第一章计算机基础知识_图文

《第一章计算机基础知识_图文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第一章计算机基础知识_图文（15页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第一章第一章 计算机基础知识计算机基础知识 在我们跨入 21 世纪的时候， 回头看， 我们会发现计算机的发明与应用不愧为 20 世纪的 最大发明。40 年代电子计算机诞生，70 年代微机出现，到今天计算机已应用到各个领域。 目前的计算机朝着两极方向发展， 即巨型机和微型机。 巨型机标志着一个国家的科技发展水 平， 微型机标志着一个国家的计算机应用水平， 而超大规模集成电路技术是这两个发展方向 的物质基础。熟悉使用计算机已成人们学习、工作、生活的必然需求。在学习和应用信息技 术之前，我们先要了解计算机的特点、分类、发展历程、未来发展趋势和应用等内容。 1.1 计算机概述计算机概述 1.1.1 计

2、算机的定义和特点计算机的定义和特点 1什么是电子计算机什么是电子计算机 目前所说的计算机或电子计算机， 其全称为电子数字计算机。 计算机是一种能按照人们 事先编写的程序连续、 自动地工作， 能对输入的数据信息进行加工、 存储、 传送的电子设备。 由于计算机能够模仿人脑的功能，如记忆、分析、判断、分类、推理等，参与一些复杂的科 学计算、 信息处理和辅助设计等， 能够代替部分脑力劳动， 所以人们形象地把它称为 “电脑” 。 2计算机的特点计算机的特点 计算机之所以具有如此强大的功能，这是由它的特点所决定的。概括地说，计算机主要 具备以下几方面的特点： （1）运算速度快 计算机的运算部件采用的是电子

3、器件， 其运算速度和精度是其他任何计算工具无法比拟 的。目前，巨型机计算机的运算速度已达到了每秒十万亿次几十万亿次以上。 （2）计算精度高 一般来说，现在的计算机运算精度均能达到 15 位有效数字，通过一定的软件技术， 可以实现任何精度的要求。 （3）记忆能力强 计算机的存储器类似于人的大脑，可以“记忆”大量的数据和计算机程序而不丢失， 在计算的同时，还可把中间结果存储起来，供以后使用。计算机依靠各种存储设备，存储容 量越来越大，它不仅可以长久性地存储大量的文字、图形、图像、声音等信息资料，还可以 存储指挥计算机工作的程序。 在光存储领域， 德国取得最新进展。 科学家开发超大容量光盘， 存储量

4、达 1500 亿兆，这种超大容量光盘的信息不仅存储在光盘表面，而是充分利用容积实 现三维存储。 （4）具有逻辑判断能力 计算机在程序的执行过程中，会根据上一步的执行结果，运用逻辑判断方法自动确定下 一步的执行命令。 正是因为计算机具有这种逻辑判断能力， 使得计算机不仅能解决数值计算 问题，而且能解决非数值计算问题，比如信息检索、图像识别等。 （5）能自动执行程序 计算机是由内部控制和操作的， 只要将事先编制好的应用程序输入计算机， 计算机就能自动按照程序规定的步骤完成预定的处理任务。 其自动执行程序的能力超强， 可提高诸如自 动化生产线等系统的自动化程度。 （6）可靠性高，通用性强 由于计算机

5、具有一定的运算速度，有一定的存储容量，带有通用的外部设备，配备各种 系统软件、应用软件等功能，所以已广泛应用于工业生产和信息处理等各个领域，成为现代 人工作、生活、学习、娱乐必不可少的工具。 1.1.2 计算机的分类计算机的分类 根据计算机的用途和适用领域可分为：专用计算机和通用计算机。 1专用计算机专用计算机 是为解决某一类特定问题而设计的计算机。 它的硬件和软件的配置依据解决特定问题的 需要而定，并不求全。专用机功能单一，配有解决特定问题的固定程序，能高速、可靠地解 决特定问题。一般在过程控制中使用此类。例如，在导弹和火箭上使用的计算机很大部分就 是专用计算机。 2通用计算机通用计算机 是

