计算机的产生与发展

1、 第一单元 计算机基础知识1.1.1 计算机的产生1.1.2 计算机的发展1.1.3 计算机的发展趋势1.1.4 未来新型计算机1.1.5 计算机的特点1.1.6 计算机的分类 1.1.7 计算机的应用 项目 1-1 了解计算机 1.1.1 计算机的产生 一、具有历史意义的计算工具 算 筹 春秋战国时期世界上最早的计算工具 算 盘 中国唐代 第一种手动式计数器 沿有至今 计算尺 1622年 英国奥特瑞德（William Oughtred） 20世纪70年代被计算器取代手动式 功能：加、减、乘、除、指数、三角函数等 加法器 1642年 法国帕斯卡（Blaise Pascal） 机械式 功能：只能

2、做加法 计算器 1673年德国莱布尼茨（Gottfried Leibniz ）机械式 功能：加、减、乘、除和开方 1642 Blaise Pascal加法器计算尺二、近代计算机 1、差分机、分析机差分机1834 分析机三部分组成：(1)由许多轮子组成的保存数据的存储库；(2)运算装置；(3)能对操作顺序进行控制，并选择所需处理的数据以及输出结果的装置。查尔斯.巴贝奇 1822年出现模型，能提高乘法速度和改进对数表等数学表的精确度。 能够自动解算有100个变量的复杂算题，每个数可达25位，速度可达每秒钟运算一次。2、ENIAC（电子数字积分计算机） 1946年2月在美国宾夕法尼亚大学诞生，是世界

3、公认的第一台计算机。它是为计算弹道和射击表而设计，主要元器件采用的是电子管。 该机使用了1500个继电器，18800个电子管，占地170平方米，重量30多吨，耗电150千瓦，耗资40万美元。 每秒能完成5000次加法运算，300多次乘法运算，比当时最快的计算工具快300倍。备注：1958年我国研制出第一台电子管计算机。两大缺点：一是没有存储器； 二是用布线接板进行控制，计算速度也就被 这一工作抵消了。 5000次加法/秒 体重28吨 占地170m2 18800只电子管 1500个继电器 功率150KW世界上第一台计算机ENIAC图1图2图33、EDVAC （离散变量自动电子计算机 ） 1949

4、年由美籍数学家冯诺依曼和同事共同研发成功是第一台现代意义的通用计算机。 整台计算机共使用大约6000个电子管和大约12000个二极管，功率为56KW，占地面积45.5平方米，重7850KG，使用时需要三十个技术人员同时操作。 它由五个基本部分组成：1）运算器CA（2）控制器CC（3）存储器M（4）输入装置I（5）输出装置O； 这种体系结构一直延续至今，所以现在一般计算机被称为冯诺依曼结构计算机。鉴于冯诺依曼在发明电子计算机中所起到关键性作用，他被西方人誉为计算机之父。 计算机科学奠基人英国科学家 阿兰.图灵主要贡献： 建立图灵机模型，奠定了可计算理论的基础 提出图灵测试，阐述了机器智能的概念

5、电子计算机之父美籍匈牙利数学家 冯.诺依曼主要贡献： 与同事研制人类第二台计算机EDVAC 提出“存储程序”概念 冯诺依曼计算机 奠定了现代计算机体系结构和工作原理美国计算机学会(ACM)1966年设立图灵奖 1.1.2 计算机的发展阶段电子管典型机器：国外的：ENIAC 、UNIVAC。国内的：103、104等。 根据计算机采用的物理器件，一般将计算机的发展分成以下四个阶段：（1）第一代计算机 194620世纪50年代末，电子管时代计算机。 电子管作为主要逻辑部件。体积大，耗电量大，寿命短，可靠性差，成本高。 每秒运算速度仅为几千次，内存容量仅为几KB。 主要用于军事和科学研究工作。 使用机

6、器语言和汇编语言编程。 晶体管作为主要逻辑部件，体积减小，重量减轻，成本下降，能耗降低，可靠性和运算速度到了提高。 运算速度达每秒几十万次，内存容量扩大到几十KB 。 除了科学计算外，还用于数据处理和事务处理。 软件方面有了系统软件（监控程序），提出了操作系统的概念，出现了高级语言。晶体管 典型机器： 国外的：IBM7090等 国内的：441B等 （2）第二代计算机 19581964年，晶体管计算机时代 高级程序设计语言有了很大发展， 并出现了操作系统。典型机器：国外IBM-360等;国内709等集成电路（3）第三代计算机 19641972年，集成电路计算机时代。 中、小规模集成电路做主要逻辑

