【正文】 完美WORD格式 第1章計算機基礎知識 計算機與信息社會電子計算機是20 世紀人類最偉大的發(fā)明之一，隨著計算機科學的發(fā)展與應用的普及，計算機已經(jīng)融入人們的生活，成為人們?nèi)粘Ｉ睢⒐ぷ?、學習中不可缺少的一個基本工具?！?1 世紀是以計算機為基礎的信息時代”，掌握以計算機為核心的信息技術基礎知識和應用能力是現(xiàn)代大學生必備的基本素質(zhì)。 計算機的發(fā)展一般認為，世界上第一臺數(shù)字式電子計算機誕生于1946 年2 月，它是由美國賓夕法尼亞大學物理學家莫克利()和工程師?？颂?)等人共同開發(fā)的電子數(shù)值積分計算機(Electronic Numerical Integrator And Calculator，簡稱ENIAC)。ENIAC 體積非常龐大，其占地面積為170 平方米，總重量達30 噸，如圖11 所示。機器中約有18 800 只電子管、1 500 個繼電器、70 000 只電阻以及其他各種電氣元件，每小時耗電量約為140 千瓦。這樣一臺“巨大”的計算機每秒鐘可以進行5 000 次加減運算，相當于手工計算的20 萬倍、機電式計算機的1000 倍。這臺計算機的功能雖然無法與今天的計算機相比，但它的誕生卻是科學技術發(fā)展史上一次意義重大的事件，展現(xiàn)出新技術革命的曙光。圖11 ENIAC(電子數(shù)值積分計算機)ENIAC 雖是第一臺正式投入運行的電子計算機，但它卻并不具備現(xiàn)代計算機“存儲程序”? 2 ? 大學計算機基礎的思想。由于其結(jié)構(gòu)設計不夠彈性化，導致對它的每一次再編程都意味著電氣物理線路的再連接。ENIAC 的開發(fā)小組針對其缺陷又進一步完善了設計。1946 年6 月，馮諾依曼博士發(fā)表了“電子計算機裝置邏輯結(jié)構(gòu)初探”論文，并設計出第一臺“存儲程序”的離散變量自動電子計算機(The Electronic Discrete Variable Automatic Computer，簡稱EDVAC)，于1952年正式投入運行，其運算速度是ENIAC 的240 倍。馮諾依曼提出的EDVAC 計算機結(jié)構(gòu)為人們普遍接受，并成為當今所有計算機的基礎結(jié)構(gòu)。1. 計算機的發(fā)展歷程ENIAC 誕生至今半個多世紀以來，計算機獲得了突飛猛進的發(fā)展。人們依據(jù)計算機性能和當時的軟硬件技術，將計算機的發(fā)展劃分成以下四個階段，如表11 所示。表11 計算機發(fā)展的四個階段年代第一代1946~1957第二代1958~1964第三代1965~1970第四代1971~現(xiàn)在電子器件 電子管 晶體管 集成電路 大規(guī)模集成電路存儲器延遲線、 磁芯、磁鼓磁帶、紙帶磁芯、磁鼓磁帶、磁盤半導體存儲器磁芯、磁鼓磁帶、磁盤半導體存儲器磁帶、磁盤光盤處理方式機器語言匯編語言監(jiān)控程序高級語言實時處理操作系統(tǒng)實時/分時處理網(wǎng)絡操作系統(tǒng)應用領域 科學計算科學計算數(shù)據(jù)處理過程控制科學計算系統(tǒng)設計等科技工程領域各行各業(yè)運算速度 5000至3 萬次/秒 幾十萬至百萬次/秒百萬至幾百萬次/秒幾百萬至千億次/秒典型機種ENIACEDVACIBM705UNIVACⅡIBM7094CDC6600IBM360PDP 11NOVA1200ILLIACⅣVAX 11IBM PC從20 世紀80 年代開始，日本、美國以及歐盟都相繼開展了對新一代計算機的研究。新一代計算機是把信息采集、存儲、處理、通信和人工智能結(jié)合在一起的計算機系統(tǒng)，它不僅能進行一般的信息處理，而且能面向知識處理，具有形式推理、聯(lián)想、學習和解釋能力，能幫助人類開拓未知的領域和獲取新的知識。2. 計算機的發(fā)展趨勢計算機技術一直保持著高速發(fā)展的趨勢，在21 世紀，將會不斷地有越來越多被世人矚目的新產(chǎn)品研發(fā)出來，計算機的發(fā)展越來越向功能巨型化、體積微型化、資源網(wǎng)絡化和處理智能化方向發(fā)展。