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期末不挂科
计算系统基础
第3次开课
开课时间: 2019年11月04日 ~ 2020年02月10日
学时安排: 3-5小时每周
当前开课已结束 已有 17983 人参加
立即自学
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spContent=通过我们的课程,你可以学会使用C语言编程;同时,你还可以知晓C程序的执行奥秘!
通过我们的课程,你可以学会使用C语言编程;同时,你还可以知晓C程序的执行奥秘!
—— 课程团队
课程概述

  我们的课程将给大家介绍:一个“问题”是如何通过“计算机”求解出来的。

以一个简单的“将10个整数排序”这个问题为例:

首先,我们要选择一个排序算法;如果我们使用一种被称为“冒泡排序”的算法;下一步,就是选择一种计算机使用的语言—C程序设计语言;将它编写为一个C程序;然后,将这个C程序通过键盘输入到计算机中。

在计算机中,这个C程序是怎样执行出结果的?

我们先来看看计算机是怎么组成的。计算机的最基本组成元件是晶体管;使用晶体管,可以构建数字逻辑电路;进而,构建出算术逻辑单元ALU、存储器和控制器;选择一个“指令集结构”来设计ALU、存储器和控制器,再加上键盘和显示器,采用冯诺依曼结构;就可以构建出一个计算机的硬件系统。在本课程中,我们选择的“DLX指令集结构”。因此,我们把这个计算机叫做“DLX机器”。

这个采用冒泡排序算法的C程序,现在,还不能直接被这台计算机执行。

首先,因为计算机接受的是二进制指令,也就是0和1组成的指令。所以,需要使用翻译程序把这个程序翻译为“DLX机器”的指令序列;然后再存到存储器中,在控制器的控制之下,被算术逻辑单元执行。

其次,当我们在计算机中执行这个程序时,我们还会用键盘输入,在显示器上看结果,这就需要用到操作系统的输入/输出设备管理程序。最后通过显示器,我们就看到了结果。

当我们了解了在计算机中程序是如何运行的原理之后,我们再来学习C语言的指针、数组、运行时栈、指针或数组作为函数参数等知识时,就可以达到“事半功倍”的效果了。

通过我们的课程,你可以学会使用C语言编程;同时,你还可以知晓,你编的程序,是怎样在计算机中,通过电子的流动,被一步步执行出来。


授课目标

    通过我们的课程,你可以学会使用C语言编程;同时,你还可以知晓,你编的程序,是怎样在计算机中,通过电子的流动,被一步步执行出来。特别提示:前一部分,比较简单;后一部分,需要先学习一个简化的MIPS汇编语言,有一定难度,学习也需要投入一定的精力。

课程大纲

第一部分 C程序设计

1 C程序设计简介 —— 1.1 高级程序设计语言

1 C程序设计简介 —— 1.2 第一个例子:Hello World

1 C程序设计简介 —— 1.3 GCC编译器

2 类型和变量 —— 2.1 类型和变量

2 类型和变量 —— 2.2 运算符

2 类型和变量 —— 2.3 格式化输入输出

3 结构化程序设计和控制结构 —— 3.1 结构化程序设计

3 结构化程序设计和控制结构 —— 3.2 选择结构

3 结构化程序设计和控制结构 —— 3.3 循环结构

3 结构化程序设计和控制结构 —— 3.4 问题求解

4 测试和调试 —— 4.1 程序设计过程

4 测试和调试 —— 4.2 缺陷和测试

4 测试和调试 —— 4.3 调试

4 测试和调试 —— 4.4 正确编程

4 测试和调试 —— 4.5 调试工具GDB

第一部分 C程序设计 单元测验

第二部分 通用电子数字计算机的工作原理

5 冯·诺依曼模型 —— 5.1 通用电子数字计算机

5 冯·诺依曼模型 —— 5.2 冯·诺依曼模型主要思想

6 数据的机器级表示 —— 6.1 比特和数据类型

6 数据的机器级表示 —— 6.2 整数数据类型

6 数据的机器级表示 —— 6.3 浮点数类型

6 数据的机器级表示 —— 6.4 十六进制表示法

6 数据的机器级表示 —— 6.5 ASCII码

6 数据的机器级表示 —— 6.6 C语言中的数据类型与二进制表示

7 数字逻辑电路 —— 7.1 二进制逻辑运算

7 数字逻辑电路 —— 7.2 晶体管

7 数字逻辑电路 —— 7.3 门电路

7 数字逻辑电路 —— 7.4 组合逻辑电路

7 数字逻辑电路 —— 7.5 基本存储元件

7 数字逻辑电路 —— 7.6 时序逻辑电路

7 数字逻辑电路 —— 7.7 存储器

第二部分 通用电子数字计算机的工作原理 单元测验

第三部分 DLX机器

8 指令集结构 —— 8.1 指令集结构

8 指令集结构 —— 8.2 DLX指令集

8 指令集结构 —— 8.3 DLX处理器

9 机器语言与汇编语言 —— 9.1 DLX机器语言

9 机器语言与汇编语言 —— 9.2 DLX汇编语言

9 机器语言与汇编语言 —— 9.3 汇编过程

9 机器语言与汇编语言 —— 9.4 DLX汇编语言开发环境

10 输入和输出 —— 10.1 I/O基础

10 输入和输出 —— 10.2 DLX自陷机制

10 输入和输出 —— 10.3 DLX服务例程

11 子例程 —— 11.1 子例程机制

11 子例程 —— 11.2 示例:两个多位整数加法

11 子例程 —— 11.3 递归调用子例程

第三部分 DLX机器 单元测验

第四部分 C语言的执行奥秘

12 函数 —— 12.1 函数

12 函数 —— 12.2 C函数在底层的实现

12 函数 —— 12.3 C中的库函数

12 函数 —— 12.4 C中的I/O

13 指针和数组—— 13.1 指针

13 指针和数组—— 13.2 数组

13 指针和数组—— 13.3 字符串

第四部分 C语言的执行奥秘 单元测验

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预备知识

无,适合于零起点的学生。

证书要求

为积极响应国家低碳环保政策, 2021年秋季学期开始,中国大学MOOC平台将取消纸质版的认证证书,仅提供电子版的认证证书服务,证书申请方式和流程不变。

 

电子版认证证书支持查询验证,可通过扫描证书上的二维码进行有效性查询,或者访问 https://www.icourse163.org/verify,通过证书编号进行查询。学生可在“个人中心-证书-查看证书”页面自行下载、打印电子版认证证书。

 

完成课程教学内容学习和考核,成绩达到课程考核标准的学生(每门课程的考核标准不同,详见课程内的评分标准),具备申请认证证书资格,可在证书申请开放期间(以申请页面显示的时间为准),完成在线付费申请。

 

认证证书申请注意事项:

1. 根据国家相关法律法规要求,认证证书申请时要求进行实名认证,请保证所提交的实名认证信息真实完整有效。

2. 完成实名认证并支付后,系统将自动生成并发送电子版认证证书。电子版认证证书生成后不支持退费。


参考资料

1、计算机组成与设计——软硬件接口,David A. Patterson, John L. Hennesy

2、计算机系统结构——一种定量的方法,David A. Patterson, John L. Hennesy

南京大学
2 位授课老师
王浩然

王浩然

副教授

冯桂焕

冯桂焕

副教授

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