第1章 计算机基础概述

1、课程性质：课程性质： 计算机基础课，入门课计算机基础课，入门课重要性：重要性： 后续计算机课程的先行课后续计算机课程的先行课学时：学时： 授课授课1616学时，上机学时，上机3232学时学时考试：考试： 上机、考试上机、考试要求：要求： 1 1、正确理解基本概念，熟练掌握系、正确理解基本概念，熟练掌握系 统软件和应用软件。统软件和应用软件。 2 2、学完本课程可参加全国或江西省、学完本课程可参加全国或江西省 计算机一级考试。计算机一级考试。课程说明课程说明第第1章章 计算机基础概述计算机基础概述1.1 1.1 计算机发展简史计算机发展简史1.2 1.2 计算机的特点与分类计算机的特点与分类1.

2、3 1.3 计算机科学与技术计算机科学与技术1.1 计算机的发展简史计算机的发展简史n1.1.2 1.1.2 第一台电子计算机第一台电子计算机ENIACENIACn1.1.3 1.1.3 计算机的发展阶段计算机的发展阶段n1.1.4 1.1.4 计算机的发展趋势计算机的发展趋势1.1.1 早期的计算机早期的计算机公元前公元前5世纪，中国人发明了世纪，中国人发明了算盘算盘 算盘算盘是世界上最古老的计算工具是世界上最古老的计算工具 1642年法国科学家帕斯卡发明的齿轮旋转进位年法国科学家帕斯卡发明的齿轮旋转进位方式加减法器。方式加减法器。1694年，德国数学家莱布尼兹发明了乘法计算年，德国数学家莱

3、布尼兹发明了乘法计算机，可以进行加、减、乘、除和开方计算。机，可以进行加、减、乘、除和开方计算。1.1.1 早期的计算机早期的计算机19世纪，由英国数学家世纪，由英国数学家查尔斯查尔斯巴贝奇巴贝奇设计了差设计了差分机和分析机。分机和分析机。1834年，巴贝奇又完成了一项新计算装置的构年，巴贝奇又完成了一项新计算装置的构想，性能大大超过差分机，被称为分析机。想，性能大大超过差分机，被称为分析机。分分析机的设计包含了现代计算机基本的组成部分析机的设计包含了现代计算机基本的组成部分。1888年，美国统计专家赫曼年，美国统计专家赫曼霍列瑞斯博士发明霍列瑞斯博士发明穿孔卡片计算机。穿孔卡片计算机。人类追

4、求的计算工具人类追求的计算工具1642 Blaise Pascal 1822 1822 差分机差分机1833 1833 分析机分析机奠定现代计算机发展的重要人物和思想奠定现代计算机发展的重要人物和思想香侬香侬 (Clande Shannon)n是现代信息论的著名创始人。是现代信息论的著名创始人。1938年，香侬在发表的论文中，年，香侬在发表的论文中，首次用布尔代数进行开关电路分析，并证明布尔代数的逻辑运首次用布尔代数进行开关电路分析，并证明布尔代数的逻辑运算可以通过继电器电路来实现。算可以通过继电器电路来实现。布尔布尔 (Boole)n1847年英国数学家布尔创立了布尔代数，奠定了计算机进行逻

5、年英国数学家布尔创立了布尔代数，奠定了计算机进行逻辑运算的基础。辑运算的基础。图灵图灵 (Turing)n英国科学家图灵奠定了计算机的理论和模型基础，成为计算机英国科学家图灵奠定了计算机的理论和模型基础，成为计算机科学奠基人。他在计算机科学方面的主要贡献：一是建立图灵科学奠基人。他在计算机科学方面的主要贡献：一是建立图灵机机(Turing machine)模型；二是提出图灵测试模型；二是提出图灵测试(Turing Test)。冯冯诺依曼诺依曼 (Von Neumann)n另一个被称之为计算机之父的是美籍匈牙利数学家冯另一个被称之为计算机之父的是美籍匈牙利数学家冯诺依曼。诺依曼。他提出了他提出了

