目录：
一，计算机为什么能够实现计算；
二，第二讲：
三，第三讲：程序运行的基本原理
参考资料：
说明：学习笔记；
CPU公顷桑：AMD、英特尔、IBM
世界超级计算机排名：www.top500.org
绿色计算的课题：Google一下所消耗的电量：11瓦的灯泡亮1个小时；/可以煮熟一杯咖啡；》新型计算：云计算；
未来的计算：从摩尔定律到量子计算机；
李戈：lige@sei.pku.edu.cn
摩尔定律/规律：1965年提出；
主流的结论：摩尔定律是由英特尔（Intel）创始人之一戈登·摩尔（Gordon Moore）提出来的。其内容为：当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍
摩尔定律还能坚持多久/挑战？
1，散热：单位面积晶体管的密度和速度的提高，芯片会产生更多的电力，产生更多的热能；
2，晶体管的代销显示：晶体管不断变小，小到一个与那紫那么大就没办法了；
3，晶体管变小，电泄漏的情形增加；
芯片做大一点，需要的电压就会越高，是不能扩大芯片的体积的原因之一；
摩尔定律失效之后怎么办/寻找创造全新的计算理论和计算模式？
量子计算机的原理：利用量子体系实现通用计算；
量子计算机的进展相对较快；
使用传统计算机进行对量子进行分析计算（使用传统的计算机对量子世界进行量子现象的模拟和分析），远远不能满足需求；
功能与创痛计算机的区别是指数级的；
量子计算机存在的困难：
1，量子的计算：与外界环境隔离才能保持良好的相干性；
2，量子计算机的制造：与外界环境良好的耦合才能控制演化并读出结果；
1000个量子比特就相当于目前（传统）计算机计算能力（有14亿个晶体管）；
当前量子计算机的成果：
首台可编程通用量子计算机，2个量子比特；需要绝对零度的环境；
Opportunity：Leading in a Changing World;
第一讲：计算机为什么能够实现计算；
第二讲：
带三讲：程序运行的基本原理
什么是存储程序式计算机？它都包含哪些部分？
命令是什么样子？它是怎么被执行的？
程序是什么样子？跟命令一样吗？计算机怎么能认识程序，并执行程序的？
存储程序式计算机
存储器：
衡量存储能力大小；
程序能够控制的最小单位：1字节/B；
存储空间的单位：bit,Byte,KB,MB,GB,TB,PB,YB;
存储器的原理是什么？为什么能够 存住 数据？
存储器的种类有哪些？DDR什么意思？
为什么32位的CPU最多只能配备4G内存？》寻址空间只有那么大；
命令的执行；
程序解决了什么问题？
CPU能执行那些程序，怎么执行的？
指令集：
CPU中用来计算和控制计算机系统的一套指令集合；
CPU只能执行指令集里的指令；
CPU设计的时候就预先定义好了；是CPU性能的重要标志；
指令：
都是二进制码，包含指令码（说明要做的动作）和操作数（指要操作的数或地址，可以有一个、多个或没有操作数）；
把你的指令转换成 满足指令集要求的二进制码，才能在计算机上运行，然后才能在CPU上执行；
CPU中指令的执行：
工作方式：
运算器（ALU）：专门执行算数和逻辑运算的数字电路；
寄存器：暂存信息；
控制器：程序计数器PC：存放下一条指令的地址；指令寄存器IR：存放当前正在执行的指令；地址寄存器MAR：存放要访问的主存地址；
程序的执行：
程序和汇编代码都是CPU不能理解的；
程序》编译》转换成汇编代码》转换成机器码》CPU运行；
代码区：
数据区：
控制区：逐条执行程序；
运算区：
输入、输出；
程序必须经过编译才能转换成CPU所能接受的指令；
一句程序可能转换为多条语句；
在控制器的协调下连续，依次执行相关的指令；
程序的执行过程是在内存中完成的；
程序在执行过程中，在内存中的不同区域，存放代码和相关的数据
小节：
1，计算机是能用电路进行计算的！
数》二进制数》都可以用布尔运算来算》都能用电路实现；
2，CPU是制造号的电路，它能完成指令集里的运算！
指令是二进制的码，CPU能看懂，并执行它；
3，想要让CPU按照我们的想法做事情，我们应该：
把我们想要租的事情写出来（某种计算机语言）；
把这个写出来的东西，翻译成CPU能看懂的二级制指令；CPU就会按照我们的想法去运行；
C++的学习方法论：
1，训练得技能；
2，抓大放小（对提高编程水平有用的东西）；
3，多练简单题，由模仿开始，抄程序；
