【正文】 計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ) 第一章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 電子計(jì)算機(jī) （ electronic puter） 俗稱(chēng)電腦 ， 是 20世紀(jì)科學(xué)技術(shù)的卓越成就之一 。 計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)及其應(yīng)用技術(shù)的高速發(fā)展 ， 在世界范圍內(nèi)形成了一場(chǎng)信息革命 。 計(jì)算機(jī)的發(fā)展擴(kuò)展了計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域 ， 而計(jì)算機(jī)的應(yīng)用反過(guò)來(lái)又促進(jìn)了計(jì)算機(jī)的發(fā)展 。 通過(guò)本章的學(xué)習(xí) ，使讀者了解計(jì)算機(jī)的概念 、 發(fā)展 、 特點(diǎn) 、 應(yīng)用領(lǐng)域 、 計(jì)算機(jī)中信息的表示 。 教學(xué)目的 計(jì)算機(jī)基本概念 計(jì)算機(jī)的概念 計(jì)算機(jī)的發(fā)展 計(jì)算機(jī)的分類(lèi) 計(jì)算機(jī)的特點(diǎn) 計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域 計(jì)算機(jī)中信息的表示 數(shù)制 數(shù)制間的轉(zhuǎn)換 信息的幾種編碼 第一章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 20世紀(jì) 40年代中期，由于導(dǎo)彈、火箭、原子彈等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了大量極其復(fù)雜的數(shù)學(xué)問(wèn)題，原有的計(jì)算工具已無(wú)法滿(mǎn)足要求；而電子學(xué)和自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，也為研制新的計(jì)算工具提供了物質(zhì)技術(shù)條件。 1946年， 在美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)，由 John 究生 Eckert 領(lǐng)導(dǎo)的研制小組為精確測(cè)算炮彈的彈道特性而制成了 ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Calculator)計(jì)算機(jī)，這是世界上第一臺(tái)真正能自動(dòng)運(yùn)行的電子數(shù)字計(jì)算機(jī)。它占地面積約 170m2 ,使用了 18800只電子管，耗電量極大 ,其功能還比不上現(xiàn)在的一只掌上可編程計(jì)算器。但它畢竟是世界上第一臺(tái)可以實(shí)際使用的電子計(jì)算機(jī)，為電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。它的問(wèn)世，標(biāo)志著電子計(jì)算機(jī)時(shí)代的到來(lái)。 半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)有了飛速的發(fā)展，計(jì)算機(jī)的性能越來(lái)越高、價(jià)格越來(lái)越便宜、應(yīng)用越來(lái)越廣泛。時(shí)至今日，計(jì)算機(jī)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)及社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平、計(jì)算機(jī)的應(yīng)用程度已成為衡量一個(gè)國(guó)家現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志。 本節(jié)將介紹計(jì)算機(jī)的概念、特點(diǎn)、用途和發(fā)展。 計(jì)算機(jī)的概念 在計(jì)算機(jī)誕生的初期主要是用來(lái)進(jìn)行科學(xué)計(jì)算的 ， 因此被稱(chēng)為 “ 計(jì)算機(jī) ” ， 然而 ， 現(xiàn)在計(jì)算機(jī)的處理對(duì)象已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了“ 計(jì)算 ” 這個(gè)范圍 ， 計(jì)算機(jī)可以對(duì)數(shù)字 、 文字 、 聲音 、 圖像等各種形式的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理 。 