精品课件-给水管网工程设计

1、城市给水系统的设计年限,应符合城市总体规划,近远期结合,以近期为主.一般近期宜采用510年,远期规划年限宜采用1020年. 给水系统设计时,首先须确定该系统在设计年限内到达的用水量.设计用水量由以下各部项组成: (1)综合生活用水,包括居民生活用水和公共建筑及设施用水; (2)工业企业生产用水和工作人员生活用水; (3)消防用水; (4)浇洒道路和绿地用水; (5)未预计水量及管网漏失水量.1 给水管网工程设计11 设计用水量及其调节计算111 最高日设计用水量1最高日设计用水量定额(1)居民生活用水 居民生活用水定额和综合生活用水定额(包括公共设施生活用水量)见?室外给水设计标准?(2)工业

2、企业 1)2)(3)消防用水:按?建筑设计防火标准?执行 (4)其他用水 1)浇洒道路:12 L/m2 次,每日232)绿化:1.54 L/m2 d2最高日设计用水量计算Qd(1)城市最高日综合生活用水量(包括公共设施 生活用水量)(2)工业企业生产用水量(3)工业企业职工生活用水和淋浴用水量 (4)浇洒道路和绿化用水量最高日设计用水量(5)未预见水量和管网漏失量3消防用水量(校核时使用)112 设计用水量变化及其调节计算1设计用水量变化规律确实定 可用变化系数(粗略)或变化曲线(比较精确)。无详细资料时,可供参考。(1)最高日城市综合用水的时变化系数Kh宜采用 1.31.6,日变化系数Kd

3、1.11.5;(2)工业企业职工生活用水时变化系数为2.53.0。(3)工业生产用水可均匀分配。2调节容积计算(1)请水池的容积(2)水塔的容积12 设计流量分配与管径设计121 节点流量分配计算1沿线流量 是指沿线分配给用户的流量。 管网配水情况比较复杂,顶峰流量各异。计算时加以简化。比流量法,假定小用水户的流量沿线均匀分布。(1)长度比流量 假定水量沿管网长度均匀流出。管线单位长度上的配水流量,称为长度比流量,记作qcb。 那么每一计算管段沿线流量记作qy为:(2)面积比流量 假定沿线流量均匀分布在整个供水面积上。管线单位面积上的配水流量,称为面积比流量,记作qmb。 那么每一计算管段沿线

4、流量记作qy为: 每一管段所负担的供水面积可按分角线法和对角线法划分。注意:1)面积比流量考虑了沿线供水面积(人数)多少对管线配水的影响,计算结果更接近实际配水情况,但计算较麻烦。当供水区域的干管分布比较均匀时,二者相差很小。这时,用长度比流量较好。2)当供水区域内各区卫生设备或人口密度相差较大时,各区的比流量应分别计算。3)同一管网,比流量的大小随用水量变化而变化。各种工况下需分别计算。2节点流量(1)集中流量(2)沿线流量划成节点流量122 管段设计流量分配目的:确定各管段中的流量,进而确定管段直径。流量分配要保持水流的连续性,每一节点必须满足节点流量的平衡条件:流入任一节点的流量等于流离

5、该节点的流量,假设以流入为“一,流离为“+,那么Q=0。1. 枝状网 水流方向唯一,流量分配唯一,任一管段的流量等于以后所有节点流量总和。2. 环状网 流量分配有多种组合方案根本原那么:满足供水可靠性前提下,兼顾经济性。方法和步骤:确定控制点位置,管网主导流向;参照主导流向拟定各管段水流方向,以最短距离供水到大用户或遥远地区;尽量使平行的主要干管分配相近的流量(防止某些管段负荷过重),连接管要少分配流量,满足沿线配水为限(主要作用是干管损坏时转输流量)各干管通过的流量沿主要流向逐渐减少,不要忽多忽少;可以起端开始或从末端,满足节点流量的平衡条件。此分配值是预分配,用来选择管径,真正值由平差结果

6、定。主要内容污水管道系统设计雨水管道系统设计合流制管渠系统设计排水管渠要求及附属构筑物-污水管道的设计步骤及 本卷须知-雨水管道的设计步骤及 本卷须知-合流制管道的使用条件、 水力计算、改造途径等 -排水管渠断面形式、接口、根底、附属构筑物等 重点2 排水管网工程设计2.1 污水管道系统设计污水管道系统的设计步骤 设计资料的调查设计方案确实定设计计算设计图纸的绘制2.1.1 设计资料的调查及方案确定设计资料调查 设计任务资料:有关的法令、法规、制度;城市的总 体规划及其他根底设施情况 自然资料: 地形资料,包括地形图、等高线气象资料,包括气温、风向、降雨量等水文资料,受纳水体流量、流速、洪水位

