第1章 计算机基础概述

大学计算机基础课程性质：

计算机基础课，入门课重要性：后续计算机课程的先行课学时：授课16学时，上机32学时考试：上机、考试要求：1、正确理解基本概念，熟练掌握系统软件和应用软件。

2、学完本课程可参加全国或江西省计算机一级考试。课程说明第1章计算机基础概述1.1计算机发展简史1.2计算机的特点与分类1.3计算机科学与技术1.1计算机的发展简史1.1.1早期的计算机1.1.2第一台电子计算机ENIAC1.1.3计算机的发展阶段1.1.4计算机的发展趋势1.1.1早期的计算机1.中国古代计算工具的发明：公元前5世纪，中国人发明了算盘

算盘是世界上最古老的计算工具2.世界上第一台机械式计算机──实现了加法运算1642年法国科学家帕斯卡发明的齿轮旋转进位方式加减法器。3.乘法计算机和二进制数的运算1694年，德国数学家莱布尼兹发明了乘法计算机，可以进行加、减、乘、除和开方计算。1.1.1早期的计算机4.差分机和分析机的诞生：19世纪，由英国数学家查尔斯·巴贝奇设计了差分机和分析机。1834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。分析机的设计包含了现代计算机基本的组成部分。5.穿孔卡片计算机：1888年，美国统计专家赫曼·霍列瑞斯博士发明穿孔卡片计算机。人类追求的计算工具1642BlaisePascal加法器CharlesBabbage1822差分机1833分析机MARKIENIAC奠定现代计算机发展的重要人物和思想计算机的理论和模型的诞生：香侬(ClandeShannon)是现代信息论的著名创始人。1938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算可以通过继电器电路来实现。布尔(Boole)1847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。图灵(Turing)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：一是建立图灵机(Turingmachine)模型；二是提出图灵测试(TuringTest)。冯·诺依曼(VonNeumann)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。他提出了“存储程序”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·诺依曼计算机。图灵与图灵机为纪念图灵对计算机的贡献，美国计算机博物馆于1966年设立了“图灵奖”计算机是使用相应的程序来完成任何设定好的任务。图灵机一个控制器；一条可以无限延伸的带子；一个在带子上左右移动的读写头。JohnvonNeumann冯

诺依曼1949EDSAC冯·诺依曼计算机存储程序工作原理计算机的两个基本能力能够存储程序；能够自动地执行程序。计算机是利用“存储器”（内存）来存放所要执行的程序的，而称之为CPU的部件可以依次从存储器中取出程序中的每一条指令，并加以分析和执行，直至完成全部指令任务为止。1.1计算机的发展简史1.1.1早期的计算机1.1.2第一台电子计算机ENIAC1.1.3计算机的发展阶段1.1.4计算机的发展趋势1.1.2第一台电子计算机ENIAC电子计算机的诞生：

世界上第一台通用电子数学计算机ENIAC(ElectronicNumericalIntegratorAndComputer)1946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”（如图1-1所示）为计算弹道和射击表面设计的主要元件是电子管第一台电子计算机（ENIAC）5000次加法/秒体重30t占地70m218800只电子管1500个继电器功率150kW耗资48万美元

1.1计算机的发展简史1.1.1早期的计算机1.1.2第一台电子计算机ENIAC1.1.3计算机的发展阶段1.1.4计算机的发展趋势1.1.3计算机的发展阶段依据计算机采用的主要元器件和性能，一般将计算机的发展分为四个阶段或时代。表1.1计算机发展的四个阶段时代年份器件软件应用一1946-1958电子管机器语言、汇编语言科学计算二1959-1964晶体管高级语言数据处理工业控制三1965-1970中、小规模集成电路操作系统文字处理图形处理四1971年迄今大规模和超大规模集成电路数据库、网络等社会的各个领域计算机发展的几个阶段第一代（1946~1958）电子管5千~4万（次/秒）第二代（1958~1964）晶体管几十万~百万（次/秒）第三代（1964~1970）集成电路百万~几百万（次/秒）第四代（1971~90年代）大规模集成电路几百万~几亿（次/秒）1.1.3计算机的发展阶段五、未来的第五代计算机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在一起，从根本上突破传统的冯·诺依曼体系结构，采用新的计算机设计思想。将微处理器（CPU）作为依据来划分微机发展历史。P3位，是指计算机的字长，即微处理器运算部件一次能处理的二进制数据的位数，字长越长，计算机的处理能力就越强。1.1.3计算机的发展阶段未来新型计算机(1)生物计算机生物芯片（蛋白质分子作为计算机元件），速度是当今计算机的10万倍。(2)光子计算机光子计算机是由光导纤维与各种光学元件制成的计算机。(3)量子计算机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。(4)超导计算机利用超导技术生产的计算机及其部件。(5)纳米计算机1.1.3计算机的发展阶段晶体管数目4004奔腾4420,000,0002,3000.18微米芯片10微米芯片将电脑浓缩在一颗芯片上1.1.3计算机的发展阶段晶体管数单位时间执行的指令数百万条/每秒每18个月芯片能力增长一倍计算机第一定律——摩尔定律1.1.3计算机的发展阶段1.1计算机的发展简史1.1.1早期的计算机1.1.2第一台电子计算机ENIAC1.1.3计算机的发展阶段1.1.4计算机的发展趋势1.1.4计算机的发展趋势当前计算机正朝着多极化、智能化、网络化、多媒体化等趋势发展

