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1、理学第1章-计算与计算机的历史计算机是什么？计算机是什么？“计算机计算机”顾名思义是一种计算的机器，它是由一顾名思义是一种计算的机器，它是由一系列电子器件组成系列电子器件组成英语名称为英语名称为Computer。2021/5/222Foshan University 数据处理器？数据处理器？v可以认为计算机是一个可以认为计算机是一个数据处理器数据处理器。这样，。这样，计算机是一个接受输入数据，处理数据，产计算机是一个接受输入数据，处理数据，产生输出数据的黑盒。如图生输出数据的黑盒。如图1-11-1所示：所示：图图 1-1 数据处理器模型数据处理器模型2021/5/223Foshan Unive
2、rsity 问问 题题1 1、便携式计算器是计算机吗？、便携式计算器是计算机吗？2 2、这个模型没有说明所处理的类型以及是否可、这个模型没有说明所处理的类型以及是否可以处理一种以上的类型呢？以处理一种以上的类型呢？2021/5/224Foshan University 可编程数据处理器？可编程数据处理器？v程序：是用来告诉计算机对数据进行处理的程序：是用来告诉计算机对数据进行处理的指令集合。指令集合。图图 1-2 1-2 可编程数据处理器模型可编程数据处理器模型2021/5/225Foshan University v在这个新模型中：输出输出数据数据依赖于两方面：输输入数据和程入数据和程序序。
3、2021/5/226Foshan University 结论：结论：相同的输入数据，相同的输入数据，不同的程序，输不同的程序，输出的结果也就不出的结果也就不相同。相同。第一个程序是使第一个程序是使输入数据按大小输入数据按大小顺序排列。顺序排列。第二个程序是使第二个程序是使所有的数据相加。所有的数据相加。第三个程序是找第三个程序是找出输入数据中的出输入数据中的最小数据。最小数据。2021/5/227Foshan University 尝试定义？尝试定义？v计算机可以对计算机可以对数字、文字、颜色、声音、图形、图像数字、文字、颜色、声音、图形、图像等各种等各种形式的数据进行加工处理。形式的数据进行
4、加工处理。v计算机具有各种处理的能力计算机具有各种处理的能力。当用计算机进行数据处理时，。当用计算机进行数据处理时，首先把要解决的实际问题，用计算机语言首先把要解决的实际问题，用计算机语言编写成计算机程序编写成计算机程序，然后将待处理的数据和程序输入到计算机中，计算机按程序然后将待处理的数据和程序输入到计算机中，计算机按程序的要求，一步一步地进行各种运算，直到存入的整个程序执的要求，一步一步地进行各种运算，直到存入的整个程序执行完毕为止。行完毕为止。v计算机具有各种计算的能力计算机具有各种计算的能力。在数据处理过程中，计算机不。在数据处理过程中，计算机不仅能进行加、减、乘、除等算术运算，而且还
5、能进行逻辑运仅能进行加、减、乘、除等算术运算，而且还能进行逻辑运算并对运算结果进行判断，从而决定以后执行什么操作。算并对运算结果进行判断，从而决定以后执行什么操作。v计算机具有信息处理能力计算机具有信息处理能力。在当今的信息社会里，各行各业，。在当今的信息社会里，各行各业，随时随处产生大量的信息，人们为了高效地获取、传送、检随时随处产生大量的信息，人们为了高效地获取、传送、检索信息及从信息中产生各种报表数据，必须将信息在计算机索信息及从信息中产生各种报表数据，必须将信息在计算机的控制下进行有效的组织和管理的控制下进行有效的组织和管理 。2021/5/228Foshan University 计
6、算机定义计算机定义综上所述，可以给计算机下一个定义：v计算机是一种能按照事先存储的程序，自计算机是一种能按照事先存储的程序，自动、高速地进行大量数值计算和各种信息动、高速地进行大量数值计算和各种信息处理的现代化智能电子设备。处理的现代化智能电子设备。2021/5/229Foshan University 冯冯.诺伊曼模型诺伊曼模型 1964年由美籍匈牙利数学家冯年由美籍匈牙利数学家冯.诺伊诺伊曼提出。曼提出。中心内容：中心内容：存储程序工作原理存储程序工作原理。2021/5/2210Foshan University 4个子系统个子系统v冯冯.诺伊曼模型由诺伊曼模型由4个子系统：存储器、算术个
