認(rèn)識計算機課件

認(rèn)識計算機CONTENTS

1.1計算機的發(fā)展歷史世界上第一臺電子數(shù)字式計算機于1946年2月15日在美國賓夕法尼亞大學(xué)正式投入運行，它的名稱叫ENIAC（埃尼阿克），是電子數(shù)值積分計算機（theelectronicnumbericalintergratorandcomputer）的英文簡稱。它使用了17468個真空電子管，耗電174kW，占地170m2，重達30t，每秒鐘可進行5000次加法運算。雖然它的功能遠(yuǎn)比不上今天最普通的一臺微型計算機，但在當(dāng)時它已是運算速度的絕對冠軍，并且其運算的精確度和準(zhǔn)確度也是史無前例的。ENIAC奠定了電子計算機的發(fā)展基礎(chǔ)，開辟了計算機科學(xué)技術(shù)的新紀(jì)元。有人將其稱為人類第三次產(chǎn)業(yè)革命開始的標(biāo)志。ENIAC誕生后，數(shù)學(xué)家馮·諾依曼提出了重大的改進理論——存儲程序原理，主要內(nèi)容有3點：其一是電子計算機應(yīng)該以二進制為運算基礎(chǔ)；其二是電子計算機應(yīng)采用“存儲程序”方式工作；其三是進一步明確指出了整個計算機的結(jié)構(gòu)應(yīng)由5個部分組成：運算器、控制器、存儲器、輸入裝置和輸出裝置。馮·諾依曼存儲程序原理理論的提出，解決了計算機運算自動化和速度配合問題，對后來計算機的發(fā)展起到了決定性的作用。直至今天，絕大部分的計算機仍采用馮·諾依曼設(shè)計的方式工作。CONTENTS

1.1計算機的發(fā)展歷史早期按馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)設(shè)計的計算機有如下一些：

（1）電子離散變量計算機（electronicdiscretevariableautomaticcomputer，EDVAC）。它是第一個按照存儲程序原理設(shè)計的計算機，該機1952年投入運行，用于核武器理論計算。

（2）電子延遲存儲自動計算機（electronicdelaystorageautomaticcalculator，EDSAC）。它是第一次實現(xiàn)大型存儲程序的計算機，1949年投入運行。

（3）通用自動計算機（universalautomaticcomputer，UNIVAC）。1951年作為商品計算機投入使用，開創(chuàng)了用于數(shù)據(jù)處理的計算機新時代。

1.1計算機的發(fā)展歷史計算機的發(fā)展到目前為止共經(jīng)歷了如下4個時代：（1）從1946年到1959年，這段時期被稱為“電子管計算機時代”。第一代計算機的內(nèi)部元件使用的是電子管。由于一部計算機需要幾千個電子管，每個電子管都會散發(fā)大量的熱量，因此，如何散熱是一個令人頭痛的問題。電子管的壽命最長只有3000h，計算機運行時常常發(fā)生由于電子管被燒壞而使計算機死機的現(xiàn)象。第一代計算機主要用于科學(xué)研究和工程計算。

（2）從1960年到1964年，由于在計算機中采用了比電子管更先進的晶體管，所以將這段時期稱為“晶體管計算機時代”。晶體管比電子管小得多，不需要暖機時間，消耗能量較少，處理更迅速、更可靠。第二代計算機的程序語言從機器語言發(fā)展到匯編語言。接著，高級語言FORTRAN和COBOL相繼被開發(fā)出來并被廣泛使用。這時，開始使用磁盤和磁帶作為輔助存儲器。第二代計算機的體積和價格都下降了，使用的人也多起來，計算機工業(yè)迅速發(fā)展。第二代計算機主要用于商業(yè)、大學(xué)教學(xué)和政府機關(guān)。

