第1章计算机应用基础知识

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1、第1章 计算机应用基础知识概述第1讲 计算机应用基础知识概述(一)教学目标及基本要求：1、了解计算机的起源与发展历程，及计算机在信息社会中的应用。2、掌握计算机的组成和计算机硬件系统的构成。教学重点：计算机的组成和计算机硬件系统的构成。1、教学难点：计算机硬件系统的构成。1、教学内容：1、计算机的起源；2、电子计算机的问世3、电子计算机的发展阶段；4、现代计算机的分类；5、未来计算机技术发展展望6、计算机的特性与应用7、计算机应用与信息社会8、计算机系统的组成9、计算机硬件系统的构成教学时间：1学时主要内容：1.1 计算机的起源与发展历程1.1.1 计算机的起源1最早的计算工具：人的双手（图1

2、-1所示）图1-1 人的双手12劳动实践中发明的计算工具 原始社会：结绳、垒石 春秋战国：算筹 唐代末：算盘（图1-2所示）图1-2 算盘3。十七世纪以来出现的计算工具 1622年英国数学家奥特瑞德 ：计算机尺 1642年法国物理学家帕斯卡 ：齿轮式加减法器 1673年德国数学家莱布尼兹 ：能进行四则运算的机械式计算机 4近代的计算机发展 1822年英国数学家查尔斯巴贝奇 ：差分机 1834年英国数学家查尔斯巴贝奇 ：分析机 1944年美国科学家霍德华艾肯 ：提出用机电方法来实现巴贝奇分析机，制造出Mark I 计算机，已使计算机具有输入、处理、存储、输出及控制5个基本装置的构想，建构了今天电

3、子计算机硬件系统组成的基本框架 。 1.1.2 电子计算机的问世1计算机发展中最杰出的代表人物 英国的艾兰图灵 主要贡献：一是建立了图灵机（TM）的理论模型，对数字计算机的一般结构、可实现性和局限性产生了意义深远的影响；二是提出了定义机器智能的图灵测试（Turing Test），奠定了“人工智能”的理论基础。 美籍匈牙利人冯诺依曼 在纯粹数学、应用数学、量子物理学、逻辑学、气象学、军事学、计算机理论及应用、对策论和经济学诸领域都有重要建树和贡献。首先提出了在计算机内存储程序的概念，使用单一处理部件来完成计算、存储及通信工作，使具有“存储程序”的计算机成为现代计算机的重要标志。2计算机发展的“第

4、一” 第一台电子计算机 ：埃尼亚克（ENIAC），如图1-3所示。 1946年2月14日诞生于美国。需要功率150 kW，17 000多只电子管、10 000多只电容器、7 000多只电阻、1 500多个继电器，占地160 m2，重30 t，是名符其实的庞然大物。优点：每秒能够完成加法运算5 000次。利用它计算炮弹从发射到进入轨道的40个点仅用了3 s，而用手工操作台式计算机则需710小时，速度提高了8 400倍以上。缺点：不能存储程序、使用十进制数、且在机外用线路连接的方法来编排程序等严重缺陷。 ENIAC宣告了电子计算机时代的到来。图1-3 埃尼亚克(ENIAC) 第一台“存储程序”式计

5、算机：EDVAC（离散变量自动电子计算机），1952年研制成功并投入使用，其运算速度是 ENIAC的 240倍。 第一台“存储程序”控制的实验室计算机：EDSAC ， 1949年5月在英国剑桥大学完成。 第一台“存储程序”控制的商品化计算机： UNIVAC-I，1951年问世。1.1.3 电子计算机的发展阶段1电子管计算机（19461957年 ） 组成：基本逻辑元件是电子管，内存储器采用水银延迟线或磁鼓，外存储器采用磁带等。 特点：速度慢，可靠性差，体积庞大，功耗高，价格昂贵。 编程语言：机器语言，汇编语言。 代表产品：ENIAC、EDSAC、UNIVAC-等。 应用领域：军事研究中的科学计算

