计算机基础知识(第一节)

1.了解计算机的发展简史、特点、分类及其应用领域根据计算机所采用的物理器件，将计算机的发展分为几个阶段：第一阶段电子管计算机（1946---1958）1946年，世界上第一台电子计算机ENIAC（电子数字积分计算机）诞生于美国宾夕法尼亚大学莫尔学院重30吨占地170平方米18800个电子管5000多个继电器、电容器功率150KW5000次/秒加法运算第二阶段晶体管计算机（1958---1964）第三阶段中小规模集成电路（1964---1970）第四阶段大规模、超大规模集成电路（1971---至今）我国从1956年开始研制计算机1.1计算机发展的四个阶段代别第一代1946-1958第二代1958-1964第三代1964-1970第四代1970-现在电子器件电子管晶体管集成电路大规模和超大规模集成电路存储器延迟线,磁鼓磁带,纸带磁芯,磁鼓磁带,磁盘半导体存储器磁带,磁盘半导体存储器磁盘,光盘运算速度5000-几万次/秒几万-几十万次/秒几十万-几百万次/秒上千万-万亿次/秒处理方式机器语言汇编语言监控程序编译语言实时处理操作系统分时处理网络操作系统应用领域科学计算～数据处理～过程控制各行各业典型机种ENIACEDVACIBM7090CDC6600IBM360PDP-11VAX-11IBM-PC(1)第一代计算机（1946～1958），通常称为电子管计算机年代。其主要特点是：①采用电子管作为逻辑开关元件；②存储器使用水银延迟线、静电存储管、磁鼓等；③外部设备采用纸带、卡片、磁带等；④使用机器语言，50年代中期开始使用汇编语言，但还没有操作系统。(2)第二代计算机（1958～1964），人们通常称为晶体管计算机年代。其主要特点是：①使用半导体晶体管作为逻辑开关元件；②使用磁芯作为主存储器，辅助存储器采用磁盘和磁带；③输入 / 输出方式有了很大改进；④开始使用操作系统，有了各种计算机高级语言。(3)第三代计算机（1965～1970），通常称为集成电路计算机年代。其主要特点是：①使用中、小规模集成电路作为逻辑开关元件；②开始使用半导体存储器。辅助存储器仍以磁盘、磁带为主；③外部设备种类和品种增加；④开始走向系列化、通用化和标准化；⑤操作系统进一步完善，高级语言数量增多。(4)第四代计算机（1971年至今），通常称为大规模或超大规模集成电路计算机年代。其主要特点是：①使用大规模、超大规模集成电路作为逻辑开关元件；②主存储器采用半导体存储器，辅助存储器采用大容量的软、硬磁盘，并开始引入和使用光盘；③外部设备有了很大发展，采用光字符阅读器(OCR)、扫描仪、激光打印机和绘图仪；④操作系统不断发展和完善，数据库管理系统有了更新的发展，软件行业已发展成为现代新型的工业产业。ENIAC的问世标志了计算机时代的到来，它的出现具有划时代的伟大意义，被广泛认为是世界上第一台现代意义上的计算机。在ENIAC的研制过程中，由美籍匈牙利数学家冯·诺依曼总结并归纳了以下三点：（1）采用二进制。在计算机内部，程序和数据采用二进制代码表示。（2）存储程序控制。计算机执行程序时，无需人工干预，能自动、连续地执行程序，并得到预期的结果。（3）计算机的五个基本部件。计算机应具有运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等五个基本功能部件。1.2计算机的特点(1)高速、精确的运算能力(2)准确的逻辑判断能力(3)强大的存储能力(4)自动动能(5)网络与通信功能计算机网络功能的重要意义是：改变了人类交流的方式和信息获取的途径。计算机的应用已渗透到了社会的各个方面，改变着人们的工作、学习和生活的方式，也极大地推动着人类的发展和社会的进步。其应用归纳起来，主要有以下几个方面：(1)科学计算（数值计算）科学计算主要是使用计算机进行数学方法的实现和应用。科学计算是计算机最原始的应用领域。