電腦世界的通關密語：電腦編程基礎（簡體書）

《電腦世界的通關密語:電腦編程基礎》內容簡介：在我們生活的世界中，各種各樣形形色色的事物和現象，其中都必定包含著科學的成分。在這些成分中，有些是你所熟知的，有些是你未知的，有些是你還一知半解的。面對未知的世界，好奇的你是不是有很多疑惑、不解和期待呢？！“形形色色的科學”趣味科普叢書，把我們身邊方方面面的科學知識活靈活現、生動有趣地展示給你，讓你在暢快閱讀中收獲這些鮮活的科學知識！電腦為什么能夠進行各種各樣的命令處理呢？其實，不僅僅是電腦，手機、家用電器等幾乎所有設備，都是通過其內部的操作程序來實現多種功能的。如此復雜的程序處理，實際上是由許許多多的簡單程序相互嵌入實現的。了解了這些，我們就能更加深刻地體會到電腦編程對我們生活的重要性了。《電腦世界的通關密語:電腦編程基礎》適合青少年讀者、科學愛好者以及大眾讀者閱讀。

作者：(日本)杉浦賢 譯者：滕永紅

杉浦賢 ，在System Rord Inc負責制作與微型計算機控制相關的程序。現在主要從事利用C、C++、C#、VB.NET語言開發用于Windows系統軟件的工作。同時還擔任軟件公司的新人培訓講師和計算機專門學校的業余講師。其著作主要有《算法基礎》(SoftBank Creative)、《圖解算法基礎和結構》(秀和System)等。

電腦、手機、家用電器等幾乎所有設備，都是通過其內部的操作程序來實現多種功能的。如此復雜的程序處理，實際上是由許許多多的簡單程序相互嵌入實現的。明白這些，我們就能更深刻地體會到電腦編程對我們生活的重要性了。“電腦是如何執行各利，程序的呢？”對此心存疑惑和將要學習編程的人們，
杉浦賢編著的《電腦世界的通關密語——電腦編程基礎》就是大家最好的選擇。彩色的圖畫、簡明易懂的解說，馬上開始輕松的“編程之旅”吧！

