第1章计算机基础知识计.

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1、计算机导论力求突出为后续计算机专业课程构建一个基本知识框架的指导思想，使计算机专业的学生一进入大学就能够对自己今后要学习的主要知识、专业方向有一个基本了解。,第1章 计算机基础知识,本章导读： 本章从计算机的产生和发展出发，对计算机的特点和分类进行了阐述；重点介绍了计算机中常用的数制及其转换、带符号数的表示、字符编码和汉字编码的基本知识。要求读者了解微型计算机的发展历史、工作特点、分类、应用领域等相关知识；熟悉数制的基本概念、数制之间的相互转换。 本章主要知识点： （1）计算机的产生和发展 （2）计算机的特点和分类 （3）计算机系统的应用 （4）计算机中数制的基本概念、数制之间的相互转换 （5

2、）常用的ASCII码、BCD码、汉字编码的相关概念和应用,第1章 计算机基础知识,1.1 概述 1.2 面向过程程序设计,1.1 概述,1.1.1 近代计算机的发展 1.1.2 计算机的诞生 1.1.3 计算机的发展 1.1.4 计算机的特点和分类 1.1.5 计算机的应用,1.1 概述,1.1.1 近代计算机的发展,1.1 概述,1.1.1 近代计算机的发展 计算机的发明是以计算为基本原则，早先则是被定位为工业用产品。早在19世纪初叶，英国剑桥大学数学家、机械设计专家、经济学家和哲学家查尔斯巴贝基（Charles Babbage，1791-1871，见图1-1）发明了差分机（Differen

3、ce Engine，见图1-2）即可计算等式间的差距。而之后的分析机（Analytical Engine，见图1-3）则尝试用来执行多种类的运算，尽管这台机器在他有生之年并未完成，但其概念其实已经具备了现代电脑的特征，所以称巴贝基为计算机之父。,查尔斯巴贝基,1.1 概述,1.1.1 近代计算机的发展,英国著名诗人拜伦的女儿阿达拉芙拉斯伯爵夫人（Ada Augusta Lovelace，1815-1852）协助巴贝基完善了分析机的设计，指出它可以像提花机那样编程。她发现了编程的基本要素，还编写了伯努利数的程序，因此，被誉为世界上第一位程序员。,1.1 概述,1.1.1 近代计算机的发展 巴贝基

4、生于1791年的英国，当他在剑桥大学攻读博士时，即为了解决计算等式间的差异数，于1812年首先设计出了一台名为差分机（Difference Engine）的机器，并于1822年制成了差分机样机。这是一台利用蒸汽为动力，以齿轮为基础所构成的机器，由于齿轮的数量过于庞大（约四千），以至于差分机所计算的成果并不精确。经历十年失败的尝试，1834年巴贝基在研制差分机的工作中，看到了制造一种新的、在性能上大大超过差分机的计算机的可能性，从而放弃了差分机转而构想出了名为分析机的自动运算机器，由于这台机器具备有“输入”、“运算”、“输出”及“储存”的四大现代计算机特征，最后因英国政府停止资助使这项计划，直到

5、巴贝基逝世，亦未能最终实现他所设计的计算机。,1.1 概述,1.1.1 近代计算机的发展 美国哈佛大学的霍华德艾肯（Howard Aiken，1900-1973）博士在图书馆里发现了巴贝基的论文，提出了用机电方式，而不是用纯机械方法来构造新的分析机。霍华德艾肯在IBM公司的资助下，于1944年研制成功了被称为计算机“史前史”里最后一台著名的Mark计算机，将巴贝基的梦想变为了现实。这也正是IBM走上计算机产业之路的开始。后来霍华德艾肯继续主持了Mark和Mark计算机的研制工作，但它们已经属于电子计算机的范畴。这里请注意,20世纪40年代曾经出现过两个被称为Mark的计算机，一个是这里所说的M

