注册电气工程师(计算机技术) .ppt
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1、2011年注册勘察设计师基础考试培训 计算机基础 王栋 山东电力工程咨询院有限公司 2011.8,9.1.1计算机的发展、分类及应用 9.1.2计算机的分类9.1.3计算机系统的组成9.1.4 计算机硬件系统的组成9.1.5计算机软件系统的组成9.1.6支撑软件 9.1.7 应用软件9.1.8 计算机语言,3,查尔斯.巴贝奇,9.1.1计算机的发展,电子计算机的直系祖先,他设计了差分机和分析机。分析机的结构、设计思想蕴涵着现代计算机的结构和设计思想,是现代计算机的雏型,被公认为计算机之父。,图灵与冯诺依曼,贡献:现代计算机体系结构“存储程序”和“程序控制”的工作原理,英国科学家艾兰.图灵,贡献
2、:建立图灵机模型并奠定了可计算理论的基础提出图灵测试,阐述了机器智能的概念,美籍匈牙利数学家冯诺依曼,计算机科学奠基人,计算机之父,图灵奖,电子计算机的问世,1946年2月由美国宾夕法尼亚大学研制成功的ENIAC电子计算机时代的到来,Electronic Numerical Integrator And Calculator,电子数字积分计算机,重达30吨占地170m2启动功耗150千瓦18000个电子管保存80个字节每秒5000次加减运算,计算工具的发展,ENIAC,1822 差分机,1833 分析机,MARK I,电子计算机时代,第一代计算机(46年58年),逻辑元件 电子管内 存 延迟线
3、或磁芯外 存 纸带、卡片或磁带工作速度 几千几万次秒软 件 机器语言或汇编语言应 用 科学计算代表机型 ENIAC,第二代计算机(58年64年),逻辑元件 晶体管内 存 磁芯外 存 磁带或磁盘工作速度 几十万次秒软 件 高级语言应 用 科学计算及工业控制代表机型 IBM700系列,FORTRANALGO 60COBOL,第三代计算机(64年70年),逻辑元件 中小规模集成电路内 存 半导体存储器外 存 磁带或磁盘工作速度 几十万几千万次秒软 件 高级语言应 用 计算、管理及控制代表机型 IBM System/360,SSIMSI,第四代计算机(71年现在),逻辑元件(超)大规模集成电路内 存
4、半导体存储器外 存 磁盘或光盘工作速度 几百万上亿次秒(千亿次)软 件 操作系统、应用软件应 用 以网络、多媒体为特征,LSIVLSI,摩尔定律,晶体管数,每18个月芯片能力增长一倍,9.1.2 计算机的分类,按照计算机原理可分为:数字式电子计算机、模拟式电子计算机和混合式电子计算机,按照计算机的用途分:通用计算机和专用计算机。常用的分类法是根据计算机的字长、运算速度、存储容量等按综合性能指标将计算机分为:高性能计算机(巨型机)中型机、小型机微型计算机、工作站、服务器、嵌入式计算机。,9.1.3 计算机系统的组成,计算机是一台能存储程序和数据,并能自动执行程序的机器。计算机系统由硬件系统和软件
5、系统组成。,计算机工作原理,目前的计算机都采用冯诺依曼(John von Neuman)对计算机结构的设计思想,即:1.计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五个基本部分组成,2.程序和数据在计算机中用二进制数表示,John von Neumann冯诺依曼美籍匈亚利数学家,3.计算机的工作过程是由存储程序控制的,即存储程序工作原理。,存储系统,存储器:是计算机的记忆装置,保存程序、数据、运算中间结果,可直接与CPU交换信息,主存或内存,辅存或外存,内存通常分为3类:只读存储器(Read Only Memory,ROM)随机存储器(Random Access Memory,RAM)高
6、速缓冲存储器(Cache),(1)只读存储器(ROM)只读存储器是指只能从存储器中读数据,而不能往里写数据。即使断电或死机,ROM中的信息也不会丢失。,1.内存储器,(2)随机存储器(RAM)通常所说的计算机内存容量均指RAM 存储器容量,即计算机的主存。RAM有两个主要特点1.RAM中的数据可以多次使用(多次读出),向存储器写入新数据时,存储器中原有的内容被覆盖(更新);2.关机或断电后,RAM中的信息将全部消失,所以RAM是计算机处理数据的临时存储区,要想长期保存数据,必须将数据保存到外存中。,(3)高速缓冲存储器(Cache),Cache是指在CPU与内存之间设置一级或两级高速小容量存储
