第章计算机的发展与组成

第章计算机的发展与组成延时符Contents目录计算机的起源与历史计算机的基本组成与结构计算机的分类与应用领域计算机的发展趋势与挑战计算机硬件组成详解计算机软件组成详解延时符01计算机的起源与历史最早的计算工具之一，由一框架和滑动或固定在框架上的算子组成，由0至9数字构成，用于进行基本的数学运算。算盘一种模拟计算机，通常由三个互相锁定的有刻度的长条或滑块组成，用于执行乘除运算和求平方根等。计算尺由德国数学家莱布尼茨在17世纪发明的一种可以进行四则运算的机械计算器。莱布尼茨轮早期计算工具与思想19世纪初由英国数学家巴贝奇设计的一种机械式计算机，用于计算多项式函数。巴贝奇差分机分析机马克一号巴贝奇的另一项伟大发明，是一种通用计算机，可以执行任何数学运算。20世纪40年代由哈佛大学研制的机械式计算机，用于教学和科研。030201机械式计算机时代20世纪40年代由英国科学家图灵设计的电子管计算机，用于破译德军密码。巨像计算机1946年诞生于美国，是世界上第一台通用电子计算机，使用了18000个电子管。ENIAC1951年由美国雷明顿兰德公司推出，是第一台商用电子计算机。UNIVAC电子管计算机时代

晶体管计算机时代晶体管1947年由美国贝尔实验室的肖克利、巴丁和布拉顿组成的研究小组发明的，是电子技术的历史性突破。TRADIC1954年由美国贝尔实验室研制成功第一台使用晶体管的计算机，成为第二代计算机的代表。IBM7090IBM公司于1959年推出的晶体管计算机，是当时最先进的大型计算机之一。延时符02计算机的基本组成与结构执行计算机指令，处理数据，是计算机的“大脑”。中央处理器（CPU）分为内存和外存，用于存储数据和程序。存储器如键盘、鼠标等，用于将数据和命令输入到计算机中。输入设备如显示器、打印机等，用于将计算机处理的结果输出给用户。输出设备硬件系统组成如操作系统、编译器等，是计算机运行的基础软件。系统软件如办公软件、游戏等，是基于系统软件开发的，用于满足用户的各种需求。应用软件软件系统组成将程序和数据存储在同一个存储器中，以运算器为中心，通过控制器控制数据的输入和输出。将程序和数据分别存储在两个独立的存储器中，使得取指和取数能同时进行，提高了数据处理速度。计算机体系结构哈佛结构冯·诺依曼结构存储程序将程序和数据一样存放在内存中，使得计算机能够自动地按照人们预先编写的程序进行工作。控制原理通过控制器控制程序的执行流程，实现计算机的各种功能。控制器根据指令的要求，发出各种控制信号，使得计算机各部分协调工作。存储程序控制原理延时符03计算机的分类与应用领域定义巨型计算机是指运算速度极高、存储容量极大、功能强大的计算机，通常用于科学计算、气象预报、地震模拟等大规模数据处理和计算领域。特点巨型计算机通常采用高性能的处理器和大量的内存储器，具有极高的运算速度和数据处理能力。同时，巨型计算机通常采用分布式处理技术，以提高整体性能。应用领域巨型计算机在科学计算、气象预报、地震模拟、核能模拟等领域发挥着重要作用。例如，天气预报需要处理大量的气象数据，而巨型计算机能够快速地进行数据处理和模拟，为天气预报提供准确的数据支持。巨型计算机定义大型计算机是指具有较高的运算速度、较大的存储容量和较强的数据处理能力的计算机，通常用于企业级的数据处理、事务处理和决策支持等领域。特点大型计算机通常采用高性能的处理器和大容量的内存储器，能够满足企业级应用对于数据处理和存储的需求。同时，大型计算机通常具有较高的可靠性和稳定性，能够保证企业级应用的连续运行和数据安全。应用领域大型计算机在企业级的数据处理、事务处理和决策支持等领域发挥着重要作用。例如，银行、保险等金融机构需要处理大量的交易数据和客户信息，而大型计算机能够提供高效、稳定的数据处理和存储服务。大型计算机010203定义小型计算机是指体积较小、价格适中、功能较为全面的计算机，通常用于部门级或工作组级的数据处理和应用开发等领域。特点小型计算机通常采用较为先进的处理器和适量的内存储器，能够满足部门级或工作组级应用对于数据处理和存储的需求。同时，小型计算机通常具有较好的可扩展性和可维护性，方便用户进行升级和维护。应用领域小型计算机在部门级或工作组级的数据处理和应用开发等领域发挥着重要作用。例如，学校的教务管理系统、企业的财务管理系统等都可以采用小型计算机进行搭建。小型计算机定义微型计算机是指体积小巧、价格相对较低、功能较为全面的计算机，通常用于个人使用或小型组织的数据处理和应用开发等领域。特点微型计算机通常采用微处理器和微量的内存储器，能够满足个人使用或小型组织对于数据处理和存储的需求。同时，微型计算机通常具有较好的便携性和易用性，方便用户随时随地进行使用。应用领域微型计算机在个人使用或小型组织的数据处理和应用开发等领域发挥着重要作用。例如，个人用户可以使用微型计算机进行文档编辑、图像处理、视频制作等操作；小型组织可以使用微型计算机进行日常办公、财务管理等操作。微型计算机延时符04计算机的发展趋势与挑战硬件极限的挑战随着元器件尺寸的不断缩小，量子效应、热效应等问题逐渐凸显，硬件行业面临着技术极限的挑战。