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计算机基础知识
1.1 计算机基础知识
1.1.1 计算机的诞生与发展一、计算机诞生的“史前”时代
东汉时期算盘是最早的计算工具。
1642年法国物理学家帕斯卡发明了机械的齿轮式加减法器。
1673年德国数学家莱布尼兹发明了乘除器,诞生了能进行四则运算的机械式计算器, 商品的机械计算机在1820真正出现了。
在十九世纪三四十年代英国发明家查里斯·巴贝齐设计了差分机和分析机。他设计的 分析机虽有了今天计算机的基本框架,但由于技术限制,用机械方式实现如此复杂的过程几乎是不可能的,巴贝齐的计算机器都没有完成。
在计算机的奠基方面, 其中最重要的代表人物是英国数学家阿兰 · 图灵
(AlanM.Turing)和美籍匈牙利数学家冯·诺依曼(John Von Neumann)
图灵对计算机的贡献主要有两个:
① 建立了图灵机的理论模型,发展了可计算性理论, 对数字计算机的一般结构, 可实现性和局限性都产生了意义深远的影响。
② 提出了定义机器智能的图灵测试,奠定了人工智能的基础。
冯·诺依曼理论的要点主要有二个:
①数字计算机的数制采用二进制。
②计算机应该按照程序顺序执行。
冯·诺依曼理论确立了计算机的基本结构,直到今天,通用计算机仍采用冯·诺依曼理论的存储程序和程序控制的设计思想,被称为冯·诺依曼结构计算机。
二、第一台电子数字计算机的诞生
第二次世界大战期间,美国军方为了解决计算大量军用数据的难题,成立了由宾夕法尼亚大学莫奇利和埃克特领导的研究小组,开始研制世界上第一台电子计算机。
1946年2月14日,世界上第一台通用电子数字计算机ENIAC
三、计算机的发展
人们根据计算机所用的逻辑元器件的种类不同对计算机进行了分类,大致上分成 4
个发展阶段。
1、采用电子管的第一代计算机(1946~1957年)
第一代计算机的逻辑元件采用电子管(如图1.4所示),通常称为电子管计算机。主要用于数值计算。主要特点是:
(1)采用电子管作为基本逻辑部件,体积大,耗电量大,寿命短,可靠性大,成本高。
(2)容量很小,后来外存储器使用了磁鼓存储信息,扩充了容量。
(3)输入输出装置落后,主要使用穿孔卡片,速度慢,使用十分不便。
(4)没有系统软件,只能用机器语言和汇编语言编程
2、采用晶体管的第二代计算机计算机(1958~1964年)
第二代计算机的逻辑元件采用晶体管(如图1.5所示),即晶体管计算机。应用范围由数值计算扩大到数据处理和工业控制。主要特点是:
(1)采用晶体管制作基本逻辑部件,体积减小,重量减轻,能耗降低,成本下降,计算机的可靠性和运算速度均得到提高。
(2)普遍采用磁芯作为贮存器,采用磁盘/磁鼓作为外存储器。
(3)开始有了系统软件(监控程序),提出了操作系统概念,出现了高级语言。
3、采用集成电路的第三代计算机(1965~1970年)
第三代计算机采用集成电路(如图1.6所示)制作逻辑开关部件。主要特点是:
(1)采用中,小规模集成电路制作各种逻辑部件,体积小,重量更轻,耗电更省,寿命更长,成本更低,运算速度有了更大的提高。
(2)采用半导体存储器作为主存,取代了原来的磁芯存储器,使存储器容量和存取速度有了大幅度的提高,增加了系统的处理能力。
(3)系统软件有了很大发展,出现了分时操作系统,多用户可以共享计算机软硬件资源。
(4)在程序设计方面上采用了结构化程序设计,为研制更加复杂的软件提供了技术上的保证。
4、使用超大规模集成电路的第四代计算机(1971年至今)
第四代计算机的逻辑元件采用大规模集成电路(LSI)。计算机的发展进入了以计算机网络为特征的时代。目前使用的计算机都属于第四代计算机。主要特点是:
(1)基本逻辑部件采用大规模、超大规模集成电路,使计算机体积,重量,成本均大幅度降低,出现了微型机。
(2)作为主存的半导体存储器,其集成度越来越高,容量越来越大;外存储器除广泛使用软,硬磁盘外,还引进了光盘、大容量的移动存储器。
(3)各种使用方便的输入输出设备相继出现。
(4)软件产业高度发达,各种实用软件层出不穷,极大地方便了用户。
(5)计算机技术与通信技术相结合,计算机网络把世界紧密地联系在一起。
(6)多媒体技术崛起,计算机集图像,图形,声音,文字,处理于一体,在信息处理领域掀起了一场革命,与之对应的信息高速公路正在紧锣密鼓地筹划实施当中。
从上世纪80年代开始,发达国家开始研制第五代计算机,研究的目标是能够打破以 往计算机固有的体系结构,使计算机能够具有像人一样的思维、推理和判断能力,向智能化发展,实现接近人的思考方式
五、计算机发展趋势
计算机发展趋势是向巨型化、微型化、网络化和智能化等多极方向发展。
计算机的特点与分类一、计算机的特点
1、运算速度快
2、计算精度高
3、“记忆”能力强大
4、具有逻辑判断能
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