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1、第1章计算机基础知识 1 1走进计算机世界计算机的发展历史微型计算机的特点及应用1 2计算机是如何工作的计算机的硬件组成计算机的软件系统1 3计算机外部设备计算机的存储设备输入输出设备1 4计算机安全规范 1 1走进计算机世界 计算机的发展与电子技术的发展密不可分 依据电子器件的发展历程 人们将计算机的发展划分为4个年代 了解4个年代的划分 知道计算机发展进程中的重大事件 对计算机的发展概况和趋势有一个粗略的了解 计算机发展4个年代的划分揭示了计算机发展的历史与未来 本节的知识点可以分解成下面几个要点 计算机的发展历史 微机的特点与发展 计算机的发展趋势 一 计算机的发展历史 中国的计算设备
2、大约在新石器时代早期 先民使用的 计算机 是结绳 即用绳子打结的多少来表示数的概念 中国的计算设备 算筹 它最早出现在何时 已经不可查考了 但至迟到春秋战国 算筹的使用已经非常普遍了 算筹 算筹在中国的起源很早 中国著名科学家祖冲之 429 500 借助算筹为计算工具 计算出圆周率在3 1415926和3 1415927之间 成为了世界上最早把圆周率数值推算到七位数字以上的科学家 中国的计算设备 算盘 珠算盘是我们祖先创造发明的一种简便的计算工具 珠算盘起源于北宋时代 机械计算机发展史 1623年 德国科学家契克卡德 W Schickard 制造了人类有史以来第一台机械计算机 这台机器能够进行
3、六位数的加减乘除运算 机械计算机发展史 1642年 法国科学家帕斯卡 B Pascal 发明了著名的帕斯卡机械计算机 首次确立了计算机器的概念 机械计算机发展史 1674年 莱布尼茨改进了帕斯卡的计算机 使之成为一种能够进行连续运算的机器 并且提出了 二进制 数的概念 据说这个概念来源于中国的八卦 机械计算机发展史 第一台商用计数机是由法国阿尔萨斯地区的托玛斯 杜 寇莫 ThomasdeColmar 在1820年初研发的四则运算机 下面是与帕斯卡计算器的比较 机械计算机发展史 1822年 英国科学家巴贝奇 C Babbage 制造出了第一台差分机 它可以处理3个不同的5位数 计算精度达到6位小
4、数 机械计算机发展史 手摇计算机是1878年由一位在俄国工作的瑞典发明家奥涅尔制造的 台式电脑 第一台电子计算机ENIAC 2 现代计算机的发展历程 第1代电子管计算机 1946 1957 第一台电子计算机取名为ENIAC 1946年2月15日在美国宣告诞生 由美国宾西法尼亚大学摩尔学院教授莫奇利和埃克同研制 运算速度达到每秒钟5000次加法 一条炮弹的轨迹 20秒钟就能被它算完 第一台电子计算机 ENIAC 5000次加法 秒体重28吨占地170m218800只电子管1500个继电器功率150KW 电子管 埃尼阿克 总共安装了17468只电子管 它的耗电量超过174千瓦 电子管平均每隔7分钟
5、就要被烧坏一只 佛莱明1904年发明电子管 晶体管与电子管 1947年美国科学家发明了晶体管 晶体管与电子管的比较 体积比电子管小很多耗电大大降低稳定性有很大提高 第2代晶体管计算机 1958 1964 1956年 晶体管在计算机中使用 晶体管和磁芯存储器的使用促使了第2代计算机的产生 第2代计算机体积小 速度快 功耗低 性能更稳定 晶体管计算机 美国贝尔实验室于1954年研制成功第一台使用晶体管的第二代计算机TRADIC 装有800只晶体管 仅100瓦功率 占地也只有3立方英尺 相比采用定点运算的第一代计算机 第二代计算机普遍增加了浮点运算 计算能力实现了一次飞跃 我国的晶体管计算机 195
6、8年启动 1965年研制成功的我国第一台大型晶体管计算机 109乙机 对109乙机加以改进 两年后又推出109丙机 为用户运行了15年 有效算题时间10万小时以上 在我国两弹试验中发挥了重要作用 被用户誉为 功勋机 109机 集成电路 1959年美国人基尔比向发明了集成电路 在不超过4平方毫米的面积上 大约集成了20余个元件 第3代集成电路计算机 1965 1970 人们将集成电路分为中 小规模 大规模和超大型规模 第3代计算机的芯片属于中 小规模集成电路 第3代集成电路计算机 IBM于1964年研制出计算机历史上最成功的机型之一IBMS 360 IBM由于S 360的成功 进一步巩固了自己在
