計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)

清華大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育課程系列教材李秀等編著計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)

（第5版）內(nèi)容提要計(jì)算機(jī)發(fā)展史計(jì)算機(jī)軟件概述計(jì)算機(jī)文化與道德計(jì)算機(jī)工作原理計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢(shì)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)人類追求的計(jì)算工具1642BlaisePascal加法器CharlesBabbage1822差分機(jī)1833分析機(jī)MARKIENIAC電子計(jì)算機(jī)時(shí)代計(jì)算機(jī)發(fā)展史第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)（ENIAC）5000次加法/秒體重28噸占地170m218800只電子管1500個(gè)繼電器功率150KW計(jì)算機(jī)發(fā)展史電子恐龍的縮骨法——晶體管ENIAC劃時(shí)代的實(shí)驗(yàn)裝置晶體管實(shí)質(zhì)上是按顯微比例的真空管建造的。電子管的缺點(diǎn)：體積大；耗能高、散熱量大。晶體管的優(yōu)點(diǎn)：體積小；耗能低；性能穩(wěn)定。計(jì)算機(jī)發(fā)展史晶體管數(shù)目4004奔騰4420,000,0002,300將電腦濃縮在一顆芯片上0.18微米芯片10微米芯片計(jì)算機(jī)發(fā)展史晶體管數(shù)單位時(shí)間執(zhí)行的指令數(shù)百萬(wàn)條/每秒每18個(gè)月芯片能力增長(zhǎng)一倍。計(jì)算機(jī)第一定律——摩爾定律計(jì)算機(jī)發(fā)展史第一代（1946~1956）電子管5千~4萬(wàn)（次/秒）第二代（1957~1964）晶體管幾十萬(wàn)~百萬(wàn)（次/秒）第三代（1965~1970）集成電路百萬(wàn)~幾百萬(wàn)（次/秒）第四代（1971~90年代）集成電路幾百萬(wàn)~幾億（次/秒）1964年911機(jī)1966年112機(jī)計(jì)算機(jī)發(fā)展的幾個(gè)階段計(jì)算機(jī)發(fā)展史計(jì)算機(jī)的商用化計(jì)算機(jī)的第一個(gè)商業(yè)顧客——烤面包賣茶點(diǎn)的利昂（lyons）ENIACEDSAC改進(jìn)lyons參與部分投資進(jìn)入社會(huì)，開啟辦公自動(dòng)化理念Lyons復(fù)制EDSACLEO(LyonsElectronicOffice)LEO充當(dāng)會(huì)計(jì)師計(jì)算機(jī)發(fā)展史計(jì)算機(jī)的類型與用途計(jì)算機(jī)應(yīng)用PC機(jī)（PersonalComputer）

以微處理器為中央處理單元而組成的個(gè)人計(jì)算機(jī)稱為PC機(jī)（微機(jī)）。工作站

是一種高檔微機(jī)系統(tǒng)，其最突出的特點(diǎn)是圖形功能強(qiáng)，具有很強(qiáng)的圖形交互與處理能力，因此在工程領(lǐng)域、特別是在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。大型通用機(jī)

其特點(diǎn)表現(xiàn)在通用性強(qiáng)、具有很強(qiáng)的綜合處理能力、性能覆蓋面廣等，主要應(yīng)用在科研、商業(yè)和管理部門。巨型機(jī)

它的運(yùn)算速度最快、性能最高、技術(shù)最復(fù)雜。巨型機(jī)主要用于解決大型機(jī)也難以解決的復(fù)雜問題，它是解決科技領(lǐng)域中某些帶有挑戰(zhàn)性問題的關(guān)鍵工具。計(jì)算機(jī)應(yīng)用模式的變遷計(jì)算機(jī)應(yīng)用單主機(jī)計(jì)算模式（終端＋主機(jī)）客戶機(jī)/服務(wù)器計(jì)算模式（Client/Server）