第1 章 計算機基礎知識 ? 3 ?(1) 功能巨型化功能巨型化是指具有高速運算能力、大存儲容量和強功能的巨型計算機。其運算能力一般在每秒百億次以上、內(nèi)存容量在幾百兆字節(jié)以上。巨型計算機主要用于尖端科學技術和軍事國防系統(tǒng)的研究開發(fā)。(2) 體積微型化微型計算機已應用于不同種類的小型儀器設備，作為工業(yè)控制過程的心臟，使儀器設備實現(xiàn)“智能化”是微型計算機的特點。隨著微電子技術的進一步發(fā)展，筆記本型、掌上型等微型計算機必將以更優(yōu)的性價比受到人們的歡迎。(3) 資源網(wǎng)絡化資源網(wǎng)絡化是指利用通信技術和計算機技術，把分布在不同地點的計算機互聯(lián)起來，按照網(wǎng)絡協(xié)議相互通信，以達到所有用戶都可共享軟件、硬件和數(shù)據(jù)資源的目的?，F(xiàn)在，計算機網(wǎng)絡在各行各業(yè)中都得到了廣泛的應用。目前開發(fā)的三網(wǎng)合一系統(tǒng)工程，便是將計算機網(wǎng)、電信網(wǎng)、有線電視網(wǎng)合為一體。將來人們通過網(wǎng)絡能更好地傳送數(shù)據(jù)、文本資料、聲音、圖形和圖像，用戶可隨時隨地在全世界范圍撥打可視電話或收看任意國家的電視和電影。(4) 處理智能化處理智能化是計算機發(fā)展的一個重要方向，新一代計算機，將可以模擬人的感覺行為和思維過程的機理，進行“看”、“聽”、“說”、“想”、“做”，具有邏輯推理、學習與證明的能力。展望未來，計算機的發(fā)展必然要經(jīng)歷很多新的突破。從目前的發(fā)展趨勢來看，未來的計算機將是微電子技術、光學技術、超導技術和電子仿生技術相互結(jié)合的產(chǎn)物。第一臺超高速全光數(shù)字計算機，已由歐盟的英國、法國、德國、意大利和比利時等國的70 多名科學家和工程師合作研制成功，光子計算機的運算速度比電子計算機快1000 倍。在不久的將來，超導計算機、神經(jīng)網(wǎng)絡計算機等全新的計算機也會誕生。屆時計算機將發(fā)展到一個更高、更先進的水平。3. 計算機的分類計算機發(fā)展到今天，已是琳瑯滿目、種類繁多，并表現(xiàn)出各自不同的特點?？梢詮牟煌慕嵌葘τ嬎銠C進行分類。(1) 按數(shù)據(jù)類型分類電子計算機可以分為數(shù)字計算機、模擬計算機和數(shù)?；旌嫌嬎銠C三種。在數(shù)字計算機中，所處理的數(shù)據(jù)都是以“0”、“1”數(shù)字代碼的數(shù)據(jù)形式來表示，這些數(shù)據(jù)在時間上是離散的，稱為數(shù)字量，經(jīng)過算術與邏輯運算后仍以數(shù)字量的形式輸出；在模擬計算機中，要處理的數(shù)據(jù)都是以電壓或電流量等的大小來表示，這些數(shù)據(jù)在時間上是連續(xù)的，稱為模擬量，處理后仍以連續(xù)的數(shù)據(jù)(圖形或圖表形式)輸出；在混合計算機中，要處理的數(shù)據(jù)用數(shù)字與模擬兩種數(shù)據(jù)形式混合表示，它既能處理數(shù)字量，又能處理模擬量，并具有在數(shù)字量和模擬量之間相互轉(zhuǎn)換的能力。目前的電子計算機絕大多數(shù)都是數(shù)字計算機。? 4 ? 大學計算機基礎(2) 按元件分類電子計算機可以分為電子管計算機、晶體管計算機、集成電路計算機和大規(guī)模集成電路計算機等。隨著計算機的發(fā)展，電子元件也在不斷更新，將來的計算機將發(fā)展成為利用超導電子元件的超導計算機，利用光學器件及光路代替電子器件電路的光學計算機，利用某些有機化合物作為元件的生物計算機等。(3) 按規(guī)模分類電子計算機可以分為巨型機、大型機、中型機、小型機和微型機等。“規(guī)?！敝饕侵赣嬎銠C所配置的設備數(shù)量、輸入輸出量、存儲量和處理速度等多方面的綜合規(guī)模