7、地质资料,包括地下水位、地耐力、地震等级工程资料: 道路、通讯、供水、供电、煤气等 设计方案确定 包括排水体制的选择、排水系统的布置形式,应通过技术、经济比较,确定最优的方案 2.1.2 污水设计流量的计算污水设计流量 指污水管道及其附属构筑物能保证通过的最大流量,设计流量包括生活污水量和工业废水量。 生活污水设计流量 居住区生活污水 公共建筑生活污水 工业企业生活污水及淋浴污水 工业废水设计流量 2.1.2 污水设计流量的计算(续1)(1)居住区生活污水量计算 式中:Q1居住区生活污水设计流量,L/s; n居住区生活污水量标准(L/(d.人),按?室 外排水设计标准?选用,欧洲的典型值为 2

8、00(L/(d.人),美国的典型值为250450 (L/(d.人); N设计人口数,按规划部门根据统计资料提供 的参数选用; KZ总变化系数,是最大日最大时污水量与平 均日平均时污水量的比值 居住区生活污水排水定额卫生设备情况室内有给水排水卫生设备,但无淋浴设备室内有给水排水卫生设备和淋浴设备室内有给水排水卫生设备,并有淋浴和集中热水供给分 区一二三四五生活污水每人每日排水定额(L)55-9090-125130-17060-95100-140140-18065-100110-150145-18565-100120-160150-19055-90100-140140-180注:第一分区包括:黑龙

9、江、吉林、内蒙古的全部,辽宁的大局部,河北、山西、陕西偏北的一小局部,宁夏偏东 的一局部; 第二分区包括:北京、天津、河北、山东、山西、山西的大局部,甘肃、宁夏、辽宁的南部,河南北部,青海偏东和江苏偏北的一小局部; 第三分区包括:上海、浙江的全部,江西、安徽、江苏的大局部,福建北部、湖南、湖北的东部,河南南部; 第四分区包括:广东、台湾的南部,广西的大局部,福建、云南的南部; 第五分区包括:贵州的全部、四川、云南的大局部,湖南、湖北的西部,陕西和甘肃在秦岭以南的地区,广西偏北的一小局部2.1.2 污水设计流量的计算(续1)(1)居住区生活污水量计算 式中:Q1居住区生活污水设计流量,L/s;

10、n居住区生活污水量标准(L/(d.人),按?室 外排水设计标准?选用,欧洲的典型值为 200(L/(d.人),美国的典型值为250450 (L/(d.人); N设计人口数,按规划部门根据统计资料提供 的参数选用; KZ总变化系数,是最大日最大时污水量与平 均日平均时污水量的比值 Kd日变化系数,是最大日污水量与平均日污水量的比值 Kh时变化系数,是最大日最大时污水量与最大日平均时 污水量的比值 KZ=Kd Kh生活污水量总变化系数污水平均日流量(L/s)总变化系数(KZ)52.3152.0401.8701.71001.62001.55001.410001.32.1.2 污水设计流量的计算(续2

11、)(2)公共建筑生活污水量计算 式中:Q2公共建筑生活污水设计流量,L/s; S公共建筑生活污水量标准(L/(d.人),一般按 ?室内给水排水和热水供给设计标准?推荐的参 数选用,排水量大的建筑也可以通过调查或参 考相近建筑选用。 Kh时变化系数,是最大日最大时污水量与最大日 平均时污水量的比值 2.1.2 污水设计流量的计算(续3)(3)工业企业生活污水及淋浴污水量计算 式中:Q3工业企业生活污水及淋浴污水设计流量,L/s; A1一般车间最大班职工人数,人; A2热车间最大班职工人数,人; B1一般车间职工生活污水量标准,为25(L/(人.班); B2热车间职工生活污水量标准,为35(L/(

12、人.班); K1一般车间生活污水量时变化系数,以3.0计; K2热车间生活污水量时变化系数,以2.5计; C1一般车间最大班使用淋浴的职工人数,人; C2热车间最大班使用淋浴的职工人数,人; D1一般车间的淋浴污水量标准,为40(L/(人.班); D2热车间的淋浴污水量标准,为60(L/(人.班); T每班工作时数,h。 2.1.2 污水设计流量的计算(续4)(4)工业废水设计流量计算 式中:Q4工业废水设计流量,L/s; m生产过程中每单位产品的废水量标准, L/单位产品; M产品的平均日产量; T每日生产时数; KZ总变化系数,与工业企业性质有关。 2.1.2 污水设计流量的计算(续5)Q

13、=Q1+Q2+Q3+Q4+Q渗 Q渗指地下水渗入量,一般以单位管道延长米或单位效劳面积公顷计算,日本规定采用经验数据,按每人每日最大污水量的10%-20%。2.1.3 污水管道的水力计算污水管道内水质特点: 污水管道内水流特点 重力流非满流近似均匀流?排水管网理论与计算?周玉文、赵洪宾著2.1.3 污水管道的水力计算(续1)水力计算的根本公式 式中:Q流量,m3/s; 过水断面面积,m2; v流速,m/s; R水力半径(过水断面积与湿周的比值),m; I水力坡度(即水面坡度,等于管底坡度); C流速系数,或谢才系数。C值一般按曼宁公式计算,即n管壁粗糙系数 2.1.3 污水管道的水力计算(续2