新材料与新技术为突破硬件极限，业界正在探索新材料（如碳纳米管、二维材料等）和新技术（如光计算、生物计算和光量子计算等）。摩尔定律的提出与影响摩尔定律指出，集成电路上可容纳的元器件数量每18个月翻一倍，但由于物理学的限制，集成电路的技术极限已接近。摩尔定律与硬件极限123量子计算利用量子叠加、量子纠缠等特性，实现并行计算，具有在某些特定问题上远超传统计算机的潜力。量子计算原理及优势生物计算借鉴生物大脑处理信息的方式，通过模拟神经网络实现并行分布式处理，为计算机发展提供了新的思路。生物计算的启示量子计算有望在密码破译、大数据分析等领域发挥巨大作用，而生物计算有望推动人工智能、模式识别等领域的发展。量子计算与生物计算的应用前景量子计算与生物计算03云计算与边缘计算的融合未来，云计算将与边缘计算深度融合，形成云边协同的计算模式，满足各种应用场景的需求。01云计算的普及与发展云计算通过互联网提供动态易扩展且虚拟化的资源，已成为企业和个人数据处理的主要方式。02边缘计算的崛起随着物联网和5G技术的发展，边缘计算将数据处理和分析放在网络边缘，降低了数据传输的延迟和成本。云计算与边缘计算计算机视觉与自然语言处理计算机视觉和自然语言处理是人工智能的重要分支，它们的发展推动了人工智能在各个领域的应用。人工智能与计算机的融合未来，人工智能将与计算机更紧密地融合，推动计算机的智能化发展，改变人们的生活方式和工作方式。人工智能的发展历程人工智能经历了从符号主义到连接主义再到深度学习的发展历程，已在图像识别、语音识别等领域取得显著成果。人工智能与计算机的未来延时符05计算机硬件组成详解指挥计算机的各个部件按照指令的功能要求协调工作的部件，是计算机的神经中枢和指挥中心，由指令寄存器IR（InstructionRegister）、程序计数器PC（ProgramCounter）和操作控制器0C（OperationController）三个部件组成，对协调整个电脑有序工作极为重要。控制器计算机中执行各种算术和逻辑运算操作的部件。运算器的基本操作包括加、减、乘、除四则运算，与、或、非、异或等逻辑操作，以及移位、比较和传送等操作，亦称算术逻辑部件（ALU）。运算器中央处理器（CPU）随机存储器（RAM）随机存取存储器，也叫主存，是与CPU直接交换数据的内部存储器。它可以随时读写（刷新时除外），而且速度很快，通常作为操作系统或其他正在运行中的程序的临时数据存储介质。RAM工作时可以随时从任何一个指定的地址写入（存入）或读出（取出）信息。只读存储器（ROM）ROM所存数据，一般是装入整机前事先写好的，整机工作过程中只能读出，而不像随机存储器那样能快速地、方便地加以改写。ROM所存数据稳定，断电后所存数据也不会改变；其结构较简单，读出较方便，因而常用于存储各种固定程序和数据。内存储器（RAM）VS硬盘是电脑主要的存储媒介之一，由一个或者多个铝制或者玻璃制的碟片组成。碟片外覆盖有铁磁性材料。硬盘有固态硬盘（SSD盘，新式硬盘）、机械硬盘（HDD传统硬盘）、混合硬盘（HHD一块基于传统机械硬盘诞生出来的新硬盘）。SSD固态硬盘（SolidStateDisk或SolidStateDrive，简称SSD），又称固态驱动器，是用固态电子存储芯片阵列制成的硬盘。硬盘外存储器（硬盘、SSD等）键盘01键盘是最常用也是最主要的输入设备，通过键盘可以将英文字母、汉字、数字、标点符号等输入到计算机中，从而向计算机发出命令、输入数据等。鼠标02鼠标的使用是为了使计算机的操作更加简便快捷，来代替键盘那繁琐的指令。显示器03显示器是属于电脑的I/O设备，即输入输出设备。它可以分为CRT、LCD等多种。它是一种将一定的电子文件通过特定的传输设备显示到屏幕上再反射到人眼的显示工具。输入/输出设备（键盘、鼠标、显示器等）延时符06计算机软件组成详解操作系统是计算机系统的核心软件，负责管理和控制计算机的硬件和软件资源，提供用户与计算机之间的接口。常见的操作系统有Windows、Linux、macOS等。编译器将高级语言编写的程序翻译成计算机可执行的机器语言程序的软件。编译器的作用是将人类可读的代码转换为计算机可执行的代码。系统工具软件包括诊断程序、调试程序、排错程序等，用于维护和管理计算机系统。010203系统软件（操作系统、编译器等）图像处理软件用于对图像进行编辑、处理、合成等操作的软件，如AdobePhotoshop、GIMP等。办公软件用于处理文字、数据、图表等信息的软件，如MicrosoftOffice、WPSOffice等。多媒体软件用于处理音频、视频等多媒体信息的软件，如VLC媒体播放器、WindowsMediaPlayer等。应用软件（办公软件、图像处理软件等）用于编写计算机程序的语言，如C、Java、Python等。编程语言分为低级语言和高级语言，低级语言接近计算机硬件，而高级语言更接近人类语言。编程语言是一组解决问题的清晰指令，代表着用系统的方法描述解决问题的策略机制。算法能够执行计算、数