计算机的基本餐客 1.1.1计算机的发展过程、分类、应用范国及特点 1,电子数字计算机的蒸本概念 电子数字计算机是一种不需要人的干预，能够自动连续地。快速地、准确地完成信息存 储、数值计算，数据处理和过程控制等多种功能的电子机器。电子逻辑墨件是它的物质基础， 其基本功能是进行数字化信息处理。人们常简称为计算机。又因为它的工作方式与人的思维 过程十分类似。亦被叫做“电脑”， 计算机是能够运算的设备，运算可以分为草术运算与正纸运算两大类。 算术运算的对象是数值型的数据，以四则运算为基础。 逻辑运算是用来解徒逻辑型问题，如判断分析、决黄等。 2,计算机的发展过程 I196年，在美国实夕法尼重大学由John Mauchly和J.P Eckert领导的为导弹设计服 务小组制成了EIC计算机，这是世界上第一台由程序控制的电子数字计算机，它使用了 18800只电子管，1500多个继电器，托电150k,占地面积150世，重量达30t。每秒钟只 能完成5000次加法运算。这设是第一代电子计算机。 自1946年菊一台计算机诞生起，半个多世纪时间。计算机己经发展了四代，现在正向 第五代计算机发展。在推动计算机发展的很多因素中，电子器件的发展起着决定性的作用： 其次，计算机系统结构和计算机软件的发展也起着重大作用： 1946-1958年 1958-19654 1954-1975 1975年至今 第1代 第2代 第代 第4代 图计算机发展过程 196一1958：其特征是采用电子管作为计算机的逐辑元件：计算机体积庞大，可靠性差。 输入输出设备有限：主存容量仅有数百字到数千字。主要以单机方式完成科学计算：数据表 示主要是定点数：用机器语言成汇编语言编写程序，第一代计算机确立了计算机的基本结构： 冯·诺伊曼结构。 1959~1964:其特任是用品体管代替了电子管：用磁芯和磁盘作主存储器：在体机、重 量和功耗方面都此电子管计算机小得多，并且运算速度进一步提高，主存容量进一步扩大 软件有了根大发展，出现了FORT配W、C①®L、COL.等高级语言程序以简化程序设计：计算
计算机的基本概念 1.1.1 计算机的发展过程、分类、应用范围及特点 1．电子数字计算机的基本概念 电子数字计算机是一种不需要人的干预，能够自动连续地、快速地、准确地完成信息存 储、数值计算、数据处理和过程控制等多种功能的电子机器。电子逻辑器件是它的物质基础， 其基本功能是进行数字化信息处理。人们常简称为计算机。又因为它的工作方式与人的思维 过程十分类似，亦被叫做“电脑”。 计算机是能够运算的设备，运算可以分为算术运算与逻辑运算两大类。 算术运算的对象是数值型的数据，以四则运算为基础。 逻辑运算是用来解决逻辑型问题，如判断分析、决策等。 2．计算机的发展过程 1946 年，在美国宾夕法尼亚大学由 John Mauchly 和 J.P Eckert 领导的为导弹设计服 务小组制成了 ENIAC 计算机，这是世界上第一台由程序控制的电子数字计算机。它使用了 18800 只电子管，1500 多个继电器，耗电 150kW，占地面积 150 ㎡，重量达 30t，每秒钟只 能完成 5000 次加法运算。这就是第一代电子计算机。 自 1946 年第一台计算机诞生起，半个多世纪时间，计算机已经发展了四代，现在正向 第五代计算机发展。在推动计算机发展的很多因素中，电子器件的发展起着决定性的作用； 其次，计算机系统结构和计算机软件的发展也起着重大作用。 图 计算机发展过程 1946～1958：其特征是采用电子管作为计算机的逻辑元件；计算机体积庞大，可靠性差， 输入输出设备有限；主存容量仅有数百字到数千字，主要以单机方式完成科学计算；数据表 示主要是定点数；用机器语言或汇编语言编写程序。第一代计算机确立了计算机的基本结构： 冯·诺伊曼结构。 1958～1964：其特征是用晶体管代替了电子管；用磁芯和磁盘作主存储器；在体积、重 量和功耗方面都比电子管计算机小得多，并且运算速度进一步提高，主存容量进一步扩大。 软件有了很大发展，出现了 FORTRAN、COBOL、ALGOL 等高级语言程序以简化程序设计；计算
