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注册电气工程师考试基础部分（7计算机应用基础）北京建筑工程学院陈志新2006年8月\n7．1计算机基础知识计算机是用于存储和处理信息的机器。世界上第一台电子计算机于1946年2月在美国研制成功（ENIAC电子数字积分器与计算器）。计算机的分类可以按其速度、存储容量、价格、体积等进行分类，通常可分为巨型机、大型机、小型机和微型机。计算机的主要特点是：数据处理速度快、计算精度高、存储容量大、具有逻辑判断能力且通用性强。计算机的主要应用有：数值计算、数据处理、实时控制、辅助设计、人工智能、网络功能等。\n微型计算机系统的一般结构微型计算机系统的组成：1）硬件系统(支持计算机运行的电子线路、器件、设备等有形的物理体的集合）2）软件系统（支持计算机运行的程序、数据等无形的信息的集合）\n\n7．1．1计算机硬件的组成及功能时钟存储器RAM存储器ROM数据总线DB（双向）地址总线AB（单向）微处理器CPU控制总线CB接口电路接口电路外存I/O设备\n各组成模块及其功能：1．中央处理单元中央处理单元CPU（ControlProcessingUnit）是微型计算机的核心部件，是包含有运算器、控制器、寄存器组以及总线接口等部件的一块大规模集成电路芯片，也称微处理器MPU（MicroprocessingUnit或Microprocesser）。运算器、控制器、寄存器组的功能\n各组成模块及其功能：2．主存储器主存储器是微型计算机中存储程序、原始数据、中间结果和最终结果等常用的各种信息的部件。按其功能和性能，可以分为：A）随机存储器RAM（RandomAccessMemory）特点：可读可写；掉电信息丢失。应用场合B）只读存储器ROM（ReadOnlyMemory）特点：只能读出不可写；掉电信息保持。应用场合\n关于存储器的容量的几个概念位（bit）：存储一位二进制的最小单位字节（Byte）：8位二进制位构成一个字节字（Word）：一般为16位二进制位（两个字节））构成地址：反映存储器空间单元的数量，与计算机地址总线有关。设某计算机地址线有16条，则其地址空间=216=65536（0000H~FFFFH）存储容量：存储二进制信息的数量存储容量=地址空间每个单元的位数KB=10248MB=1024KB8GB=1024MB8\n7．1．2计算机软件的组成及功能1.系统软件1)操作系统它是直接运行在裸机上的最基本的系统软件，是系统软件的核心。功能：CPU管理、作业管理、存储管理、文件管理和设备管理。提供用户与计算机之间的接口。\n2)计算机程序设计语言(机器、汇编、高级语言）程序设计语言是专门用来为人与计算机之间进行信息交流而设计的一套语法、语义的代码系统。几个概念：指令；机器语言；汇编语言；高级语言\n各自的特点：机器语言：直接用二进制代码表示指令系统的语言称为机器语言。特点：运行快，占内存少，不易编写和移植。与机器硬件有关。汇编语言：汇编语言是将指令的操作码和操作数改为助记符的形式书写的一种语言。特点：须经汇编程序翻译成机器语言才可执行，速度快，在内存少，与硬件有关，移植性差。\n各自的特点：高级语言：是用一种接近于人类的自然语言和数学语言编写的程序语言。特点：须经翻译程序（解释系统或编译系统）翻译成目标代码才可执行，速度慢（相对汇编语言），占内存大，与硬件无关，可移植。解释系统与编译系统的差别：\n编译过程：\n解释过程：\n3)系统服务软件系统服务软件是开发和研制各种软件的工具。（1）诊断程序：如：自检程序（2）调试程序：如：DEBUG程序（3）编辑程序：如：EDIT程序\n2．应用软件应用软件是指：为了解决各种计算机应用中的实际问题而编制的程序。它包括商品化的通用软件和专用软件，也包括用户自己编制的各种应用程序，如文字处理软件、表格处理软件、图形处理软件、控制程序等。\n几种应用软件类别文字处理软件如：Word和WPS等表格处理软件如：Excel辅助设计软件如：AUTOCAD数据库管理软件如：FOXPLOR专用软件某企业或某系统专用\n7．1．