如：天文、地质、气象、航天等涉及的大量计算1.3计算机的用途：(2)数据处理（信息处理）数据处理是目前计算机应用最多的一个领域。数据处理现在常用来泛指在计算机上加工那些非科技工程方面的计算，管理和操纵任何形式的数据资料，对数据进行收集、分类、排序、存储、计算等。如：企业生产管理、质量管理、人事管理、财务管理以及各种报表的统计和计算等，民航订票、库存管理、财务管理、情报检索等(4)计算机辅助设计（CAD）计算机辅助设计（CAD）是使用电子计算机来帮助设计人员进行设计。使用CAD技术可以提高设计质量，缩短周期，提高设计自动化水平。例如，利用计算机部分代替人工，进行飞机、船舶、建筑等的设计和制造，使设计和制造的效率和质量大大提高。计算机辅助制造(CAM)计算机集成制造系统（CMIS）计算机辅助教学（CAI）计算机辅助技术（CAT）计算机辅助学习（CAL）计算机仿真模拟（Simulation）(3)实时控制（过程控制）（自动控制）采用计算机对连续的工业生产过程进行控制，称为过程控制。自动控制是指通过计算机对某一过程进行自动操纵，不需人工干预就能够按人们预定的目标和预定的状态进行过程控制。例如，炼钢、机床、无人驾驶飞机、导弹、人造卫星的控制都是靠计算机来控制的。实时控制系统是指能够及时收集、检测数据，进行快速处理并自动控制被处理的对象操作的计算机系统，这个系统的核心是计算机控制整个处理过程，包括从数据输入到输出控制的整个过程。(5)网络与通信将一个建筑物内的计算机和世界各地的计算机通过电话交换网等方式连接起来。计算机网络的应用所涉及的主要技术是网络互联技术、路由技术、数据通信技术，以及信息浏览技术和网络安全等。资源共享、相互交流促进。随着计算机网络的普及，远距离通信已越来越方便，与普通通信相比较，计算机通信具有成本低、能进行可视化交流等优点。计算机通信几乎就是现代通信的代名词，如目前发展势头已经超过传统固定电话的移动通信就是基于计算机技术的通信方式。(6)人工智能（AI）人工智能是指用计算机模拟人脑的部分功能。数据库的智能性检索、专家系统、智能机器人等都是计算机人工智能的典型应用。人工智能是计算机理论科学研究的一个重要领域。主要研究内容包括自然语言理解、专家系统(Expertsystem）机器人(Robert)以及定理自动证明等。(7)数字娱乐（多媒体应用）随着计算机的日益微型化、平民化，它已走进千家万户。人们利用计算机可以欣赏电影、观看电视、玩游戏及进行家庭文化教育等。多媒体计算机的主要特点是集成性和交互性，即集文字、声音、图像等信息于一体。如：教育训练、演示、咨询、管理、出版、办公自动化等方面。数字娱乐的一个重要发展方向是计算机和电视的组合——“数字电视”走入家庭，使传统电视的单向播放进入交互模式。(8)嵌入式系统并不是所有的计算机都是通用的，有许多特殊的计算机用于不同的设备中，包括大量的消费电子产品和工业制造系统，都是把处理器芯片嵌入其中，完成特定的处理任务，如数码相机、数码摄像机以及高档电动玩具等都使用了不同功能的处理器，这些系统称为嵌入式系统。电子商务电子商务是指基于计算机网络的商务活动。它包括电子邮件、电子数据交换、电子资金转帐和信用卡交易等。网络教育网络教育是指基于因特网的教育，是一种新型教育模式。通过网络教育，学生除了可以不受时间、空间的限制学习外，还可以得到一流教师的指导，向世界最权威的专家请教；也可以从世界任何角落获取最新的信息和资料。1.4计算机的类型(1)按处理数据的形态分类：可分为数字计算机、模拟计算机和混合计算机(2)按使用范围分类：通用计算机：它是为了能解决多种类型的问题，具有较强的通用性而设计的计算机。专用计算机：它是为了解决一个特定的问题而专门设计的计算机。(3)按计算机性能分类①巨型机(GiantComputer)其运算速度在每秒1亿以上：主存容量高达数百兆字节：字长可达64位；结构复杂，价格昂贵。