机不仅用于科学计算，而且用于数据处理，并开始用于工业控制，这些对计算机的普及和应 用产生了深刻的影响。有代表性的计算机是I圆公司生产的W7O94计算机和CDC会可的 CC16o4计算机 1964~1975:其特征是集成电路IC(1 ntegrated Circuit)代替了分立元作，一最用 的1C为小规模集成电路（门密度1一10门/片）和中规模集成电路（门密度为20一100门/ 片小用半导体存铅墨逐渐取代了磁芯存储器：采用了微程序控制技术，在软件方面，操作 系统日益成熟及其功能的日益强化是第三代计算机的最著特点：多处理机、虚拟存储器系统 以及面向用户的应用软件的发展，大大丰富了计算机软件资源。为了充分利用已有的软件， 解决软件兼容问题，出现了系列化的计算机。 1975年至今：其特征是以大规横集成电路LSI(Large--Scale Integratio赠)（门密度为 几百门至儿千门/片)或超大规模集成电路见SI为计算机主要功能部件：主存储器也采用集 成度很高的半导体存储器。在软作方面，发展了数据库存系统、分每式操作系统等。第四代 计算机的另一个重要分支是以51为基础而发展起来的微处理器和微型计算机。 3。计算机的分类 电子计算机是一种通过电子线路对信息进行加工处理以实现其计算功能的机器，它按鹏 不同的原则可以有多种分类方法。 表计算机的分类 按照信息在计算机内的表示形式是 可分为电子模报计算机、电子数 分类 横拟还是数字量划分 字计算机以及漫合计算机三大类 根据计算机的大小，规慎、性能等 可分为巨型、大型、中型、小型 分类 划分 和微型等计算机 分类三 按计算机的设计目的划分 可分为通用计算机和专用计算机 通用计算机是月于解决各类问题的计算机，它低可以进行科学计算。又可以用于数据处 理。它是一种用途广泛，结构复染的计算机系统。 专用计算机是主要为某种特定目的而设计的计算机，如用于工业控制、数控机宋、银行 存款的计算机。专用计算机针对性强、效率高，结构比通用计算机简单。 4,计算机的应用范图
机不仅用于科学计算，而且用于数据处理，并开始用于工业控制。这些对计算机的普及和应 用产生了深刻的影响。有代表性的计算机是 IBM 公司生产的 IBM-7094 计算机和 CDC 公司的 CDC1604 计算机。 1964～1975：其特征是集成电路 IC（Integrated Circuit）代替了分立元件，一般用 的 IC 为小规模集成电路（门密度 1～10 门/片）和中规模集成电路（门密度为 20～100 门/ 片）；用半导体存储器逐渐取代了磁芯存储器；采用了微程序控制技术。在软件方面，操作 系统日益成熟及其功能的日益强化是第三代计算机的显著特点；多处理机、虚拟存储器系统 以及面向用户的应用软件的发展，大大丰富了计算机软件资源。为了充分利用已有的软件， 解决软件兼容问题，出现了系列化的计算机。 1975 年至今：其特征是以大规模集成电路 LSI（Large-Scale Integration）（门密度为 几百门至几千门/片）或超大规模集成电路 VLSI 为计算机主要功能部件；主存储器也采用集 成度很高的半导体存储器。在软件方面，发展了数据库存系统、分布式操作系统等。第四代 计算机的另一个重要分支是以 LSI 为基础而发展起来的微处理器和微型计算机。 3．计算机的分类 电子计算机是一种通过电子线路对信息进行加工处理以实现其计算功能的机器，它按照 不同的原则可以有多种分类方法。 