7、部件。体积越来越小，价格越来越低。 运算速度每秒可达几十万次到几百万次，内存大大提高。计算机开始广泛应用在各个领域。操作系统不断完善，各种实用软件层出不穷。大规模集成电路（4）第四代计算机 1972年至今，大规模、超大规模集成电路计算机时代。 采用大规模、超大规模集成电路作基本逻辑部件，在硅半导体芯片上集成了大量的电子元器件。运算速度每秒可达几百万次到几亿次。 存储器：半导体存储器；外存除了使用软、硬磁盘外，引进了光盘。各种输入输出设备出现。逻辑元件程序设计语言运算速度内存容量第一代19491957年电子管机器语言汇编语言几千次/秒几KB第二代19581964年晶体管FORTRANALGOL、

8、COBOL几十万次/秒几十KB第三代19651970年中、小规模集成电路操作系统和会话式语言百万次/秒第四代1971大规模或超大规模集成电路几百万亿 次/秒第五代智能化计算机正在研制之中，使计算机具有人工智能，可像人一样能看、能听、能说、能思考，具有学习功能，能自动进行逻辑判断等图表几MB几百MB面向对象1.1.3 未来新型计算机1光计算机 利用光子取代电子进行数据运算、传输和存储。 不同波长的表示不同的数据 优点：超高速 缺点：体积庞大2生物计算机（分子计算机） 20世纪80年代中期开始研制 采用了生物芯片3量子计算机 利用处于多现实态下的原子进行运算的计算机， 这种多现实态是量子力学的标志

9、。 1.1.4 计算机的发展趋势（1）巨型化：指速度快、容量大、计算处理功能强的巨型计算机系统。它代表了计算机的发展水平。（2）微型化：指价格低、体积小、可靠性高、使用灵活方便、用途广泛的微型计算机系统。微型化反映了计算机的应用程度。目前，微型计算机已进入电视、电冰箱、空调器等家用电器、仪器仪表等小型设备中。（3）网络化：指把多个分布在不同地点的计算机通过通信线路连接起来，使用户共享硬件、软件和数据等资源的计算机网络。 （4）智能化：指具有“听觉”、“视觉”、“嗅觉”和“触觉”，甚至具有“情感”等感知能力和推理、联想、学习等思维功能的计算机系统。 它具有类似人学习和推理的思维能力，有人的部分功

10、能，能代替人的一些体力劳动和脑力劳动，是一种智能型的电子计算机。（1） 运算速度快 : 如巨型机可达十几万亿次/秒。（2） 计算精度高：目前微型计算机的计算精度可以达到32位二进制。（3） 超强的记忆能力：存储容量超大。（4）复杂的逻辑判断功能:指能进行与、或、非等的逻辑运算。（5）按程度自动工作的能力：把编好的程序存入计算机，发出运行指令后，计算机不需要人工干预可以依次逐条执行。人工干预时计算机能对其问题做出相应的回答。1.1.5 计算机的特点 （2）按硬件组合及用途 :通用计算机专用计算机1.1.6 计算机的分类（1）按处理的信号：数字式计算机模拟式计算机数模混和计算机（3）按规模个人机

11、(PC: Personal Computer)工作站 (WS: Work Station)小型机 (Minicomputer )主机 （大型机 Mainframe)小巨型机 (中型机Minisupercomputer) 巨型机 (Superconputer) 1. 巨型机运算速度快、存储容量大，可达1亿次每秒以上运算速度，主存容量高达几百兆至几千兆字节，字长可达64位2. 大型机运算速度一般在100万次/秒几千万次/秒，字长32位64位，主存容量在几百兆字节以上。它有比较完善的指令系统，丰富的外部设备和功能齐全的软件系统。3. 中型机中型机规模介于大型机和小型机之间。4. 小型机规模较小、结构

12、简单、成本较低、操作简便、维护容易，从而得以广泛推广应用。5. 微型机采用微处理器、半导体存储器和输入输出接口等芯片组装，具有体积更小、价格更低、通用性更强、灵活性更好、可靠性更高、使用更加方便等优点。6. 工作站工作站实际上就是一台高档微机，运算速度快，主存储器容量大，易于联网，特别适合于CAD/CAM和办公室自动化。 计算机及其应用已经渗透到社会的各行各业，正在改变着传统的工作、学习和生活的方式，推动着社会的发展，如在以下领域中：科研、工商、教育、医药、政府、娱乐、家庭等。1.1.7 计算机的应用 归纳起来主要有以下几种用途1.科学计算：通常是指用于完成科学研究和工程技术中提出的数学问题的计算。2.数据处理：非数值计算，是指对大量的数据进行采集、查询、分类、排序、统计、存储及传输等。3.过程控制：实时控制，是指用计算机及时采集检测数据，按最佳值迅速地对控制对象进行自动控制或自动调节。4.计算机辅助工程：计算机辅助设计CAD、计算机辅助制造CAM、计算机辅助教学CAI、计算机辅助测试