6、为能解决各种问题，具有较强的通用性而设计的计算机。它具有一定的运算速度，有 一定的存储容量，带有通用的外部设备，配备各种系统软件、应用软件。一般的数字式电子 计算机多属此类。其特点适应性很强，应用面很广。 在通用计算机中，可根据体积、功耗、性能、数据存储能力、指令系统的规模和机器价 格、软件配置等的不同分为巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机、工作站、服务器和 单片机。 （1）巨型机 巨型机通常是指运算速度快、存储容量大、结构复杂的计算机。近两年，随着曙光、神 威、银河、联想、浪潮、同方等一批国内高性能计算机的出现，我国已成为具备高端计算机 系统研制能力的国家之一，标志着我国的科技发展水平达

7、到了相当高的水平。 目前，巨型机计算机的运算速度已达到了每秒几十亿次几十万亿次以上。例如，美国 IBM 公司研制的超级计算机“ASCI White” ，其运算速度为每秒 13 万亿次；日本 NEC 公司研 制的超级计算机“SX-8” ，其运算速度为每秒 65 万亿次；IBM 的蓝色基因（Blue Gene/L） 是世界上目前运行速度最快的计算机，其每秒钟可计算 135.5 万亿次。 图 1.1 是 IBM 蓝色 基因巨型机的照片。 图 1.1 IBM 蓝色基因巨型机 中国研制的超级计算机“曙光 4000A” ，其运算速度已达到每秒 10 万亿次的水平。也已 经进入了世界超级计算机排行的前列。

8、图 1.2 是曙光 4000A 巨型机的照片。 图 1.2 曙光 4000A 巨型机 （2）大型机 大型计算机有完善的指令系统、 丰富的外部设备和功能齐全的软件系统， 具有很强的管 理和处理数据的能力。其运算速度在 100 万次几千万次/秒，字长 3264 位，主存容量在 几十兆字节左右。大型机主要用于银行业务、大型企业管理、高校和科研所的科学计算、计 算中心和计算机网络等。IBM 公司一直在大型主机市场处于霸主地位，DEC、富士通、日立、 NEC 也生产大型主机。 （3）小型机 小型机结构简单、指令系统更为精简，研制周期短、便于及时采用先进的工艺技术，易 维护。在速度、存储容量和软件系统的完

9、善方面占有优势。小型计算机的用途很广泛，既可 以用于科学计算、数据处理，又可用于生产过程自动控制和数据采集及分析处理。例如高等 院校的计算机中心都以一台小型机为主机， 配以几十台甚至上百台终端机， 以满足大量学生 学习程序设计课程的需要。多年来，国内小型机市场基本被 IBM、HP 等少数几家国外厂商垄 断。 （4）微型机 微型机是目前发展最快的领域。在速度、存储容量和软件系统的完善方面占有优势。小 型计算机的用途很广泛，既可以用于科学计算、数据处理，又可用于生产过程自动控制和数 据采集及分析处理。 目前，PC 机的应用已遍及的各个领域：从工厂的生产控制到政府的办 公自动化，从商店的数据处理到个

10、人的学习娱乐，几乎无处不在，无所不用。 （5）工作站 工作站是一种高档微型机。它的独特之处在于易于联网、能大容量存储、配备大屏幕显 示器和较强的网络通讯功能，特别适用于企业办公自动化控制。 1980 年，美国 Apollo 公司推出世界上第一台工作站 DN-100。十几年来，工作站迅速发 展，现已成长为专于处理某类特殊事务的一种独立的计算机系统。著名的 Sun、HP 和 SGI 等公司，是目前最大的几个生产工作站的厂家。工作站通常配有高档 CPU、高分辨率的大屏 幕显示器和大容量的内外存储器， 具有较强的数据处理能力和高性能的图形功能。 它主要用 于图像处理、计算机辅助设计（CAD）等领域，特

11、别适用于企业办公自动化控制。 （6）服务器 随着计算机网络的日益推广和普及，一种可供网络用户共享的、商业性能的计算机应 运而生， 这就是服务器。 服务器是一种高可靠性的高档微型机。 它的配置一般高于普通微机， 通常配有大容量的存储设备和丰富的外部设备， 其上运行网络操作系统， 要求较高的运行速 度，对此很多服务器都配置了双 CPU。服务器上的资源可供网络用户共享。 （7）单片机 单片微型计算机（MCUMicro Controller Unit） ，简称为单片机。它是把组成微型计 算机的各个功能部件：中央处理器（CPU） 、随机存取存储器（RAM） 、只读存储器（ROM 或者EPROM） 、 I