1、多极化：由于计算机应用的不断深入，巨型机、大型机、小型机、微型机各有自己的应用领域，形成了一种多极化的形势。

2、智能化：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。1.1.4计算机的发展趋势当前计算机正朝着多极化、智能化、网络化、多媒体化等趋势发展

3、网络化：从单机走向联网是计算机应用发展的必然结果。所谓计算机网络化，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，组成一个规模大、功能强、可以互相通信的网络结构。目的是使网络中的软件、硬件和数据等资源能被网络上的用户共享。4、多媒体化：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。第1章计算机基础概述1.1计算机发展简史1.2计算机的特点与分类1.3计算机科学与技术1.2计算机的特点与分类1.2.1计算机的特点1.2.2计算机的分类1.2.1计算机的特点运算速度快计算精度高记忆能力超强具有逻辑判断能力具有按程序自动工作的能力程序控制方式：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作，实现操作的自动化。通用性强1.2计算机的特点与分类1.2.1计算机的特点1.2.2计算机的分类1.2.2计算机的分类1.按信息的表示形式和对信息的处理方式分类：

(1)模拟计算机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，通过用运算放大器构成的各类运算电路来实现基本运算。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所处理的数据都是以0和1表示的二进制数字，是不连续的离散数字，即脉冲信号。具有运算速度快、准确、存储量大等优点。(3)混合计算机1.2.2计算机的分类2.按计算机的用途分类：

(1)通用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是为解决一个或一类特定问题而设计的计算机。1.2.2计算机的分类3.按计算机规模分类：

(1)巨型机(2)大中型计算机(3)小型机(4)微型机单片机单板机个人计算机(5)工作站介于PC和小型机之间的高档微型计算机。(6)服务器供网络用户共享的高性能计算机应运而生。第1章计算机基础概述1.1计算机发展简史1.2计算机的特点与分类1.3计算机科学与技术1.3计算机科学与技术计算机系统结构；人工智能等。理论计算机科学；软件；计算机科学：

研究计算机及其周围各种现象与规律的科学。软件技术；器件技术；

计算机的系统技术；部件技术；组装技术。计算机技术：计算机领域中所应用的技术方法和技术手段。计算机科学与技术：

(1)理论计算机科学关于计算和计算机械的数学理论。(2)计算机系统结构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。(3)计算机组织与实现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。1.3计算机科学与技术计算机科学与技术：

(4)计算机软件是指计算机系统中的程序及其文档。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分为数值计算和非数值应用两大领域。非数值应用又包括数据处理、知识处理。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。1.3计算机科学与技术1.4计算机的应用与影响计算机的应用领域：

(1)科学计算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。(2)数据处理（非数值数据）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(OA)、事务管理和情报检索等领域应用十分广泛。(3)过程控制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。1.4计算机的应用与影响计算机的应用领域：

(4)企业管理计算机管理系统的建立，为企业实现全面资源管理、生产自动化和集成化，提高生产效益。(5)电子商务(E-Business)通过计算机和网络进行的商务活动。(6)数据库应用国家是否为信息强国的标志。(7)人工智能(AI)主要目的是用计算机来模拟人的智能。包括：模式识别、景物分析、自然语言理解和生成、专家系统、机器人等。1.4计算机的应用与影响计算机的应用领域：

(8)文化教育(9)计算机模拟代替