表 计算机的分类 分类一 按照信息在计算机内的表示形式是 模拟还是数字量划分 可分为电子模拟计算机、电子数 字计算机以及混合计算机三大类 分类二 根据计算机的大小、规模、性能等 划分 可分为巨型、大型、中型、小型 和微型等计算机 分类三 按计算机的设计目的划分 可分为通用计算机和专用计算机 通用计算机是用于解决各类问题的计算机。它既可以进行科学计算，又可以用于数据处 理。它是一种用途广泛、结构复杂的计算机系统。 专用计算机是主要为某种特定目的而设计的计算机，如用于工业控制、数控机床、银行 存款的计算机。专用计算机针对性强、效率高，结构比通用计算机简单。 4．计算机的应用范围
科学粉计每 计算机 数阶理 路 应用 过程控制 多期体痘 用 计静机的 人工智管 助设计 图计算机的应用范围 科学计算。科学计算是计算机最原始的应用领域。在科学技术和工程设计中，存在大量 的各类数学计算问题，它的特点是数据量不是根大，但计算工作量很大，银复条，如解几百 个线性联立方程组，大型矩阵运算，高阶的微分方程组等。没有计算机的快速性和精确性， 其他计算工具是难以解决的， 数据处理。数据处理现在常用米泛指在计算机上如工椰些半科技工程方面的计算、管理 和操城任何形式的数那资料，数据处理应用额域十分广泛，如金业管理，情根检索，气象预 报、防空警戒等。据统计，目前在计算机应用中，数据处理所占的比重最大。数据处理的特 点是要处理的原始数据量很大，而运算比较简单，有大量的逻辑运算与判断，其处理结果往 住以表格减文件形式存储域输出。 过程控制。采用计算机对连线的工业生产过程进行控制，称为过控制。在电力、治金、 石油化工、机械等工业部门采用过程控制，可以提高劳动效率，提高产品质量，降低生产成 本，缩短生产周期，计算机在过程控制中的应用有：逗国检测、自动记录、统计报表、监视 报警，自动启停等，还可以直接月其他设备，仪墨相莲续，它们的工作进行控制和调节， 使其保持最住的工作状态。 计算机辅助设计，计算机辅助设计(CAD)是使用电子计算机来店助设计人员进行设计， 使用CD技术可以提高设计质量。缩短设计周拥，提高设计自动化水平。CAD技术己广泛应 用于船帕设计、飞机制造，建筑工程设计、大规横集成电路版图设计、机械制造等行业，CD
图 计算机的应用范围 科学计算。科学计算是计算机最原始的应用领域。在科学技术和工程设计中，存在大量 的各类数学计算问题，它的特点是数据量不是很大，但计算工作量很大、很复杂，如解几百 个线性联立方程组、大型矩阵运算、高阶的微分方程组等。没有计算机的快速性和精确性， 其他计算工具是难以解决的。 数据处理。数据处理现在常用来泛指在计算机上加工那些非科技工程方面的计算、管理 和操纵任何形式的数据资料。数据处理应用领域十分广泛，如企业管理、情报检索、气象预 报、防空警戒等。据统计，目前在计算机应用中，数据处理所占的比重最大。数据处理的特 点是要处理的原始数据量很大，而运算比较简单，有大量的逻辑运算与判断，其处理结果往 往以表格或文件形式存储或输出。 过程控制。采用计算机对连续的工业生产过程进行控制，称为过程控制。在电力、冶金、 石油化工、机械等工业部门釆用过程控制，可以提高劳动效率，提高产品质量，降低生产成 本，缩短生产周期。计算机在过程控制中的应用有：巡回检测、自动记录、统计报表、监视 报警、自动启停等，还可以直接同其他设备、仪器相连续，对它们的工作进行控制和调节， 使其保持最佳的工作状态。 计算机辅助设计。计算机辅助设计（CAD）是使用电子计算机来帮助设计人员进行设计。 使用 CAD 技术可以提高设计质量，缩短设计周期，提高设计自动化水平。CAD 技术已广泛应 用于船舶设计、飞机制造、建筑工程设计、大规模集成电路版图设计、机械制造等行业。CAD
