要技术实践和不断的学习和积累，以提高计算机程序设计的能力和水平。
最后，要提醒大家注意编写安全的程序。
计算机编程基础教程
计算机编程基础教程第一章：引言计算机编程是现代社会中非常重要的一项技能。
随着计算机技术的飞速发展，越来越多的人开始学习编程，以应对各种需求和挑战。
本教程将介绍计算机编程的基础知识，帮助读者入门编程世界。
第二章：计算机编程概述2.1 计算机编程的定义计算机编程是指使用计算机语言编写指令，以实现特定任务或解决问题的过程。
它是计算机软件开发的基础。
2.2 计算机语言的分类计算机语言分为高级语言和低级语言。
常见的高级语言有C、C++、Python等，而汇编语言则是一种低级语言。
2.3 编译和解释编程语言的代码需要通过编译器或解释器转化为机器语言，计算机才能执行。
编译器将整个源代码转换为机器语言，而解释器则一行一行地逐句解释。
第三章：编程环境搭建3.1 选择编程语言根据自己的需求和兴趣，选择适合的编程语言。
不同编程语言有不同的特点和应用领域。
3.2 安装集成开发环境（IDE）集成开发环境是程序员编写、调试和运行代码的工具，简化了开发过程。
常用的IDE有Visual Studio Code、PyCharm等。
3.3 设置编程环境配置编程环境是为了使编译器或解释器能够正确识别编程语言的代码，并执行相应的操作。
这包括设置路径、调整编码等。
第四章：常用编程概念和语法4.1 变量和数据类型变量是存储数据的容器，而数据类型决定了变量可以存储的数据种类，如整数、浮点数、字符串等。
4.2 运算符和表达式运算符用于执行特定的数学或逻辑操作，表达式由运算符、操作数和变量组成。
4.3 条件语句和循环语句条件语句用于根据条件的真假执行不同的代码块，而循环语句可以重复执行特定的代码块。
4.4 函数和模块函数是一段可重复使用的代码，模块是包含了相关函数和变量的文件。
函数和模块可以提高代码的重用性和可维护性。
第五章：问题分析和解决方法5.1 掌握解决问题的基本思路解决编程问题的关键是分析问题和找到解决方法。
需要学会思考和提问，运用逻辑和创造力。
《计算机编程基础》-课程教学大纲
《计算机编程基础》课程教学大纲一、课程基本信息课程代码：19110023课程名称：计算机编程基础英语名称：Basic Computer Programming课程类别：专业课学时：48学时学分：3适用对象：非计算机类各学科本科学生考核方式：考查选修课程：无二、课程简介中文简介《计算机编程基础》课程是为非计算机专业的大学本科学生开设的必修课程。
本课程讲授程序设计语言的基本要素，包括基本数据类型、运算、控制结构、函数外，还讲授数据结构的基本概念和应用、算法时空复杂性的概念以及图形用户界面、数据库等实用的知识。
通过学习本课程，使学生掌握一门程序设计语言的基本语法、语句以及结构化程序设计的基本思想和方法，了解基本的算法和数据结构。
更重要的是，本课程的主要目的是通过学习该课程，使学生掌握基本的程序设计原理和基本的程序设计方法，培养规范的程序设计思想，了解进行科学计算的一般思路，建立起清晰、基本完整的程序设计概念。
本课程实践教学包括课内上机和课外上机，通过上机实践，使学生加深对程序设计思想的理解，更好地掌握相关理论知识。
要求规范掌握编程语法格式要求，能书写出正确的程序。
在此基础上理解并掌握常用的算法及其原理；能利用结构化的编程思想，编写出具有一定复杂度的、规范的、符合算法设计思想的程序。
英文简介This course of Basic Computer Programming is a compulsory course for some undergraduate students who are not majoring in computer science. This course teaches them the basic knowledge about a programming language, including basic data types, operations, control structures, functions and so on. It also teaches them the basic concepts and applications of data structures, the concept of complexity of algorithms, and some practical knowledge of graphical interfaces and databases. By learning this course, students can master the basic grammar and sentences of a programming language, as well as the basic ideas and methods of structured programming, and understand the basic algorithms and data structures. Moreimportantly, learning this course can enable students to master basic programming principles and basic programming methods, cultivate standardized programming ideas, and understand the general ideas of scientific calculation. A clear and basically complete concept of programming