7、子系统：存储器、算术逻辑单元、控制单元和输入逻辑单元、控制单元和输入/输出单元。输出单元。v5大部件：存储器、运算器、控制器、输入和大部件：存储器、运算器、控制器、输入和输出设备。输出设备。vCPU中包括中包括：运算器、控制器运算器、控制器2021/5/2211Foshan University 计算机的五大部件计算机的五大部件 图图1-5 1-5 冯冯.诺伊曼模型诺伊曼模型2021/5/2212Foshan University 存储器存储器 存储器存储器：是用来存储的区域，在计算机处理是用来存储的区域，在计算机处理过程中用来存储数据和程序。过程中用来存储数据和程序。v存储器的主要功能是存放
8、程序和数据，是计算机的存储器的主要功能是存放程序和数据，是计算机的记忆单元记忆单元。v使用时，可从存储器取出信息，不破坏原有的内容，使用时，可从存储器取出信息，不破坏原有的内容，这个过程称为这个过程称为读操作读操作。也可把信息写入存储器，原。也可把信息写入存储器，原来的内容被抹掉，称为来的内容被抹掉，称为写操作。写操作。2021/5/2213Foshan University 运算器运算器 运算器（算术逻辑单元）：运算器（算术逻辑单元）：是进行计算和逻是进行计算和逻辑操作的地方。辑操作的地方。v运算器是计算机的运算器是计算机的核心部件；核心部件；v主要功能：主要功能：算术运算和逻辑运算；算术运
9、算和逻辑运算；v工作过程：运算器不断地从存储器中得到要加工的工作过程：运算器不断地从存储器中得到要加工的数据，对其进行加、减、乘、除及各种逻辑运算，数据，对其进行加、减、乘、除及各种逻辑运算，并将最后的结果送回存储器中，整个过程在控制器并将最后的结果送回存储器中，整个过程在控制器的指挥下有条不紊地进行。的指挥下有条不紊地进行。2021/5/2214Foshan University 控制单元控制单元 控制单元：控制单元：是用来对存储器、算术逻辑单元、是用来对存储器、算术逻辑单元、输入输入/输出等子系统的操作进行控制的单元。输出等子系统的操作进行控制的单元。v控制器是计算机的控制器是计算机的指挥
10、中枢；指挥中枢；v主要作用主要作用:是使计算机能够自动地执行命令。是使计算机能够自动地执行命令。v工作过程工作过程:首先从内存取出指令，并对指令进行分析，首先从内存取出指令，并对指令进行分析，然后根据指令的功能向有关部件发出控制命令然后根据指令的功能向有关部件发出控制命令，当，当各部件完成工作后，将反馈信息返回给控制器。各部件完成工作后，将反馈信息返回给控制器。2021/5/2215Foshan University 输入输入/输出单元输出单元v输入输入/输出单元：输出单元：输入子系统负责从计算机外输入子系统负责从计算机外部接受输入数据和程序；输出子系统负责将部接受输入数据和程序；输出子系统负
11、责将计算机的处理结果输出到计算机外部。计算机的处理结果输出到计算机外部。2021/5/2216Foshan University 输入设备输入设备v外部信息与计算机的接口称为外部信息与计算机的接口称为输入设备输入设备。常用的输入设备有。常用的输入设备有键盘、鼠标和扫描仪键盘、鼠标和扫描仪等。等。v鼠标的外形非常像一只老鼠，所以取名鼠标，在鼠标的外形非常像一只老鼠，所以取名鼠标，在Windows及网络中使用频率相当高，可以代替键盘的大部分功能。鼠及网络中使用频率相当高，可以代替键盘的大部分功能。鼠标分为机械式、光学式和光学机械式三种，对鼠标的操作可标分为机械式、光学式和光学机械式三种，对鼠标的操
12、作可分为左击、右击、双击及拖动，这四种不同的操作可以实现分为左击、右击、双击及拖动，这四种不同的操作可以实现不同的功能。不同的功能。v扫描仪是计算机输入图片使用的主要设备，它内部有一套光扫描仪是计算机输入图片使用的主要设备，它内部有一套光电转换系统，可以把各种图片信息转换成计算机图像数据，电转换系统，可以把各种图片信息转换成计算机图像数据，并传送给计算机，再由计算机进行图像处理、编辑、存储、并传送给计算机，再由计算机进行图像处理、编辑、存储、打印输出或传送给其他设备。打印输出或传送给其他设备。2021/5/2217Foshan University 输出设备输出设备v输出设备输出设备 v（1）
