第一章 計(jì)算機(jī)及信息技術(shù)概述

第一章計(jì)算機(jī)及信息技術(shù)概述本章主要介紹計(jì)算機(jī)的發(fā)展史和特點(diǎn)、類型及應(yīng)用，以及計(jì)算機(jī)的未來發(fā)展趨勢；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件和軟件系統(tǒng)構(gòu)成；最后介紹信息技術(shù)的基本概念。1.1計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識20世紀(jì)以來人類最重大的科技發(fā)明當(dāng)數(shù)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)改變了人們傳統(tǒng)的工作和生活方式。

這是一幅很著名的人類進(jìn)化幽默圖1.1計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識1.1.1

計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史上的重要人物和思想人類從遠(yuǎn)古時(shí)代就產(chǎn)生了計(jì)算的需要。鐘表業(yè)，特別是齒輪傳動裝置技術(shù)的發(fā)展，誕生了最早的機(jī)械式計(jì)算機(jī)。下面介紹幾位在電子計(jì)算機(jī)誕生前后對計(jì)算機(jī)發(fā)展有過突出貢獻(xiàn)的幾位早期歷史人物。

法國物理學(xué)家帕斯卡(1623-1662)：在

1642年發(fā)明了第一臺機(jī)械式加法機(jī)。該機(jī)由齒輪組成，靠發(fā)條驅(qū)動，用專用的鐵筆來撥動轉(zhuǎn)輪以輸入數(shù)字。當(dāng)時(shí)，19歲的帕斯卡為了幫助父親計(jì)算稅款，開始研究機(jī)械計(jì)算裝置，最后制成了手搖驅(qū)動的齒輪進(jìn)位式計(jì)算器，可完成六位數(shù)字的加減法。

1.1計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識德國數(shù)學(xué)家萊布尼茨：在1673年發(fā)明了機(jī)械式乘除法器?；驹砝^承于帕斯卡的加法機(jī)，也是由一系列齒輪組成，但它能夠連續(xù)重復(fù)地做加減法，從而實(shí)現(xiàn)了乘除運(yùn)算。據(jù)記載，萊布尼茲曾把自己的乘法機(jī)復(fù)制品送給康熙皇帝。

1.1計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識1.1計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識英國數(shù)學(xué)家巴貝奇：1822年，在歷經(jīng)10年努力終于發(fā)明了“差分機(jī)”。它有3個(gè)齒輪式寄存器，可以保存3個(gè)5位數(shù)字，計(jì)算精度可以達(dá)到6位小數(shù)。巴貝奇試圖發(fā)明功能更好的通用計(jì)算機(jī)

——分析機(jī)，但最終失敗。英國女?dāng)?shù)學(xué)家愛達(dá)

(1815-1852)：巴貝奇的合作伙伴。她用穿孔卡片設(shè)計(jì)了世界上“第一件計(jì)算機(jī)程序”。她還建議分析機(jī)用二進(jìn)制存儲。預(yù)言分析機(jī)能唱歌、繪畫。英國詩人拜倫的女兒圖靈機(jī)：這個(gè)在當(dāng)時(shí)看來是紙上談兵的簡單機(jī)器，隱含了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中“存儲程序”的基本思想。半個(gè)世紀(jì)以來，數(shù)學(xué)家們提出的各種各樣的計(jì)算模型都被證明是和圖靈機(jī)等價(jià)的。英國科學(xué)家阿蘭圖靈(理論計(jì)算機(jī)的奠基人1912-1954)控制器（含運(yùn)算功能）可在紙帶上左右移動的讀寫頭，用于讀寫數(shù)據(jù)(輸入輸出設(shè)備)可無限延伸的紙帶。用于存儲程序和數(shù)據(jù)（存儲器）1.1計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識姚期智：2000年首位獲獎圖靈獎的華裔學(xué)者七十多年來，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)仍然是“馮·諾依曼計(jì)算機(jī)”。美籍匈牙利數(shù)學(xué)家

馮諾依曼(計(jì)算機(jī)鼻祖)計(jì)算機(jī)應(yīng)由運(yùn)算器、控制器、存儲器、

輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部件組成；應(yīng)采用二進(jìn)制簡化機(jī)器的電路設(shè)計(jì)；采用“存儲程序”技術(shù),以便計(jì)算機(jī)能保存和自動依次執(zhí)行指令。馮·諾依曼：“如果不考慮巴貝奇、愛達(dá)和其他人早先提出的有關(guān)思想，計(jì)算機(jī)基本概念只能屬于阿蘭·圖靈”1.1計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識1.1

計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識1946年由美國賓夕法尼亞大學(xué)研制出世界上第一臺電子數(shù)字計(jì)算機(jī)，取名ENIAC。由此誕生了“第一個(gè)電子的大腦”ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)重30噸，占地167m2，耗電150千瓦主要元件為電子管、繼電器，可保存80個(gè)字節(jié)，每秒鐘做5000次加減法或400次乘法運(yùn)算。致命缺陷：沒有存儲程序。1.1.2電子計(jì)算機(jī)發(fā)展歷程第一代計(jì)算機(jī)