12、/O 接口电路、 定时器和计数器以及串行通讯接口等部件制作在一块集成的芯片中， 构成一个完整的微型计算机。单片机可分为 8 位机、16 位机和 32 位机。单片机按用途分为 通用型单片机和专用型单片机。 专用型单片机是指用途比较专一， 出厂时程序已经一次性固 化好，不能再修改的单片机。例如电子表里的单片机就是其中的一种。 其生产成本很低。 通用型单片机的用途很广泛， 使用不同的接口电路及编制不同的应用程序就可完成不同的功 能。 目前， 单片机在民用和工业测控领域得到最广泛的应用。 生产单片机的半导体厂家很多， 包括：INTEL、PHILIPS、SIEMENS、ADM、ATAIEL、MICROC

13、HIP 等。 单片机的用途十分广泛，小到家电产品，如彩电，冰箱，空调，录像机，VCD，遥控 器，游戏机，电饭煲等，大到机器设备和整套生产线都可用单片机来实现自动化控制。在工 业控制领域、家电产品、智能化仪表、计算机外部设备，特别是机电一体化产品中，都有重 要的用途。 1.2 计算机的发展计算机的发展 1.2.1 电子计算机的发展电子计算机的发展 1第一台电子计算机的诞生第一台电子计算机的诞生 1946 年 2 月世界上第一台大型计算机 ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Calculator）诞生于美国宾夕法尼亚大学，全称为“电子数字积分计算机”

14、 。 它的诞生正值第二次世界大战之际，新武器研究中的弹道问题涉及许多复杂的计算， 单靠手工计算已远远满足不了要求， 急需一种能进行自动计算的机器。 于是美国陆军作战部 投资 48 万美元， 1943 年由美国宾夕法尼亚大学莫尔学院工程师莫希利 （36 岁） 、 埃克特 （24 岁）等一批研究人员开始研制，美国科学家冯诺依曼也参加了设计工作，并提出了一系列 优秀的设计思想， 在科学家们的共同努力下， 于 1946 年研制成功。 这台计算机共用了 18000 多只电子管，另加 1500 个继电器以及其它器件，耗电 150 千瓦，占地 170 平方米，重 30 吨。 与现在计算机相比确实是一个庞然大

15、物， 但它以当时认为是惊人的计算速度 （每秒 5000 次加法） ，完成了计算炮弹及火箭、导弹等武器的弹道轨迹等复杂的科学计算问题。 “ENIAC” 的诞生为今天计算机科学的发展奠定了基础。 图 1.3 世界上第一台电子计算机“ENIAC” 冯诺伊曼于 1903 年生于匈牙利的布达佩斯。他从小就显露 出数学才能， 早年在柏林大学和苏黎世联邦工业大学学习化学， 1926 年在获得数学博士学位之后，他成为美国普林斯顿大学的第一批终 身教授位。先后在柏林大学和汉堡大学任职。第二次世界大战期间，担任制造原子弹的顾问，并参与电子计算机的研制工作。于 1945 年提出了“程序内存式”计算机的设计思想。这一

16、卓越的思想为 电子计算机的逻辑结构设计奠定了基础，已成为计算机设计的基 本原则。自 1946 年世界上出现第一台电子数字计算机以来，计 算机的硬件结构和软件系统都已发生惊人的变化，计算机的种类 多种多样，不同种类计算机的性能和应用领域也各不相同，但就 其基本原理而言，仍然采用的是冯 诺依曼提出的 “存储程序”的原理，凡是按照这一 原理搭建的计算机都称为冯 诺依曼计算机。 计算机科学界还有一位重要的人物：图灵(Alan Mathison Turing)。他是英国人， 世界著名的科学家，1912 年出生，1954 年去世，年仅 42 岁。 1936 年，图灵发表了著名的论文论可计算数及其在密 码问题的应用 ，首次提出逻辑机的通用模型图灵机的概 念，为可计算性理论奠定了基础。1945 年，图灵以极大的热情 投入电子计算机的设计工作。他起草了关于自动计算机器 ACE(Automatic Computing Engine)的报告，描述了存储程序概 念在计算机中的应用，阐明了用子程序实现某些