can be established. This course includes theory lectures and many practices on computer labs. The arrangement will help students to deepen their understanding of programming ideas and better master the relevant theoretical knowledge. Students will master the programming syntax format requirements, and be able to write some correct programs. Students can understand and master the commonly used algorithms, and can use the structured programming idea to write a program with a certain complexity, standardization and in line with the idea of algorithm design after finishing this course.三、课程性质与教学目的《计算机编程基础》课程是面向非计算机专业本科生的第一门程序设计类课程，面向非计算机各专业，作为必修课程开设。
计算机基础与程序设计
计算机基础与程序设计计算机基础与程序设计是现代信息技术教育中的核心课程之一，它不仅涵盖了计算机的基本原理，还涉及到程序设计的基础知识和技能。
本课程旨在培养学生对计算机科学的基本理解，以及使用编程语言解决实际问题的能力。
计算机基础计算机基础部分主要介绍了计算机的发展历程、组成原理以及操作系统的基本概念。
1. 计算机的发展历程：从最初的机械计算机到现代的电子计算机，再到个人计算机和网络计算机的发展，让学生了解计算机技术的演变过程。
2. 计算机硬件组成：包括中央处理器（CPU）、存储器、输入输出设备等，让学生了解计算机是如何工作的。
3. 操作系统：介绍了操作系统的功能和分类，如Windows、Linux和macOS等，以及它们的基本操作和管理。
程序设计基础程序设计基础部分是教授学生如何使用编程语言编写程序，解决实际问题。
1. 编程语言概述：介绍了不同的编程语言，如C、Java、Python等，以及它们的特点和应用领域。
2. 算法与数据结构：算法是解决问题的步骤，数据结构是存储和组织数据的方式。
这部分内容教授学生如何设计有效的算法和选择合适的数据结构。
3. 编程范式：包括命令式编程、面向对象编程、函数式编程等，让学生了解不同的编程思想和方法。
编程实践编程实践是将理论知识应用到实际编程中的过程。
1. 开发环境搭建：介绍了如何搭建编程环境，例如安装编译器、集成开发环境（IDE）等。
2. 编写第一个程序：以“Hello, World!”为例，引导学生编写并运行他们的第一个程序。
3. 程序调试：教授学生如何使用调试工具查找和修复程序中的错误。
软件开发生命周期软件开发生命周期是软件开发的整个过程，从需求分析到设计、编码、测试、部署和维护。
1. 需求分析：了解用户需求，明确软件需要实现的功能。
2. 系统设计：设计软件的架构和组件，包括数据流和模块划分。
3. 编码实现：根据设计文档编写代码，实现软件功能。
4. 测试：通过单元测试、集成测试等方法验证软件的正确性和性能。
计算机基础与程序设计名词解释
计算机基础与程序设计名词解释计算机基础与程序设计是一个庞大且复杂的领域，涉及许多术语和概念。
在本文中，我将解释一些与计算机基础和程序设计相关的重要名词，帮助读者更好地理解这些概念。
1. 操作系统（Operating System）操作系统是计算机系统中的核心软件，负责管理硬件资源和提供基本的功能接口。
它控制和协调硬件设备、文件管理、内存管理、进程管理等。
常见的操作系统有Windows、macOS和Linux等。
2. 编程语言（Programming Language）编程语言是一种用于编写计算机程序的形式化语言。
它定义了程序员与计算机之间的交流方式。
常见的编程语言有C、C++、Java、Python等。
每种编程语言都有其特定的语法和语义规则。
3. 算法（Algorithm）算法是解决问题的一系列步骤或指令。
它是程序的核心，决定了程序的执行流程和结果。
优秀的算法能够提高程序的效率和性能。
常见的算法包括排序算法、搜索算法等。
4. 变量（Variable）变量是程序中用于存储数据的一个名称。
它具有特定的数据类型和值。
在程序中，可以通过变量来存储、读取和修改数据。
变量在程序中起到“盒子”或“容器”的作用。
5. 函数（Function）函数是一个独立的代码块，用于执行特定的任务。
它接受输入参数，并返回一个输出结果。
函数可以减少代码的重复性，提高程序的可读性和可维护性。
在程序中，可以通过调用函数来实现特定功能。
6. 数据结构（Data Structure）数据结构是组织和存储数据的方式。
它包括数组、链表、栈、队列、树等。
不同的数据结构适用于不同的场景，可以提供高效的数据操作和存储。
7. 类（Class）类是面向对象编程的基本概念。
它是一种抽象的数据类型，定义了一组相关的属性和方法。
通过创建类的实例（对象），可以使用和操作这些属性和方法。
类可以通过继承和多态来实现代码的重用和扩展。
8. 数据库（Database）数据库是用于存储和管理数据的系统。
计算机系统基础
• 如何一个萝卜一个盘？
• 模映射法：内存中第M个块的块号M mod Cache的行数 • 对应到主存物理地址的划分?