13、显示器：显示器：显示器由监视器和显示适配显示器由监视器和显示适配卡组成，是最常用的输出设备。卡组成，是最常用的输出设备。v（2）打印机：打印机：打印机也是计算机中最常用打印机也是计算机中最常用的输出设备。按输出方式可分为击打式和非的输出设备。按输出方式可分为击打式和非击打式，击打式以针式打印机为主要代表，击打式，击打式以针式打印机为主要代表，非击打式以激光打印机和喷墨打印机为主流。非击打式以激光打印机和喷墨打印机为主流。2021/5/2218Foshan University 存储的程序概念存储的程序概念存储程序原理存储程序原理用二进制表示程序和数据。用二进制表示程序和数据。程序和数据以同等的
14、地位存放在存储器中。程序和数据以同等的地位存放在存储器中。2021/5/2219Foshan University 指令的顺序执行指令的顺序执行v冯冯.诺伊曼模型中的程序由一组数量有限的指令组成。诺伊曼模型中的程序由一组数量有限的指令组成。控制单元从存储器中提取一条指令，解释指令，接控制单元从存储器中提取一条指令，解释指令，接着执行指令。因此是一条接着一条顺序执行。着执行指令。因此是一条接着一条顺序执行。工作过程简述：工作过程简述：v通过输入设备将原始数据和程序送入到存储器；通过输入设备将原始数据和程序送入到存储器；v控制器从存储器中依次取出指令控制器从存储器中依次取出指令,并分析其操作码；并
15、分析其操作码；v根据操作码决定其操作，并根据地址码取出相应的根据操作码决定其操作，并根据地址码取出相应的操作数送运算器；当运算器运算完毕后操作数送运算器；当运算器运算完毕后,将结果送至将结果送至输出装置输出。输出装置输出。2021/5/2220Foshan University 计算机硬件计算机硬件v主要由主要由CPU、存储器、输入输出控制系统和、存储器、输入输出控制系统和各种输入输出设备等功能部件组成。各种输入输出设备等功能部件组成。裸机裸机v脱离软件的计算机硬件称脱离软件的计算机硬件称“裸机裸机”。v硬件是软件赖以运行的物质基础，软件是人硬件是软件赖以运行的物质基础，软件是人与硬件之间的界
16、面。与硬件之间的界面。2021/5/2221Foshan University 序列序列-数据数据v存储数据：存储数据：不同类型的数据是以不同类型的数据是以0和和1序列序列的二进制模式存储在计算机内部的。在第的二进制模式存储在计算机内部的。在第2章和第章和第3章中将会详细的介绍。章中将会详细的介绍。v组织数据：组织数据：在将数据存储到计算机之前，能在将数据存储到计算机之前，能否有效地将数据组织成不同的实体和格式呢否有效地将数据组织成不同的实体和格式呢？如今，并不把数据当作杂乱无章的信息序？如今，并不把数据当作杂乱无章的信息序列来对待，数据被组织成许多的小单元，再列来对待，数据被组织成许多的小单
17、元，再由这些小的单元组成更大的单元。由这些小的单元组成更大的单元。2021/5/2222Foshan University 计算机软件计算机软件v它包括计算机运行所需的它包括计算机运行所需的各种程序、数据及各种程序、数据及相关文档资料相关文档资料。图图 1-6 存储器中的程序和数据存储器中的程序和数据 2021/5/2223Foshan University 指令的序列指令的序列v指令的序列：指令的序列：这个模型还要求程序必须是有这个模型还要求程序必须是有序的指令集。每一条指令操作一个或者多个序的指令集。每一条指令操作一个或者多个数据项。因此一条指令可以改变它前面指令数据项。因此一条指令可以改
18、变它前面指令的结果。的结果。v算法：算法：这种逐步解决问题的方法就是所谓的这种逐步解决问题的方法就是所谓的 算法。算法。2021/5/2224Foshan University 计算机语言计算机语言v计算机语言只有比较有限的符号和单词。计算机语言只有比较有限的符号和单词。v编写计算机程序所用的语言是人与计算机之编写计算机程序所用的语言是人与计算机之间交换的工具，一般可分为机器语言、汇编间交换的工具，一般可分为机器语言、汇编语言和高级语言。语言和高级语言。1 1、机器语言是计算机系统所能识别的，不需要翻译直、机器语言是计算机系统所能识别的，不需要翻译直接供机器使用的程序设计语言。机器语言中的每一
19、接供机器使用的程序设计语言。机器语言中的每一条语句实际是二进制形式的指令代码，它由操作码条语句实际是二进制形式的指令代码，它由操作码和操作数组成。和操作数组成。2021/5/2225Foshan University 计算机语言计算机语言2 2、汇编语言是一种面向机器的程序设计语言，用助记、汇编语言是一种面向机器的程序设计语言，用助记符号表示机器语言中的指令和数据，要经过汇编系符号表示机器语言中的指令和数据，要经过汇编系统编译后才能执行。它是为特定的计算机或计算机统编译后才能执行。它是为特定的计算机或计算机系列设计的。系列设计的。3 3、高级语言中的数据用十进制表示，语句用接近自然、高级语言中