1946－1958年以電子管為主要元件代表機(jī)型：ENIAC1.1

計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識第二代計(jì)算機(jī)

1958－1964年以晶體管為主要元件采用晶體管的第二代電子計(jì)算機(jī)IBM7090型第四代計(jì)算機(jī)

1971年至今以大規(guī)模/超大集成電路為主要元件巨型機(jī)、大型機(jī)、小型機(jī)、微型機(jī)以及便攜機(jī)未來的第五代計(jì)算機(jī)是智能計(jì)算機(jī)1.1

計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識第三代計(jì)算機(jī)

1964－1971年以集成電路為主要元件采用集成電路的第一臺電子計(jì)算機(jī)IBM360型電子技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了電子計(jì)算機(jī)的更新?lián)Q代。巨型機(jī)大型機(jī)小型機(jī)微型機(jī)工作站服務(wù)器嵌入式計(jì)算機(jī)按計(jì)算機(jī)規(guī)模分類1.1計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識1.1.3計(jì)算機(jī)類型1.1計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識計(jì)算機(jī)是一種能按照事先存儲的程序，自動、高速地進(jìn)行大量數(shù)值計(jì)算和各種信息處理的現(xiàn)代化智能電子設(shè)備。運(yùn)算速度快計(jì)算精度高存儲容量大具有邏輯判斷能力按照程序自動運(yùn)行計(jì)算機(jī)特點(diǎn)1.1.4計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域1.1計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識科學(xué)計(jì)算數(shù)據(jù)處理過程與實(shí)時(shí)控制人工智能計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域遠(yuǎn)程通信與網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用多媒體與虛擬現(xiàn)實(shí)微機(jī)的發(fā)展(1975-1995)1975年第一臺個(gè)人電腦問世。1981年第一臺IBM-PC問世。1985年386；1989年486；1993年奔騰出現(xiàn)。CPU進(jìn)入32位時(shí)代。1989年多媒體聲卡問世。1995年個(gè)人電腦出現(xiàn)CD-ROM光驅(qū)。1995年Win95問世，操作系統(tǒng)進(jìn)入Windows時(shí)代。多媒體和圖形界面的出現(xiàn)使電腦真正進(jìn)入家庭。1995年以來，Intel的CPU頻率（2000年P(guān)4，2GHz；2004年P(guān)4，3.8GHz）。2001年WindowsXP，集成大量應(yīng)用程序，例如IE、MediaPlayer、圖像瀏覽等。2005年4月，64位WindowsXP操作系統(tǒng)問世。2005年4月，CPU進(jìn)入雙核和多核時(shí)代。2006年，WindowsVista32位/64位操作系統(tǒng)發(fā)布。2009年，Windows7操作系統(tǒng)發(fā)布。微機(jī)的發(fā)展(1995-)①巨型化存儲容量大、運(yùn)算速度達(dá)每秒百萬億、千萬億次的巨型機(jī)是衡量一個(gè)國家科技實(shí)力的指標(biāo)之一。1.1.5計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢1.1計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識計(jì)算機(jī)正向巨型化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化方向發(fā)展。

2009年，我國成功研制出每秒1206萬億次的“天河一號”超級計(jì)算機(jī)，成為繼美國之后世界上第二個(gè)能夠研制千萬億次計(jì)算機(jī)的國家。美洲豹(美國)

走鵑(美國)

海妖(美國)

尤金(歐洲)

天河一號(中國)2009年全球超級計(jì)算機(jī)排行榜1.1計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識③網(wǎng)絡(luò)化通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可共享遠(yuǎn)程資源，實(shí)現(xiàn)通信和合作。④智能化智能計(jì)算機(jī)將是一種具有類似于人的思維能力，能聽會說，能想會做，能代替人的體力勞動以及腦力勞動的智能機(jī)器人。②微型化計(jì)算機(jī)不再是單一的計(jì)算機(jī)器，而是個(gè)人的信息機(jī)器。1.1計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識DeepblueGarryKasparov

1996年2月10日，卡斯帕羅夫戰(zhàn)勝“深藍(lán)”1997年5月12日，卡斯帕羅夫負(fù)于“更深的藍(lán)”計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件軟件系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件中央處理器運(yùn)算器控制器存儲器內(nèi)存外存輸入/輸出設(shè)備1.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成1.2.1計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)1.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成馮?諾依曼計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五大部分組成。控制信號流數(shù)據(jù)流應(yīng)用軟件其它系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)硬件應(yīng)用軟件是指用戶為解決各種實(shí)際問題而編寫的程序。應(yīng)用軟件可分為兩類：一類是針對某個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的具體問題開發(fā)的程序；第二類是一些大型專業(yè)軟件公司開發(fā)的通用型應(yīng)用軟件。系統(tǒng)軟件位于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)最靠近硬件的一層，其他軟件一般都通過系統(tǒng)軟件發(fā)揮作用，系統(tǒng)軟件主要包括：

(1)操作系統(tǒng)。

(2)語言處理程序。

(3)監(jiān)控管理程序、調(diào)試程序、故障檢查和診斷程序等。1.2.2計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)1.2