6、“存储程序存储程序”的概念，确立了现代计算机的基本结构。的概念，确立了现代计算机的基本结构。50多年来，计算机系统基本结构没有变，都属于冯多年来，计算机系统基本结构没有变，都属于冯诺依曼计算诺依曼计算机。机。 图灵与图灵机图灵与图灵机为纪念图灵对计算机的贡献，为纪念图灵对计算机的贡献，美国计算机博物馆于美国计算机博物馆于1966年年设立了设立了“图灵奖图灵奖”图灵机图灵机n一个控制器；一个控制器；n一条可以无限延伸的带子；一条可以无限延伸的带子；n一个在带子上左右移动的读一个在带子上左右移动的读写头。写头。John von Neumann冯冯 诺依曼诺依曼1949 冯冯诺依曼计算机诺依曼计算机

7、计算机的两个基本能力计算机的两个基本能力n能够存储程序；能够存储程序；n能够自动地执行程序。能够自动地执行程序。计算机是利用计算机是利用“存储器存储器”（内存）（内存）来存放所要执行的程序的，而称之来存放所要执行的程序的，而称之为为CPU的部件可以依次从存储器中的部件可以依次从存储器中取出程序中的每一条指令，并加以取出程序中的每一条指令，并加以分析和执行，直至完成全部指令任分析和执行，直至完成全部指令任务为止。务为止。1.1 计算机的发展简史计算机的发展简史n1.1.1 1.1.1 早期的计算机早期的计算机n1.1.3 1.1.3 计算机的发展阶段计算机的发展阶段n1.1.4 1.1.4 计算

8、机的发展趋势计算机的发展趋势1.1.2 第一台电子计算机第一台电子计算机ENIAC世界上第一台通用电子数学计算机世界上第一台通用电子数学计算机ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Computer)n1946年诞生于美国宾西法尼亚大学，它的全称为年诞生于美国宾西法尼亚大学，它的全称为“电子数值积分和计算机电子数值积分和计算机”（如图（如图1-1所示）所示）n为计算弹道和射击表面设计的为计算弹道和射击表面设计的n主要元件是电子管主要元件是电子管5000次加法次加法/秒秒体重体重30 t占地占地70 m218800只电子管只电子管1500个继电器个继电

9、器功率功率150 kW耗资耗资48 万美元万美元 1.1 计算机的发展简史计算机的发展简史n1.1.1 1.1.1 早期的计算机早期的计算机n1.1.2 1.1.2 第一台电子计算机第一台电子计算机ENIACENIACn1.1.4 1.1.4 计算机的发展趋势计算机的发展趋势1.1.3 计算机的发展阶段计算机的发展阶段表表1.1 计算机发展的四个阶段计算机发展的四个阶段时时代代年份年份器件器件软件软件应用应用一一1946-1958电子管电子管机器语言、汇编语言机器语言、汇编语言科学计算科学计算二二1959-1964晶体管晶体管高级语言高级语言数据处理工业控数据处理工业控制制三三1965-197

10、0中、小规模集成中、小规模集成电路电路操作系统操作系统文字处理图形处文字处理图形处理理四四1971年迄年迄今今大规模和超大规大规模和超大规模集成电路模集成电路数据库、网络等数据库、网络等社会的各个领域社会的各个领域第一代第一代（19461958）电子管电子管5千千4万（次万（次/秒）秒）第二代第二代（19581964）晶体管晶体管几十万几十万百万（次百万（次/秒）秒）第三代第三代（19641970）集成电路集成电路百万百万几百万（次几百万（次/秒）秒）第四代第四代（197190年代）年代）大规模集成电路大规模集成电路几百万几百万几亿（次几亿（次/秒）秒）1.1.3 计算机的发展阶段计算机的发展

11、阶段这一代计算机最大的特点是把信息采集、存这一代计算机最大的特点是把信息采集、存储处理、通信、多媒体技术和人工智能结合储处理、通信、多媒体技术和人工智能结合在一起，从根本上突破传统的冯在一起，从根本上突破传统的冯诺依曼体系诺依曼体系结构，采用新的计算机设计思想。结构，采用新的计算机设计思想。将微处理器（将微处理器（CPU）作为依据来划分微机发）作为依据来划分微机发展历史。展历史。P31.1.3 计算机的发展阶段计算机的发展阶段(1) 生物计算机生物计算机n生物芯片（蛋白质分子作为计算机元件），速度是生物芯片（蛋白质分子作为计算机元件），速度是当今计算机的当今计算机的10万倍。万倍。(2) 光子