3数制转换计算机中使用二进制表示数据（优点）重点掌握二、十、十六进制整数的相互转换（整数）1）十进制二进制例：2）十进制十六进制例：3）十六进制二进制例：整数整数除以2取余小数小数乘以2取整\n表7-1常用的几种进制数的关系对照表数制数制十二八十六十二八十六0000810001081111910011192102210101012A3113311101113B41004412110014C51015513110115D61106614111016E71117715111117F\n十进制数转化为二进制的方法A）凑幂法（在2的整数幂附近的值效果更简单、更快）例如：1026=1024+2=210+21=10000000000B+10B=10000000010B125=128-3=128-2-1=27-21-20=10000000B-10B-1B=1111101BB）十十六二（数据较大时更快、不易错）例如：4988=137CH=1001101111100B\n7．2Windows操作系统Windows操作系统是属于单用户多任务系统，是一个完整的图形界面操作系统。在Windows操作系统中，只需从屏幕上选择相应的图标或在菜单中选择相应的命令即可。Windows的应用程序都具有图标、对话框和窗口，菜单系统也具有这种风格，易学易掌握。（7.2.1~11略）\n7．2．12计算机网络1.网络具有以下几个优点：（1）共享资源。包括硬件、软件、数据等。（2）提高可靠性。当一个资源出现故障时，可以使用另一个资源。（3）分担负荷。当作业任务繁重时，可以让其它计算机系统分担一部分任务。（4）实现实时管理。\n2．计算机网络的特点（1）开放式的网络体系结构，使不同软硬件环境、不同网络协议的网可以互联，真正达到资源共享、数据通信和分布处理的目标。（2）向高性能发展。追求高速、高可靠和高安全性，采用多媒体技术，提供文本、声音、图象等综合性服务。（3）计算机网络的智能化，多方面提高网络的性能和综合的多功能服务，并更加合理地进行网络各种业务的管理，真正以分布和开放的形式向用户提供服务。\n3．计算机网络的基本组成主机它是一个主要用于科学计算与数据处理的计算机系统。结点它是一个在通信线路和主机之间设置的通信线路控制处理机，主要是分担数据通信、数据处理的控制处理功能。通信线路它主要包括连接各个结点的高速通信线路、电缆、双绞线或通信卫星等。调制解调器它主要用来将发送的数字信号（直流）变为交流信号，接收时，将交流信号变成数字信号。\n4．计算机网络的主要功能与应用主要功能：资源共享软、硬件共享。服务器等资源信息传输与集中处理均衡负荷与分布处理综合信息服务。应用：（1）远程登录（2）传送电子邮件（3）电子数据交换（4）联机会议\n5．网络的拓扑结构\n6．网络的传输介质双绞线可屏蔽和非屏蔽两种。它具有一定的传输频率和抗干扰能力，线路简单，价格低廉，传输率低于100Mbps，通信距离为几百米。同轴电缆抗干扰能力强，连接较简单，信息传输率可达几百Mbps，距离可达几公里。因此，被中、高档局域网广泛采用。光缆（光导纤维）光缆不受外界电磁场的影响，几乎具有无限制的带宽，尺寸小，重量轻。传输率可以在距离2~5公里范围内达到几点Mbps到几百Mbps，是一种十分理想的传输介质。无线通信\n网络通信的几个术语同步传送同步字符+数据块+校验异步传送起始位+传送字符+校验位+停止位同步传送效率高于异步传送传送速率比特率（bps即：bitpersecond）波特率每秒钟电位的变化次数。当用二进制信号传送二进制数据时两者才相等。传送方式单工；半双工；全双工\n7．计算机网络的分类局域网（LAN－LocalAreaNetwork）网络的服务区域在一个局部范围，称为局域网。距离：（0.1km~25km）例如：校园网；企业网；Novell网等局域网的几个概念：工作站联接网络的各种档次的微机等智能设备服务器局域网的核心。作用：运行网络操作系统；存储管理网络中的共享资源；为各工作站的应用程序服务（客户服务器结构）；网络监督及控制网卡联入网中的接口板，网卡要与网络软件兼容中继器连接网络线路的装置。延长网络长度；改变结构网桥用于同类局域网的连接网关用于不同类局域网的连接，或LAN与WAN的连接广域网（WAN－WideAreaNetwork）网络服务地区是一个相当广阔的地区（例如各省市之间，全国甚至全球范围）的网络称为广域网。