14、)污水管道水力计算的设计数据 设计充满度(h/D)设计流速(v)最小管径(D)最小设计坡度(i)设计充满度(h/D)指设计流量下,管道内的有效水深与管径的比值。h/D =1时,满流h/D 1时,非满流?室外排水设计标准?规定,最大充满度为:管径(D)或暗渠高(H) (mm) 最大充满度(h/D) 2003003504505009001000 0.55(0.60)0.65(0.70)0.70(0.75)0.75(0.80) hD为什么要做最大设计充满度的规定？1、预留一定的过水能力,防止水量变化的冲击, 为未预见水量的增长留有余地;2、有利于管道内的通风;3、便于管道的疏通和维护管理。设计流速与

15、设计流量和设计充满度相应的污水平均流速。最小设计流速:是保证管道内不发生淤积的流速,与污水中所含杂质有关;国外很多专家认为最小流速为0.6-0.75m/s,我国根据试验结果和运行经验确定最小流速为0.6m/s。最大设计流速:是保证管道不被冲刷破坏的流速,与管道材料有关;金属管道的最大流速为10m/s,非金属管道的最大流速为5m/s。*国内一些城市污水管道长期运行的情况说明,超过上述最高限值,并未发生冲刷管道的现象。最小管径1、为什么要规定最小管径？ 街坊管最小管径为200mm,街道管最小管径为300mm。2、什么叫不计算管段？ 在管道起端由于流量较小,通过水力计算查得的管径小于最小管径,对于这

16、样的管段可不用再进行其他的水力计算,而直接采用最小管径和相应的最小坡度,这样的管段称为不计算管段。最小设计坡度相应于最小设计流速的坡度为最小设计坡度,最小设计坡度是保证不发生淤积时的坡度。(1)(2)(3)规定:管径200mm的最小设计坡度为0.004;管径 300mm的最小设计坡度为0.003;管径400mm 的最小设计坡度为0.0015。2.1.3 污水管道的水力计算(续3)污水管道的埋设深度管道的埋设深度有两个意义:覆土厚度埋设深度决定污水管道最小覆土厚度的因素有哪些？冰冻线的要求地面荷载满足街坊管连接要求地面管道2.1.3 污水管道的水力计算(续4)污水管道水力计算的方法1、需要确定的

17、参数 流量Q、管径D、坡度I、流速v、充满度h/D和埋深H。2、确定方法 首先根据资料,计算出流量Q,根据Q值可初步确定管径D;然后,根据Q、D值,求I、h/D、v值。在这三个未知数中,还需知道一个参数,才能求得另外两个,此时可以在三个参数中先假设一个值,比方流速为最小流速,或是坡度为最小坡度,或是充满度满足一定要求等,之后进行查表或查图,就可得出其余两个未知数;最后要进行校核,假设得出的两个参数满足其规定的要求,那么计算完成,假设不满足要求,那么需调整假设值,甚至管径D,重新进行计算。 2.1.4 污水管道的设计确定排水区界,划分排水流域管道定线控制点确定和泵站的设置地点设计管段及设计流量确

18、实定污水管道的衔接污水管道在街道上的位置确定排水区界,划分排水流域排水区界是污水排水系统设置的界限。排水流域是指在排水区界内,按照一定要求所划分的不同排水区域。(通常根据等高线划分排水区域,在地形平坦地区可按照面积的大小进行划分。)管道定线在总平面图上确定污水管道的位置和走向。管道定线的影响因素地形污水厂和出水口的位置所采用的排水体制管道定线时本卷须知主干管布置在坚硬密实土壤中尽量少穿河流、铁路、山谷和高地防止与地下构筑物交叉不宜敷设在繁忙、狭窄的街道下集中流量尽量排入上游控制点确定和泵站设置地点对管道系统的埋深起控制作用的地点,通常在管道起点或最低最远点。泵站设置地点中途泵站局部泵站总泵站设

19、计管段及设计流量 两个检查井之间,设计流量不变,且采用同样的管径和坡度的管段,称为一个设计管段。 一般检查井的设置位置有:流量汇入的地方、管径变化的地方、转弯的地方、或在直管段管径长度较长时(3070m)。 设计流量本段流量转输流量集中流量1234ABCDq式中:q1设计管段的本段流量,L/s; F设计管段效劳的街坊面积,公顷; KZ生活污水量总变化系数; q0单位面积的本段平均流量,即比流量,L/s.公 顷 可用下式求得。式中:n污水量标准,L/(人.d); p人口密度,人/公顷。污水管道的衔接衔接的原那么:尽可能地提高低游管段的高程,减 小埋深,降低造价;防止上游管段 回水淤积。衔接的方式