網(wǎng)絡(luò)計(jì)算模式香儂是現(xiàn)代信息論的著名創(chuàng)始人。1938年，香儂在發(fā)表的論文中，首次用布爾代數(shù)進(jìn)行開關(guān)電路分析，并證明布爾代數(shù)的邏輯運(yùn)算可以通過繼電器電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。阿塔納索夫提出了計(jì)算機(jī)的三條原則：1）以二進(jìn)制的邏輯基礎(chǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字運(yùn)算，以保證精度；2）利用電子技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制、邏輯運(yùn)算和算術(shù)運(yùn)算，以保證計(jì)算速度；3）采用把計(jì)算功能和二進(jìn)制數(shù)更新存儲(chǔ)功能相分離的結(jié)構(gòu)。奠定現(xiàn)代計(jì)算機(jī)發(fā)展的重要人物和思想ClaudeShannon計(jì)算機(jī)工作原理圖靈與圖靈機(jī)為紀(jì)念圖靈對(duì)計(jì)算機(jī)的貢獻(xiàn)，美國(guó)計(jì)算機(jī)博物館于1966年設(shè)立了“圖靈獎(jiǎng)”計(jì)算機(jī)是使用相應(yīng)的程序來(lái)完成任何設(shè)定好的任務(wù)。圖靈機(jī)是一種思想模型，它由三部分組成：一個(gè)控制器，一條可以無(wú)限延伸的帶子和一個(gè)在帶子上左右移動(dòng)的讀寫頭。計(jì)算機(jī)工作原理JohnvonNeumann馮諾依曼1949EDSAC馮·諾依曼計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)程序工作原理計(jì)算機(jī)的兩個(gè)基本能力：一是能夠存儲(chǔ)程序，二是能夠自動(dòng)地執(zhí)行程序。計(jì)算機(jī)是利用“存儲(chǔ)器”（內(nèi)存）來(lái)存放所要執(zhí)行的程序的，而稱之為CPU的部件可以依次從存儲(chǔ)器中取出程序中的每一條指令，并加以分析和執(zhí)行，直至完成全部指令任務(wù)為止。計(jì)算機(jī)工作原理計(jì)算機(jī)工作原理微型計(jì)算機(jī)的硬件組成主機(jī)是包含電源、存儲(chǔ)設(shè)備和電路板的機(jī)箱，其中電路板上有計(jì)算機(jī)的主處理器和內(nèi)存。監(jiān)視器是計(jì)算機(jī)的主要輸出設(shè)備，它將來(lái)自計(jì)算機(jī)顯卡的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為屏幕上的彩色亮點(diǎn)，從而形成圖像。硬盤驅(qū)動(dòng)器一般安裝在系統(tǒng)單元內(nèi)，當(dāng)其工作時(shí)，機(jī)箱上的指示燈會(huì)亮。軟盤驅(qū)動(dòng)器將數(shù)據(jù)寫到軟盤上，當(dāng)其工作時(shí)，其指示燈就亮，警告用戶此時(shí)不要取出軟盤。CD-ROM和DVD驅(qū)動(dòng)器采用激光技術(shù)從光盤上讀取數(shù)據(jù)。鼠標(biāo)是一種輸入指示設(shè)備，幫助用戶操作對(duì)象并選擇菜單項(xiàng)。鍵盤作為多數(shù)計(jì)算機(jī)的主要輸入設(shè)備。聲卡位于系統(tǒng)單元內(nèi)，提供到揚(yáng)聲器、麥克風(fēng)和耳機(jī)的連接。微機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖計(jì)算機(jī)工作原理微機(jī)的硬件由CPU、存儲(chǔ)器、輸入/輸出設(shè)備構(gòu)成；輸入/輸出設(shè)備通過I/O接口與系統(tǒng)相連；各部件通過總線連接。存儲(chǔ)器I/O接口輸入設(shè)備I/O接口數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址總線AB輸出設(shè)備CPU計(jì)算機(jī)的工作原理計(jì)算機(jī)工作原理計(jì)算機(jī)的工作原理是：“存儲(chǔ)程序”+“程序控制”CPU總線內(nèi)存標(biāo)志寄存器地址總線AB程序數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址譯碼器、、、指令1指令2指令3指令4、、、、、、數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)3、、、指令寄存器數(shù)據(jù)暫存器控制電路指令譯碼器地址寄存器指令指針寄存器R1R2R3R4寄存器組運(yùn)算器PC總線總線是微機(jī)中各功能部件之間通信的信息通路，主要由地址、數(shù)據(jù)和控制三大總線組成，每種總線都由若干根信號(hào)線（總線寬度）構(gòu)成。存儲(chǔ)器I/O接口輸入設(shè)備I/O接口數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址總線AB輸出設(shè)備CPU三大總線計(jì)算機(jī)工作原理中央處理器CPUCPU是計(jì)算機(jī)的心臟，用來(lái)實(shí)現(xiàn)程序控制功能（自動(dòng)從內(nèi)存中讀入指令和自動(dòng)執(zhí)行指令）。CPU結(jié)構(gòu)示意圖地址總線標(biāo)志寄存器指令寄存器數(shù)據(jù)暫存器控制電路指令譯碼器地址寄存器指令指針寄存器R1R2R3R4寄存器組運(yùn)算器PC數(shù)據(jù)總線控制總線ALU計(jì)算機(jī)工作原理存儲(chǔ)器是一種具有保存和存取信息（程序、數(shù)據(jù)）的設(shè)備/器件，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不可或缺的資源。現(xiàn)代微型計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：