12、计算机光子计算机n光子计算机是由光导纤维与各种光学元件制成的计光子计算机是由光导纤维与各种光学元件制成的计算机。算机。(3) 量子计算机量子计算机n是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。存储及处理量子信息的物理装置。(4) 超导计算机超导计算机n利用超导技术生产的计算机及其部件。利用超导技术生产的计算机及其部件。 (5) 纳米计算机纳米计算机1.1.3 计算机的发展阶段计算机的发展阶段晶晶体体管管数数目目4004奔腾奔腾4420,000,0002,3000.18微米芯片微米芯片10微米芯片微米芯片1.1.3 计

13、算机的发展阶段计算机的发展阶段晶晶体体管管数数单单位位时时间间执执行行的的指指令令数数百万条百万条/每秒每秒每每18个月芯片能力增长一倍个月芯片能力增长一倍1.1.3 计算机的发展阶段计算机的发展阶段1.1 计算机的发展简史计算机的发展简史n1.1.1 1.1.1 早期的计算机早期的计算机n1.1.2 1.1.2 第一台电子计算机第一台电子计算机ENIACENIACn1.1.3 1.1.3 计算机的发展阶段计算机的发展阶段1.1.4 计算机的发展趋势计算机的发展趋势1、多极化、多极化：n由于计算机应用的不断深入，巨型机、大型机、小由于计算机应用的不断深入，巨型机、大型机、小型机、微型机各有自己

14、的应用领域，形成了一种多型机、微型机各有自己的应用领域，形成了一种多极化的形势。极化的形势。 2、智能化、智能化：n智能化使计算机具有模拟人的感觉和思维过程的能智能化使计算机具有模拟人的感觉和思维过程的能力，使计算机成为智能计算机。力，使计算机成为智能计算机。1.1.4 计算机的发展趋势计算机的发展趋势3、网络化、网络化：n从单机走向联网是计算机应用发展的必然结果。所从单机走向联网是计算机应用发展的必然结果。所谓谓计算机网络化，是指用现代通信技术和计算机技计算机网络化，是指用现代通信技术和计算机技术把分布在不同地点的计算机互连起来，组成一个术把分布在不同地点的计算机互连起来，组成一个规模大、功

15、能强、可以互相通信的网络结构。规模大、功能强、可以互相通信的网络结构。目的目的是使网络中的软件、硬件和数据等资源能被网络上是使网络中的软件、硬件和数据等资源能被网络上的用户共享。的用户共享。 4、多媒体化、多媒体化：n多媒体计算机就是利用计算机技术、通信技术和大多媒体计算机就是利用计算机技术、通信技术和大众传播技术来综合处理多种媒体信息的计算机。众传播技术来综合处理多种媒体信息的计算机。第第1章章 计算机基础概述计算机基础概述1.1 1.1 计算机发展简史计算机发展简史1.2 1.2 计算机的特点与分类计算机的特点与分类1.3 1.3 计算机科学与技术计算机科学与技术1.2 计算机的特点与分类

16、计算机的特点与分类n1.2.2 1.2.2 计算机的分类计算机的分类1.2.1 计算机的特点计算机的特点程序控制方式：计算机具有内部存储能力，可以将程序控制方式：计算机具有内部存储能力，可以将指令事先输入到计算机中存储起来，在计算机开始指令事先输入到计算机中存储起来，在计算机开始工作以后，从存储单元中依次取指令，用来控制计工作以后，从存储单元中依次取指令，用来控制计算机的操作，从而使人们可以不必干预计算机的工算机的操作，从而使人们可以不必干预计算机的工作，实现操作的自动化。作，实现操作的自动化。1.2 计算机的特点与分类计算机的特点与分类n1.2.1 1.2.1 计算机的特点计算机的特点1.2

17、.2 计算机的分类计算机的分类(1) 模拟计算机模拟计算机n模拟计算机所处理的数据是连续的模拟量，以电信号的模拟计算机所处理的数据是连续的模拟量，以电信号的幅值来模拟数值和某物理量的大小，通过用运算放大器幅值来模拟数值和某物理量的大小，通过用运算放大器构成的各类运算电路来实现基本运算。构成的各类运算电路来实现基本运算。n解题速度快，适于解高阶微分方程。解题速度快，适于解高阶微分方程。(2) 数字计算机数字计算机n数字计算机所处理的数据都是以数字计算机所处理的数据都是以0和和1表示的二进制数表示的二进制数字，是不连续的离散数字，即脉冲信号。字，是不连续的离散数字，即脉冲信号。n具有运算速度快、准