20、的数据用十进制表示，语句用接近自然语言的英文字和常用的数学表达式来表示，因此称语言的英文字和常用的数学表达式来表示，因此称为高级语言。但对于高级语言的程序（源程序）计为高级语言。但对于高级语言的程序（源程序）计算机不能识别和执行，需要翻译成计算机能识别和算机不能识别和执行，需要翻译成计算机能识别和执行的二进制形式的指令代码，然后才能执行。执行的二进制形式的指令代码，然后才能执行。2021/5/2226Foshan University 软件工程软件工程v软件工程：软件工程：在冯在冯.诺伊曼模型中没有定义软件诺伊曼模型中没有定义软件工程，软件工程是指结构化程序的设计和编工程，软件工程是指结构化程
21、序的设计和编写。它不仅仅是用来描述完成某一任务的应写。它不仅仅是用来描述完成某一任务的应用程序，还包括程序设计中所要严格遵循的用程序，还包括程序设计中所要严格遵循的原理和规则。原理和规则。2021/5/2227Foshan University 操作系统操作系统v操作系统：操作系统：计算机操作系统最初是为程序访计算机操作系统最初是为程序访问计算机部件提供方便的一种管理程序。一问计算机部件提供方便的一种管理程序。一种用来管理计算机系统的所有资源、提高计种用来管理计算机系统的所有资源、提高计算机工作效率的系统软件称为操作系统。算机工作效率的系统软件称为操作系统。v它有五个管理功能：进程与处理机调度
22、、作它有五个管理功能：进程与处理机调度、作业管理、存储管理、设备管理和文件管理。业管理、存储管理、设备管理和文件管理。2021/5/2228Foshan University 计算机的发展历史计算机的发展历史计算机的产生和发展不是一蹴而就的，而是经历了计算机的产生和发展不是一蹴而就的，而是经历了漫长历史的过程。漫长历史的过程。在这过程中，科学家们经过艰难的探索，发明了各在这过程中，科学家们经过艰难的探索，发明了各种各样的种各样的“计算机计算机”，这些，这些“计算机计算机”顺应了当时顺应了当时历史的发展，发挥了巨大的作用，推动了社会的进历史的发展，发挥了巨大的作用，推动了社会的进步，也推动了计算
23、机技术的发展。步，也推动了计算机技术的发展。2021/5/2229Foshan University 计算机产生的史前史计算机产生的史前史1.算筹算筹 v算筹又称为筹、策、算子等算筹又称为筹、策、算子等 v算筹在中国的起源很早算筹在中国的起源很早 v中国著名科学家祖冲之中国著名科学家祖冲之(429500年年)借助算筹作为计算工具借助算筹作为计算工具计算出圆周率计算出圆周率 祖冲之祖冲之(429500年年)2021/5/2230Foshan University 2.算盘算盘 v算盘也称珠算，是中国劳动人民创算盘也称珠算，是中国劳动人民创造的一种工具造的一种工具 v由古代由古代“算筹算筹”演变而
24、来演变而来 v素有素有“中国计算机中国计算机”之称之称 v最早见于汉末三国时代徐岳撰写的最早见于汉末三国时代徐岳撰写的数术记遗数术记遗 v南宋时期的数学家杨辉发明了乘南宋时期的数学家杨辉发明了乘除通变算宝除通变算宝 2021/5/2231Foshan University 3.机械计算机机械计算机 v1623年，德国科学家契克卡德年，德国科学家契克卡德(W.Schickard)为天文学家开为天文学家开普勒普勒(Kepler)制作了一台机械计制作了一台机械计算机算机 2021/5/2232Foshan University v法国科学家布莱斯法国科学家布莱斯帕斯卡帕斯卡(Blaise Pasca
25、l：16231662年年)是被公认为是制造出机械是被公认为是制造出机械计算机的第一人。计算机的第一人。2021/5/2233Foshan University v德国著名数学家戈特弗里德德国著名数学家戈特弗里德威威廉廉莱布尼茨莱布尼茨(Gottfried Wilhelm Leibniz：1646阿阿1716年年)将将帕斯卡的帕斯卡的“加法器加法器”扩大为乘除运扩大为乘除运算算 v1700年左右，莱布尼茨从中国年左右，莱布尼茨从中国“易图易图”(八卦八卦)里受到启发，悟出里受到启发，悟出了二进制数之真谛。了二进制数之真谛。2021/5/2234Foshan University 4.提花机提花机