7、器称为高速缓冲存储器,基本工作原理是基于程序访问的局部性,即把正在执行的指令地址附近的一部分指令或数据从主存调入Cache,当CPU进行存储器存取时首先检查所需的数据是否在Cache中,如在(称为命中)则直接存取Cache中的数据而不必访问主存;信息不在Cache中时,则需存取主存储器。,几ns,50ns,2主存储器的技术指标,(1)存储容量,Bit(位):表示信息的最小单位(0或1),Byte:存储数据的基本单位由8个二进位构成,如:1 0 0 1 0 1 0 1 1B(字节)=8个二进位,1K=1024 B 1M=1024KB 1G=1024MB 1T=1024GB,机器字:作为一个整体被
8、传送和运算的二进制数。其位数称为机器字长。地 址:内存由许多存储单元组成,为区分它们而对每个存储单元都给予一个编号,这个编号就是存储单元的地址。(字节地址、字地址)存储容量:存储器中存储单元的总数。内存516KB 256MB 516MB 2047MB,下列等式中,正确的是()。A.1KB=10241024B B.1MB=1024BC.1KB=1024MB D.1MB=10241024B一条内存不常见的容量是()。A.256MB B.512MB C.768MB D.1GB,3外存储器,外存储器也称辅存,其主要作用是长期存放计算机工作所需要的系统文件、应用程序、文档和数据等。常用的外存储器有:(1
9、)磁介质存储器(2)光介质存储器(3)移动存储器,移动存储器,优盘又称闪存盘(Flash Disk),通过 通用串行总线接口(USB)与主机相连,可热插拔,读写文件、格式化等操作与软、硬盘操作一样。存储容量一般在16MB-128GB之间。可移动硬盘与主机内的硬盘相比具有较强的抗震性,目前的USB硬盘容量一般在10GB-80GB之间。可移动硬盘的使用方法与优盘一样。MP3播放器也具有优盘的功能,4.存储器的层次结构,为了充分发挥各种存储设备的特点,将其有机地组织起来,这就构成了具有层次结构的存储系统。,下列存储设备中,存储速度最快的是()。A.内存 B.硬盘 C.光盘 D.软盘 在计算机运行时,
10、存取速度最快的是()。ACPU内部寄存器 B计算机的高速缓存Cache C计算机的主存 D大容量磁盘 衡量计算机硬盘技术的指标有很多,但不包括()。A.主轴转速 B.平均寻道时间 C.数据传输速率 D.地址总线宽度,5虚拟存储器,任何一个程序都要调入内存才能执行,计算机的内存有限,新软件的规模越来越大,怎样才能让较小的内存运行更大的程序呢?将主存和一部分外存空间共同构成一个整体,这样就能为用户提供一个比实际内存物理地址大得多的“虚拟存储器”,简称“虚存”。,虚拟存储器的主存与外存的基本信息传送单位采用三种不同的方案:页、段或段页式。,主板、总线与接口,1.主板(Main board或Mothe
11、r board)主板是计算机系统中最大的一块电路板,几乎所有的计算机部件都通过它组织起来,主板上的部件主要有一个CPU插座;北桥芯片、南桥芯片、BIOS芯片等三大芯片;前端系统总线FSB、内存总线、图形总线AGP、数据交换总线HUB、外设总线PCI等五大总线;软驱接口FDD、通用串行设备接口USB、集成驱动电子设备接口IDE等七大接口。,图2-21 主板,微型机系统主板,微型计算机的主机板,北桥芯片提供对CPU、内存、AGP显卡等高速部件的支持以及与PCI总线的桥接;南桥芯片提供对键盘接口、鼠标接口、实时时钟控制器、串行口、并行口、USB接口及磁盘驱动器接口的支持,以及与ISA总线的桥接。,2