4，选一本薄书作参考；
感性认识C++程序
本质为C程序，C是C++的一部分；
程序：你告诉计算机的话；编程序的方式代替插线的事情，告诉计算机做什么，怎么做；
什么是程序
如何创造一门 程序设计语言？
1，写什么样的词计算机才能明白，是不是什么样的词都能明白？
编程语言定义了一些特殊的“特殊的关键字”，计算机只能明白这些“词”的含义；C++里能够认识到 关键词 只有有限的35个，都有特殊的含义；以少量的“词”来定义可能用到的更多的词；
2，是不是什么样的数和计算符计算机都能明白？
计算机只能看懂某些类型的数据，这些“数据的类型”和相应的“操作符号”也是定义好的；
3，世界上需要“程序表达的逻辑”去做的事纷繁复杂，程序设计语言里面得有多少种“句式”才能够够用？
三种：顺序语句、循环语句（for）、分支语句（if）；
1966年被证明这三个句式是够的；
三种语句
顺序语句
分支语句
循环语句
期刊：Communication of the ACM
小节：
C++编程语言：30几个关键字 + （十几种基本数据类型 + 30几个运算符） + 三种基本的逻辑语句；
数据类型
运算种类
只要你客观的观察这个世界，你就会发现他是如此的简单，以至于像我们所想象的那样，正因为如此，我们的思考才有价值！
程序中的“套话”（引导执行程序+结束）；
定义变量并给与初始值，形成习惯；
顺序结构：
int a = 0;
Cunt << “请输入一个数” << endl
cin >> a //键盘输入值给a;
Cunt << a << endl
Cunt:：输出；
<< “” ：必须为双引号；
分支结构：
循环结构：
char :只能放一个字符，单引号；
char = ‘A’;
常用的结构：
数组；
注释，缩进：复杂的程序易读、可读性；
break：循环结束；
什么样的程序是好程序？
重视：
程序正确，解决了问题；
程序容易看懂；易于看懂的程序才会被维护下去，才会有生命力；
程序结构清楚，更美；
不重视：变量数目，行数，运行快慢；
积少成多！
IDE安装(都有免费版本)：
Windows环境下：
Visual Studio;
Eclip :支持多种语言,跨平台；
NetBeans:
调试:http://open.163.com/movie/2018/11/T/8/MDVKV3H5A_ME04JM7T8.html；
《计算导论A》课程 程序设计部分
从现实问题到计算机程序
李戈
有了解决方案之后才会有程序；
问题》找到解决方案》写成程序》计算机执行；
1，在没有想到解决方案的时候，不要急着动手写程序；(急着写程序，会导致你找不到擦混高新兴的解决方案；改来改去的写程序，会造成程序的混乱，引入更多的错误；)
2，在结构化程序设计中，总是按照先粗后细，先抽象后具体 的办法，对所描述的解决方案，进行穷尽分解，直到分解为顺序，分支，循环三种结构；
3，可以先用 建模工具 建立框架，实现框架之后再填充；
Guanhu C程序设计语言学习进度：
课程内容：感性认识》理性认识》函数》指针等；
作业练习：初级阶段联系 》 正常联系；
为什么叫“C”语言？因效率高被称为高级语言（相对机器语言，汇编语言来说）；
计算机的发展史上，贝尔实验室做出了重大的贡献；
关于语言：A语言》B语言》C语言；
1954年-1956年，第一门高级程序设计语言：FORTRAN,特别适合做数学计算；
1960年1月，Alan J.Perlis 在巴黎的软件专家讨论会上发表了“算法语言Algo 60报告”，宣告了长须设计语言的Algo 60 的诞生，标志着计算科学的诞生，是计算科学的里程碑，简称：A 语言；
1970年，贝尔实验室的 Ken Thompson 为了写一个游戏发现没有操作系统，写一个操作系统发现没有好用的语言，所以在A语言的基础上创造了 B 语言，然后写了一个操作系统，这个操作系统的名字叫做：UNIX，UNIX在计算机操作系统发展史上，具有不可撼动的位置，是当时甚至是现在，最先进的操作系统之一；
1972-1973 年的时候，贝尔实验室的另一个人Dennis Ritchie 和 Ken Thompson 在B语言的基础上发展和完善出C语言，并在C语言的基础上重写了 UNIX；
留有大胡子的程序员写出系统都会被流行；
目前为止，C语言的国际版本最新版本：C11，此标准下载需付钱，但可以搜索免费版；