20、水面平接管顶平接跌水连接污水管道在街道上的位置 与其他管线、构筑物有一定的距离(174页) 与给水管相交时,设于给水管下方 尽量防止敷设在机动车道下,设在人行道下 2.2 雨水管渠系统设计雨水管渠系统特点:径流量大、流量变化大、满流雨水管渠系统组成:雨水口、雨水管渠、检查井、 出水口雨水管渠系统设计步骤:资料收集,确定暴雨强度公式划分排水流域,进行管道定线水力计算绘制管渠平面图及剖面图2.2.1 雨量分析与暴雨强度公式雨量分析的要素 降雨量:指降雨的绝对量,用降雨深度(mm)表示, 也可用单位面积的降雨体积(L/ha)表示。年平均降雨量:指多年观测所得的各年降雨量的平均值月平均降雨量:指多年观

21、测所得的各月降雨量的平均值年最大日降雨量:指多年观测所得的一年中降雨量最大 一日的绝对量雨量分析的要素 降雨历时:是指连续降雨的时段,可以指一场雨全部 降雨的时间,也可以指其中个别的连续时 段。用t表示,单位为min或h 暴雨强度:是指某一连续降雨时段内的平均降雨量, 即单位时间的平均降雨深度,用i(mm/min) 表示 ;在工程上,常用单位时间内单位面积 上的降雨体积q(L/s.公顷)表示 q=167i 雨量分析的要素 降雨面积:指降雨所笼罩的面积 汇水面积:指雨水管渠聚集雨水的面积 降雨的频率:是指等于或大于某值的暴雨强度出现的 次数m与观测资料总项数n之比的百分数 降雨的重现期:是指等于

22、或大于某值的暴雨强度出现 一次的时间间隔 2.2.1 雨量分析与暴雨强度公式(续1)暴雨强度公式式中: q设计暴雨强度,L/s.公顷;P设计重现期,年;t降雨历时,min; A1,c,b,n地方参数,根据统计方法进行确定。2.2.2 雨量管渠设计流量确实定雨水管渠设计流量计算公式式中:Q雨水设计流量,L/s; 径流系数,其数值小于1; F汇水面积,公顷; q设计暴雨强度,L/s.公顷。2.2.2 雨量管渠设计流量确实定(续1)极限强度法从流域上最远一点的雨水流至出口断面的时间称为流域的集流时间或集水时间 At1t2t3BCDEFG极限强度法,即成认降雨强度随降雨历时的增长而减小的规律性,同时认

23、为汇水面积的增长与降雨历时呈正比,而且汇水面积的增长速度更快,因此只有当降雨历时等于集流时间时,全部面积参与径流,产生最大径流量 2.2.3 雨量管渠系统的设计和计算(续3)雨水管渠系统的设计步骤和水力计算 (1)收集、分析资料,划分排水流域、进行管道定线。(2)划分设计管段。 注意:不宜划分过多;管径增长要连续;划分要从密到疏。(3)划分并计算汇水面积。 汇水面积包括绿地、街道等。(4)计算平均径流系数。 一般经验值为:城市0.50.8;郊区0.40.6。(5)确定重现期P、地面集水时间t1。(6)计算单位面积径流量q0。(7)计算各管段的设计流量,并求出Q、D、v、I及埋深等。(8)绘制图

24、纸。包括平面图和剖面图 2.3 合流制管渠系统的设计合流制管渠系统 是指在同一管渠内排除生活污水、工业废水和雨水的管渠系统. 合流制管渠系统特点 结构简单,管渠总长度小 与分流制相比,截流干管管径大,泵站和污水处理厂规模大 雨天径流时,局部生活污水也溢流到水体,造成一定程度的污染 晴天时,管渠内流量小,流速低,易淤积 合流制管渠系统的使用条件 排水区域内有水源充分的水体,足够大的环境容 量,使污染程度控制在允许范围之内 街道比较完善,必须采用暗管排除雨水,而街道又 比较狭窄,管渠的设置位置受到限制时,可以考虑 采用合流制 合流制管渠布置时注意问题 管渠的布置应能使所有效劳面积上的生活污水、工业

25、废水和雨水都能合理地排入管渠,并尽可能以最短距离坡向水体 截流干管与水体平行布置,在适当位置设置溢流井 合理控制溢流井的数目和位置 在上游,尽量利用边沟排除雨水 合流制排水管渠的设计流量 第一个溢流井上游管渠设计流量式中:Qs生活污水设计流量 Qi工业废水设计流量 Qr雨水设计流量 分别为生活污水和工业废水的平均流量。称为旱流流量Qf 溢流井下游管渠的设计流量 式中:n0截流倍数 Q1溢流井下游排水面积上的雨水设计流量 Q2溢流井下游排水面积上的生活污水平均 流量与工业废水最大班平均流量之和 截流倍数 n0溢流井后,不从溢流井泄出的雨水量,通常按旱流流量的指定倍数计算,该指定倍数称为截流倍数n

