信息素養(yǎng)大學教程第1講-計算工具及其進步1

1、第1講 計算工具的進步 主講：張基溫 教授手動計算工具石子記事 手動計算工具游珠算盤與算盤手動計算工具算籌手動計算工具(西方)計算尺手動計算工具(西方)兩款手搖計算機 課題討論具備哪些條件才能讓計算工具的工作過程脫離人，自動地工作呢？ 內(nèi)動力計算工具B.Pascal及其制造的計算機（1642）內(nèi)動力計算工具Leibnitz及其制造的乘法器（1694）遺憾的是，在此之后近300年間，人類在計算工具的制作上，沒有很大的突破。什么原因呢？技術的原因。因為要把蒸汽機或內(nèi)燃機做到計算機內(nèi)部那是難于想象的。所以，計算機技術的再一次突破，等待著一種能與計算機相融洽的能源技術的出現(xiàn)。內(nèi)動力計算工具電動機械式計

2、算機（1930） 內(nèi)動力計算工具Zuse的繼電器式計算機（1938）內(nèi)動力計算工具第1臺真空管計算機ABC（1942）內(nèi)動力計算工具ENIAC（1946）課堂討論具備內(nèi)動力的機器 為什么還不能稱為自動機？實現(xiàn)自動計算提花機實現(xiàn)自動計算Jacquard提花機和穿孔卡片（1801）實現(xiàn)自動計算差分機（1822）和分析機（1834）實現(xiàn)自動計算Babbage的設計已經(jīng)初步具備現(xiàn)代計算機的基本結構：存儲器（倉庫）運算器（作坊）控制器（穿孔卡片及其閱讀設備）輸入/輸出設備（卡片穿孔設備、印刷廠）總線（運輸數(shù)據(jù)部件） 實現(xiàn)自動計算H.Aiken和Mark計算機（1936）實現(xiàn)自動計算John Von Ne

3、umann和IAS電子計算機EDVAC（1952）實現(xiàn)自動計算Neumann體系主要有如下2點：（1）電子數(shù)字計算機要采用二進制，不但數(shù)據(jù)采用二進制，指令也采用二進制； （2）自動計算機要采用程序存儲控制工作方式。直到今天，商業(yè)化的計算機還基本上采用的是Neumann體系。 課堂討論1. 為什么自動計算機要由計算器、邏輯控制裝置、存儲器、輸入和輸出5大部分組成？2. 要使算盤能自動運算，應當如何改造？ 電子數(shù)字計算機工作原理按照Neumann體系結構，可以自動工作的電子數(shù)字計算機應當具有：存儲器控制器運算器（執(zhí)行加、減、乘、除等基本運算）輸入設備（鍵盤）輸出設備（顯示器和打印機 ）計算機存儲器

4、的特點（1）按照地址進行存?。?）所存儲的內(nèi)容“取之不盡，新來舊去”（3）分級存儲計算機的運算器和寄存器運算器是計算機中負責對數(shù)據(jù)進行運算的部件。其核心部件是算術邏輯單元（ALU）。ALU能進行的基本操作包括加、減、乘、除四則運算，與、或、非、異或等邏輯操作，以及移位、比較和傳送等操作。 計算機控制器的工作原理控制器的功能 定序。 定時。 操作控制。計算機控制器的工作原理控制器的組成計算機控制器的工作原理控制器執(zhí)行一條指令的過程： 取指令 分析指令 發(fā)送操作控制信號。將有關操作控制信號，按照時序安排發(fā)送到相關部件，使有關部件在規(guī)定的節(jié)拍中完成規(guī)定的操作。3計算機指令的結構指令分為兩部分：一部分

5、是操作碼，一部分是地址碼。按照指令中地址的數(shù)量，將指令分為一地址指令、二地址指令和三地址指令。三地址指令除了指出兩個操作數(shù)的地址，還要指出將結果送回存儲器的地址。由于運算器可以使用累加器來存放中間結果，所以三地址指令比較少用。對于連續(xù)的計算過程，例如，對2*3+5-8進行計算，由于中間結果可以存放到累加器中，因此每次只要取一個操作數(shù)即可，這時就可以使用一地址指令。此外轉移指令（將程序轉到另外一個地方執(zhí)行）往往也是一地址指令。課堂討論1. 按照Neumann體系，計算機是否就可以方便、高效地自動工作了？計算機的自我管理計算機管理的一些問題。人工管理非常麻煩，效率低下。人們設計了一些用來管理計算機的程序。這些程序稱為操作系統(tǒng)（operating system，OS）。操作系統(tǒng)的功能（1）管理和調(diào)度計算機系統(tǒng)的資源：CPU存儲器內(nèi)存與外存之間的調(diào)度等輸入/輸出設備、網(wǎng)絡通信設備系統(tǒng)中的有關文件系統(tǒng)中的其他程序操作系統(tǒng)的功能（2）為計算機上要運行的不同程序提供公共服務，以減輕程序設計的工作量 ：程序的執(zhí)行和結束輸入/輸出操作