1、注冊電氣工程師考試基礎部分計算機注冊電氣工程師考試基礎部分計算機 計算機系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。硬件的核心是計算機系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。硬件的核心是CPU；軟件的；軟件的核心是操作系統(tǒng)。核心是操作系統(tǒng)。2.計算機的發(fā)展計算機的發(fā)展v世界上第一臺名為世界上第一臺名為ENIAC的數(shù)字電子計算機于的數(shù)字電子計算機于1946年誕生在美國。年誕生在美國。 經歷經歷4代（硬件軟件都發(fā)生了巨大變化）代（硬件軟件都發(fā)生了巨大變化）v第一代（第一代（1946-1958）采用電子管，速度每秒僅幾千次，內存容量僅幾）采用電子管，速度每秒僅幾千次，內存容量僅幾KB ，主要用于科學計算；用機器語言或匯編語

2、言編寫程序。主要用于科學計算；用機器語言或匯編語言編寫程序。v第二代（第二代（1958-1964）采用晶體管，運算速度每秒達幾十萬次，內存容量擴大到幾十）采用晶體管，運算速度每秒達幾十萬次，內存容量擴大到幾十KB，已由科學計算擴展到數(shù)據處理和自動控制；出現(xiàn)了已由科學計算擴展到數(shù)據處理和自動控制；出現(xiàn)了FORTRAN等高級語言。等高級語言。v第三代第三代(1964-1970) 采用集成電路，運算速度每秒達幾十萬至幾百萬次，開始廣泛應采用集成電路，運算速度每秒達幾十萬至幾百萬次，開始廣泛應用于各個領域；高級語言有了很大發(fā)展，并出現(xiàn)了操作系統(tǒng)和會話式語言。用于各個領域；高級語言有了很大發(fā)展，并出現(xiàn)了

3、操作系統(tǒng)和會話式語言。v第四代第四代(1971年至今年至今) 采用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路，運算速度每秒達幾千萬至采用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路，運算速度每秒達幾千萬至十萬億次，應用范圍已滲透到各行各業(yè)，并進入了以網絡為特征的時代。十萬億次，應用范圍已滲透到各行各業(yè)，并進入了以網絡為特征的時代。3計算機的分類計算機的分類 1)按信息表示分： 數(shù)字計算機、模擬計算機和混合計算機； 2)按用途分: 通用計算機和專用計算機； 3) 按速度、存儲容量、功能、以及軟硬件規(guī) 模分: 巨型機、大中型機、小型機、微型機、工作站與服務器等。4計算機的特點計算機的特點v計算機的主要特點是：數(shù)據處理速度快、計計算機的

4、主要特點是：數(shù)據處理速度快、計算精度高、存儲容量大、具有邏輯判斷能力算精度高、存儲容量大、具有邏輯判斷能力且通用性強。且通用性強。v計算機的主要應用有：數(shù)值計算、數(shù)據處理、計算機的主要應用有：數(shù)值計算、數(shù)據處理、實時控制、輔助設計、人工智能、網絡功能實時控制、輔助設計、人工智能、網絡功能等。等。7.7.2 計算機硬件的組成及功能計算機硬件的組成及功能 計算機系統(tǒng)的硬件與軟件系統(tǒng)： 1）硬件系統(tǒng)(支持計算機運行的電子線路、器件、設備等有形的物理體的集合） 2）軟件系統(tǒng)（支持計算機運行的程序、數(shù)據等無形的信息的集合）計算機硬件的組成計算機硬件的組成微處理器CPU存儲器RAM接口電路時鐘外存I/O設

5、備接口電路存儲器ROM數(shù)據總線DB（雙向）地址總線AB（單向）控制總線CB計算機硬件的功能計算機硬件的功能1中央處理單元中央處理單元 中央處理單元CPU（Control Processing Unit）是微型計算機的核心部件，是包含有運算器、控制器、寄存器組以及總線接口等部件的一塊大規(guī)模集成電路芯片，也稱微處理器MPU（Microprocessing Unit 或 Microprocesser）。 控制器控制器功能：功能： 從存儲器取出指令、分析解釋指令，按照指令要求依次向其他各部件發(fā)出控制信號，并保證各部件協(xié)調一致地工作。 運算器運算器的的功能：功能： 對信息進行加工和處理，特別是完成算術與