26、0 我国?室外排水设计标准?规定采用n0 为15工程实际中,我国多数城市都采用n0 =3美国、日本等多采用n0 =35合流制排水管渠的水力计算要点 按满流进行设计 重现期应适当放大,因为混合污水有污染 应合理确定截流倍数n0 溢流井形式 截流槽式 溢流堰式 跳跃堰式 2.4 排水管渠及附属构筑物 排水管渠的断面形式要求 静力学上,具有一定的抗荷载能力,巩固稳定, 抗压抗折,不破裂、不变形 水力学上,尽可能大的排水能力,不淤积,不沉淀 经济上,造价低 管理维护上,便于疏通、清洗 排水管渠的断面形式 圆形半椭圆形马蹄形水力特性好排水能力大抗压能力强便于预制节省材料 抗压能力强节省材料用于污水流量大

27、且变化小管径大于2m 高度小于宽度可减小埋深造价低、易淤积适用大流量、变化小、出水位置受限制 排水管渠的断面形式 矩形水力条件差可现场预制适用于排洪沟等明渠或路面狭窄地区 梯形只适用于明渠 蛋形下部窄流量小时流速也较大不淤积清通养护方便 排水管渠材料的要求 具有一定的强度,抗压抗折 抗冲刷、耐磨损 有抗腐蚀,浸蚀能力 不透水 内壁光滑、阻力小 货源充足、价格廉价 常用的排水管渠 混凝土和钢筋混凝土管陶土管金属管砖石浆砌或钢混大型管渠石棉水泥管其他管渠,包括木管,竹管,塑料管,玻璃钢管等(1)混凝土和钢筋混凝土管 优点: 制造方便,本钱低,抗压能力强,适用于大管径 缺点: 抗酸、碱和浸蚀能力低;

28、抗渗透性能低;管节 短,接头多,施工困难;重量大,搬运不便 乘插式企口式平口式(2)陶土管特点:内外壁光滑;不透水性能好,耐磨损、抗腐蚀;强度低,抗压抗折能力差,管径较小,一般在300mm以下适用条件:居民区室外排水管、工业废水中 (3)金属管(钢管 和铸铁管)特点:本钱高,较少采用;抗高压、抗渗透能力强;内壁光滑,阻力小;长度大,接头少;抗酸、碱腐蚀和抗地下水浸蚀能力低,需作防腐处理适用条件:震区,对渗透要求高的地区 特点:现场浇筑,抗压、抗震、抗腐蚀能力强,无法预制适用条件:大管径,管径大于2.0m (4)砖石浆砌或钢混大型管渠(5)石棉水泥管特点:外表光滑、不透水;抗腐蚀性强;重量轻;质

29、脆,易折断,不耐磨损 (6)其他管渠:木,竹,塑料,玻璃钢等管渠材料的选择管渠材料应尽可能就地取材,便于供给和运输考虑管材的造价根据输送水质情况,进行比较选择考虑管材的适用条件排水管渠接口的要求 足够的强度 不透水 抗腐蚀、浸蚀 具有一定的弹性 排水管渠接口的分类柔性接口:允许有3-5mm的纵向交错或较小的角度。适用于地基 软硬不一、受力不均匀,震区等地。但施工复杂,造 价高。如沥青卷材、橡胶圈刚性接口:不允许有相对的位移。适用于地基条件好的地区,施 工简单,应用广泛,如水泥砂浆接口半柔半刚性接口:介于柔性和刚性之间,如石棉水泥接口 排水管渠根底的组成管道管座根底垫层地基排水管渠根底的种类砂土

30、根底 适用于土壤条件非常好、无地下水的地区,管道直径小于600mm,管顶覆土厚度在之间的管道,不在车行道下的次要管道及临时性管道。混凝土枕基 建在管道接口处。适用于土壤条件较好、无地下水的地区,是一局部根底。混凝土带形根底 沿管道全长敷设。适用土壤条件差、震区、重要管道处。按管座的形式,分为90度、135度、180度三种管座根底 排水管渠附属构筑物-雨水口雨水口的作用: 收集雨水的构筑物雨水口的组成进水箅: 通常为铸铁制,也有混凝土制。一般一个平箅雨水口可排泄1520L/s的地面径流量。进水箅设在道路交叉口、低洼地、路侧边沟等处,间距2550m 井筒: 通常采用砖砌结构,或钢筋混凝土浇制,深度