7、业界的地位 蓝色巨人 IBM几乎成为计算机的代名词 第4代大规模集成电路计算机 1971至今 第四代计算机最显著特点是大规模集成电路和超大规模集成电路的运用 大规模集成电路的采用 使得计算机向微型化发展 计算机不但可以放在办公桌上 而且可以放在手提包里 甚至衣服的口袋里 而其功能却大大增强 可靠性大大提高 而价格却大大下降 一般家庭就可以买得起 计算机主要电子器件 第一代 真空电子管第二代 晶体管第三代 中 小规模集成电路第四代 大规模 超大规模集成电路 计算机的不断发展是一种必然趋势 大家知道是什么因素推动我们的计算机不断的更新换代的呢 每一代的发展变化 1体积和耗电量大大减小2功能大大增强
8、3应用领域进一步拓宽 特别是体积小 价格低 功能强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等领域发挥了很大的作用 高考真题 12 7第一代电子计算机所采用的电子元件是 14 1 A 继电器B 晶体管C 电子管D 集成电路13 2第二代电子计算机所采用的电子元件是 14 1 12 7 A 继电器B 晶体管C 电子管D 集成电路14 21946年诞生的世界上公认的第一台电子计算机是 A UNIVAC 1B EDVACC ENIACD IBM36016 1计算机中数据的表现形式是 A 八进制B 十进制C 二进制D 十六进制 图灵 计算机科学之父 1936
9、年阿兰 图灵 在他的一篇具有划时代的论文里论述了一种假想的通用计算机 也就是理想计算机 被后人称为 图灵机 计算机发展史上重要人物 1950年10月 图林的另一篇论文 机器能思考吗 发表 首次提出检验机器智能的 图林试验 从而奠定了人工智能的基础 使他再次荣膺 人工智能之父 称号 1954年 42岁的阿兰 图林英年早逝 为了纪念他在计算机领域奠基性的贡献 美国计算机学会决定设立 图林奖 从1956年开始颁发给最优秀的电脑科学家 它就像科学界的诺贝尔奖那样 是电脑领域的最高荣誉 图灵机 图灵机是一种思想模型 由三部分组成 一个控制器 一条两端可无限延长的带子和一个在带子上左右移动可以读写0 1的
10、读写头 图灵机能够识别运算过程中的每一步 并运算获得答案 使计算机通过执行程序来完成任何设定好的任务 图灵机 最早人们将机器的工作主要放到数学计算上 因而数学计算是焦点 图灵机就是一个逻辑的机器 解决的是 可计算性 的问题 图灵机的基本思想就是用机器来模拟人们用纸和笔进行数学运算的过程 图灵把这样的过程看作是两种简单的动作 即在纸上写上或擦除某个符号 把注意力从纸的一个位置移动到另一个位置 2014年根据图灵生平改编电影 模仿游戏 剧照 计算机发展史上重要人物 1938年 美国数学家香农 首次用布尔代数进行开关电路分析 并证明布尔代数的逻辑运算可以通过继电器电路来实现 现代信息论创始人香农 布
11、尔代数 继电器开关电路 香农第一次在布尔代数和继电器开关电路之间架起了桥梁 约翰 阿塔纳索夫 1939年 阿塔纳索夫提出计算机三原则 约翰 阿塔纳索夫的计算机的三条原则 1 以二进制的逻辑基础来实现数字运算 以保证精度 2 利用电子技术来实现控制 逻辑运算和算术运算 以保证计算速度 3 采用把计算功能和二进制数更新存贮的功能相分离的结构 冯 诺依曼 在ENIAC的研制过程中 美籍数学家冯 诺依曼针对它存在的问题 提出了一个全新的通用计算机方案 这就是EDVAC方案 并提出了计算机的三大设计思想 在这个方案中 冯 诺依曼提出程序存储和程序控制理论 他认为计算机具有两个基本能力 1 能够存储程序
12、2 能够自动执行程序 高考真题 14 67美籍匈牙利数学家冯诺依曼提出了计算机的哪三大设计思想 3分 答 采用二进制来表示数据或计算机指令 把程序和数据存储在计算机中 并让计算机自动执行程序 即 存储程序 思想 计算机硬件由运算器 存储器 控制器 输入和输出设备五大部分组成 高考真题 Y 4 1从第一代计算机出现至今 虽然经历了多个发展阶段 但其结构仍沿用了由图灵提出的程序存储和程序控制结构 14 56现代计算机能自动地连续进行数据处理 主要是因为其具有存储程序的功能 作业 1 画出表1 1 计算机发展历程2 写出阿塔纳索夫的计算机三原则3 冯诺依曼的计算机三大设计思想4 叙述香农和图灵的贡献背诵以上内容