6、邏輯運算。寄存器組：寄存器組： 存放操作數(shù)、操作結果等信息2主存儲器主存儲器 主存儲器是微型計算機中存儲程序、原始數(shù)據、中間結果和最終結果等常用的各種信息的部件。 按其功能和性能，可以分為： A A）隨機存儲器）隨機存儲器RAM（Random Access Memory）特點：可讀可寫；掉電信息丟失。應用場合 B B）只讀存儲器）只讀存儲器ROM（Read Only Memory） 特點： 只能讀出不可寫；掉電信息保持。 應用場合 關于存儲器的容量的幾個概念v位（bit）：存儲一位二進制的最小單位v字節(jié)（Byte）：8位二進制位構成一個字節(jié)v字（Word）：一般為16位二進制位（兩個字節(jié)）構成

7、v地址：反映存儲器空間單元的數(shù)量，與計算機地址總線有關。設某計算機地址線有16條，則其地址空間=216 =65536（0000HFFFFH）v存儲容量：存儲二進制信息的數(shù)量 存儲容量=地址空間每個單元的位數(shù) KB=1024 8 MB=1024 KB 8 GB= 1024 MB 8 3輸入設備輸入設備 輸入設備的功能是把程序和數(shù)據信息轉換成計算機中的電信號，存入計算機中。常用的輸入設備有鍵盤、鼠標和光筆等。4輸出設備輸出設備 輸出設備的功能是將計算機內部需要輸出的信息以文字、數(shù)據、圖形、聲音等人們能夠識別的方式輸出。常用的輸出設備有顯示器和打印機等。5總線總線 總線是一種內部結構，它是總線是一種

8、內部結構，它是CPU、內存、內存、輸入、輸出設備傳遞信息的公用通道。在計輸入、輸出設備傳遞信息的公用通道。在計算機系統(tǒng)中，各個部件之間傳送信息的公共算機系統(tǒng)中，各個部件之間傳送信息的公共通路叫總線。按照功能劃分，大體上可以分通路叫總線。按照功能劃分，大體上可以分為地址總線（為地址總線（AB）、數(shù)據總線（）、數(shù)據總線（DB）和控）和控制總線（制總線（CB）。由于地址只能從）。由于地址只能從CPU傳向存?zhèn)飨虼鎯ζ骰騼ζ骰騃O端口，所以地址總線總是單向的，端口，所以地址總線總是單向的，數(shù)據總線一般是雙向的。數(shù)據總線一般是雙向的。6數(shù)數(shù)/模和模模和模/數(shù)轉換數(shù)轉換 D/A轉換器： 能將數(shù)字信號轉換成模

9、擬信號的電路稱為數(shù)/模轉換器。一般用于計算機D/A轉換器的輸出通道。 A/D轉換器： 能將模擬信號轉換成數(shù)字信號的電路，稱為模/數(shù)轉換器。一般用于計算機控制系統(tǒng)的輸入通道。 （1）數(shù)）數(shù)/模轉換的基本原理模轉換的基本原理 數(shù)字量是用二進制表示的，為了將數(shù)字量轉換成模擬量，將每位二進制數(shù)按其權的大小轉換成相應的模擬量，然后將這些模擬量相加，得到與數(shù)字量成正比的總模擬量。 最典型的D/A轉換器是R-2R的T形電阻網絡D/A轉換器i =vO= iRf= 二進制數(shù)與模擬電壓vO成正比。 例如：8位D/A轉換器，全1，即：11111111b=FFH=28-1=255 轉換輸出電壓為5V，問：當數(shù)字量是0

10、1101100時（108），輸出電壓為：108*5/（28-1） 該D/A轉換器能識別的最小電壓是（數(shù)字量00000001時）（2）模）模/數(shù)轉換的基本原理數(shù)轉換的基本原理 在模在模/數(shù)轉換中，因為輸入的模擬信號在時數(shù)轉換中，因為輸入的模擬信號在時間上是連續(xù)量，而輸出的數(shù)字信號代碼是離散間上是連續(xù)量，而輸出的數(shù)字信號代碼是離散量，所以進行轉換時必須在一系列選定的瞬間量，所以進行轉換時必須在一系列選定的瞬間（亦即時間坐標軸上的一些規(guī)定點上）對輸入（亦即時間坐標軸上的一些規(guī)定點上）對輸入的模擬信號采樣、保持，然后再把這些取樣值的模擬信號采樣、保持，然后再把這些取樣值轉換為輸出的數(shù)字量。轉換為輸出的