1.1計算機的發(fā)展歷史（3）從1965年到1970年，集成電路被應(yīng)用到計算機中，因此，這段時期被稱為“中小規(guī)模集成電路計算機時代”。集成電路（integratedcircuit，IC）是集成在晶片上的一個完整的電子電路，這個晶片比手指甲還小，卻包含了幾千個晶體管元件。第三代計算機的特點是體積更小、價格更低、可靠性更高、計算速度更快。第三代計算機的代表是IBM公司花了50億美元開發(fā)的IBM360系列。這一階段最主要的是在第三代計算機中出現(xiàn)了操作系統(tǒng)，代表著計算機系統(tǒng)的形成和完善。（4）從1971年到現(xiàn)在，被稱為“大規(guī)模集成電路計算機時代”。第四代計算機使用的元件依然是集成電路，不過，這種集成電路已經(jīng)大大改善，它包含幾十萬到上百萬個晶體管，人們稱之為大規(guī)模集成電路（largescaleintegratedcircuit，LSI）和超大規(guī)模集成電路（verylargescaleintegratedcircuit，VLSI）。1975年，美國1BM公司推出了個人計算機（personalcomputer，PC），從此，人們對計算機不再陌生，計算機開始深入人類生活的各個方面。第四代計算機出現(xiàn)了CPU，使得計算機普及成為現(xiàn)實，計算機開始在各個領(lǐng)域普及應(yīng)用。

1..2計算機的特點、分類及應(yīng)用

1.計算機的特點計算機的特點有很多，主要有程序自動運行、運行速度快、運算精度高、存儲量大、具有邏輯判斷能力、可靠性高等。

（1）程序自動運行。計算機最突出的特點之一就是能在程序控制下自動連續(xù)地高速運算。由于計算機采用存儲程序控制的方式，因此一旦輸入編制好的程序，啟動后，計算機就能十分嚴(yán)格地按程序規(guī)定的步驟操作，自動地執(zhí)行下去直至完成任務(wù)，整個過程不需人工干預(yù)。

（2）運行速度快。當(dāng)今計算機能以極快的速度進行計算，計算機系統(tǒng)的運算速度已達到每秒萬億次，微機也可達每秒億次以上，而巨型機則達到每秒幾十億次甚至幾百億次，使大量復(fù)雜的科學(xué)計算問題得以解決。例如，衛(wèi)星軌道的計算、大型水壩的計算、24小時天氣預(yù)報的計算等。過去人工計算需要幾年甚至幾十年才能完成的工作現(xiàn)在用計算機只需幾小時甚至幾分鐘即可完成。

1.2計算機的特點、分類及應(yīng)用（3）運算精度高。當(dāng)今計算機具有以往計算機無法比擬的計算精度，一般計算機可以有十幾位甚至幾十位（二進制）有效數(shù)字，計算精度可由千分之幾到百萬分之幾，是任何計算工具都望塵莫及的。科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是尖端科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，需要高度精確的計算。例如，在計算機控制導(dǎo)彈過程中，導(dǎo)彈準(zhǔn)確擊中預(yù)定目標(biāo)與計算機的精確計算是分不開的。（4）存儲量大。隨著計算機存儲技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機的存儲容量與日俱增，可存儲記憶的信息越來越多。計算機的存儲系統(tǒng)由內(nèi)存和外存組成，具有存儲和“記憶”大量信息的能力。現(xiàn)代計算機的內(nèi)存容量已達到上百兆甚至幾千兆，而外存也有驚人的容量。同時存儲設(shè)備的體積也越來越小，例如，現(xiàn)在一塊2.5in（英寸，1in=0.0254m）的硬盤可以存儲高達1TB大小的資源。

1.2計算機的特點、分類及應(yīng)用（5）具有邏輯判斷能力。人是有思維能力的，而思維能力本質(zhì)上是一種邏輯判斷能力。計算機借助于邏輯運算，可以進行邏輯判斷，并根據(jù)判斷結(jié)果確定下一步該做什么。計算機可以對各種信息通過編碼技術(shù)進行算術(shù)運算和邏輯運算，并進行推理和證明。例如，計算機可以進行資料分類、情報檢索等具有邏輯加工性質(zhì)的工作。（6）可靠性高。隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代電子計算機可連續(xù)無故障運行幾十萬小時，具有極高的可靠性。例如，安裝在宇宙飛船上的計算機可以連續(xù)幾年可靠地運行。計算機應(yīng)用在管理中也具有很高的可靠性。計算機除了具有上述特點外，還具有體積小、重量輕、耗電少、維護方便、易操作、功能強、使用靈活、價格便宜等特點。