計(jì)算機(jī)是一種能夠按照事先存儲(chǔ)的程序 ， 自動(dòng) 、 高速度地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入 、 處理 、 輸出和存儲(chǔ)的系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)的概念 一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括硬件和軟件兩大部分，硬件是由電子的、磁性的、機(jī)械的器件組成的物理實(shí)體，包括運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備等 5個(gè)部分組成 。 軟件則是程序及有關(guān)文檔的總稱(chēng)，包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。 系統(tǒng)軟件是為了對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行管理、提高計(jì)算機(jī)的使用效率和方便用戶(hù)使用的各種通用軟件 ，一般由計(jì)算機(jī)廠商提供。常用的系統(tǒng)軟件有操作系統(tǒng)、程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言翻譯系統(tǒng)、連接程序、診斷程序等。應(yīng)用軟件是指專(zhuān)門(mén)為某一應(yīng)用的目的而編制的軟件，常用的應(yīng)用軟件有字處理軟件、表處理軟件、統(tǒng)計(jì)分析軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)輔助軟件、實(shí)時(shí)控制與處理軟件以及其他應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)各行各業(yè)的應(yīng)用程序。 計(jì)算機(jī)硬件執(zhí)行各種基本的操作，是計(jì)算機(jī)應(yīng)用的物質(zhì)基礎(chǔ)，軟件則進(jìn)一步擴(kuò)大了硬件的功能或者通過(guò)程序告訴計(jì)算機(jī)應(yīng)該做什么，使硬件完成特定的應(yīng)用 。 任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)只有配備了各種使用方便的軟件，才能發(fā)揮其作用、擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。 計(jì)算機(jī)的概念 自從第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)誕生以來(lái) ， 它發(fā)展之迅速 ，普及之廣泛 ， 對(duì)整個(gè)社會(huì)和科學(xué)技術(shù)影響之深遠(yuǎn) ， 遠(yuǎn)非其他任何學(xué)科所能比擬 。 時(shí)至今日 ， 計(jì)算機(jī)已經(jīng)成為人們生產(chǎn)勞動(dòng)和日常生活中必備的重要工具 。 電子器件的發(fā)展推動(dòng)了電子電路的發(fā)展，為研制計(jì)算機(jī)奠定了物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)?？梢哉f(shuō)電子元器件的發(fā)展是推動(dòng)計(jì)算機(jī)發(fā)展的主要?jiǎng)恿Γ?計(jì)算機(jī)界常以電子器件作為計(jì)算機(jī)發(fā)展年代劃分的依據(jù) 。此外， 在計(jì)算機(jī)發(fā)展的各個(gè)階段，所配置的軟件和使用的方式也有不同的特點(diǎn)，成為劃分代的標(biāo)志之一。 計(jì)算機(jī)的發(fā)展 計(jì)算機(jī)的發(fā)展 第一代計(jì)算機(jī) （ 1946年～ 1957年） 第一代計(jì)算機(jī)的邏輯元件是電子管，主存儲(chǔ)器先采用延遲線(xiàn)，后采用磁鼓磁芯，外存儲(chǔ)器使用磁帶，并用機(jī)器語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言編寫(xiě)程序。 這一階段計(jì)算機(jī)的主要特點(diǎn)是體積大 、 運(yùn)算速度低 、 成本高 、 可靠性差 、內(nèi)存容量小 。 主要用于科學(xué)計(jì)算 ， 從事軍事和科學(xué)研究方面的工作 。 第二代計(jì)算機(jī) （ 1958年～ 1964年 ） 第二代計(jì)算機(jī)是晶體管計(jì)算機(jī)時(shí)代，這一代計(jì)算機(jī)使用的主要邏輯元件是晶體管。晶體管較之電子管有體積小、耗電低、可靠性高、功能強(qiáng)、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。主存儲(chǔ)器采用磁芯，外存儲(chǔ)器使用磁帶和磁盤(pán)。并開(kāi)始使用管理程序，后期使用操作系統(tǒng)并出現(xiàn)了一批高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。 