31、小于1.0m。其形式有带沉泥井的和不带沉泥井的两种 连接管: 连接管的管径大于200mm,坡度大于0.01,长度小于25m。在同一连接管上雨水口的个数不多于3个 排水管渠附属构筑物-检查井 为了便于对管道进行检查和清通,必须设置检查井。检查井一般设在管渠交汇、转弯、管渠尺寸或坡度改变、跌水等处以及相隔一定距离的直线管渠上 检查井的组成井底: 根底为卵石、碎石或混凝土浇筑,井底为半圆形或弧形,水力条件好,减小阻力 井身: 砖砌结构,水泥砂浆抹面。通常为圆形,在大管径交汇处,可用矩形、扇形 井盖: 为铸铁或混凝土制。为防止雨水流入,通常高于地面 排水管渠附属构筑物-倒虹管 穿越河流、洼地、铁路、地

32、下构筑物时,需按下凹的折线方式敷设管道,称为倒虹管。倒虹管由进水井、下行管、平行管、上行管和出水井组成 倒虹管设计时本卷须知 进水井应设事故排出口,堵塞时污水有出路 倒虹管与河流等障碍物尽量垂直布置,减小距离 倒虹管布置时,一般并列设置两条 倒虹管与河床底的垂直距离不小于0.5m防止倒虹管淤积措施 设计流速规定为1.21.5m/s,最小不能小于0.9m/s 在进水井设置冲洗措施,冲洗流速大于1.2m/s 进入进水井前,应设置沉积槽 上行与下行管与水平夹角不应大于30度 最小管径为200mm 在进水井中设置闸门,以调节流量 在虹吸管内设置防沉装置电脑的学名为电子计算机，是由早期的电动计算器开展而

33、来的。1946年，世界上出现了第一台电子数字计算机“ENIAC，用于计算弹道。是由美国宾夕法尼亚大学莫尔电工学院制造的。1956年，晶体管电子计算机诞生了，这是第二代电子计算机。只要几个大一点的柜子就可将它容下，运算速度也大大地提高了。1959年出现的是第三代集成电路计算机。最初的计算机由约翰冯诺依曼创造(那时电脑的计算能力相当于现在的计算器)，有三间库房那么大，后逐步开展。 1946年面世的“ENIAC，它主要是用于计算弹道。是由美国宾夕法尼亚大学莫尔电气工程学院制造的，它的体积庞大，占地面积170多平方米，重量约30吨，消耗近150千瓦的电力。显然，这样的计算机本钱很高，使用不便。这个说法

34、被计算机根底教科书上普遍采用，事实上在1973年根据美国最高法院的裁定，最早的电子数字计算机，应该是美国爱荷华州立大学的物理系副教授约翰阿坦那索夫和其研究生助手克利夫贝瑞(Clifford E. Berry ，1918-1963于1939年10月制造的ABC(Atanasoff- Berry-Computer。之所以会有这样的误会，是因为“ENIAC的研究小组中的一个叫莫克利的人于1941年剽窃了约翰阿坦那索夫的研究成果，并在1946年时，申请了专利。由于种种原因直到1973年这个错误才被扭转过来。具体情况参阅百度百科-“约翰阿坦那索夫词条，希望大家记住ABC和约翰阿坦那索夫，希望以后的教科书

35、能够修改这个错误。后来为了表彰和纪念约翰阿坦那索夫在计算机领域内作出的伟大奉献，1990年美国前总统布什授予约翰阿坦那索夫全美最高科技奖项-“国家科技奖。编辑本段根本概念分类从计算机的类型、工作方式、构成器件、操作原理、应用环境等划分，计算机有多种分类。 从数据表示来说，计算机可分为数字计算机、模拟计算机以及混合计算机三类 数字计算机按构成的器件划分，曾有机械计算机和机电计算机，现用的电子计算机，正在研究的光计算机、量子计算机、生物计算机、神经计算机等等。各种计算机(8张)电子计算机就其规模或系统功能而言，可分为巨型、大型、中型、小型、微型计算机和单片机。 综合起来说，计算机的分类是这样的：

36、(1)按照性能指标分类 巨型机：高速度、大容量 大型机：速度快、应用于军事技术科研领域 小型机：结构简单、造价低、性能价格比突出 微型机：体积小、重量轻、价格低 (2)按照用途分类 专用机：针对性强、特定效劳、专门设计， 通用机：科学计算、数据处理、过程控制解决各类问题 (3)按照原理分类 数字机：速度快、精度高、自动化、通用性强 模拟机：用模拟量作为运算量，速度快、精度差 混合机：集中前两者优点、避开其缺点，处于开展阶段硬件计算机系统中所使用的电子线路和物理设备，是看得见、摸得着的实体，如中央处理器CPU、存储器、外部设备输入输出设备、I/O设备及总线等。 中央处理器 主要功能是根据存储器内