C++ 语言的国际版本最新版本：C++2011（正文1180页）；
C语言规范和C++语言规范是两个不同的规范，是相互独立的，C++包含了C 的所有的特性；
本次课程：才C++的环境中，学习C语言；
C版本版本
学习一门的程序设计语言怎么学（学习攻略）？
语言的种类千差万别，但是一般来说，基本成分不外四种（所有的程序设计语言，关注这4个部分就够了——计算机科学技术百科全书）：
数据成分：用以描述程序中所涉及的数据；
运算成分：用以描述程序中所包含的运算；
控制成分：用以表达程序中的控制构造（顺序，分支，循环）；
传输成分：用以表达程序中数据的传输；
程序设计语言的构成
学习攻略
下面开始理性认识C程序阶段（感性》理性》函数》指针）；
感性：程序抄写；
理性：练习；
C语言的基本构成成分（1/9）；
数据成分：
内存的认识：
每个字节属于一个存储单元，每个存储单元都有自己的地址，用十六进制的表示；
变量：C++里的变量必须先定义，再使用；
定义一个变量，计算机所做的操作：找到几个连续的存储空间，为这片存储空间取一个名字（变量名），将变量的初始值放到存储空间里，记下变量的名字和这片存储空间的起始地址的对应关系；然后就可以使用变量名对这片空间进行读写；
整形数据的分类（2/9）
基本型：int
短整型：short /short int
长整型：long /long int
按照在存储单元中所占的内存大小来区分的；
C语言的定于宽泛，整型和长整型长度相同的（所以C++里的长整型基本不用）；
Sizeof 运算符 测定某种数据类型的长度（字节）：
根据有无符号区分（无符号的不能表示负数，有符号的:第一位表示符号位，0表示正数，1表示负数）：
在不写明的情况下，默认为都是有符号；
整型数据的分类
sizeof运算
数据分类
数据的存储（3/9）：
signed VS. unsigned
正整数的表示方法，和负整数的表示方法是不同的；正整数存储的是原码，负整数存储的是补码；
负数补码的求法；
负数为什么不存储原码？计算机原理的课会说明，总的来说是非常有利于在计算机中的运算，效率会高很多；
负数的存储
负数补码的求法
整数的输出（4/9）：
打印一个数的二进制表示》打印一个数的十六进制表示即可，打印控制写成 hex，可以看到任何一个数的十六进制表示，也就看到了2进制的表示，（f:1111）；八进制表示：oct（7：111）；十进制：dec；
把一个二进制数写入到程序里：
转化为十六进制，再写（只要以0x开头，如oxffff 计算机就会把ffff识别为十六进制数，同理，以0开通的数，默认为是八进制的数如0375）；
十六进制输入程序
输入八进制
打印一个数的八进制
最大、最小的整数（5/9）
某一种数据整数的最大值（整型无符号：42亿，定义的数不能超过这个数，整型有符号：最大21亿，最小-21亿）；
1000 0000 0000 0000 0000 0000 ,此处，1即表示符号位，也表示最高位；
使用须知：
变量一定要初始化，不初始化，值会错乱；
最小的整数
整型数据范围
浮点型的分类（6/9）
浮点型=实型；
精度：
浮点型
字符型（7/9）
字符集不超过256个；ASCII Character Codes；
字符型的是可以和整型的数混用；
转义字符（利用字符的方式，表达一些相关的信息）：
\n：换行； \a ：滴 响一下；
使用须知
布尔型（8/9）
占一个字节；
字节是计算机所能控制的，最小存储单位，布尔虽然只用一位就可以了，但是要分配一个字节；
即使是位运算，也是以字节为单位进行操作的；
布尔类型的存储：非0即1；（BOOL A = -100; 打印结果：A= 1;）
布尔型
C++基本数据类型
常量（9/9）
程序中，所有数都是有类型的—常量也一样；
常量的数据类型怎么表示？
常量
常量类型
字面常量：写在程序中的数；
符号常量：用一个标识符代表一个常量的，称为符号常量；
容易改；使用把过程中，它的值不会被改变；
是通过常量的后缀来表示的；
不写L即当做，整型数据来处理；
后缀可以联合使用；
变量的名字（9+1）
什么样的名字是合法的：标识符；标识符不能与保留字相同；
标识符
什么样的名字才是好名字？
匈牙利命名法；
驼峰命名法：
驼峰命名法
没必要使用一种命名法，命名所有的标识符，合适的地方使用合适的命名方法；
可以有自己的命名方法，清晰易懂即可（正确性的前提下，增加可读性）；最好给变量加注释；
