内容发布更新时间 : 2024/5/6 21:27:22星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

第1章 计算机基础知识

学习目标：

通过本章学习使学生掌握计算机基本概念、计算机系统组成、计算机各大硬件设备、计算机的数制和信息的表示与存储，并熟悉计算机的产生、发展、特点和应用领域，了解计算机中字符编码的概念。

1.1计算机概述

随着微型计算机的出现及计算机网络的发展，计算机的应用已渗透到社会的各个领域，并逐步改变着人们的生活方式。21世纪的今天，掌握和使用计算机成为人们必不可少的技能。

1.1.1 计算机的诞生及发展

1946年2月，世界上第一台电子计算机ENIAC (埃尼阿克)在美国加州问世。ENIAC使用了17468电子管，1500个继电器，体积3000立方英尺（1立方米＝35.346立方英尺），占地170平方米，重30吨，耗电174千瓦。内存17K，字长12位，运算速度每秒5000多次加法运算，300多次乘法运算，比当时最快的计算工具快300倍，耗资40万美金。在当时用它来处理弹道问题，将人工计算使用20小时缩短到30秒。但是ENIAC却有一个严重的问题，它不能存储程序。如图1-1所示。

图 1-1 世界上第一台电子计算机

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几乎在同一时期，著名数学家冯·诺依曼提出了“存储程序”和“程序控制”的概念。其主要思想为：

1）采用二进制形式表示数据和指令。

2）计算机应包括运算器、控制器、存储器、输入和输出设备五大基本部件。 3）采用存储程序和程序控制的工作方式。

所谓存储程序，就是把程序和处理问题所需的数据均以二进制编码形式预先按一定顺序存放到计算机的存储器里。计算机运行时，中央处理器依次从内存储器中逐条取出指令，按指令规定执行一系列的基本操作，最后完成一个复杂的工作。这一切工作都是由一个担任指挥工作的控制器和一个执行运算工作的运算器共同完成的，这就是存储程序控制的工作原理。

冯·诺依曼的上述思想奠定了现代计算机设计的基础，所以后来人们将采用这种设计思想的计算机称为冯·诺依曼型计算机。从1946年第一台计算机诞生至今，虽然计算机的设计和制造技术都有了极大的发展，但今天使用的绝大多数计算机其工作原理和基本结构仍然遵循着冯·诺依曼的思想。

计算机由于所使用的元器件的迅速发展经历了五个时代，如表1-1所示。 代 日期 逻辑元件 主存 辅存 速度(次/ 秒) 软件 代表产品 水银延机器语言、第一代 1946-1957 电子管 迟线磁磁带 5千~4万 汇编语言 鼓 第二代 1958-1964 晶体管 第三代 1965-1970 磁芯 磁带、几十万~磁盘 几百万 几百万~几千万 上亿 高级语言、管理程序 操作系统诊断程序 固件、网络、数据库 UNIVAC IBM7000、UNIVACII IBM system/360 中小集半导体磁盘 成电路 存储器 超大规半导体磁盘、第四代 1971-现在 模集成存储器 光盘 电路 第五代 智能机 能听、说、看、有思维能力等的新一代的计算机被称为智能计算机。 表1-1计算机年代的划分

1.1.2 计算机分类

计算机按工作原理分可分为：模拟电子计算机、数字电子计算机、模拟数字混合计算机；按功能分可分为专用计算机和通用计算机；按工作模式分可分为工作站和服务器；按规模分可分为：巨型计算机、大型计算机、中型计算机、小型计算机和微型计算机。如银河系列计算机：运行速度每秒上百亿次，如图1-2所示。

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1.1.3 计算机特点

1． 运算速度快

当今计算机系统的运算速度已达到每秒万亿次，微机也可达每秒亿次以上，使大量复杂的科学计算问题得以解决。例如：卫星轨道的计算、大型水坝的计算、24小时天气预报的计算等，过去人工计算需要几年、几十年，而现在用计算机只需几天甚至几分钟就可完成。

2． 计算精确度高

科学技术的发展特别是尖端科学技术的发展，需要高度精确的计算。计算机控制的导弹 之所以能准确地击中预定的目标，是与计算机的精确计算分不开的。一般计算机可以有十几位甚至几十位(二进制)有效数字，计算精度可由千分之几到百万分之几，是任何计算工具所望尘莫及的。

3．存储容量大

计算机不仅能进行计算，而且能把参加运算的数据、程序以及中间结果和最后结果保存起来，以供用户随时调用。计算机的存储器可以存储大量数据，这使计算机具有了“记忆”功能。随着计算机存储容量的不断增大，可存储记忆的信息越来越多。计算机的“记忆”功能是与传统计算工具的一个重要区别。

4．具有逻辑判断能力

计算机的运算器除了能够完成基本的算术运算外，还具有对各种信息进行比较、判断等逻辑运算的功能。这种能力是计算机处理逻辑推理问题的前提。

5．自动化程度高，通用性强

图1-2 银河系列计算机

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