技术迅速发展，其应用范围日控扩大，又派生出许多新的技术分支，如计算机辅助制造CM, 计算机辅防测试CAT,计算机桶助教育CAI,等等。 人工智能。人工智能是计算机理论科学研究的一个重要领域。人工智能是研究用计算机 状硬件系饶核拟人类某些智能行为。如感知，推理、学习、理解等的理论和技术。其中最具 代表性的两个领域是专家系统和机器人。 多媒体应用。多媒体计算机的主要特点是集成性和交互性，即集文字、声音，图像等信 息于一体，并使双方能通过计算机交互。多煤体技术的发展大大拓宽了计算机的应用领域， 视频和音频信息的数字化，使得计算机逐步走向家庭、走向个人，多煤体技术为人和计算机 之间提供了传递自然信息的途径，日前己开始用于教有训练，演示，咨询、管理，出版、办 公自动化等方面。 计算机网络，计算机网络就是把分布在不同地理区域的计算机与专门的外部设备用通信 线路互联成一个规模大，功能强的系饶，从而使众多的计算机可以方便地互相传递信息。共 享硬件、载件、数据信息等鬓源。 5.计算机的特点 计算机主要有如下几个特点： 能白动连续地 具有四忆第力和 高度运蜂 运算速度快 运算精度离 通用性温 阁计算机的特点 能白动连铁地高速运算。由于果用存储程序控制方式，一且编入编制好的程序，启动 计算机后，它就能白动地执行下去。能自动连续地高速运算是计算机最突出的特点，也是它 和其他一切计算工具的本质区别， 运算速度快。由于计算机是采用高速电子器件组成的，因此能以极高的速度工作，现在 普通的微型计算机每秒可执行儿万条指令其至更多，面巨型机则每秒执行数万亿条指令，随 着新技术的开发，计算机的工作速度还在远速提高。这不仅极大地提高了工作效率，还使许 多复杂问题的运算处理有了实现的可能性， 据算精度高。由于计算机采用二进制数字表示数据，因此它的精度主要取决于数据表示 的位数。一般称为机器字长。字长越长，其精度越高。多数计算机的字长为8位、16位、 32位、刷位等。为了获得更高的计算精度，还可以进行双倍字长、多倍字长的运算：
技术迅速发展，其应用范围日益扩大，又派生出许多新的技术分支，如计算机辅助制造 CAM， 计算机辅助测试 CAT，计算机辅助教育 CAI，等等。 人工智能。人工智能是计算机理论科学研究的一个重要领域。人工智能是研究用计算机 软硬件系统模拟人类某些智能行为，如感知、推理、学习、理解等的理论和技术。其中最具 代表性的两个领域是专家系统和机器人。 多媒体应用。多媒体计算机的主要特点是集成性和交互性，即集文字、声音、图像等信 息于一体，并使双方能通过计算机交互。多媒体技术的发展大大拓宽了计算机的应用领域， 视频和音频信息的数字化，使得计算机逐步走向家庭、走向个人。多媒体技术为人和计算机 之间提供了传递自然信息的途径，日前已开始用于教育训练、演示、咨询、管理、出版、办 公自动化等方面。 计算机网络。计算机网络就是把分布在不同地理区域的计算机与专门的外部设备用通信 线路互联成一个规模大、功能强的系统，从而使众多的计算机可以方便地互相传递信息，共 享硬件、软件、数据信息等资源。 5．计算机的特点 计算机主要有如下几个特点： 图 计算机的特点 能自动连续地高速运算。由于釆用存储程序控制方式，一旦输入编制好的程序，启动 计算机后，它就能自动地执行下去。能自动连续地高速运算是计算机最突出的特点，也是它 和其他一切计算工具的本质区别。 运算速度快。由于计算机是采用高速电子器件组成的，因此能以极高的速度工作，现在 普通的微型计算机每秒可执行几万条指令甚至更多，而巨型机则每秒执行数万亿条指令。随 着新技术的开发，计算机的工作速度还在迅速提高。这不仅极大地提高了工作效率，还使许 多复杂问题的运算处理有了实现的可能性。 运算精度高。由于计算机釆用二进制数字表示数据，因此它的精度主要取决于数据表示 的位数，一般称为机器字长。字长越长，其精度越高。多数计算机的字长为 8 位、16 位、 32 位、64 位等。为了获得更高的计算精度，还可以进行双倍字长、多倍字长的运算