6、。 2. 晶体管计算机（19581964年 ） 组成：基本逻辑元件为晶体管，内存大量使用磁性材料制成的磁芯，外存采用磁盘和磁带。 特点：体积小，重量轻，速度快，逻辑运算功能强，可靠性大大提高。 编程语言：汇编语言，FORTRAN、COBOL等。 代表产品：IBM 700系列。 应用领域：扩展到数据处理和工业控制方面。 3集成电路计算机（19651970年 ） 组成：基本逻辑元件为中小规模集成电路，内存大量使用半导体储器，而外存大量使用高速磁盘。 特点：体积、功耗减小，可靠性、运行速度提高，内存容量大，价格低。 编程语言：操作系统，BASIC，Pascal等。 代表产品：IBM 360和PDP-

7、11等。 应用领域：已扩大到各个领域。 4大规模和超大规模集成电路计算机(1971年至今) 组成：基本逻辑元件为大规模和超大规模集成电路。内存采用半导体存储器，外存则采用大容量磁盘和光盘。 特点：计算机速度达到每秒几百万次至上亿次。 编程语言：VC+等面向对象程序设计语言。 代表产品：巨型机，工作站，微型计算机，个人计算机（PC）等。 1.1.4 现代计算机的分类1巨型机：也称为超级计算机 特点：占地最大，价格最贵，功能最强，浮点运算速度最快（1998年已达3.9万亿次/秒）。 应用领域：多用于战略武器（如核武器和反导弹武器）的设计，空间技术，石油勘探，中、长期天气预报以及社会模拟等领域。 是

8、衡量一个国家经济实力与科技水平的重要标志2小巨型机： 出现于20世纪80年代中期。该机的功能略低于巨型机，速度达1 GFLOPS，即每秒10亿次，而价格只有巨型机的十分之一，可满足一些特殊用户的需求。 3. 大型主机：也称为大型电脑 特点：大型、通用，具有很强的处理和管理能力。 应用领域：主要用于大银行、大公司、规模较大的高校和科研院所。4小型机 特点：结构简单，可靠性高，成本较低，不需要长期培训即可维护和使用。 应用领域：主要用于广大中、小用户。5工作站 特点：是介于PC与小型机之间的一种高档微机，其运算速度比微机快，且有较强的联网功能 。 应用领域：主要用于特殊的专业领域，例如图像处理、计

9、算机辅助设计等。6个人计算机：也就是PC机 特点：设计先进（总是率先采用高性能处理器CPU）、软件丰富、功能齐全、价格便宜 。 应用领域：应用非常广泛，几乎无处不在，无所不用，除了台式的，还有膝上型、笔记本型、掌上型、手表型等。1.1.5 未来计算机发展展望计算机发展的整体趋势：体积 变小性能 提高速度 提高 1超越冯诺依曼结构（两个方向） 创建新的程序设计语言，即所谓的“非冯诺依曼语言”：LISP、PROLOG和F.P.LISP语言等。 从计算机元件方面，提出了与人脑神经网络相类似的新型超大规模集成电路的设想，即“分子芯片”。2高速计算机 新近研制的“空气胶滞体”导线在传输信号的过程中几乎不

10、吸收任何信号，并可以降低电耗，从而成倍地提高计算机的运行速度。 运算速度最快的Linux超级计算机：美国IBM公司制造的两台IBM Linux集群计算机，每秒可执行2万亿次浮点运算。3. 生物计算机（20世纪80年代中期开始） 特点：采用了生物芯片，由蛋白质分子构成。信息以波的形式传播，运算速度非常快，能耗低，存储能力大，具有生物体的一些特点，如能自动修复芯片故障，还能模仿人脑的思考机制。 应用：美国首次公布的生物计算机被用来模拟电子计算机的逻辑运算，解决虚构的7城市间最佳路径问题。4光学计算机 定义：就是利用光作为信息的传输媒体。 光子的优点：速度等于光速，具有频率及偏振特征，传输信息能力强