2017/11/14
Programming Assignment 3-1
后厨冰箱送出来，马上要烫 的食材，在台面盘子里放好。 要吃的时候直接盘子里夹。 否则服务员一趟趟的跑，菜 没吃几口，汤都烧干了。
2017/11/14
内存里读出来，马上要用的 数据，在Cache中摆好。要用 的时候直接从Cache中读。否 则每次都访存，指令没执行 几条，时间都消耗了。
Programming Assignment 3-1
第二步：所谓对块号取模
唯一块号
高m-c位 中间c位
低b位
（2c个行）
2017/11/14
Programming Assignment 3-1
13
PA 3-1 Cache的模拟
• 问题一： Cache行和主存块的映射
• 直接映射法
主存（物理）地址：
• Cache的组织
标记 Cache行号 块内地址
高m-c位 中间c位
计算机系统基础 Programming Assignment
PA 3 存储管理 ——PA 3-1 Cache的模拟
2017年11月14日
前情提要（以餐厅为类比）
PA 2-2 Kernel
客户定制菜单=ELF文件（PA 2-2 + PA 2-3.2）
PA 2-1 指挥双手的大脑 = 解码和执行指令的控制器 PA 2-2 装载 PA 1 ALU
• 一条指令访存三四次，时间都花在访存上了
计算机专业术语大全
计算机专业术语大全1. 操作系统（Operating System）操作系统是计算机系统中最基本的软件之一，负责管理和控制计算机硬件资源，提供对计算机系统的各种资源的访问和分配。
常见的操作系统有Windows、macOS、Linux等。
2. 程序（Program）程序是一组按特定顺序组织的指令，用于完成特定的任务。
通过编程语言编写程序，并由操作系统执行。
程序可以分为应用程序和系统程序两种。
3. 算法（Algorithm）算法是解决问题的一系列清晰而有限的步骤。
计算机科学中的算法描述了计算过程，并确定了每个步骤的执行顺序和条件。
4. 数据结构（Data Structure）数据结构是组织和存储数据的方式，使得数据可以高效地使用和管理。
常见的数据结构有数组、链表、栈、队列、树和图等。
5. 编程语言（Programming Language）编程语言是用来编写计算机程序的形式化语言。
常见的编程语言有C、C++、Java、Python等，每种语言都有其独特的语法和语义。
6. 网络（Network）网络是将多台计算机或设备连接起来，实现信息共享和通信的结构。
计算机网络按照规模分为局域网、广域网和互联网等。
7. 数据库（Database）数据库是组织和存储数据的集合，提供对数据的高效访问和管理。
常见的数据库管理系统有MySQL、Oracle、SQL Server等。
8. 人工智能（Artificial Intelligence，AI）人工智能是计算机科学的一个分支，研究和开发智能化的计算机系统。
它涉及模拟人类智能，并实现诸如图像识别、自然语言处理和机器学习等任务。
9. 云计算（Cloud Computing）云计算是通过互联网提供计算资源和服务的模式。
用户可以通过云平台按需使用计算资源，而无需自己购买和维护硬件设备。
10. 数据挖掘（Data Mining）数据挖掘是从大量数据中发现有用模式和信息的过程。
它利用统计学和机器学习技术来分析和解释数据。
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║
ECX
CH
CX
CL
║
╠═════════════════╪═════════════════╬═════════════════╩═════════════════╣
║
EBX
BH
BX
BL
║
╠═════════════════╪═════════════════╬═════════════════╩═════════════════╣
3
PA 1 – 路线图
CPU
寄存器堆
GPRs
ALU
EFLAGS FPU
Monitor
调试命令
NEMU
主存
4
PA 1-1 数据的类型和存取
5
PA 1-1 数据的类型和存取
• 数据基本可以分为两个大类
• 非数值型数据
• 各类文字的编码 • 指令的操作码
• 数值型数据（重点关注）
• 整数 • 浮点数
║
EDI
DI
║
╠═════════════════╪═════════════════╬═════════════════╪═════════════════╣
用C语言怎么模拟？║
ESP
SP
║
╚═════════════════╪═════════════════╬═════════════════╪═════════════════╝ 11
};
};
பைடு நூலகம்
// EFLAGS … } CPU_STATE;
12