如Internet网，CERNET\n关于计算机网络通信协议网络协议计算机实现通信的一些约定（速率、代码、代码结构、控制步骤、出错控制等制定标准）开放系统互联参考模型OSI7层协议物理；数据链路；网络；传送；会晤；表示；应用传送控制协议/网际协议TCP/IP(TransmissionControlProtocol/InternetProtocol)它把TCP作为基本传送层协议，而把IP作为网络层协议。支持Internet扩展服务的协议是TCP/IP\n7．3计算机程序设计语言7．3．1FORTRAN程序构成与基本规定FORTRAN程序由一个主程序或一个主程序与若干个子程序组成。主程序与子程序都是一个独立的程序单位，称为一个程序模块。\n程序模块的结构与组成的规定：每一个程序单位必须有一个、也只能有一个END语句，并且它必须出现在一个程序单位的最后。END语句的作用是：标志一个程序单位的结束；主程序中的END使程序“停止运行”；子程序中的END使“程序返回调用程序”。一个程序单位包括若干行。在FORTRAN中，行分为两类：语句行与非语句行。执行语句：计算机在运行时产生某些操作。非执行语句：只负责为计算机在编译或运行程序时提供一些信息，而它本身并不使计算机产生任何操作。\n程序模块的结构与组成的规定：语句可以没有标号，也可以有标号，根据需要而定。一个程序单位中的各类语句其所在的位置是有一定规定的。FORTRAN源程序的书写格式：1）标号区l～5列为标号区；2）续行标志区第6列为续行标志区；3）语句区7～72列为语句区；4）注释区73～80列为注释区。(第一列以C或*开始,2~72列可为注释;1~72列为空格73~80列可为注释。\n7．3．2数据类型与运算1.常量与变量1）常量；2）变量；3）变量类型2.变量的说明1）隐含规则I，J，K，L，M，NI-N规则2）用类型说明语句说明变量的类型（1）整型说明语句INTEGER＜变量表＞（2）实型说明语句REAL＜变量表＞（3）双精度说明语句DOUBLEPRECISION＜变量表＞（4）复型说明语句COMPLEX＜变量表＞（5）逻辑型说明语句LOGICAL＜变量表＞（6）字符型说明语句CHARACTER＜变量表＞3）隐含说明语句IMPLICIT说明变量类型例：IMPLICITINTEGER（A，C），（X-Z）3.各种运算符及运算优先级\n4．数组FORTRAN中的数组必须先说明，然后才可引用。说明一个数组，应包括以下几方面：（1）定数组的名称；（2）定数组元素的类型；（3）定数组的结构（包括数组的维数，每维的大小，上下界等）数组说明语句是非执行语句，一般格式为：DIMENSIONa1（n1），a2（n1，n2，n3），a3（n1，n2），…\n数组元素的个数一维：a1（n1）或a1（I：J）元素个数：N=n1或（J-I+1）I、J称上、下限例如：DIMENSIONa1（-2：5）元素个数:N=5-（-2）+1=8存放分别为：a1（-2），a1（-1），a1（0）…a1（5）二维：a3（n1，n2）或a3（I：J，L：K）（行，列）按列存放N=n1*n2或（J-I+1）*（K-L+1）例如：DIMENSIONX（2，4）元素个数:N=2*4=8存放分别为：X（1，1）,X（1，2）,X（1，3）,X（1，4）X（2，1）,X（2，2）,X（2，3）,X（2，4）第1列第2列第3列第4列如果二维数组的大小为（L，M），则下标为（i，j）的数组元素在内存排列序号是：i+（j-1）*L（按列存放）例如：X（2，3）的序号为：2+（3-1）*2=6\n三维a2（n1，n2，n3）N=n1*n2*n3（行，列，页）按页、列、行存例如：DIMENSIONY（2，3，4）Y（1,1,1）,Y（2,1,1）,Y（1,2,1）,Y（2,2,1）,Y（1,3,1）,Y（2,3,1）1页第1列第2列第3列Y（1,1,2）,Y（2,1,2）,Y（1,2,2）,Y（2,2,2）,Y（1,3,2）,Y（2,3,2）2页第1列第2列第3列Y（1,1,3）,Y（2,1,3）,Y（1,2,3）,Y（2,2,3）,Y（1,3,3）,Y（2,3,3）3页第1列第2列第3列Y（1,1,4）,Y（2,1,4）,Y（1,2,4）,Y（2,2,4）,Y（1,3,4）,Y（2,3,4）4页第1列第2列第3列如果三维数组的大小为（L，M，N），则下标为（i，j，k）的数组元素在内存排列序号是：i+(j-1)*L+(k-1)*L*M（页列行存放）例如：Y（1,2,3）内存排列序号：i+(j-1)*L+(k-1)*L*M=1+(2-1)*2+2*2*3=15\n7．