C语言基础一之预备知识(计算机结构组成、计算机系统组成、进制、原码反码补码)
一. 计算机介绍
1.计算机结构组成
冯·诺依曼体系结构冯·诺依曼理论的要点是：数字计算机的数制采用二进制；计算机应该按照程序顺序执行。
根据冯·诺依曼体系结构构成的计算机，必须具有如下功能：把需要的程序和数据送至计算机中。必须具有长期记忆程序、数据、中间结果及最终运算结果的能力。能够完成各种算术、逻辑运算和数据传送等数据加工处理的能力。能够根据需要控制程序走向，并能根据指令控制机器的各部件协调操作。能够按照要求将处理结果输出给用户。
将指令和数据同时存放在存储器中，是冯·诺依曼计算机方案的特点之一 计算机由控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备五部分组成 冯·诺依曼提出的计算机体系结构，奠定了现代计算机的结构理念。
2.计算机系统组成
3.程序和指令
指令是对计算机进行程序控制的最小单位。
所有的指令的集合称为计算机的指令系统。
程序是伪完成一项特定任务而用某种语言编写的一组指令序列。
二.进制
进制就是进位制。比如我们平时使用的是十进制，逢十进一，9+2=11=9+1+1；我们生活中时间计算小时使用的二十四进制，二十四进一，二十四小时过了，就加一天。
1.二进制
计算机底层使用的就是二进制。二进制数据是用0和1两个数码来表示的数。它的基数是2，进位规则是“逢二进一”，借位规则是“借一当二”。
数据在计算中主要是以补码的形式存储的。
十进制整数转化二进制的方法：除以2，分别取余数和商数，商数为0的时候，将余数倒着数就是转化后的结果。
十进制小数转换成二进制：小数部分和2相乘，取整数，不足1取0，每次相乘都是小数部分，顺序看取整后的数就是转化后的结果。
注意：乘的时候只乘小数部分；0.432只有3位，故只需3位；0.432的二进制为:0.011。
2.八进制
八进制，Octal，缩写OCT或O，一种以8为基数的计数法，采用0，1，2，3，4，5，6，7八个数字，逢八进1。一些编程语言中常常以数字0开始表明该数字是八进制。
八进制二进制相互转换
八进制一位对应二进制三位
十进制转换八进制的方法：
用十进制数除以8，分别取余数和商数，商数为0的时候，将余数倒着数就是转化后的结果。
3.十六进制
十六进制（英文名称：Hexadecimal），同我们日常生活中的表示法不一样，它由0-9，A-F组成，字母不区分大小写。与10进制的对应关系是：0-9对应0-9，A-F对应10-15。
十六进制一位对应二进制四位
十进制转换十六进制的方法：
用十进制数除以16，分别取余数和商数，商数为0的时候，将余数倒着数就是转化后的结果。
4.C语言表示相应进制数
十进制 以正常数字1-9开头，如123
八进制 以数字0开头，如0123
十六进制 以0x开头，如0x123
二进制 C语言不能直接书写二进制数
案例：
#include
<stdio.h>
int
main()
{
int
a
= 123; //十进制方式赋值
int
b
= 0123; //八进制方式赋值，
以数字0开头
int
c
= 0xABC; //十六进制方式赋值
//如果在printf中输出一个十进制数那么用%d，八进制用%o，十六进制是%x
printf("十进制：%d\n",a
);
printf("八进制：%o\n",
b); //%o,为字母o,不是数字
printf("十六进制：%x\n",
c);
return
0;
}
三.计算机内存数值存储方式（原码、反码、补码）
整数的原码、反码、补码都一样。
1.原码
最高位为符号位，0代表正，为1代表负，数值部分就是数值本身绝对值的二进制数。
案例：
十进制数 原码
+15 0000 1111
-15 1000 1111
+ 0 0000 0000
- 0 1000 0000
2.反码（通常作为 求补码 中间过渡）
对于负数，符号位不变，其余位取反。
3.补码：在计算机系统中，数值一律使用补码存储。
对于负数，其补码为它的反码 +1
补码求原码：补码符号位不动，其他为求反，最后整个数+1，得到原码。
案例：
十进制数 原码
+15 0000 1111（正数原码、反码、补码一样）
-15 1000 1111
+ 0 0000 0000
- 0 1000 0000
4.补码的意义
(1) 补码统一了零的编码
案例：用8位二进制数分别表示+0 和 -0
用原码：
+ 0 0000 0000
- 0 1000 0000
用反码：
+ 0 0000 0000
- 0 1111 1111
用补码：
+ 0 0000 0000
- 0 10000 0000 （1进位丢失）
所以，补码统一了零的编码。
(2) 两个用补码表示的数相加时，如果最高位(符号位)有进位，则进位被舍弃
案例：计算9-6
原码计算：
补码计算：
(3)在计算机系统中，数值一律用补码来存储，主要原因是：
统一了零的编码
- 将符号位和其它位统一处理
- 将减法运算转变为加法运算
- 两个用补码表示的数相加时，如果最高位(符号位)有进位，则进位被舍弃