11、，抗干扰能力强。 光学计算机特点：并行能力强，具有超高速的运算潜力，且在室温下就可以正常工作。 研究成果：由法国、德国等60多名科学家联合研制开发成功的世界上第一台光学计算机，其运算速度比目前世界上最快的超级计算机快1 000多倍，并且准确性极高。 研究现状：目前光学计算机的许多关键技术，如光存储技术与光存储器、光电子集成电路等都已取得重大突破。5量子计算机 定义：是指利用处于多现实态下的原子进行运算的计算机。这种多现实态是量子力学的标志。 优点：解题速度快。 存储量大。 搜索功能强。 研究成果：美国科学家已成功实现了4量子位逻辑门，取得了4个锂离子的量子缠结状态。 1.2 计算机在信息社会中

12、的应用1.2.1 计算机的特性与应用1. 计算机的基本特性 运算速度快：第一台电子计算机的运算速度是每秒5 000次，小型机：几百万次/秒，巨型机：几十亿甚至几百亿次/秒。 运算精度高：计算机内部采用二进制进行运算，计算的精确度取决于字长和算法。从理论上讲，计算机的运算精度是不受限制的。 具有逻辑判断能力 ：由于二进制的采用，使得计算机可以进行逻辑运算并作出判断和选择，使其在某种程度上更接近于“人脑”。 具有超强的记忆能力 ：计算机的存储器中可以存储海量的数据，是单纯的人脑所不能及的。 具有自动控制能力：计算机具有逻辑判断能力和记忆能力，使得计算机可以在无需人为干预的情况下自动按照程序设定完成

13、既定任务。 具有网络功能：大型企事业单位，可以通过计算机进行信息处理，并通过网络实现信息传输和共享，实现其管理工作。目前最大、应用范围最广的“国际互联网”（Internet），连接了全世界190多个国家和地区的几千万台计算机。网上的所有计算机用户可共享网上资料、交流信息、互相学习。2. 计算机的应用（1）科学计算 也称为数值计算，主要是将计算机用于科学研究和工程技术中提出的数学问题的计算。是计算机的传统应用领域，例如，气象预报、地震探测、导弹卫星轨迹的计算等。（2）数据处理也称信息处理，是对大量非数值数据（文字、符号、声音、图像等）进行加工处理，例如，编辑、排版、分析、检索、统计、传输等。广泛

14、应用于办公自动化、情报检索、事务管理等。近年来，利用计算机来综合处理文字、图形、图像、声音等的多媒体数据处理技术，已成为计算机最重要的发展方向。目前数据处理已成为计算机应用的主流。（3）过程控制 又称实时控制，指用计算机及时采集动态的监测数据，并按最佳值迅速地对控制对象进行自动控制或调节。不仅可以大大提高控制的自动化水平，而且可以提高控制的及时性、准确性和可靠性。主要应用于冶金、石油、化工、纺织、水电、机械、航天等工业领域，在军事、交通等领域也得到了广泛的应用。（4）企业管理 计算机管理信息系统的建立，使各企业的生产管理水平登上了新的台阶。大型企业生产资源规划管理软件（如MRP II）的开发和使用，为企业实现全面资源管理、生产自动化和集成化、提高生产效率和效益奠定了牢固的基础。（5）电子商务 是指通过计算机和网络进行的商务活动。计算机网络的建成，使得金融业务率先实现自动化，电子货币改传统的货币交易方式为“电子贸易” ，不仅方便快捷，且减少了现金的流通量，避免了货币交易的风险和麻烦。以银行为例，自动化的实现可使银行每日处理上百万笔业务，交易价值达上百万美元。（6）数据库应用（Database Applications）是计算机应用的基本内容之一。任何发达国家，从国民经济信息系统和跨国科技情报网到个人的亲友通信、银行