26、v西汉年间中国的纺西汉年间中国的纺织工匠已能熟练掌织工匠已能熟练掌握提花机技术握提花机技术。2021/5/2235Foshan University v法国机械师约瑟夫法国机械师约瑟夫杰卡德杰卡德(Joseph Jacquard)，大，大约在约在1801年完成了年完成了“自动自动提花编织机提花编织机”的设计制作，的设计制作，真正成功地改进了提花机。真正成功地改进了提花机。2021/5/2236Foshan University 5.差分机和分析机差分机和分析机v英国剑桥大学著名科学英国剑桥大学著名科学家查理斯家查理斯巴贝奇巴贝奇(Charles Babbage：17921871年年)在在182
27、2年研制出第一台差分机。年研制出第一台差分机。Babbage(17921871年)2021/5/2237Foshan University 5.差分机和分析机差分机和分析机v阿达阿达奥古斯塔奥古斯塔(Ada Augusta：18151852年年)是是计算机领域著名计算机领域著名的女程序员。的女程序员。Ada(18151852年)2021/5/2238Foshan University 6.模拟计算机模拟计算机v19世纪末，赫尔曼世纪末，赫尔曼霍列瑞斯霍列瑞斯(Herman Hollerith：18601929)首先用穿孔卡首先用穿孔卡完成了第一次大规完成了第一次大规模数据处理。模数据处理。20
28、21/5/2239Foshan University v托马斯托马斯沃森沃森(T.Watson)和和IBM 2021/5/2240Foshan University v布什布什(V.Bush)为了求为了求解与电路有关的微分解与电路有关的微分方程，制作了一台模方程，制作了一台模拟计算装置助其求解拟计算装置助其求解 v1873年，美国人鲍德年，美国人鲍德温温(F.Baldwin)，利，利用齿数可变齿轮，设用齿数可变齿轮，设法制造出一种小型计法制造出一种小型计算机样机算机样机 2021/5/2241Foshan University v英国数学家布尔英国数学家布尔(G.Boole：18151864年
29、年)v第一部著作逻辑的数学分析第一部著作逻辑的数学分析v1854年，已经担任柯克大学教授的布年，已经担任柯克大学教授的布尔再次出版思维规律的研究尔再次出版思维规律的研究逻辑逻辑与概率的数学理论基础与概率的数学理论基础v凭借这两部著作，布尔建立了一门新的凭借这两部著作，布尔建立了一门新的数学学科数学学科布尔代数布尔代数2021/5/2242Foshan University v1938年，美国数学家香农年，美国数学家香农(C.Shannon)第一第一次在布尔代数和继电器开关电路之间架起了次在布尔代数和继电器开关电路之间架起了桥梁，以脉冲方式处理信息的继电器开关，桥梁，以脉冲方式处理信息的继电器开
30、关，从理论到技术彻底改变了数字电路的设计。从理论到技术彻底改变了数字电路的设计。v1948年，香农凭借通信的数学基础一书，年，香农凭借通信的数学基础一书，被誉为被誉为“信息论之父信息论之父”。v1956年，香农参与发起了达特默斯人工智能年，香农参与发起了达特默斯人工智能会议，率先把人工智能运用于计算机下棋方会议，率先把人工智能运用于计算机下棋方面，还发明了一个能自动穿越迷宫的电子老面，还发明了一个能自动穿越迷宫的电子老鼠，以此验证了计算机可以通过学习提高智鼠，以此验证了计算机可以通过学习提高智能。能。2021/5/2243Foshan University v1937年年11月，月，在在AT&
31、T贝尔实贝尔实验室工作的斯蒂验室工作的斯蒂比兹比兹(G.Stibitz)，运用继电器作，运用继电器作为计算机的开关为计算机的开关元件。元件。2021/5/2244Foshan University v1939年，楚泽继电器组装了年，楚泽继电器组装了Z-2。v1941年，楚泽的电磁式计算机年，楚泽的电磁式计算机Z-3完成。完成。v希特勒战败后，楚泽辗转流落到瑞士一希特勒战败后，楚泽辗转流落到瑞士一个荒凉的村庄，一度转向研究计算机软个荒凉的村庄，一度转向研究计算机软件理论。件理论。v1938年，年，28岁的楚泽岁的楚泽(K.Zuse)完成了完成了一台可编程数字计算机一台可编程数字计算机Z-1的设计
