認識計算機課件

認識計算機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。雖然它的功能遠比不上今天最普通的一臺微型計算機，但在當時它已是運算速度的絕對冠軍，并且其運算的精確度和準確度也是史無前例的。ENIAC奠定了電子計算機的發(fā)展基礎，開辟了計算機科學技術的新紀元。有人將其稱為人類第三次產業(yè)革命開始的標志。ENIAC誕生后，數(shù)學家馮·諾依曼提出了重大的改進理論——存儲程序原理，主要內容有3點：其一是電子計算機應該以二進制為運算基礎；其二是電子計算機應采用“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構應由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·諾依曼體系結構設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)、大學教學和政府機關。

1.1計算機的發(fā)展歷史（3）從1965年到1970年，集成電路被應用到計算機中，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域普及應用。

1..2計算機的特點、分類及應用

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，整個過程不需人工干預。

（2）運行速度快。當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，使大量復雜的科學計算問題得以解決。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、分類及應用（3）運算精度高。當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。科學技術的發(fā)展，特別是尖端科學技術的發(fā)展，需要高度精確的計算。例如，在計算機控制導彈過程中，導彈準確擊中預定目標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)由內存和外存組成，具有存儲和“記憶”大量信息的能力?，F(xiàn)代計算機的內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進行算術運算和邏輯運算，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的工作。（6）可靠性高。隨著微電子技術和計算機技術的發(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種分類標準：（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。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。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)字技術和模擬技術相結合的計算機。

1.2計算機的特點、分類及應用（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。研究巨型機是現(xiàn)代科學技術，尤其是國防尖端技術發(fā)展的需要。目前世界上只有少數(shù)幾個國家能生產巨型機。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、空間技術、大范圍天氣預報、石油勘探等領域。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，主要應用在公司、銀行、政府部門、社會管理機構和制造廠家等領域，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，如大型事務處理、企業(yè)內部的信息管理與安全保護、科學計算等。

1.2計算機的特點、分類及應用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、結構簡單、設計周期短，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?，F(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、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/輸出設備，具有易于聯(lián)網、處理功能強等特點。工作站的應用領域已從最初的計算機輔助設計擴展到商業(yè)、金融、辦公領域，并充當網絡服務器的角色。

1.2計算機的特點、分類及應用（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、操作復雜，用于完成特定的工作任務。

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

1.2計算機的特點、分類及應用（1）科學計算?？茖W計算也稱數(shù)值計算，是指用計算機完成科學研究和工程技術中所提出的數(shù)學問題，是一門伴隨著計算機的出現(xiàn)而迅速發(fā)展并獲得廣泛應用的交叉學科。計算機作為一種計算工具，最早應用在科學計算領域，這也是計算機最重要的應用之一。在科學技術和工程設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)在導彈實驗、衛(wèi)星發(fā)射、災情預測等領域，其特點是數(shù)據(jù)量大、計算工作復雜。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)代尖端科學技術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用于人口統(tǒng)計、辦公自動化、企業(yè)管理、郵政業(yè)務、機票訂購、情報檢索、圖書管理、醫(yī)療診斷等領域。

1.2計算機的特點、分類及應用（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節(jié)，以實現(xiàn)生產過程的有效控制，從而提高勞動生產效率、產品質量、自動化水平和控制精確度，減少生產成本，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確性。在軍事上，可使用計算機實時控制導彈使其根據(jù)目標的移動情況修正飛行姿態(tài)，以準確擊中目標。

1.2計算機的特點、分類及應用

（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以提高工作效率和工作質量。①計算機輔助設計（computeraideddesign，CAD）技術，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計和繪制，并能進一步分析、測試和優(yōu)化。它能使設計過程自動化，設計合理化、科學化、標準化，大大縮短了設計周期，增強了產品在市場上的競爭力。CAD技術已廣泛應用于建筑工程設計、服裝設計、機械制造設計、船舶設計等行業(yè)。②計算機輔助制造（computeraidedmanufacturing，CAM）技術，是指利用計算機通過各種數(shù)值分析對生產設備進行控制和管理，完成產品的加工、裝配、檢測、包裝等生產過