正确的学习方式：了解但不陷入细节；知道他的参考资料在哪里，但不是马上去了解；
计算概论（A） 程序设计部分 C语言的构成部分-运算成分
C语言中的运算符（1/9）；
C语言中的运算符
赋值运算的基本功能（2/9）
1，当两边的类型不同的时候；
2，长数赋值给短数（数值可能会变）：
2-1，长数的低位按照短数的长度截断，赋值给短数；
2-2，赋值赋的是什么，短数的值就是什么，有可能与长数的值相差很多；
3，短数赋值给长数；
4，符号位的处理（数值可能会变）；
赋值运算符
赋值运算符
赋值运算符
赋值运算符-要点3
小节：
1，当两边类型不同，自动完成类型转换；
2，当长数赋值给短数，截取长数的低位给短数；
3，当短数赋值给长数，原来什么数，现在还是什么数；
4，符号位的赋值处理，直接赋值，不管是符号位还是数字位；
赋值运算 附加说明-表达式
C语言‘=’ 属于表达式；
1，赋值语句也是一种表达式，也是有返回值的；
2，复合的赋值运算算；
3，连续的赋值运算；
表达式：运算符的优先级，同一级别的，自右向左的结合顺序；
连续赋值运算可读性不好，不建议写（容易被别人读懂的程序，才更有可能被维护下去，才更有生命力）；
表达式
赋值表达式
赋值表达式
算术运算符之符号优先级（4/9）
编译器不同，小数的精确取值方法有可能不同，有可能四舍五入，有可能是五舍六入；
优先级的问题很重要：%（模运算）与乘数是同一级的；
加减：同一级别的混合，从左向右计算；
算术运算符和算术表达式
横向箭头是计算之前必定要先进行的一步转换；
纵向箭头是，低级别的数要转换成高级别的之后再进行计算；
类型转换
算术运算符之输出自增、自减（5/9）
++ 和 — — 只适用于变量，不适用于表达式；（-i）++ ;报错； ++i++ ；也会报错因为 右边++优先计算，i++而且本身就是表达式，而++ 不能修饰表达式；也会报错；
VC下面打印中，如果包含多个表达式，是遵循从右向左计算的；
注意：d = （a=b++）+（e=b）的运算，‘+’ 运算之后再 ‘++ ’ ；结果：d = d*2;
如果对运算的顺序感兴趣，编译器在debug的状态下可以看到每一步的编译顺序/运算顺序；
自增、自减
自增、自减
自增、自减
关系运算（6/9）
关系运算表达式的值，成立返回‘真’，不成立返回‘假’；
运算符的优先级：算术运算符》关系运算符》赋值运算符；
关系运算符
运算符的优先级
逻辑运算（7/9）
三种最基本的逻辑运算：与&& 、或 || ，非！
逻辑运算符的优先级： 非 》 与 》 或；
在不熟悉各种运算优先级的情况下，加括号；
逻辑运算的取舍；
逻辑运算之混合运算；
逻辑运算符
逻辑表达式的值
混合运算的优先级
路基运算的取舍
路基运算的取舍---举例
示例
运算对象的扩展
示例
其他运算符（8/9）
1，逗号运算符
在所有运算符的优先级中，级别是最低的；
2，条件运算符（等同于if语句，if语句可读性更高）
3，强制类型转换；
逗号运算和表达式
条件运算符
强制类型转换
选讲内容 --- 位运算（9/9）
通过对字节为单位的操作实现位运算；
双目运算符：由两个操作数参与；
单目运算符：只有一个操作数参与；
与运算：按位与；
或运算：按位或；
异或运算：按位与或；
取反运算：每一位都取反；
左移位运算：
在没有溢出（有1 被移出）的情况下相当于乘以/除以2倍；
优先级，具体参照运算优先级列表；
C语言的基本成分-控制成分
位运算
与运算
或运算
异或运算
取反运算
左移运算
右移运算
右移运算的符号处理
不同长度数据的位运算
复合赋值运算
算符优先级
按位与的用途
异或的用途
抑或用途
计算机长须的基本结构
控制成分（1/3）
顺序语句，分支语句，循环语句；
单入口，单出口的程序：我们所写的所有的程序都具备这个特点，任何程序的执行，都是有唯一的一个入口，唯一的一个出口的；这是结构化程序语言的特点；
结构化程序设计（后面讲）；
分支语句：if ，switch；
Case 只提供一个执行的入口；不加break的情况下，找到入口会一直向下执行，直到遇到break；
default 也是一个入口，与default放在前面或后面都一样，而且需要break；
计算机程序的基本结构
if语句
switch语句
举例
早期的程序控制方法 goto的故事（3/3）