11、數(shù)字量。 例如：12位A/D轉換器： 最大轉換電壓10v,對應的最大數(shù)字量是：212-1，那么：當輸入電壓為4v時。數(shù)字量是多少？ 4*（212-1）最小識別的電壓是： 10/ （212-1）7.7.3 計算機軟件的組成及功能計算機軟件的組成及功能 計算機軟件分為系統(tǒng)軟件和應用軟件兩大類。 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件：是用來管理、維護計算機及協(xié)調計算機內部更有效地工作的軟件，主要包括操作系統(tǒng)、語言處理程序和一些服務性程序。 應用軟件應用軟件：是為某個具體應用開發(fā)的軟件，如文字處理軟件、殺毒軟件、財會軟件、人事管理軟件等。 1.系統(tǒng)軟件 1)操作系統(tǒng) 它是直接運行在裸機上的最基本的系統(tǒng)軟件，是系統(tǒng)軟件的核

12、心。 功能：CPU管理、作業(yè)管理、存儲管理、文件管理和設備管理。提供用戶與計算機之間的接口。 2)計算機程序設計語言 (機器、匯編、高級語言） 程序設計語言是專門用來為人與計算機之間進行信息交流而設計的一套語法、語義的代碼系統(tǒng)。 幾個概念：指令；機器語言；匯編語言；高級語言。計算機各種語言的特點：機器語言：機器語言： 直接用二進制代碼表示指令系統(tǒng)的直接用二進制代碼表示指令系統(tǒng)的語言稱為機器語言。語言稱為機器語言。 特點：運行快，占內存少，不易編寫和移植。特點：運行快，占內存少，不易編寫和移植。與機器硬件有關。與機器硬件有關。匯編語言：匯編語言：匯編語言是將指令的操作碼和操作匯編語言是將指令的操

13、作碼和操作數(shù)改為助記符的形式書寫的一種語言。數(shù)改為助記符的形式書寫的一種語言。 特點：須經匯編程序翻譯成機器語言才可執(zhí)行，特點：須經匯編程序翻譯成機器語言才可執(zhí)行，速度快，在內存少，與硬件有關，移植性差。速度快，在內存少，與硬件有關，移植性差。 高級語言：是用一種接近于人類的自然語言和數(shù)學語言編寫的程序語言。特點：須經翻譯程序（解釋系統(tǒng)或編譯系統(tǒng)）翻譯成目標代碼才可執(zhí)行，速度慢（相對匯編語言），占內存大，與硬件無關，可移植。解釋系統(tǒng)與編譯系統(tǒng)的差別：編譯過程編譯過程 ：解釋過程：3) 系統(tǒng)服務軟件 系統(tǒng)服務軟件是開發(fā)和研制各種軟件的工具。 （1）診斷程序 ：如：自檢程序 （2）調試程序 ：如：

14、 DEBUG程序 （3）編輯程序 ：如：EDIT 程序2應用軟件幾種應用軟件類別：v文字處理軟件 如： Word 和WPS等 v表格處理軟件 如： Excel v輔助設計軟件 如：AUTOCAD v數(shù)據庫管理軟件 如：FOXPLOR v專用軟件 某企業(yè)或某系統(tǒng)專用信息表示信息表示 信息在計算機內的表示信息在計算機內的表示 1數(shù)值信息數(shù)值信息 數(shù)值信息在計算機中都是用二進制表示的。數(shù)值信息在計算機中都是用二進制表示的。這些數(shù)值信息可以分為整數(shù)和實數(shù)兩大類。這這些數(shù)值信息可以分為整數(shù)和實數(shù)兩大類。這里的實數(shù)是既有整數(shù)又有小數(shù)的數(shù)。里的實數(shù)是既有整數(shù)又有小數(shù)的數(shù)。 數(shù)值碼數(shù)值碼代碼代碼( (研究數(shù)值

15、表示的方法研究數(shù)值表示的方法) )（1）無符號的整數(shù)（正整數(shù)）無符號的整數(shù)（正整數(shù)） 計算機字長是計算機字長是n，則，則 表示的無符號的整數(shù)表示的無符號的整數(shù)范圍是：范圍是：02n-1。例如：。例如：n=8,則用則用2進制表示進制表示的無符號整數(shù)范圍是：的無符號整數(shù)范圍是： 0000000011111111（2）有符號的整數(shù)（整數(shù)）有符號的整數(shù)（整數(shù) ） 最高位為符號位，最高位為符號位，“0”表示表示“+”，“1”表表示示“”。計算機常用原碼、反碼、補碼表示。計算機常用原碼、反碼、補碼表示機器數(shù)。機器數(shù)。 1）原碼）原碼 最高位為符號位，其它位按照一般的方法來表示數(shù)的絕對值。 當計算機字長為n