PA 1-1 数据的类型和存取
• NEMU模拟的是i386体系结构
• 框架代码中nemu/include/cpu/reg.h
// define the structure of registers typedef struct {
// general purpose registers
║
EAX
AH
AX
AL
║
╠═════════════════╪═════════════════╬═════════════════╩═════════════════╣
║
EDX
DH
DX
DL
║
╠═════════════════╪═════════════════╬═════════════════╩═════════════════╣
计算机系统基础 Programming Assignment
PA 1 数据的表示、存取和运算
2017年9月8日
1
“一名优秀的厨师应当首先对各种食材 了如指掌并掌握各种基本的烹饪技巧。”
—— L. Wang
数据 = 食材
2
PA 1 – 目录
• PA 1-1 数据的类型和存取 • PA 1-2 整数的表示和运算 • PA 1-3 浮点数的表示和运算
• 在计算机内，所有类型的数据（包括代码）都表现为 01串
6
PA 1-1 数据的类型和存取
• NEMU模拟的是i386体系结构
• 数据存储的最小单位是比特（ bit ） • 数据存储的基本单位是字节（ byte ）
• 典型长度为：1字节、2字节、4字节
• 内存中采用小端方式存储
• 对于超过一个字节的数据 • 低有效位的字节在前（低地址），高有效位的字节在后
解决计算问题的步骤 程序处理的对象
执行程序的器件 储存正在处理的数据 储存马上要用的数据
存储大量的数据
计算机 程序 数据 CPU CPU内部的寄存器 主存 硬盘
餐厅 菜谱 食材 大厨 灶台上的锅 厨房里的冰箱 仓库
做菜的步骤 做菜加工的对象
执行菜谱的人 放置正在加工的食材 储存马上用的菜谱和食材 啥都放这里
9
PA 1-1 数据的类型和存取
寄存器 主存/内存
硬盘 存储器的层次结构
越越 来来 越越 慢大
10
PA 1-1 数据的类型和存取
• NEMU模拟的是i386体系结构
• 8个32位通用寄存器
General Purpose Registers:
31
23
15
7
0
╔═════════════════╪═════════════════╬═════════════════╧═════════════════╗
};
};
// EFLAGS … } CPU_STATE;
13
PA 1-1 数据的类型和存取
在教程§1-1.3中提出的实验过程及要求：
1. 修改 CPU_STATUS 结构体中的通用寄存器结构体;
║
EBP
BP
║
╠═════════════════╪═════════════════╬═════════════════╪═════════════════╣
║
ESI
SI
║
╠═════════════════╪═════════════════╬═════════════════╪═════════════════╣
（高地址）
想表达的数字 0x12345678
内存中的数字 0x78 0x56 0x34 0x12
低地址
高地址
7
PA 1-1 数据的类型和存取
“巧妇难为无米之炊，没有锅她也不行。” —— L. Wang
我们首先要为待处理的各类数据找到摆放它们的场 所，在计算机中，这些场所就是各种类型的存储器
8
PA 1-1 数据的类型和存取
PA 1-1 数据的类型和存取
• NEMU模拟的是i386体系结构
• 框架代码中nemu/include/cpu/reg.h
// define the structure of registers typedef struct {
// general purpose registers
struct {
struct {
struct {
uint32_t _32;
要实现和前面图中一样的结构
uint16_t _16; uint8_t _8[2];
};
uint32_t val;
} gpr[8];
struct { // do not change the order of the registers
uint32_t eax, ecx, edx, ebx, esp, ebp, esi, edi;
union {
union {
union {
教程中直接给了答案
uint32_t _32; uint16_t _16;
uint8_t _8[2];
};
uint32_t val;
} gpr[8];
struct { // do not change the order of the registers
uint32_t eax, ecx, edx, ebx, esp, ebp, esi, edi;