32、。的设计。v1945年建造了年建造了Z-4计算机。计算机。v1949年，他建立了年，他建立了“Zuse计算机公司计算机公司”，继续开发更先进的机电式程序控制计，继续开发更先进的机电式程序控制计算机。算机。2021/5/2245Foshan University Z3 重建Z1 Z4 老年楚泽（中）老年楚泽（中）数字计算机之父数字计算机之父2021/5/2246Foshan University v电磁式计算机叫电磁式计算机叫Mark，也叫，也叫“自动序列受控计自动序列受控计算机算机”，在计算机发展史，在计算机发展史上占据重要地位，是计上占据重要地位，是计算机算机“史前史史前史”里最后一里最后一
33、台著名的计算机，发明台著名的计算机，发明者是美国哈佛大学艾肯者是美国哈佛大学艾肯(H.Aiken)博士。博士。2021/5/2247Foshan University 计算机的产生计算机的产生1.图灵图灵v1936年，阿伦年，阿伦图灵图灵(Alan Turing：19121954年年)在他的一篇具有划时代意在他的一篇具有划时代意义的论文义的论文论可计算论可计算数及其在判定问题中的应数及其在判定问题中的应用用(On Computer Numbers With an Application to the Entscheidungs Problem)中，论述了一种中，论述了一种假想的通用计算器，也就
34、假想的通用计算器，也就是理想计算机，被后人称是理想计算机，被后人称为为“图灵机图灵机”(Turing MachineTM)。2021/5/2248Foshan University 计算机的发展历史计算机的发展历史v1946年年2月，世界上第一台计算机于美国宾夕法尼亚大学诞月，世界上第一台计算机于美国宾夕法尼亚大学诞生，取名为生，取名为“电子数字积分计算机电子数字积分计算机”(Electronic Numerical Integrator And Calculator)，简称，简称“埃尼亚克埃尼亚克(ENIAC)”。这台计算机采用了这台计算机采用了18000个电子管，个电子管，1000只电容和
35、只电容和7000个电个电阻，总重阻，总重30吨，功率吨，功率140千瓦千瓦/小时，占地小时，占地170平方米。运算平方米。运算速度速度 5000次次/秒，造价秒，造价49万美元。万美元。ENIAC是第一台正式投入是第一台正式投入运行的电子计算机。运行的电子计算机。v1946年年6 月，匈牙利科学家冯月，匈牙利科学家冯.诺依曼教授提出并设计第一台诺依曼教授提出并设计第一台存储程序式计算机埃德瓦克存储程序式计算机埃德瓦克(EDVAC)，即：采用了二进制，即：采用了二进制，以便直接模拟开关电路的两种状态，提高运行效率；把指令以便直接模拟开关电路的两种状态，提高运行效率；把指令存入计算机内部，省去了在
36、机外编排程序的麻烦。存入计算机内部，省去了在机外编排程序的麻烦。1952年，年，EDVAC正式投入运行。正式投入运行。2021/5/2249Foshan University 计算机发展概况计算机发展概况根据构成计算机的器件种类根据构成计算机的器件种类，可将计算机划分时代vv1 1、第一代：电子管式、第一代：电子管式、第一代：电子管式、第一代：电子管式(1945(1945年年年年19591959年年年年)vv特征：特征：特征：特征：电子管作开关元件，功耗大，速度慢(千或万次/秒)，容量小(仅几千字节)，且体积大，但体系结构为冯冯诺依曼诺依曼思想，即存贮程序模式，这时的程序设计主要用机器语言编程
37、。vv2 2、第二代：晶体管式、第二代：晶体管式、第二代：晶体管式、第二代：晶体管式(1959(1959年年年年19651965年年年年)v特征：特征：用半导体晶体管作开关元件，速度提高，达数十万次数十万次/秒到秒到300万次万次/秒秒，存贮容量增加，达几百K字节，由于容量增加，为存贮、运行操作系统软件提供了基础，这一期间的程序设计已初步采用FORTRAN、COBOL等高级语言编程。vv3 3、第三代：集成电路式、第三代：集成电路式、第三代：集成电路式、第三代：集成电路式(1965(1965年年年年19751975年年年年)v特征：特征：集成电路的出现，代替原有的分立元器件计算机产品逐渐形成了