具有记忆能力和逻辑判断能力。计算机的存储暑具有存储、记忆大量信息的功能。并 能进行快速存取。一般读取时间贝需十分之几微秒，甚至百分之几微秒。计算机具有记忆和 高速存取能力是它能够自动高速运行的必要基陆。 计算机还具有逻辑判断能力，例如判新一个数大于还是小于另一个数。有了逻辑判断能 力，计算机在运算时就可以根据附上一步运算结果的判断，自动透择下一步计算的方法。这 一功能使计算机还逢进行诸如资料分类、情报检素，逻辑挂理等具有逐辑加工性质的工作， 大大扩大了计算机的应用范围。 通用性强，在计算机上解题时，对于不同的问题，具是执行的计算程序不同。为此，计 算机的使用具有很大的灵活性和通用性，同一台计算机能解各式各样的问题，应用于不同的 范围。 1.1.2信息的基本概念 广义的信息，是指一切“表述”（或反映》事物的内部或外部互动状 老成关系的东西。目前世界上大多数都能接受的一种定义，是美国数学家 申农在创立信息论同时给信息下的定文，他认为，信息是不确定性的减少 伯想 或消除。无论是哪种信息定义，实际上都强调了信息的价值在于能帮助人 们了解某些事物或对象。从信息存在的形式看，信息包括文字、数字、图 表、图像、音颊、视疑等内容。 对计算机而言。可处理的数据包括数值数据和非数值数据，信息数据 数据 要经过数字化处理，才可能进行有关的计算与输出。 信息处理藏是对信息的接收、存储、转化，传送和发布等，随着计算 机科学的不断发展，计算机己经从初期的以“计算”为主的一种计算工具： 信息处理 发展成为以信息处理为主，集计算和信息处理于一体的，与人们的工作， 学习和生活密不可分的一个工具。 信息系统是一个由人，计算机及其他外围设备等组成的能进行信息的 信息系黄 收集，传递、存储、加工，维护和使用的系统
具有记忆能力和逻辑判断能力。计算机的存储器具有存储、记忆大量信息的功能，并 能进行快速存取。一般读取时间只需十分之几微秒，甚至百分之几微秒。计算机具有记忆和 高速存取能力是它能够自动高速运行的必要基础。 计算机还具有逻辑判断能力。例如判断一个数大于还是小于另一个数。有了逻辑判断能 力，计算机在运算时就可以根据对上一步运算结果的判断，自动选择下一步计算的方法。这 一功能使计算机还能进行诸如资料分类、情报检索、逻辑推理等具有逻辑加工性质的工作， 大大扩大了计算机的应用范围。 通用性强。在计算机上解题时，对于不同的问题，只是执行的计算程序不同。为此，计 算机的使用具有很大的灵活性和通用性，同一台计算机能解各式各样的问题，应用于不同的 范围。 1.1.2 信息的基本概念 信息 广义的信息，是指一切“表述”（或反映）事物的内部或外部互动状 态或关系的东西。目前世界上大多数都能接受的一种定义，是美国数学家 申农在创立信息论同时给信息下的定义，他认为，信息是不确定性的减少 或消除。无论是哪种信息定义，实际上都强调了信息的价值在于能帮助人 们了解某些事物或对象。从信息存在的形式看，信息包括文字、数字、图 表、图像、音频、视频等内容。 数据 对计算机而言，可处理的数据包括数值数据和非数值数据，信息数据 要经过数字化处理，才可能进行有关的计算与输出。 信息处理 信息处理就是对信息的接收、存储、转化、传送和发布等。随着计算 机科学的不断发展，计算机已经从初期的以“计算”为主的一种计算工具， 发展成为以信息处理为主，集计算和信息处理于一体的，与人们的工作、 学习和生活密不可分的一个工具。 信息系统 信息系统是一个由人、计算机及其他外围设备等组成的能进行信息的 收集、传递、存储、加工、维护和使用的系统