第1章 計算機的結構
001 計算機由五個功能部件組成
002 用CPU（中央處理器）進行控制和運算
003 寄存器和時鐘也是構成CPU的重要元件
004 寄存器的種類由其用途決定
005 內存（主存儲器）具有保存信息的功能
006 內存空間是把地址值作為下標的數組
007 內存分ROM和RAM兩種
008 根據不同用途來區分使用ROM和RAM
009 外部設備負責信息輸入輸出功能
010 總線是信息傳輸的公共通道
COLUMN 計算機之父——約翰?馮?諾依曼
第2章 計算機內部的數據表示方法
011 計算機所處理的最小數據單位是bit
012 用二進制數表示計算機中的數據很方便
013 用八進制數和十六進制數使二進制數變得易于識別
014 把二進制數轉換為十進制數的基數變換方法
015 把十進制數轉換為二進制數的基數變換方法
016 把八進制數、十六進制數轉換為十進制數的基數變換方法
017 把十進制數轉換為八進制數、十六進制數的基數變換方法
018 把二進制數與八進制數、十六進制數相互變換的基數變換方法
019 計算機數據的基本單位是字節
020 根據數據大小來決定其能處理的數值范圍
021 在處理負數時采用2的補數（補碼）
022 正數與負數的轉換方法
023 利用補碼能表示的數值范圍
024 通過BCD碼表示十進制數
025 所有的字符都有固定的字符編碼
026 計算機處理漢字的字符編碼體系
027 計算機所處理的字符串的表示方法
COLUMN 記住2的n次方的值
第3章 二進制位數據的操作
028 邏輯或運算——兩者中只要有一個為“1”其結果就為“1”的運算
029 想要把特定位置的位變為“1”，就進行邏輯或運算
030 邏輯與運算——兩者均為1時其運算結果才為1
031 想要把特定位置的位變為0時，就進行邏輯與運算
032 利用邏輯與運算判斷特定位置位的值
033 異或運算——如果兩個位值不同，其運算結果就為“1”
034 利用異或運算反轉特定位
035 邏輯非運算——把“1”變為“0”，把“0”變為“1”
036 邏輯運算的基本公式
037 利用德摩根定律整理否定邏輯
038 左移運算——把二進制位向左移動指定位數
039 通過左移運算能夠使數據變為原來的2倍、4倍、8倍
040 右移運算——把二進制位向右移動指定位數
041 通過右移運算能使數據變為原來的1/2、1/4、1/8
042 利用位移有效地將原值擴大10倍的方法
043 利用位移有效地進行二進制數的乘法運算
044 加1運算與減1運算
COLUMN 上溢時的日期和時間
第4章 I/O控制
045 控制外部設備的窗口是I/O接口
046 從外部設備中讀取數據
047 向外部設備輸出信息的方法
048 定時檢查外部設備的輪詢方式
049 外部設備變化就會執行中斷處理的中斷方式
050 臨界區是多個進程影響同一信息的區域
051 在臨界區禁止中斷
COLUMN 串行和并行哪個快？
第5章 程序運行的“奧妙”
052 程序編碼由機器語言代碼群構成
053 通過程序計數器依次執行程序
054 時鐘振蕩器是管弦樂隊的指揮者
055 通過復位功能來啟動程序
056 基本指令是利用寄存器來處理運算
057 標志寄存器會根據運算指令的結果變化
058 比較指令是只讓標志寄存器發生變化的減法運算指令
059 通過Load指令、Store指令在內存和寄存器之間傳輸數據
060 立即數（immediate）在指令編碼內直接指定有效地址
061 寄存器間接尋址是通過存放在索引寄存器中的值指定有效地址
062 利用帶有OFFSET的寄存器間接尋址能夠表示數組的下標
063 通過程序計數器相對尋址方式可以制作出可復位程序
064 通過無條件轉移指令能夠執行特定地址的機器語言指令
065 通過標志寄存器和條件轉移指令能改變處理的流程
066 通過條件轉移指令控制反復處理
067 利用索引寄存器依次訪問內存內容
068 由堆棧指針所管理的內存區域為堆棧區域
069 把數據壓入堆棧中稱為PUSH，把從堆棧中讀取數據稱為POP
070 通過利用堆棧的轉移指令安裝子程序調用程序
COLUMN 堆棧上溢和堆棧下溢
第6章 加快指令執行速度的結構
071 高速緩存暫時存儲主存儲器的值
072 內存交錯把主存分為多個BANK來讀取數據
073 CPU執行指令時包括取出指令階段和執行指令階段
074 先行控制和流水線控制可并列處理指令執行步驟，以提高指令執行速度
075 采用并行處理、多個處理器分擔處理，可縮短處理時間
COLUMN CISK計算機和RISK計算機
參考文獻