38、标准、系列，其通用性得到加强，操作系统功能进一步完善。v4、第四代：大规模集成电路式第四代：大规模集成电路式第四代：大规模集成电路式第四代：大规模集成电路式(1975(1975年年年年1985)1985)v特征：特征：集成度显著提高。软件功能大大提高，并向多极化、网络化、多媒体、智能化方向发展，出现了微型计算机PC。v5、第五代：超大规模集成电路式第五代：超大规模集成电路式第五代：超大规模集成电路式第五代：超大规模集成电路式(1985(1985年现在年现在年现在年现在)v特征：特征：超大规模集成电路，软件功能大大提高，并向多极化、网络化、多媒体、智能化方向发展，几乎在所有领域里都得到。2021
39、/5/2250Foshan University 未来计算机是什么？未来计算机是什么？vv大家也许会问：未来计算机是什么？大家也许会问：未来计算机是什么？大家也许会问：未来计算机是什么？大家也许会问：未来计算机是什么？v目前尚未形成一致结论，正在研究当中，有几种可目前尚未形成一致结论，正在研究当中，有几种可能：能：神经网络计算机模拟人的大脑思维；主要特征是人神经网络计算机模拟人的大脑思维；主要特征是人工智能，它将具有自然语言理解能力、模式识别能力和工智能，它将具有自然语言理解能力、模式识别能力和推理判断能力等，突破冯推理判断能力等，突破冯.诺依曼体系结构的限制，提诺依曼体系结构的限制，提出非冯
40、出非冯.诺依曼的体系结构。诺依曼的体系结构。生物计算机运用生物工程技术，蛋白分子作芯片；生物计算机运用生物工程技术，蛋白分子作芯片；光计算机用光作为信息载体，通过对光的处理来完光计算机用光作为信息载体，通过对光的处理来完成对信息的处理。成对信息的处理。2021/5/2251Foshan University 计算机的分类计算机的分类 vv根据计算机的运算速度、存储容量和规模可分为：根据计算机的运算速度、存储容量和规模可分为：根据计算机的运算速度、存储容量和规模可分为：根据计算机的运算速度、存储容量和规模可分为：1 1、巨型机：、巨型机：、巨型机：、巨型机：早期的巨型机主要是第一、第二代计算机早
41、期的巨型机主要是第一、第二代计算机,体积庞体积庞大、功能比现在微型机还要弱。现在的巨型计算机大、功能比现在微型机还要弱。现在的巨型计算机是现代计算机中功能最强的一种，其运算速度达十是现代计算机中功能最强的一种，其运算速度达十几万亿次几万亿次/秒，存贮容量达几百兆以上秒，存贮容量达几百兆以上(指内存指内存)，更，更重要的是其处理信息的方式发生了变化：多处理机重要的是其处理信息的方式发生了变化：多处理机结构，大规模并行处理。主要应用于：科学、工程结构，大规模并行处理。主要应用于：科学、工程计算、事务处理领域。我国计算、事务处理领域。我国19971997年研制的银河年研制的银河IIIIII巨巨型机，
42、速度达型机，速度达130130亿次秒，内存亿次秒，内存9.15GB9.15GB。2021/5/2252Foshan University l拥拥有有最最强强的的并并行行计计算算能能力力，主主要要用于科学计算。用于科学计算。l在在气气象象、军军事事、能能源源等等领领域域承承担担大规模、高速度的计算任务。大规模、高速度的计算任务。l趋趋势势是是用用许许多多台台计计算算机机构构成成一一台台超级计算机。超级计算机。巨型计算机巨型计算机83年银河-I亿次机92年银河-II10亿次机97年银河-III百亿次机2021/5/2253Foshan University 2、大型机、大型机 大型机具有大型、通用
43、的特点，具有较快的大型机具有大型、通用的特点，具有较快的处理速度和较强的处理能力，一般作为大型处理速度和较强的处理能力，一般作为大型服务器，用于大银行、大公司或高等学校，服务器，用于大银行、大公司或高等学校，用来处理大量繁忙的业务。用来处理大量繁忙的业务。2021/5/2254Foshan University 大中型计算机大中型计算机l具具有有比比小小型型机机更更强强的的数数据据处处理理能力。能力。l价格比小型机高。价格比小型机高。l在在银银行行等等最最早早使使用用计计算算机机的的行行业中广泛使用。业中广泛使用。中科院计算技术研究所国家智能机中心研制的每秒200亿次的曙光2000型超级服务器
44、2021/5/2255Foshan University 3、小型计算机：、小型计算机：盛行于盛行于7080年代年代,相对于当时的大型机而相对于当时的大型机而言，规模较小言，规模较小,结构简单，运算速度和存贮容结构简单，运算速度和存贮容量比大型机都差量比大型机都差,但价格相对便宜但价格相对便宜,比较适合比较适合于中、小用户，其代表产品有：美国于中、小用户，其代表产品有：美国DEC公公司生产的司生产的 PDP。2021/5/2256Foshan University 小型计算机小型计算机l具具有有比比微微机机更更强强的的数数据据处处理理能能力和数据存储能力。力和数据存储能力。l多多个个用用户户可