1.2計算機的特點、分類及應(yīng)用

2.計算機的分類計算機的分類方法很多，可從不同角度對其進行分類，可以按照計算機的體積、速度、處理能力等特性分類，也可根據(jù)使用范圍、使用方式分類。通常情況下，計算機采用如下3種分類標(biāo)準(zhǔn)：（1）按計算機處理對象分類。計算機按處理的對象可分為電子模擬計算機、電子數(shù)字計算機和混合計算機。①電子模擬計算機。電子模擬計算機所處理的電信號在時間上是連續(xù)的（模擬量），采用的是模擬技術(shù)。②電子數(shù)字計算機。電子數(shù)字計算機所處理的電信號在時間上是離散的（數(shù)字量），采用的是數(shù)字技術(shù)。數(shù)字化之后的信息具有易保存、易表示、易計算、方便硬件實現(xiàn)等優(yōu)點，所以數(shù)字計算機已成為信息處理的主流。通常所說的計算機都是指電子數(shù)字計算機。③混合計算機。混合計算機是將數(shù)字技術(shù)和模擬技術(shù)相結(jié)合的計算機。

1.2計算機的特點、分類及應(yīng)用（2）按計算機性能規(guī)模分類。計算機性能規(guī)模主要指計算機的體積、速度、處理能力等特性。計算機按性能規(guī)模的不同可分為巨型機、大型機、中小型機、微型計算機和工作站。①巨型機。巨型機的特點是運算速度快、存儲容量大，每秒可執(zhí)行幾十億條指令，可容納上百個用戶同時使用，可同時完成多項任務(wù)。研究巨型機是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，尤其是國防尖端技術(shù)發(fā)展的需要。目前世界上只有少數(shù)幾個國家能生產(chǎn)巨型機。我國自主研發(fā)的“銀河-Ⅰ”型億次機、“銀河-Ⅱ”型十億次機和“銀河-Ⅲ”型百億次機都是巨型機，主要用于核技術(shù)、空間技術(shù)、大范圍天氣預(yù)報、石油勘探等領(lǐng)域。②大型機。大型機的特點表現(xiàn)在通用性強、具有很強的綜合處理能力、性能覆蓋面廣等方面，每秒可執(zhí)行幾億條指令，主要應(yīng)用在公司、銀行、政府部門、社會管理機構(gòu)和制造廠家等領(lǐng)域，通常稱大型機為企業(yè)計算機。大型機在未來將被賦予更多的使命，如大型事務(wù)處理、企業(yè)內(nèi)部的信息管理與安全保護、科學(xué)計算等。

1.2計算機的特點、分類及應(yīng)用③中小型機。中小型機是介于大型機和微型機之間的一種機型，每秒可執(zhí)行千萬條指令。中小型機規(guī)模小、結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計周期短，便于及時采用先進工藝。中小型機可靠性高，對運行環(huán)境要求低，易于操作且便于維護。中小型機符合部門性的要求，為中小型企事業(yè)單位所常用。④微型計算機。微型計算機又稱個人計算機，它是日常生活中使用最多、最普遍的計算機，具有價格低廉、性能強、體積小、功耗低等特點，每秒可執(zhí)行百萬條指令。現(xiàn)在微型計算機已進入千家萬戶，成為人們工作、生活的重要工具。微型計算機可分為臺式機和便攜機兩類，便攜機又分為筆記本電腦和個人數(shù)字助理（俗稱掌上電腦）兩種。⑤工作站。工作站是一種高檔的微機系統(tǒng)，它具有較高的運算速度，具有多任務(wù)、多用戶功能，且兼具微型機的操作便利和良好的人機界面，可以連接到多種輸入/輸出設(shè)備，具有易于聯(lián)網(wǎng)、處理功能強等特點。工作站的應(yīng)用領(lǐng)域已從最初的計算機輔助設(shè)計擴展到商業(yè)、金融、辦公領(lǐng)域，并充當(dāng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的角色。

1.2計算機的特點、分類及應(yīng)用（3）按功能和用途分類。計算機按功能和用途可分為通用計算機和專用計算機。通用計算機具有功能強、兼容性強、應(yīng)用面廣、操作方便等優(yōu)點，通常使用的計算機都是通用計算機。專用計算機一般功能單一、操作復(fù)雜，用于完成特定的工作任務(wù)。

3.計算機的應(yīng)用在21世紀(jì)信息社會不斷發(fā)展和進步的形勢下，計算機技術(shù)得到了飛躍發(fā)展，超級并行計算機技術(shù)、高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、人工智能技術(shù)等相互滲透，改變了人們使用計算機的方式。計算機的應(yīng)用范圍歸納起來主要有6個方面。