001 計算機由五個功能部件組成
計算機具有如下所示的五種功能。
1 控制（相當于大腦）
2 運算（相當于大腦）
3 存儲（相當于大腦）
4 輸入（相當于眼睛和耳朵）
5 輸出（相當于手和腳）
控制是指給出一定的操控指令，指令計算機的各部件按照執行程序的順序和給出的指令來操控的功能。運算是指進行四則運算和邏輯運算等各種運算的功能。在計算機中，負責控制功能和運算功能的是中央處理器（central processing unit，CPU）。
存儲是指暫時或半永久性地保存記錄了信息處理步驟的程序和在執行程序的過程中所需要的信息（數據）的功能。在計算機中，負責存儲功能的主要是內存儲器（內存，memory），也被稱為主存儲器。另外，還有一些外部設備，如硬盤驅動、DVD 、USB 存儲器等，因為它們都能夠半永久性地保存信息，所以也將它們稱為輔助存儲器，又稱為外存儲器（外存）。
輸入是指將外部信息輸入計算機的功能。例如，鍵盤、鼠標、觸摸屏等外部設備就負責此功能。
輸出是指將計算機內部的某一處理結果和對輸入操作所作出的反應結果等輸出的功能。像打印機和顯示器等外部設備就負責此功能。
除這五個功能部件外，還有一個被稱為總線（bus）的通道，它是在計算機的各種功能部件之間傳送信息的公共通信干線，就好比人的神經細胞。
計算機擁有控制、運算、存儲、輸入、輸出這五種功能。
我們將在各個功能部件之間傳輸信息的通道稱為總線。
圖1構成計算機的功能部件
圖2構成計算機的裝置
控制器運算器
輸入裝置輸出裝置信息
內存（主存儲器）
輔助存儲器
信息
信息
計算機由控制、運算、存儲、輸入、輸出五個功能部件組成。
CPU（控制運算器）內存（主存儲器）硬盤驅動（輔助存儲器）鍵盤（輸入裝置）顯示器（輸出裝置）實際上組成計算機的就是這些硬件！
用CPU（中央處理器）進行控制和運算
在計算機的五個功能部件中進行控制和運算的是CPU。CPU由如下所示的進行控制的控制器和進行運算的運算器組成。
<控制器>
控制器的主要功能是讀取內存（主存儲器）上的執行指令，并解譯該指令的內容，然后指示其他裝置去執行該指令所需要的動作（圖1）。
例如，在高樓建筑現場負責現場監督的就是控制器。現場監督的內容就是讀取設計圖和作業程序手冊上的信息，明確指示施工人員按照一定的程序進行施工。控制器就是讀取內存上所記錄的執行指令（相當于設計圖和作業程序手冊），然后根據該指令內容向相當
于施工人員的各種裝置發出指示。
<運算器>
正確地說，運算器應當被稱為算術邏輯運算裝置（arithmetic logic unit，ALU），它負責進行各種運算。實際上就是在計算機處理中發揮著電子計算器的功能（圖2）。
例如，如果控制器解譯的執行指令是“把A和B相加”，實際上就是進行加法運算，那么給出答案（A與B之和）的就是運算器。
運算器能夠進行四則運算、邏輯運算（邏輯加法、邏輯乘法等）、比較運算、位移運算等各種運算，現在有些CPU還能進行更加高級的運算（浮點運算等）。
控制器發揮著指示作業程序的現場監督的作用。
運算器發揮著進行各種運算的電子計算器的作用。
第1章 計算機的結構
圖1控制器的作用
圖2運算器的作用
指令
指令指令
解譯
指示
指令
指令
讀取
作業程序手冊
下面的
工序是……
理解
程序
發出指示
現場監督工作人員
控制器發出指示作業程序的指令，就好比在進行現場監督一樣
控制器
301020
運算器
運算結果
加法電路加法電路
運算器會進行各種運算，就像電子計算器一樣
003 寄存器和時鐘也是構成CPU的重要元件
在CPU（圖1）中除了有控制器和運算器外，還帶有寄存器（register）和時鐘（clock）。
<寄存器>
寄存器是位于CPU內部的高速存儲裝置。但是，它存儲數據的容量很小，因為其寄存的CPU不同而各不相同，一般CPU內部有幾個到幾十個寄存器，并且每個寄存器根據其用途的不同都有一個名字。
寄存器的主要作用（圖2）如下：
讀取并保存內存（主存儲器）中的數據。
臨時保存在運算電路中被計算的值。
保存下一個要執行的指令所指向的位置。
如果把放置了大量書的書架比作內存（主存儲器），當要讀書架中的某本書或要做筆記記錄時，就必須把書從書架中拿下來然后放在桌子上。寄存器的作用就好比這個例子中的桌子。因為桌子的空間有限，就只能在桌子上展開幾本書。并且讀完書或做好筆記記錄后，為了后續作業，還要將那本書放回書架（主存儲器）。
<時鐘>
時鐘信號是計算機運行的動力源，它的作用是使構成計算機的各個部件的動作時機吻合（圖3）。產生時鐘信號的電路是時鐘發生器，它具有類似于發條裝置玩具上發條的功能。
寄存器是CPU處理數據時的數據暫存場所。
時鐘就好比計算機運行時的動力源。