goto 无条件暂转换；不建议使用，
Goto 之争；牛人站出来说句话：高德纳
Goto语句的讨论
Goto语句的讨论
Goto语句的讨论
C程序中的数组
数组是最常用的数据结构；
数组的定义（1/5）
补充说明：
数组的大小：定义下标不能为变量，C语言不支持变长的数组，可以使用符号常量或者宏定义来定义数组大小，以便于修改；
数组的初始化：只定义没有对元素进行初始化，数值为默认一个最大的负值；可以初始化但不给大小；定义了大小，只给部分元素赋值，其他剩余的元素默认为赋值0，如之定义第一个元素为0，剩余默认为全是0；定于元素多于下标，报错；
注意：下标从0开始；
数组的定义
变量不能做下标
符号常量可以做下标
宏定义可以做下标
数组的初始化：
数组的初始化
元素都不赋值的情况
只初始化元素不写下标
为一部分元素赋值
只给第一个元素赋值
元素个数超过下标
二维数组的定义（2/5）
二维数组可以看做由多个一维数组的集合；
存储数据列表；
存储：拉成一条直线，存储到内存里；
初始化：内层的大括号可以不用写；只指定行数或列数也可以；只对部分元素进行初始化，剩下的默认赋值0；
可以利用下标的对应关系进行赋值；
二维数组
二维数组的存储
二维数组的初始化
不写小括号
不写行的下标
下标或元素不全
初始化为0
使用下标
三维数组的定义（3/5）
二维数组也可以看做由多个一维数组的集合；或多个二维数组的排列；
存储：将三维数组切成二维数组来存储，二维数组再拉成一维数组；
最好不要定义三维以上的数组，减少出错概率，提高程序可读性；
三维数组
三维数组的存储
数组的作用之用数组做统计（4/5）
数组的下标与数据的对应关系，可以用来做整数的统计；下标特别有用；
数组的作用
数组统计应用1
数组统计应用1
数组统计应用2
数组统计应用2
数组的作用之下标做数轴（5/5）
筛法求素数：
找素数：
方法1：一个一个的区分是不是素数；
方法2：筛法求素数（删除所有的合数剩下的全是素数）；
求开方，被开方的数必须为double，所以被开方数要写成小数；
以打基础为主，而不是达到一定的水平；
数组统计应用3
数组统计应用3
数组统计应用3
数组统计应用3
数组统计应用3
字符数组与字符串
什么是字符串（1/5）
字符数组的初始化
认识字符串：
所有的字符串都是以 \0 结尾的，所有以 \0 结尾的字符数组都可以被看作为“xxx”的字符串；
关于赋值：字符串对字符数组赋值，只能出现在定义环节；但可以对单个元素进行赋值；
字符数组可以当数组使用；
二维字符数组：也是直接赋值字符串；
输入缓冲区（2/5）
单独来讲：太常用了；
字符/字符数组/字符串的输入与输出
输入缓冲区：键盘打印完毕 回车，输入内容包括回车就会被临时存储到一个叫做输入缓冲区的地方；程序就会到输入缓冲区读取字符；使用指针来标定哪些字符是被读取过的，那些是尚未被读取的；指针只能向后移动；
关于cin输入：数据存储到数据缓冲区之后，cin就负责读取这一块数据，将数据给与对应的变量；cin不能进行数据类型转换，输入的数据类型不正确，cin即没办法读取；cin会把空格和回车都当做数据输入区分的标志；如果cin能够读到正确的数，就会返回一个非零的数，否则就会返回0，表示读取错误，可以使用cin这个特性，来书写很多支持连续输入的程序；
一个字符的输入（3/5）
方法1，cin输入；
cin读取的时候，会跳过空格和回车；如何终止输入：control+z;
方法2，cin.get()输入；是cin里面的一个方法；cin.get()读取的过程中，不会跳过空格和回车，会将空格和回车都读取并且打印出来；停止：control+z;
EOF：文件结束的标志；
cin.get(char)
读取赋值给C，并且打印；
方法3，getchar（）输入
读取的时候不跳过任何字符，把^Z也会打印出来；
第66节和第67节是一样的，没有（4/5）
字符串例题（5/5）
字符串加密：凡是使用字符串替换字符串的方法，都容易被破解，使用自出出现的概率进行破解；
字符串拼接
统计单词数：
找到一个单词开始的标志位；不用关心单词是什么有多长；
讲述这么多细节，是因为缺少了北大的实验课而网络课没有试验课；
课程结束
课程结束
下次课程：
C程序设计进阶
参考资料：
短绠不汲深泉！
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