37、的程序， 中央处理器逐条地执行程序所指定的操作。中央处理器的主要组成局部是：数据存放器、指令存放器、指令译码器、算术逻辑部件、操作控制器、程序计数器指令地址计数器、地址存放器等。 存储器 主要功能是存放程序和数据，程序是计算机操作的依据，数据是计算机操作的对象。存储器是由存储体、地址译码器、读写控制电路、地址总线和数据总线组成。能由中央处理器直接随机存取指令和数据的存储设备称为主存储器 内存储器，磁盘、磁带、光盘等不能直接被中央处理器读的存储设备取称为外存储器或辅助存储器。高速缓存、主存储器、外部存储器和相应的软件，组成计算机的存储系统。 外部设备 主要功能是用户与机器之间的桥梁。输入设备的任

38、务是把用户要求计算机处理的数据、字符、文字、图形和程序等各种形式的信息转换为计算机所能接受的编码形式存入到计算机内。输出设备的任务是把计算机的处理结果以用户需要的形式如屏幕显示、文字打印、图形图表、语言音响等输出。输入输出接口是外部设备与中央处理器之间的缓冲装置，负责电气性能的匹配和信息格式的转换。 外部设备软件对能使计算机硬件系统顺利和有效工作的程序集合的总称。程序总是要通过某种物理介质来存储的，它们是磁盘、磁带、程序纸、穿孔卡等，但软件并不是指这些物理介质，而是指那些有程序设计人员预先设计编写的存放在存储体中的代码。可靠的计算机硬件如同一个人的强壮体魄，有效的软件如同一个人的聪颖思维。 计

39、算机的软件系统可分为系统软件和应用软件两局部。系统软件是负责对整个计算机系统资源的管理、调度、监视及为其他应用软件提供接口和效劳效劳。应用软件是指应各个不同领域用户的不同需要而专门开发的各种应用程序。计算机软件系统包括： 操作系统 系统软件的核心，它负责对计算机系统内各种软、硬资源的管理、控制和监视。 数据库管理系统 负责对计算机系统内全部文件、资料和数据的管理和共享。 编译系统 负责把用户用高级语言所编写的源程序编译成机器所能理解和执行的机器语言。 网络系统 负责对计算机系统的网络资源进行组织和管理，使得在多台独立的计算机间能进行相互的资源共享和通信。 标准程序库 按标准格式所编写的一些程序

40、的集合，这些标准程序包括求解初等函数、线性方程组、常微分方程、数值积分等计算程序。 效劳性程序 也称实用程序。为增强计算机系统的效劳功能而提供的各种程序，包括对用户程序的装置、连接、编辑、查错、纠错、诊断等功能。为了使计算机能算得快和准、记得多和牢，数十年来，对提高单机中的中央处理器的处理速度和精度，对提高存储器的存取速度和容量作了许多改进，如：增加运算器的根本字长和提高运算器的精度；增加新的数据类型，或对数据进行自定义，使数据带有标志符，用以区别指令和数，及说明数据类型；在CPU 内增设通用存放器、采用变址存放器、增加间接寻址功能和增设高速缓冲存储器和采用堆栈技术；采用存储器交叉存取技术及虚

41、拟存储器技术；采用指令流水线和运算流水线；采用多个功能部件和增设协处理器等。编辑本段根底理论根底冯诺依曼提出的计算机体系结构奠定了现代计算机的结构理论根底： 1计算机由运算器、控制器、输入设备、输出设备、存储器组成 2程序存储控制 3以二进制为计算机根本单位。开展历史公元前82年有齿轮计算机，可以计算小些天文信息。 1614年，苏格兰人John Napier (1550-1617)发表了一篇论文，其中提到他创造了一种可以计算四那么运算和方程运算的精巧装置。 1623年，Wilhelm Schickard (1592-1635)制作了一个能进行六位以内数加减法，并能通过铃声输出答案的计算钟。通过

42、转动齿轮来进行操作。 1625年，William Oughtred (1575-1660) 创造计算尺。 1642至1643年，巴斯卡(Blaise Pascal)为了帮助做收税员的父亲，他就创造了一个用齿轮运作的加法器，叫“Pascalene ，这是第一部机械加法器。 1666年，在英国Samuel Morland创造了一部可以计算加数及减数的机械计数机。 1673年， Gottfried Leibniz 制造了一部踏式(stepped)圆柱形转轮的计数机，叫“Stepped Reckoner，这部计算器可以把重复的数字相乘，并自动地参加加数器里。 1694年，德国数学家，Gottfried

43、 Leibniz ，把巴斯卡的Pascalene 改进，制造了一部可以计算乘数的机器，它仍然是用齿轮及刻度盘操作。 1773年， Philipp-Matthaus 制造及卖出了少量精确至12位的计算机器。 1775年，The third Earl of Stanhope 创造了一部与Leibniz相似的乘法计算器。 1786年， 设计了一部差分机，可惜没有拨款去制造。 1801年， Joseph-Marie Jacquard 的织布机是用连接按序的打孔卡控制编织的样式。 Charles Babbages的差分机1847年，计算机先驱、英国数学家Charles Babbages开始设计机械式差分