1.2計算機的特點、分類及應(yīng)用（1）科學(xué)計算。科學(xué)計算也稱數(shù)值計算，是指用計算機完成科學(xué)研究和工程技術(shù)中所提出的數(shù)學(xué)問題，是一門伴隨著計算機的出現(xiàn)而迅速發(fā)展并獲得廣泛應(yīng)用的交叉學(xué)科。計算機作為一種計算工具，最早應(yīng)用在科學(xué)計算領(lǐng)域，這也是計算機最重要的應(yīng)用之一。在科學(xué)技術(shù)和工程設(shè)計中存在著各類大量的數(shù)字計算，如求解幾百乃至上千階的線性方程組、大型矩陣運算等。這些問題廣泛出現(xiàn)在導(dǎo)彈實驗、衛(wèi)星發(fā)射、災(zāi)情預(yù)測等領(lǐng)域，其特點是數(shù)據(jù)量大、計算工作復(fù)雜。計算機的出現(xiàn)解決了傳統(tǒng)計算工具難以完成的數(shù)值計算，人工計算需要幾個月甚至幾年才能完成的計算，使用計算機則只需要幾天、幾小時甚至幾分鐘就可以精確地解決。因此，計算機成為發(fā)展現(xiàn)代尖端科學(xué)技術(shù)必不可少的重要工具。（2）信息處理。信息處理又稱數(shù)據(jù)處理，是指對大量可被人類感受的數(shù)據(jù)信息，如數(shù)值、文字、符號、聲音、圖形、圖像等，進行包括收集、分類、整理、加工、存儲、壓縮、合成等一系列加工處理操作。信息處理還可以應(yīng)用在加工一些非科技工程方面的計算，管理和操縱數(shù)據(jù)資料，其特點是處理的原始數(shù)據(jù)量大，而運算則比較簡單，有大量的邏輯與判斷運算。目前，計算機信息處理廣泛應(yīng)用于人口統(tǒng)計、辦公自動化、企業(yè)管理、郵政業(yè)務(wù)、機票訂購、情報檢索、圖書管理、醫(yī)療診斷等領(lǐng)域。

1.2計算機的特點、分類及應(yīng)用（3）自動控制。自動控制也稱實時控制，是指用計算機及時采集數(shù)據(jù)，按最優(yōu)值迅速對控制對象進行自動控制或采用自動調(diào)節(jié)，以實現(xiàn)生產(chǎn)過程的有效控制，從而提高勞動生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量、自動化水平和控制精確度，減少生產(chǎn)成本，減輕勞動強度。在電力、機械制造、化工、冶金、交通等部門利用計算機進行過程控制，不僅大大提高了控制的自動化水平，而且大大提高了控制的及時性和準(zhǔn)確性。在軍事上，可使用計算機實時控制導(dǎo)彈使其根據(jù)目標(biāo)的移動情況修正飛行姿態(tài)，以準(zhǔn)確擊中目標(biāo)。

1.2計算機的特點、分類及應(yīng)用

（4）計算機輔助工程。計算機輔助工程是指以計算機為工具，并配備專用軟件輔助人們完成特定的工作任務(wù)以提高工作效率和工作質(zhì)量。①計算機輔助設(shè)計（computeraideddesign，CAD）技術(shù)，是指使用計算機的工程計算、邏輯判斷、數(shù)據(jù)處理等功能，幫助人們進行各種圖形圖像設(shè)計和繪制，并能進一步分析、測試和優(yōu)化。它能使設(shè)計過程自動化，設(shè)計合理化、科學(xué)化、標(biāo)準(zhǔn)化，大大縮短了設(shè)計周期，增強了產(chǎn)品在市場上的競爭力。CAD技術(shù)已廣泛應(yīng)用于建筑工程設(shè)計、服裝設(shè)計、機械制造設(shè)計、船舶設(shè)計等行業(yè)。②計算機輔助制造（computeraidedmanufacturing，CAM）技術(shù)，是指利用計算機通過各種數(shù)值分析對生產(chǎn)設(shè)備進行控制和管理，完成產(chǎn)品的加工、裝配、檢測、包裝等生產(chǎn)過