高速緩存--主存--外存為什么采用這種結(jié)構(gòu)？指令執(zhí)行速度依賴于內(nèi)存讀寫速度高速CPU需配置高速內(nèi)存大軟件需配置大容量?jī)?nèi)存

高速度低成本大容量存儲(chǔ)器與存儲(chǔ)系統(tǒng)矛盾CPU高速緩存M1M2...Mn外存2外存1...外存n主存外存寄存器SRAMDRAM硬盤、光盤、U盤等計(jì)算機(jī)工作原理認(rèn)識(shí)計(jì)算機(jī)內(nèi)存與處理器直接相連的存放數(shù)據(jù)的器件稱為內(nèi)存，不直接與處理器相連的介質(zhì)如磁盤稱為外存。隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器RAM存放操作系統(tǒng)指令、軟件指令、處理數(shù)據(jù)虛擬內(nèi)存計(jì)算機(jī)使用磁盤空間來(lái)模擬內(nèi)存的能力只讀存儲(chǔ)器ROMROMBIOS小型指令集合CMOS存儲(chǔ)器存放計(jì)算機(jī)的配置信息，如日期和時(shí)間、硬盤容量、RAM容量等計(jì)算機(jī)工作原理輸入/輸出設(shè)備（外部設(shè)備）完成數(shù)據(jù)的輸入/輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換（模擬信號(hào)/數(shù)字信號(hào)、電信號(hào)/非電信號(hào)等）數(shù)據(jù)采樣與接口進(jìn)行連接接口信號(hào)，電平標(biāo)準(zhǔn)等與主機(jī)進(jìn)行通信通信協(xié)議工作時(shí)序計(jì)算機(jī)工作原理軟件的概述“吃軟不吃硬”的EDSAC存儲(chǔ)程序工作原理的計(jì)算機(jī)決定了它的使用方式：編寫程序和運(yùn)行程序硬件軟件軟件史上的重要人物阿黛·拜倫格雷斯·霍普威爾克斯戴維·韋勒計(jì)算機(jī)軟件概述

計(jì)算機(jī)的語(yǔ)言——二進(jìn)制十進(jìn)制 R=10，可使用0,1,2,3,4,5,6,7,8,9二進(jìn)制 R=2，可使用0,1八進(jìn)制 R=8，可使用0,1,2,3,4,5,6,7十六進(jìn)制 R=16，可使用0,……,9,A,B,C,D,E,F“逢R進(jìn)一，借一當(dāng)R”進(jìn)制的概念計(jì)算機(jī)軟件概述二進(jìn)制概念128瓦32瓦64瓦16瓦8瓦4瓦1瓦2瓦11111000我認(rèn)識(shí)她已有1111年了。信息復(fù)制的精確性運(yùn)算規(guī)則簡(jiǎn)單（R(R+1)/2）電子線路制造計(jì)算機(jī)成為可能計(jì)算機(jī)軟件概述程序和指令指令是對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行程序控制的最小單位。所有的指令的集合稱為計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)。程序是為完成一項(xiàng)特定任務(wù)而用某種語(yǔ)言編寫的一組指令序列。機(jī)器指令格式操作碼操作數(shù)機(jī)器執(zhí)行什么操作執(zhí)行對(duì)象（具體數(shù)、存放位置）PC+1計(jì)算機(jī)軟件概述信息的存儲(chǔ)單位位（Bit）：度量數(shù)據(jù)的最小單位字節(jié)（Byte）：最常用的基本單位K字節(jié) 1K=1024byteM（兆）字節(jié) 1M=1024KG（吉）字節(jié) 1G=1024M

T（太）字節(jié) 1T=1024Gb7b6b5b4b3b2b1b010010101=27+24+22+20=149計(jì)算機(jī)軟件概述計(jì)算機(jī)軟件分類（1）享有版權(quán)的軟件只有版權(quán)的擁有者才能復(fù)制、出售或分發(fā)。