3．3FORTRAN数据文件1．基本概念文件由记录组成，记录按顺序排列，因此，文件是记录的序列。记录是数值或字符的序列，是进行文件存取的基本单位。FORTRAN语言中对数据文件的操作有顺序和直接（随机）两种存取方式，分别对应称为顺序文件和直接文件（也称随机文件）。顺序文件的特点是：对文件的存、取必须从文件的开始位置起按顺序进行，不允许直接对其中的某些记录进行存取。直接文件的特点是：可以直接对文件的某一记录进行存取。直接文件的每个记录均隐含一个记录号，记录的顺序按记录号的顺序出现在文件中。\n7．3．4FORTRAN程序设计常用语句\n1.算术赋值语句V=e1.算术赋值语句V=e功能：将右边算术表达式的值赋给左边的变量；=为赋值号注意：1）左边只能为变量；2）右边为算术表达式；3）两边类型一致（注意I-N规则）例子：F=2*8.2Y=2**3/5N=(10+93)*2**5\n2.逻辑赋值语句V=e功能：将右边逻辑表达式的值赋给左边的逻辑变量；=为赋值号注意：1)左边只能为逻辑变量；2)右边为逻辑表达式；3)逻辑值只能为T或F例子：L1=．FALSE．L2=5．GT．3L3=L2．AND．L1\n关于算术、逻辑运算符及运算优先级运算符及运算优先级表运算类别运算符优先顺序括号内（）1函数各种FORTRAN函数2**3算术运算*，/4+，-5关系运算.GT.,.GE.,.LT.,.LE.,.EQ.,.NE.6.NOT.7逻辑运算.AND.8.OR.9.EQV.,.NEQV.10\n3.转移语句GOTOS功能:将程序无条件转移到标号S的语句继续执行注意:1)S为一条可执行语句的标号；2)编程时要防止出现死循环。例子:GOTO10⋮10N=N+1\n4.逻辑IF语句IF（L）可执行语句功能:L是逻辑表达式，“可执行语句”是逻辑IF内嵌的一条语句。表达式为真，则执行内嵌语句后继续往下执行，否则执行该语句后面的语句。注意:1)逻辑表达L式须用括号括起来；2)可执行语句是单个的可执行语句；3)表达式与可执行语句之间不能加“THEN”例子:N=1IF（X．NE．0）N=0\n5.块IF结构格式:IF（L）THEN块1;(THEN块)ELSE块2;(ELSE块)ENDIF\n5.块IF结构功能:当表达式L为真时，执行块1；为假时，执行块2；注意:1)表达式L须用括号括起来；2)块1和块2只能执行一个(块可为多条可执行语句)；3)ENDIF是块IF结构的最后一条语句该块是个整体，不可独立出现。例子:IF（X．NE．0）THENY=0ELSEY=1ENDIF\n6.ELSEIF选择结构格式:IF（L1）THEN块1ELSEIF（L2）THEN块2………ELSE块nENDIF\n功能:Li是逻辑表达式，THEN块、ELSEIF块和ELSE块中含有相应的执行语句。其功能是对逻辑表达式L1、L2、…进行多重判断，并执行响应的块。注意:1)ELSEIF语句相当于将ELSE语句与下一行的块IF语句连成一个语句；2)每一个块IF语句必须有一个ENFIF语句对应；ELSEIF语句不需要ENDIF语句对应。3)块IF语句可以有一个ELSE语句或没有。\n例子:从键盘读入一个x值，然后计算函数值y。\n程序:READ(*,*)XIF（X．LT．-10.0）THENY=0.0ELSEIF（X．LT．0.0）THENY=2.0*X+20.0ELSEIF（X．LT．20.0）THENY=20.0ELSEIF（X．LT．40.0）THENELSEY=30.0-0.5*XELSEIF（X．LT．50.0）THENY=50.0-XELSEY=0.0ENDIFWRITE(*,*)YEND\n7.当型循环语句格式:nIF（L）THEN循环体GOTOnENDIF\n7.当型循环语句功能:当L为真，执行循环体，之后再返回n，判断L，直到为假时退出循环。注意:1)初值一般为真，否则循环体一次也不执行;2)L应在循环体改变，否则会出现死循环。\n例子:N=010IF（N．NE．10）THENN=N+1PRINT*，NGPTO10ENDIF\n8.直到型循环语句格式:n循环体IF（L）GOTOn功能:执行循环体，直到逻辑表达式L为假时退出循环。