12、.总线,为了简化硬件电路设计,让所有的外部设备都共用一组线路,再对不同的外部设备配置以适当的接口电路,CPU同样能与各种部件和各外部设备相连接,而且大大简化了系统结构,这组共用的连接线路称为总线,总线,计算机的总线,总线是计算机传输指令、数据和地址的通道,是计算机各部件联系的纽带。按照传送信息的类型,总线分为:数据总线(用于传送数据,位数等于机器字长);地址总线(用来传送存储单元或输入输出接口的地址信号,位数决定存储器的最大容量,如24位总线的寻址数为224=16M个地址)控制总线(传送控制器的各种控制信号)。按照总线在计算机中的位置可分为:内部总线和外部总线。,软件系统:由计算机程序、数据和
13、有关的技术资料组成。程序是指挥计算机工作的步骤;技术资料包括软件和硬件的技术说明、使用方法和操作手册等文档。软件是计算机的“灵魂”。,系统软件:操作系统语言处理程序支持软件,应用软件:程序库软件包套装软件用户开发的系统,9.1.5 计算机软件,指令是对计算机进行程序控制的最小单位,所有指令的集合称为计算机的指令系统,程序是为完成一项特定任务而用某种语言编写的一组指令序列机器语言是由0和1二进制代码按一定规则组成的、能被机器直接理解和执行的指令的集合,执行什么操作,数据在存储器中的存放位置,9.1.8计算机语言概述 指令和程序,2.汇编语言,汇编语言就是将机器指令代码用英文助记符表示,代替机器语
14、言中的指令和数据。例如用ADD表示加、SUB表示减、JMP表示程序跳转等这样在一定程度上克服了机器语言难读难懂难改的缺点 汇编语言的编程质量高、占存储空间小、执行速度快,故常用于过程控制等编程。缺点是仍面向机器,使用者需具备专业知识。,3高级语言,高级语言接近自然语言(英语)和数学语言,是由表达各种意义的词和数学公式按照一定的语法规则来编写程序的语言。printf(“%d”,3+5)高级语言使程序员可以完全不用与计算机的硬件打交道,可以不必了解机器的指令系统。这样,程序员就可以集中精力来解决问题本身而不必受机器制约,因此编程效率高,简单易学,各行各业的人员都可以通过高级语言用计算机解决本专业的
15、问题,高级语言由于与具体机器无关,因此程序的通用性强。,高级语言分类可分为三类。,(1)面向过程的语言(2)面向问题的语言(3)面向对象的语言,(1)面向过程的语言,面向过程的语言致力于用计算机能够理解的逻辑来描述需要解决的问题和解决问题的具体方法、步骤。编程时,程序需要详细描述解题的过程和细节,即需要详细地描述“怎样做“。如FORTRAN、BASIC、PASCAL、C等。如 找不及格同学。,(2)面向问题的语言,面向问题的语言又称为第四代语言(4GLS)。这类语言解题时,不必关心问题的求解算法和求解的过程,只须指出要计算机做什么,以及数据的输入和输出形式,就能得到所需结果。与数据库关系密切。
16、SQL(Structured Query Language)Select 姓名,部门,教龄 from zg where 教龄=30,(3)面向对象的语言,在20世纪80年代推出了面向对象的语言,它与以往各种语言的根本不同点在于:它设计的出发点就是为了能更直接地描述客观世界中存在的事物(即对象)以及它们之间的关系。面向对象语言将客观事物看作具有属性和行为的对象,通过抽象找出同一类对象的共同属性和行为,形成类。通过类的继承与多态性可以很方便地实现代码重用,这大大提高了程序的复用能力和程序开发效率。面向对象语言已是程序语言的主要研究方向之一。面向对象的语言有C+、Java、Visual Basic等
17、。,语言处理程序,除了机器语言可以被计算机直接理解并处理外,汇编语言和高级语言都需要经过语言处理程序(或称翻译程序、编译器)将其翻译为机器语言,然后才可被计算机处理。实现这个翻译过程的工具是语言处理程序,即翻译程序,1.汇编程序,汇编语言写的程序,需要翻译成机器语言,才能被计算机执行。汇编程序就是是将汇编语言编写的程序(源程序)翻译成机器语言程序(目标程序)的工具(翻译官),如图所示。,2.高级语言翻译程序,高级语言有两种翻译方式,解释方式和编译方式(1)解释方式:解释程序对源程序进行逐句翻译,翻译为一个或多个机器语言指令,并立即执行。,(2)编译方式编译方式如同“笔译”,在纸上记录翻译后的结