6、ark，另一个是英国曼彻斯特大学以威廉斯管的发明人Williams（1911-1977）和汤姆基尔蓬（Tom Kilbrn）为首的研究小组开发的Mark，其原型则被称为“婴儿机”（Baby Machine）。曼彻斯特大学在计算机发展史上也曾经起过重大的作用。,1.1 概述,1.1.1 近代计算机的发展 英国数学家艾兰图灵（Alan Mathison Turing，l912-1954）是世界上公认的计算机科学奠基人，见图1-4。他的主要贡献有两个：一是建立图灵机（TuhngMaChine，TM）模型，奠定了可计算理论的基础；二是提出图灵测试，阐述了机器智能的概念。但在他生活的时代，却完全没有这些

7、赞誉。他不过是一位古怪的数学家、超前的哲学家、神秘的密码破译专家而已，没有人会想到他的思维能燃起信息时代的烈焰。为纪念图灵对计算机科学的贡献，美国计算机学会ACM在1966年创立了“图灵奖”，每年颁发给在计算机科学领域的领先研究人员，号称计算机业界和学术界的诺贝尔奖。,图灵,图灵与图灵机,1.1 概述,1.1.1 近代计算机的发展 另一个也被称为计算机之父的是美籍匈牙利数学家冯诺依曼（Von Neumann），他和他的同事们研制了世界上第二台电子计算机EDVAC，对后来的计算机在体系结构和工作原理上具有重大影响。在EDVAC中采用了“存储程序”的概念，以此概念为基础的各类计算机统称为冯诺依曼机

8、。50多年来，虽然计算机系统从性能指标、运算速度、工作方式、应用领域等方面与当时的计算机有很大差别，但基本结构没有变，都属于冯诺依曼计算机。但是，冯诺依曼自己也承认，他的关于计算机“存储程序”的想法都来自图灵。,冯诺依曼,返回本节目录,冯诺依曼计算机,John von Neumann 冯诺依曼,存储程序工作原理 计算机的两个基本能力：一是能够存储程序，二是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 概述,1.1.2 计算机的诞生 1939年保加利亚

9、裔美国人、依阿华大学教授阿塔诺索夫（John Vincent Atanasoff，1903-1995）因进行数学物理研究需要大量计算，而当时使用的模拟计算机速度慢、精度低，从而决心设计电子管数字计算机。在研究生克里福特伯瑞（Clifford E.Berry，1918-1963）的协助下，于1941年制作了一台雏形计算机ABC（Atanasoff-Berry Computer），被誉为世界上第一台电子计算机。,1.1 概述,1.1.2 计算机的诞生 美国宾州大学的物理学教授约翰莫奇莱（John Mauchly，1907- 1980），曾经观摩过ABC计算机，1042年他写了一份备忘录，建议制造电

10、子计算机来完成弹道表的计算。1943年4月美国陆军阿伯丁弹道实验室与宾州大学摩尔学院签订合同，开始研制ENIAC。在埃克特（J.Preper Eckert，l919-1995）、戈德斯坦（Herman H.GoldStine，l913-）等人的共同努力下，1945年秋制成ENIAC，并于1946年2月15日公诸于世，见图1-6。,ENIAC,1.1 概述,1.1.2 计算机的诞生 1947年莫奇莱和埃克特离开宾州大学，创立了自己的计算机公司，生产UNIVAC计算机，见图1-7。1951年6月14日UNIVAC交付美国人口统计局使用。舆论界通常认为这标志着人类进人了计算机时代。原因有二：一是UN

11、IVAC首次作为商品出售，它先后生产了近50台，而ENIAC只有一台自用；二是UNIVAC用于公众领域的数据处理，不像ENIAC只用于军事目的。特别是UNIVAC曾在大选中，预告艾森豪威尔当选，这使西方舆论大为轰动。因此，人们认为1951年UNIVAC迎来计算机时代，而与其说莫奇莱和埃克特发明了电子计算机，不如说他们奠定了计算机工业的基础。,UNIVAC,返回本节目录,计算机发展的几个阶段,1.1 概述 1.1.3 计算机的发展,1.1 概述,1.1.3 计算机的发展 1第一代（1946年1958年）：电子管阶段 基本特征采用电子管作为计算机的逻辑元器件，每秒运算速度仅为几千次，内存容量仅数K