16、時： X0 X原=X X0 X原=2n-1+X 例如，當機器字長為8位二進制數(shù)時: 9原 = 00001001 -9原 = 10001001 原碼表示的整數(shù)范圍是：（2n-11）（2n-11），其中n為機器字長。8位二進制原碼表示的整數(shù)范圍是1271272）反碼）反碼 對于一個帶符號的數(shù)來說，正數(shù)的反碼與其原碼相同，負數(shù)的反碼為其原碼除符號位以外的各位按位取反。當機器字長為8位時： X0 X反=X X0 X反=2n-1+X（取反） 例如, 當機器字長為8位二進制數(shù)時： +91原01011011= 91反 ； -91原11011011 -91反10100100（3）補碼）補碼 正數(shù)的補碼與其原碼

17、相同，負數(shù)的補碼為其反碼在最低位加1（對負數(shù)的原碼最右邊位掃描遇第一個“1”以后逐位取反）。當機器字長為8位時： X0 X補=X X0 X補=2n lXl +91原01011011 = +91反+91補 -91原11011011 ； -91反10100100 ； 0補00000000 127補01111111 128補10000000補碼表示的整數(shù)范圍是2n-1（2n-11），其中n為機器字長。8位二進制補碼表示的整數(shù)范圍是128127補碼的運算v補碼運算，可以將減法變?yōu)榧臃ㄟ\算，補碼運算，可以將減法變?yōu)榧臃ㄟ\算，使運算更為簡單。使運算更為簡單。v運算規(guī)則：運算規(guī)則：補碼運算：補碼運算：負數(shù)的

18、補碼 = 數(shù)值位逐位求反(反碼) + 1如 +5 = （0 0101） -5 = （1 1011）通過補碼，可以將減法運算轉化為加法運算。即：減去一個數(shù)用加上該數(shù)的補碼來實現(xiàn)例：用二進制補碼運算求出1310 結論：將兩個加數(shù)的符號位和來自最高位數(shù)字位的進位相加，結果就是和的符號 解：例例5：用補碼運算：用補碼運算v25+（-46）=（25）補補=00011001（-46）補補=1101001000011001+ 1101001011101011（11101011）補補=10010101= -21-21運算中的溢出問題運算中的溢出問題v溢出：當運算結果超過了數(shù)的表示范圍，溢出：當運算結果超過了數(shù)

19、的表示范圍，使使 符號發(fā)生了變化符號發(fā)生了變化，稱為產生了溢出。，稱為產生了溢出。例例6：-23-123=-146e2， 若大于，則退出循環(huán)，否則,V=V+e3，重 復，直到Ve2為止。 注意注意: : 1)e1，e2，e3分別為循環(huán)初值、終值和 增量（步長），e3=1是可省略； 2)循環(huán)終端語句可以是其他可執(zhí)行語句, 但不可是GOTO、塊IF、DO、ELSE、ELSEIF、 STOP、END語句。 循環(huán)次數(shù)：CONT=INT（e2-e1+e3）/e3） 例子: DO 20 I= 1,10,2 PRINT *，I 20 CONTINUE 執(zhí)行后，打印出 1，3，5，7，9次數(shù)： INT（101

20、2）/2）=510.內部函數(shù) 內部函數(shù)名（參數(shù)表） 功能功能: FUNTRAN中提供了許多內部函數(shù)中提供了許多內部函數(shù)便便 于用戶調用如：于用戶調用如：SIN（X）注意注意:1)使用表達式的地方都可使用；使用表達式的地方都可使用； 2) 調用時，變量類型、個數(shù)、順序調用時，變量類型、個數(shù)、順序 要一致；要一致； 3)自變量可以是常數(shù)也可是表達式。自變量可以是常數(shù)也可是表達式。例子：例子： Y=2*SIN（X）+SQRT講義講義 11.語句函數(shù)的定義及調用 函數(shù)定義：函數(shù)定義： 函數(shù)名(形參表)=表達式調用形式：調用形式： 同內部函數(shù)功能：功能：程序中多次進行某種復雜表達式計算時， 可利用該語句把表達式定義成一個函數(shù)。注意：注意：1）函數(shù)名的命名規(guī)則同變量名相同；（I-N規(guī)則）2）只能在本程序單位