18、确、存储量大等优点。具有运算速度快、准确、存储量大等优点。(3) 混合计算机混合计算机1.2.2 计算机的分类计算机的分类(1) 通用计算机通用计算机n通用计算机指为通用目的而设计的计算机。通用计算机指为通用目的而设计的计算机。(2) 专用计算机专用计算机n专用计算机是为解决一个或一类特定问题而设计的计算专用计算机是为解决一个或一类特定问题而设计的计算机。机。1.2.2 计算机的分类计算机的分类(1) 巨型机巨型机(2) 大中型计算机大中型计算机(3) 小型机小型机(4) 微型机微型机n单片机单片机n单板机单板机n个人计算机个人计算机(5) 工作站工作站n介于介于PC和小型机之间的高档微型计算

19、机。和小型机之间的高档微型计算机。(6) 服务器服务器n供网络用户共享的高性能计算机应运而生。供网络用户共享的高性能计算机应运而生。第第1章章 计算机基础概述计算机基础概述1.1 1.1 计算机发展简史计算机发展简史1.2 1.2 计算机的特点与分类计算机的特点与分类1.3 1.3 计算机科学与技术计算机科学与技术1.3 计算机科学与技术计算机科学与技术n计算机系统结构；计算机系统结构；n人工智能等。人工智能等。n理论计算机科学；理论计算机科学；n软件；软件；研究计算机及其周围各种现象与规律的科学研究计算机及其周围各种现象与规律的科学。 n软件技术；软件技术；n器件技术；器件技术； n计算机的

20、系统技术；计算机的系统技术；n部件技术；部件技术；n组装技术。组装技术。计算机领域中所应用的技术方法和技术手段计算机领域中所应用的技术方法和技术手段。 (1) 理论计算机科学理论计算机科学n关于计算和计算机械的数学理论。关于计算和计算机械的数学理论。(2) 计算机系统结构计算机系统结构n也称为计算机体系结构，它是由计算机结构外特性、内也称为计算机体系结构，它是由计算机结构外特性、内特性、微外特性组成的。特性、微外特性组成的。(3) 计算机组织与实现计算机组织与实现n其任务就是围绕提高性能价格比的目标，实现计算机在其任务就是围绕提高性能价格比的目标，实现计算机在机器指令级的功能和特性。机器指令级

21、的功能和特性。1.3 计算机科学与技术计算机科学与技术(4) 计算机软件计算机软件n是指计算机系统中的程序及其文档。是指计算机系统中的程序及其文档。n软件是用户与硬件之间的接口界面。软件是用户与硬件之间的接口界面。 (5) 计算机应用计算机应用n计算机应用分为数值计算和非数值应用两大领域。计算机应用分为数值计算和非数值应用两大领域。n非数值应用又包括数据处理、知识处理。非数值应用又包括数据处理、知识处理。n计算机应用系统分析和设计是计算机应用研究普通需要计算机应用系统分析和设计是计算机应用研究普通需要解决的课题。解决的课题。1.3 计算机科学与技术计算机科学与技术1.4 计算机的应用与影响计算

22、机的应用与影响(1) 科学计算科学计算n 计算机在处理计算量大、时间性强的数值计算中尤其计算机在处理计算量大、时间性强的数值计算中尤其表现出巨大威力。表现出巨大威力。(2) 数据处理（非数值数据）数据处理（非数值数据）n 对大批量的信息进行收集、分类、排序、传送、存储对大批量的信息进行收集、分类、排序、传送、存储以及打印报表和图形等。在办公自动化以及打印报表和图形等。在办公自动化(OA)、事务管、事务管理和情报检索等领域应用十分广泛。理和情报检索等领域应用十分广泛。(3) 过程控制过程控制n在生产过程中对现场数数据进行巡回检测并由计算机按在生产过程中对现场数数据进行巡回检测并由计算机按某种标准或最准值进行自动调节和控制。这对提高产品某种标准或最准值进行自动调节和控制。这对提高产品的数量和质量特别有效。现代化的武器系统尤其需要计的数量和质量特别有效。现代化的武器系统尤其需要计算机的控制。算机的控制。1.4 计算机的应用与影响计算机的应用与影响(4) 企业管理企业管理n计算机管理系统的建立，为企业实现全面资源管理、生计算机管理系统