奠定了整个计算机科学的基础,计算机基础94390.doc

第一章

计算机

基础知识

计算机的发展

?世界上第一台电子数字式计算机于1946年2月15日在美国宾夕法尼亚大学正式投入运行，它的名称叫ENIAC(埃尼阿克)，是电子数值积分计算机(The Electronic Numerical Integrator and Computer)的缩写。

?ENIAC使用了18,000个真空电子管，继电器1500个，电阻70,000个，耗电174千瓦，占地167平方米，重达30吨，每秒钟可进行5000次加法运算。

?ENIAC奠定了电子计算机的发展基础，开辟了一个计算机科学技术的新纪元。有人将其称为人类第三次产业革命开始的标志。

??????? ENIAC诞生后，数学家冯·诺依曼提出了重大的改进理论，主要有两点：

??? 电子计算机应该以二进制为运算基础；

??? 电子计算机应采用“存储程序” 。

?ENIAC诞生后短短的几十年间，计算机的发展突飞猛进，引起计算机的几次更新换代。

?第一代(1946~1957)：电子管时代，运算速度为5000次/秒，使用机器语言，主要用于科学计算。

?第二代(1958~1964)：晶体管时代，运算速度为10万~100万次/秒，开始出现高级语言，如COBOL、FORTRAN，主要用于科学计算。

?第三代(1958~1964) ：中、小规模集成电路时代，运算速度为100万~1000 万次/秒，体积减小，成本降低，软件发展迅速，操作系统进一步普及发展，操作简单，应用广泛。

?第四代(1965~ ) ：大规模、超大规模集成电路时代，每一次更新换代都使计算机的体积和耗电量大大减小，功能大大增强，应用领域进一步拓宽。

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?超大规模集成电路的出现，使计算机进一步向高速小型化方向发展，计算机的体积越来起小，价格越来越低，而操作越来越简单。此外，软件也越来越丰富，给用户使用计算机带来了更大的方便。特别是体积小、价格低、功能强、可靠性高的微型计算机的出现，使得计算机迅速普及，进入了办公室和家庭，在办公室自动化和多媒体应用方面发挥了很大的作用。

?正在研制的第五代计算机是一种不同于前面四代的计算机，它采取全新的工作原理和体系结构，更接近于人们的思考方式，即“推理”方式。这种新型的计算机称为“知识信息处理系统”，也称为智能计算机。因此，未来的第五代计算机的研制成功将是计算机科学技术的一项突破性的贡献，把计算机技术又推向新的高度，有人称它是“第二次计算机革命”。

?电子计算机还在向以下四个方面发展：

? 巨型化：?? 天文、军事、仿真等领域需要进行大量的计算，要求计算机有更高的运算速度、更大的存储量，这就需要研制功能更强的巨型计算机。

? 微型化：人们需要体积更小、更轻便、易于携带的微型机，应运而生的便携式微型机( 笔记本型) 和掌上型微型机正在不断涌现，迅速普及。

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?网络化：将地理位置分散的计算机通过专用的电缆或通信线路互相连接，就组成了计算机网络。计算机联网不再是可有可无的事，而是计算机应用中一个很重要的部分。人们常说的因特网就是一个通过通信线路联接、覆盖全球的计算机网络。通过因特网，人们足不出户就可获取大量的信息，与世界各地的亲友快捷通信，进行网上贸易等等。

?智能化：目前的计算机已能够部分地代替人的脑力劳动，因此称为“电脑”。但是人们希望计算机具有更多的类似人的智能，比如：能听懂人类的语言，能识别图形，会自行学习等等，这就需要进一步进行研究。

?近年来，通过进一步的深入研究，发现由于电子电路的局限性，理论上电子计算机的发展也有一定的局限，因此人们正在研制不使用集成电路的计算机，例如：生物计算机、光子计算机、超导计算机等。

计算机的工作原理

?从1946年出现的第一台计算机直到今天被称之为第四代的计算机，它们的基本工作原理大体相同：这一原理由美籍匈牙利数学家冯·诺依曼(John Von Meumann)于1946 年提出，故称为冯·诺依曼原理。

?冯·诺依曼原理可简单叙述为：将完成某一计算任务的步骤，用机器语言程序预先送到计算机存储器中保存，然后启动机器，按照程序编排顺序，一步一步地取出指令， 控制计算机各部分的运行。

?因此，冯·诺依曼原理也称为“存储程序”工作原理，它是当代计算机最基本的工作原理，根据这一原理组成的计算机称为冯·诺依曼型计算机。

?近50年来，尽管计算机的结构有了重大的变化，性能有了惊人的提高，但就其结构原理来说，至今占统治地位的仍是存储程序式的冯·诺依曼型计算机。

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?冯·诺依曼型计算机具备以下五大功能：

① 输入功能：将程序和数据送到计算机存储器中。

③存储功能：能长期记忆输入的程序、数据及各种结果。

②运算功能：能完成各种算术运算、逻辑运算及数据传输等操作。

④控制功能：能根据程序的规定或操作结果，控制程序的执行顺序及