注意:1)循环体至少要执行一次;2)L应在循环体改变，否则会出现死循环。\n9.DO循环语句格式:DOn，V=e1，e2，e3循环体nCONTINUE功能:初值e1赋给V，执行V=e1，检查V>e2，若大于，则退出循环，否则,V=V+e3，重复，直到V>e2为止。注意:1)e1，e2，e3分别为循环初值、终值和增量（步长），e3=1是可省略；2)循环终端语句可以是其他可执行语句,但不可是GOTO、块IF、DO、ELSE、ELSEIF、STOP、END语句。循环次数：CONT=INT（（e2-e1+e3）/e3）\n例子:DO20I=1,10,2PRINT*，I20CONTINUE执行后，打印出1，3，5，7，9次数：INT（（10－1＋2）/2）=5\n10.内部函数内部函数名（参数表）功能:FUNTRAN中提供了许多内部函数便于用户调用如：SIN（X）注意:1)使用表达式的地方都可使用；2)调用时，变量类型、个数、顺序要一致；3)自变量可以是常数也可是表达式。例子：Y=2*SIN（X）+SQRT（3.0）\n11.语句函数的定义及调用函数定义：函数名(形参表)=表达式调用形式：同内部函数功能：程序中多次进行某种复杂表达式计算时，可利用该语句把表达式定义成一个函数。注意：1）函数名的命名规则同变量名相同；（I-N规则）2）只能在本程序单位中调用，实参与形参应在数量、类型等对应；3）可对函数名的类型在定义前说明。\n例子：F（X，Y）=X**2+Y**2定义函数PRINT*，F（3.0，4.0）调用函数T=F（4.0，2.0）+1PRINT*，T\n12.函数子程序的定义定义:类型说明FUNCTION函数名(形参表)┇函数名=表达式┇END或者：FUNCTION函数名(形参表)类型说明函数名┇函数名=表达式┇END\n12.函数子程序的定义功能:在程序中重复多次执行的某段语句时，可将这些语句独立定义成一个程序块，即：函数子程序。之后可以被其它程序块调用。注意:1)必须以FUNCTION语句开头，END语句结束且只能出现一次；2)函数名至少要在本程序块中赋值一次；3)程序块中可按需设置至少一条RETURN语句返回；4)函数子程序中的名字、标号可与其它块相同而彼此没有任何关系；5)函数名的命名规则同变量名相同。（I-N)\n例子：FUNCTIONYS（IX）（YS隐含为实型）REALIXIF（IX．GT．0.0）GOTO10YS=1.0+IXRETURN10YS=1.0+IX*IXRETURNEND调用：Y=YS（6）；YS=YS（6）错！（同名）\n13.函数子程序的调用调用方法:同内部函数、语句函数方法相同。注意：1）调用程序中，所调用的函数子程序应予以说明，且其它变量名、数组名等不能与被调函数子程序同名。2）不能直接或间接调用子程序本身，产生递归。上例的调用：Y=YS(2)+YS(-2)PRINT*,Y;5.0+(-1.0)=4.0\n14.子例子程序格式:SUBRUTINE子程序名[形参表]┇END说明:形参表中给出形式参数，可以是变量名、数组名等，可以有零到多个参数，用逗号分开。\n14.子例子程序注意:1)子例子程序名是用来调用时唯一标识子程序，不是用来返回值的，因此没有类型；2)一个独立的程序单位，可独立存放，独立编译；3)其它同函数子程序。\n例子SUBRUTIONF（X，YS）IF（X．GT．0.0）GOTO10YS=1.0+XRETURN10YS=1.0+X*XRETURNEND\n15.子例子程序的调用调用方式:CALL子程序名[（实参表）]实参表说明:实参表中给出实参数，数量，类型与形参一一对应，用逗号分开。注意:1)调用时实参代替形参，数量，类型要一致；2)不能直接或间接调用子程序本身，产生递归；3)无参数时，要省去括号。例子:CALLF（2.0，P1）CALLF（－2.0，P2）Y=P1+P2;P1=5P2=-1PRINT*，Y\n16.停止语句STOP功能:停止程序执行注意:1)停止程序运行，返回操作系统；2)可有多个STOP语句，也可没有。17.结束语句END功能:标志一个程序块结束；在主程序中表示停止程序运行；子程序中表示返回到调用程序。注意:1)一个程序单位必须有且只能有一个END，必须放在最后一行；2)END通知编译系统，本块结束。注意STOP与END的区别