共享軟件你可以合法地制作拷貝并分發(fā)，但不能出售。

免費(fèi)軟件版權(quán)擁有申請(qǐng)購(gòu)買后安裝制作拷貝自用制作拷貝他用更改軟件注冊(cè)費(fèi)軟件：指示計(jì)算機(jī)完成任務(wù)的、以電子格式存儲(chǔ)的指令序列和相關(guān)的數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)軟件概述計(jì)算機(jī)軟件分類（2）軟件系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件操作系統(tǒng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)實(shí)用工具編譯系統(tǒng)文字處理電子表格演示軟件圖形軟件視頻軟件…………上網(wǎng)軟件學(xué)習(xí)課件娛樂軟件商務(wù)軟件系統(tǒng)軟件協(xié)助計(jì)算機(jī)執(zhí)行基本任務(wù)。應(yīng)用軟件協(xié)助人們完成某項(xiàng)任務(wù)。計(jì)算機(jī)軟件概述系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)最基本的系統(tǒng)軟件，其它的所有軟件都是建立在操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上。實(shí)用工具用來(lái)提供一種讓計(jì)算機(jī)用戶控制分配和使用計(jì)算機(jī)資源的方法，以增強(qiáng)操作系統(tǒng)的功能。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序告訴計(jì)算機(jī)中的操作系統(tǒng)如何使用某一硬件。即插即用一項(xiàng)用于自動(dòng)處理PC機(jī)硬件設(shè)備安裝的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。編譯器編譯器是程序員將高級(jí)語(yǔ)言編寫的指令翻譯成可以在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行的代碼的軟件開發(fā)工具，它的特點(diǎn)是目標(biāo)語(yǔ)言比源語(yǔ)言低級(jí)。計(jì)算機(jī)軟件概述操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)協(xié)助計(jì)算機(jī)完成它的基本硬件操作，并與應(yīng)用程序進(jìn)行交互，完成諸如打印和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)等應(yīng)用任務(wù)。LinuxMacOSUNIX管家婆

管理硬件資源

協(xié)調(diào)后臺(tái)工作服務(wù)生

提供用戶與計(jì)算

機(jī)的交互接口WindowsOS/2計(jì)算機(jī)軟件概述Altair8800計(jì)算機(jī)發(fā)展——微型化計(jì)算機(jī)不再是單一的計(jì)算機(jī)器，而是一種信息機(jī)器，一種個(gè)人的信息機(jī)器。計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢(shì)CRAY-Ⅱ計(jì)算機(jī)發(fā)展——巨型化運(yùn)算速度可達(dá)每秒幾百億次運(yùn)算的超級(jí)計(jì)算機(jī)1975年世界上第一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)“Cray-I”超級(jí)計(jì)算機(jī)應(yīng)用：天氣預(yù)報(bào)、地震機(jī)理研究、石油和地質(zhì)勘探，衛(wèi)星圖像處理等大量科學(xué)計(jì)算的高科技領(lǐng)域。中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)：國(guó)防科技大學(xué)研制的“銀河1號(hào)”、“銀河2號(hào)”和“銀河3號(hào)”國(guó)家職能計(jì)算機(jī)中心推出的“曙光1000”、“曙光200I”和“曙光3000”銀河Ⅱ計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢(shì)計(jì)算機(jī)發(fā)展——網(wǎng)絡(luò)化計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展動(dòng)力：使用遠(yuǎn)程資源，共享程序、數(shù)據(jù)和信息資源，網(wǎng)絡(luò)用戶的通訊和合作。計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢(shì)計(jì)算機(jī)發(fā)展——智能化“總有一天，人類會(huì)造出一些舉止跟人一樣的‘沒有靈魂的機(jī)械’來(lái)”。 ——笛卡爾（1637）人類第一個(gè)“工業(yè)機(jī)器人”：

一頭在紡織機(jī)上挑紗的“驢”（1742年）第一代機(jī)器人

機(jī)械手（1962年出現(xiàn)）第二代機(jī)器人

具有“感覺”的機(jī)器人第三代機(jī)器人

裝有啟發(fā)式計(jì)算機(jī)的“智能機(jī)器人”DeepblueGarryKasparov計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢(shì)計(jì)算機(jī)世界中的中國(guó)1952年在清華大學(xué)成立中國(guó)第一個(gè)計(jì)算機(jī)三人研究小組組長(zhǎng)閔大可 電機(jī)系教授1954年小組經(jīng)擴(kuò)充和調(diào)整，并入中科院近代物理研究所負(fù)責(zé)人 錢三強(qiáng)1958年完成第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)1031959年完成大型電子計(jì)算機(jī)1041959年中國(guó)