18、果,编译程序对整个源程序经过编译处理,产生一个与源程序等价的目标程序;目标程序还可能要用一些其他语言编写的程序和程序库中的标准子程序,通过连接程序将目标程序和有关的程序库组合成一个完整的可执行程序,见图所示。,9.2.1 数制及其相互转换9.2.2 符号数的表示及运算9.2.3 定点数,9.2 信息表示,9.2.1 数制及其相互转换,计数制:指用一组固定的数字符号和统一的规则表示数的方法。,一般,r进制数可以用下式表示:,r:基数,rk:权,决定运算的进、借位,决定数字在不同位置上的值,9.2.2 计算机中常用计数制,注:为了便于计算机识别,当十六进制数的首字符为字母时,前面加数字0。,1.不
19、同数制数的区别表示,方法一:用后缀区分。,例1.123D 十进制数123=1102+2101+3100,例2.123Q 八进制数123=182+281+380,例3.123H 十六进制数123=1162+2161+3160,方法二:用括号将数字括起,加以下标标注。,例1.十进制数123表示为:(123)10 例2.八进制数123表示为:(123)8 例3.十六进制123表示为:(123)16,2.不同数制算术运算的进、借位,3.二进制数,基数r为2,由0、1组成;它的各个位置上的权为:2k;小数点左边从右至左其各位的位权依次是:20、21、22、23;小数点右边从左至右其各位的位权依次是:2-
20、1、2-2、2-3。,例:1011.11B=123+022+121+120+12-1+12-2,(1)二进制数运算加、减,0+0=0;0+1=1;1+0=1;1+1=10;,例:1101+1011=11000,0-0=0;1-0=1;0-1=1;1-1=0;,例:1101 1011=0010,加法规则:逢二进一。,减法规则:借一当二。,(2)二进制数运算与、或,0 0=0;0 1=0;1 0=0;1 1=1,与:,例:1111 1111B 1111 0000B=1111 0000B,非:,0=1;1=0,例:1111 0000 B=0000 1111B,(4)二进制数运算非、异或,4.八进制数
21、,基数r为8,由07共8个数字组成 各个位置上的权为:8k 小数点左边从右至左,各位的位权依次是:80、81、82、83;小数点右边从左至右其各位的位权依次是:8-1、8-2、8-3。,例:753.45Q=782+581+380+48-1+58-2,例:34Q+44Q=100Q,5.十六进制数,基数r为16,由09,AF共16个符号组成 各个位置上的权为:16k 小数点左边从右至左其各位的位权依次是:160、161、162、163;小数点右边从左至右其各位的位权依次是:16-1、16-2、16-3。,例:0FA3.3BH=15162+10161+3160+316-1+1116-2,例:0FFH
22、+1=100H,9.2.2 不同数制之间的转换,1011.11B=123+022+121+120+12-1+12-2=11.75D,753.4Q=782+581+380+48-1=491.5D,0FA3.4H=15162+10161+3160+416-1=4003.25D,1.其它数制转化为十进制数,2.十进制数转换为其他进制数,(1)降幂法方法:1)写出所有小于此数的各位二进制权;2)用要转换的十进制数减去与它值最近的二进制权值;3)如够减,相应位记为1;如不够减,相应位记0,并恢复该减法实施之前的数;4)重复2)、3),直至该数为0或达到所需精度。,例:把十进制数117.75转换成二进制数
23、1)小于117.75D的二进制权为:26(64)、25(32)、24(16)、23(8)、22(4)、21(2)、20(1)、2-1(0.5)、2-2(0.25)2)、3)、4)重复过程如下:,整数部分:117-26=53 0 a6=1 53-25=21 0 a5=1 21 24=5 0 a4=1 5 23=-3 0 a2=1 1 21=-1 0 a-1=1 0.25 2-2=0 a-2=1转换结果为:a6a5a4a3a2a1a0.a-1a-2=1110101.11B,3.二进制数转换为八进制数,方法:二进制数转换为八进制数:以小数点为界,整数部分向左,小数部分向右每3位二进制数为一组,用1位
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