44、机。总体设计耗时尽2年，这台机器可以完成31位精度的运算并将结果打印到纸上，因此被普遍认为是世界上第一台机械式计算机。但由于设计过于复杂且改动过于频繁，Charles Babbages直到去世也没有把自己的设计变成现实。直到2021年3月，人们才把Charles Babbages的差分机造出来，这台机器有8000个零件，重5吨，目前放置在美国加利福尼亚州硅谷的计算机历史博物馆里供人参观。 1854年，George Boole 出版An Investigation of the Laws of Thought，是讲述符号及逻辑理由，它后来成为计算机设计的根本概念。 1882年，William S

45、. Burroughs 辞去在银行文员的工作，并专注于加数器的创造。 1889年，Herman Hollerith 的电动制表机在比赛中有出色的表现，并被用于1890 中的人口调查。Herman Hollerith 采用了Jacquard 织布机的概念用来计算，他用咭贮存资料，然后注入机器内编译结果。这机器使本来需要十年时间才能得到的人口调查结果，在短短六星期内做到。 1893年，第一部四功能计算器被创造。 1895年，Guglielmo Marconi 传送播送讯号。 1896年，Hollerith 成立制表机器公司(Tabulating Machine Company)。 1901年，打孔

46、键出现，之后的半个世纪只有很少的改变。 1904年，John A.Fleming 取得真空二极管的专利权，为无线电通讯建立根底。 1906年，Lee de Foredt 加了一个第三活门在Felming 的二极管，创制了三电极真空管。 1907年，唱片音乐在纽约组成第一间正式的电台。 1908年，英国科学家 Campbell Swinton描述了电子扫描方法及预示用阴极射线管制造电视。 1911年，Hollerith 的表机公司与其它两间公司合并，组成Computer Tabulating Recording Company (C-T-R)，制表及录制公司。但在1924年，改名为Interna

47、tional Business Machine Corporation (IBM)。 1911年，荷兰物理学家 Kamerlingh Onnes 在Leiden Unversity 发现超导电。 1931年，Vannever Bush 创造了一部可以解决差分程序的计数机，这机器可以解决一些令数学家，科学家头痛的复杂差分程序。 1935年，IBM (International Business Machine Corporation) 引入IBM 601，它是一部有算术部件及可在1秒钟内计算乘数的穿孔咭机器。它对科学及商业的计算起很大的作用。总共制造了1500 部。 1937年，Alan Tur

48、ing 想出了一个通用机器(Universal Machine)的概念，可以执行任何的算法，形成了一个可计算(computability)的根本概念。Turing 的概念比其它同类型的创造为好，因为他用了符号处理(symbol processing) 的概念。 1939年11月，John Vincent Atannsoff 与John Berry 制造了一部16位加数器。它是第一部用真空管计算的机器。 1939年，Zuse 与Schreyer 开鈶制造了V2后来叫Z2，这机器沿用Z1的机械贮存器，加上一个用断电器逻辑(Relay Logic)的新算术部件。但当Zuse完成草稿后，这方案被中断一

49、年。 1939-40年，Schreyer 完成了用真空管的10位加数器，以及用氖气灯(霓虹灯)的存贮器。 1940年1月，在 Bell Labs，Samuel Williams 及Stibitz 完成了一部可以计算复杂数字的机器，叫“复杂数字计数机(Complex Number Calculator)，后来改称为“断电器计数机型号I (Model I Relay Calculator)。它用 开关局部做逻辑部件：145个断电器，10个横杠开关。数字用“Plus 3BCD代表。在同年9月，电传打字 etype 安装在一个数学会议里，由New Hampshire 连接去纽约。 1940年， Zus

50、e 终于完成Z2，它比V2运作得更好，但不是太可靠。 1941年夏季，Atanasoff及Berry完成了一部专为解决联立线性方程系统(system of simultaneous linear equations) 的计算器，后来叫做ABC (Atanasoff-Berry Computer)，它有60个50位的存贮器，以电容器(capacitories)的形式安装在2个旋转的鼓上，时钟速度是60Hz。 1941年2月，Zuse 完成V3(后来叫Z3)，是第一部操作中可编写程序的计数机。它亦是用浮点操作，有7个位的指数，14位的尾数，以及一个正负号。存贮器可以贮存64个字，所以需要1400个断电器。它有多于1200个的算术及控制部件，而程序编写，输入，输出的与Z1 相同。1943年1月 Howard H. Aiken完成ASCC Mark I(自动按序控制计算器Mark I ，Automatic Sequenc