45、可以以同同时时使使用用（多多用用户，户，Multi-user）。l目前主要用作服务器。目前主要用作服务器。2021/5/2257Foshan University 4、微型计算机、微型计算机(PC机机)：现在广泛流行的是微型计算机，又称个人计现在广泛流行的是微型计算机，又称个人计算机算机(Personal Computer)，其核心部件是，其核心部件是以以超大规模集成电路超大规模集成电路（Very Large Scale Integration 简称简称VLSI）为基础的微处理器芯）为基础的微处理器芯片，代表作是美国片，代表作是美国Intel公司生产的公司生产的80386，80486，8058
46、6，Pentium系列等。系列等。2021/5/2258Foshan University l微型计算机微型计算机（微机，微机，Microcomputer）l台式计算机台式计算机（Desktop）l是通用计算机。是通用计算机。l通通常常是是由由一一个个用用户户来来使使用用（单单用用户，户，Single-user）。l配配有有文文字字、声声音音、图图像像等等输输入入输输出设备。出设备。l可通过网络与其他计算机相连。可通过网络与其他计算机相连。l高档台式机可充当服务器。高档台式机可充当服务器。2021/5/2259Foshan University 微型计算机微型计算机（微机，微机，Microco
47、mputer）膝上型电脑膝上型电脑（Laptop）/笔记本计算机笔记本计算机（Notebook）l功能与台式机类似。功能与台式机类似。l一体化结构。一体化结构。l耗耗电电更更少少，并并配配有有电电池池，可可在在没有交流电源的场合使用。没有交流电源的场合使用。l可装在文件包中。可装在文件包中。2021/5/2260Foshan University 微型计算机微型计算机（微机，微机，Microcomputer）掌上型电脑掌上型电脑（Palmtop）、个、个人数字助理人数字助理（PDA,Personal Digital Assistant）l向用户提供专门的功能。向用户提供专门的功能。l靠电池供电
48、。靠电池供电。l可装在衣袋中。可装在衣袋中。l有些已具有无线通信能力。有些已具有无线通信能力。l是嵌入式计算机的一类。是嵌入式计算机的一类。2021/5/2261Foshan University 5、工作站、工作站(Workstation)：这里所说的工作站不是指网络计算机系统中这里所说的工作站不是指网络计算机系统中的工作站，而是指介于的工作站，而是指介于PC机和小型计算机之机和小型计算机之间的一种高档微型计算机，如美国间的一种高档微型计算机，如美国SGI公司的公司的Indigo系列工作站，系列工作站，Sun公司的公司的Sun工作站工作站等。等。工作站的特点：工作站的特点：其运算速度、存贮容
49、量介于其运算速度、存贮容量介于现代小型机和现代小型机和PCPC机之间，专用性较强、兼容机之间，专用性较强、兼容性较差，如性较差，如SGISGI工作站主要在图形处理上占有工作站主要在图形处理上占有优势。优势。2021/5/2262Foshan University 工作站工作站（Workstation）l以联网为标志。以联网为标志。l计计算算能能力力比比台台式式机机更更强强，特特别别是在图形处理方面。是在图形处理方面。l价格比台式机高得多。价格比台式机高得多。l随随着着台台式式机机能能力力的的不不断断提提高高，有可能被台式机所替代。有可能被台式机所替代。2021/5/2263Foshan Uni
50、versity 服务器服务器（Server）一种在网络环境下为多个用户提供服务的共享设备。可分为文件服务器、通信服务器、打印服务器等。IBM z 系列z900 服务器IBM z系列z990服务器2021/5/2264Foshan University l网络计算机网络计算机（net computer）一种在网络环境下使用的终端设备，其特点是内容量大、显示器的性能高、通信功能强，但本机中不一定配置外存，所需要的程序和数据存储在网络的服务器中。网络计算机 2021/5/2265Foshan University 计算机的应用计算机的应用v计算机已渗透到社会的各行各业，如：计算机已渗透到社会的各行各