這個(gè)時(shí)期計(jì)算機(jī)的應(yīng)用擴(kuò)展到數(shù)據(jù)處理 、 自動(dòng)控制等方面 。 運(yùn)行速度已提高到每秒幾十萬(wàn)次 ， 體積大大減小 ， 可靠性和內(nèi)存容量也有較大的提高 。 第三代計(jì)算機(jī) （ 1965年～ 1970年 ） 第三代計(jì)算機(jī)邏輯元件采用小規(guī)?；蛑行∫?guī)模集成電路來(lái)代替晶體管 ， 這種器件把幾十個(gè)或幾百個(gè)分立的電子元件集中做在一塊幾平方毫米的硅片上 （ 一般稱(chēng)為集成電路芯片） ， 使計(jì)算機(jī)的體積和耗電大大減小 ， 運(yùn)算速度卻大大提高， 每秒鐘可以執(zhí)行幾十萬(wàn)次到幾百萬(wàn)次的加法運(yùn)算 ， 性能和穩(wěn)定性進(jìn)一步提高 。 在這個(gè)時(shí)期 ， 系統(tǒng)軟件有了很大發(fā)展 ， 出現(xiàn)了分時(shí)操作系統(tǒng) ， 在程序設(shè)計(jì)方法上采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì) ， 為研制更加復(fù)雜的軟件提供了技術(shù)上的保證 。 在應(yīng)用方面 ， 已被廣泛地應(yīng)用到科學(xué)計(jì)算 、 數(shù)據(jù)處理 、 事務(wù)管理和工業(yè)控制等領(lǐng)域 。 計(jì)算機(jī)的發(fā)展 第四代計(jì)算機(jī) （ 1970年至今 ） 第四計(jì)算機(jī)最為顯著的特征就是使用了大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路 。 大規(guī)模集成電路 （ Large Scale Integration， 簡(jiǎn)記為 LSI）每個(gè)芯片上的元件數(shù)為 1000~10000個(gè)；而超大規(guī)模集成電路 (Very Large Scale Integration， 簡(jiǎn)記為 VLSI)每個(gè)芯片上則可以集成 10000個(gè)以上的元件 。 此外 ， 使用了大容量的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器作為內(nèi)存儲(chǔ)器；在體系結(jié)構(gòu)方面進(jìn)一步發(fā)展了并行處理 、 多機(jī)系統(tǒng) 、 分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；在軟件方面推出了數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng) 、分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以及軟件工程標(biāo)準(zhǔn)等 。 這一時(shí)代計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度可達(dá)到每秒上千萬(wàn)次到萬(wàn)億次 ，存儲(chǔ)容量和可靠性有了很大提高 ， 功能更加完備 ， 價(jià)格越來(lái)越低。 這個(gè)時(shí)期計(jì)算機(jī)的類(lèi)型除小型 、 中型 、 大型機(jī)外 ， 開(kāi)始向巨型機(jī)和微型機(jī)兩個(gè)方面發(fā)展 ， 計(jì)算機(jī)逐漸進(jìn)入了辦公室 、 學(xué)校和普通家庭 。 計(jì)算機(jī)的發(fā)展 第五代計(jì)算機(jī) 目前使用的計(jì)算機(jī)都屬于第四代計(jì)算機(jī) ， 第五代計(jì)算機(jī)尚處在研制之中 ， 而且進(jìn)展比較緩慢 。 第五代計(jì)算機(jī)的研究目標(biāo)是試圖打破計(jì)算機(jī)現(xiàn)有的體系 ， 即以二進(jìn)制數(shù)和存儲(chǔ)程序控制為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu) ， 使得計(jì)算機(jī)能夠具有像人那樣的思維 、 推理和判斷能力 。 也就是說(shuō) ， 第五代計(jì)算機(jī)的主要特征是人工智能 ， 它具有一些人類(lèi)智能的屬性 ， 例如自然語(yǔ)言理解能力 、 模式識(shí)別能力和推理判斷能力 。 第五代計(jì)算機(jī)由于采用一系列的高新技術(shù) ， 所以這一代計(jì)算機(jī)已經(jīng)很難再以器件來(lái)作為劃分年代的依據(jù)了 。 大體上說(shuō) ， 第五代計(jì)算機(jī)是采用更大規(guī)模集成電路 、 非馮 .若依曼體系結(jié)構(gòu) 、 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 。 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的發(fā)展正朝著巨型化 、 微型化的方向發(fā)展 ， 計(jì)算機(jī)的傳輸和應(yīng)用正朝著網(wǎng)絡(luò)化 、 智能化的方向發(fā)展 ，