12、B。其数据表示主要是定点数，使用机器语言或汇编语言编写程序。第一代电子计算机体积庞大，造价昂贵，用于军事和科学研究工作。其代表机型有IBM 650（小型机）、IBM 709（大型机）。,电子管,1.1 概述,1.1.3 计算机的发展 2第二代（1959年1964年）：晶体管阶段 基本特征是采用晶体管作为计算机的逻辑元器件，由于电子技术的发展，运算速度达每秒几十万次，内存容量增至几十KB。与此同时，计算机软件技术也有了较大发展，出现了FORTRAN、COBOL、ALGOL等高级语言。与第一代计算机相比，晶体管电子计算机体积小、成本低、功能强、可靠性大大提高。除了科学计算外，还用于数据处理和事务处

13、理。其代表机型有IBM 7094、CDC 7600。,晶体管,1.1 概述,1.1.3 计算机的发展 3第三代（1965年1970年）：集成电路阶段 基本特征是采用小规模集成电路作为计算机的逻辑元器件，随着固体物理技术的发展，集成电路工艺己可以在几平方毫米的单晶硅集成电路片上集成由十几个甚至上百个电子元器件组成的逻辑电路。它的运算速度每秒可达几十万次到几百万次，体积越来越小，价格越来越低，软件越来越完善，在监控程序的基础上发展形成了操作系统。其代表机型有IBM360。,集成电路,1.1 概述,1.1.3 计算机的发展 4第四代（1971年现在）：大规模/超大规模集成电路阶段 基本特征是采用大规

14、模集成电路和超大规模集成电路作为计算机的逻辑元器件，20世纪70年代以来，集成电路制作工艺取得了迅猛的发展，在硅半导体上可集成更多的电子元器件，半导体存储器代替了磁芯存储器，目前，计算机的速度最高可以达到每秒几百万亿次浮点运算。操作系统不断完善，高级程序设计语言功能更加完善，人们的生活与计算机应用息息相关。,超大规模集成电路,返回本节目录,计算机的商用化,Altair 8800,计算机发展微型化,计算机不再是单一的计算机器，而是一种 信息机器，一种个人的信息机器。,CRAY-,计算机发展巨型化,运算速度可达每秒几百亿次运算的超级计算机 1975年世界上第一台超级计算机“Cray-I” 超级计算

15、机应用：天气预报、地震机理研究、 石油和地质勘探，卫星图像处理等大量科学计 算的高科技领域。,中国超级计算机： 国防科技大学研制的 “银河1号”、 “银河2号”和“银河3号” 国家职能计算机中心推出的 “曙光1000” 、“曙光200I”和“曙光3000”,银河,计算机发展网络化,计算机网络： 计算机技术与通信技术结合 的产物。 计算机网络的发展动力： 使用远程资源，共享程序、 数据和信息资源，网络用户 的通讯和合作。,计算机发展智能化,“总有一天，人类会造出一些举止跟人一样的 没有灵魂的机械来”。 笛卡尔（1637）,人类第一个“工业机器人”： 一头在纺织机上挑纱的“驴”（1742年） 第一

16、代机器人 机械手（1962年出现） 第二代机器人 具有“感觉”的机器人 第三代机器人 装有启发式计算机的“智能机器人”,计算机世界中的中国,1952年在清华大学成立中国第一个计算机三人研究小组 组长 闵大可 电机系教授 1954年小组经扩充和调整，并入中科院近代物理研究所 负责人 钱三强 1958年完成第一台电子计算机103 1959年完成大型电子计算机104 1959年中国自行研究的107计算机问世 1965年中国开始研制第三代计算机（集成电路） 1977年研制成功中国第一台微机DJS050,计算机世界中的日本,辉煌： 打败Intel的芯片巨人，迫使Intel 于1985年另辟 战场（微处理器） 笔记本电脑的领军人物 失误： 第五代计算机（智能计算机）的开发者 高清晰度模拟电视,计算机世界中的印度,世界软件产业王国 1985年，印度软件业产值为1000万美元 1994年，印度软件业产值为10亿美元 2000年，印度软件业产值为50亿美元 在软件出口规模和质量与总产值的比例上， 印度居世界第一