它主要用于天气预报、地质勘察等尖端科技领域。如Cray系列机、银河系列机。②大型机(Large-ScaleComputer)其运算速度在每秒100万~数千万次；主存容量高达数十兆字节，字长为32~64位。它主要用于计算中心和计算机网络。如IBM，DEC，日立等都是大型机厂商。③中型机(Medium-ScaleComputer)其性能和规模处于大型机和小型机之间。④小型机(Minicomputer)其结构简单、规模较小、操作简单、成本较底。⑤微型机(Microcomputer)它具有体积小、价格低、功能全、操作简便等优点。是目前应用最为广泛的机种。IBMPC/XT/AT，386，486，Pentium，苹果机⑥工作站(Workstation)它是20世纪70年代后期出现的一种新型机种。它的独特之处是易联网、内存大、具有较强的网络通讯功能。⑦服务器(Server)存储容量大，网络通信功能强，可靠性好，运行专门的网络操作系统的计算机。计算机的分类数字计算机模拟计算机数模混合计算机按处理对象按使用范围通用计算机专用计算机按规模……巨型计算机大/中型计算机小型计算机微型计算机工作站或服务器微机的分类（1）微机按字长可分为8位机、16位机、32位机、64位机等。（2）微机按结构可分为单片机、单扳机与多芯片机、多板机等。（3）微机按用途可分为工业过程控制机与数据处理机等。（4）微机按CPU芯片型号可分为286微机、386微机、486微机和Pentium微机等。1.5计算机的新技术（1）嵌入式技术嵌入式技术是将计算机作为一个信息处理部件，嵌入到应用系统中的一种技术。嵌入式技术具有软件代码小、高度自动化和响应速度快等特点。假如，各种家用电器如电冰箱、自动洗衣机、数字电视机、数码相机等广泛应用这种技术。嵌入式系统主要由嵌入式处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及特定的应用程序四部分组成。嵌入式系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等有严格要求，以提高执行速度，同时，嵌入式系统要求具有实时性。（2）网格计算网格计算是专门针对复杂科学计算的新型计算模式。这种计算模式是作用互联网把分散在不同地理位置的电脑组织成一个“虚拟的超级计算机”，其中每一台参与计算的计算机就是一个“结点”，而整个计算是由成千上万个“结点”组成的“一张网格”，所以这种计算方式称为网格计算。优势：数据处理能力超强，能充分利用网上的闲置处理能力。特点：①能够提供资源共享，实现应用程序的互连互能。网格与计算机网络不同，计算机网络实现的是一种硬件的连通，而网格能实现应用层面的连通。②协同工作。很多网格结点可以共同处理一个项目。③基于国际的开放技术标准。④网格可以提供动态的服务，能够适应变化。（3）中间件技术中间件是位于平台(硬件和操作系统)和应用之间的通用服务，这些服务具有标准的程序接口和协议。针对不同的操作系统和硬件平台，它们可以有符合接口和协议规范的多种实现。目前，中间件技术已经发展成为企业应用的主流技术，并形成各种不同类别，如交易中间件、消息中间件、专有系统中间件、面向对象中间件、数据存取中间件、远程调用中间件等。中间件应具有如下的一些特点：满足大量应用的需要运行于多种硬件和OS平台（OS的意思就是OperatingSystem，就是操作系统）支持分布计算，提供跨网络、硬件和OS平台的透明性的应用或服务的交互支持标准的协议支持标准的接口P6图1-1中间件技术P6图1-2一种基于Web数据库的中间件1.6未来计算机的发展趋势目前，计算机正朝着并行处理与人工智能两大方向发展，但是，这除了要靠计算机技术本身的进步外，还受其他相关学科研究进展的制约。目前，计算机的发展趋势可概括为4种，即巨型化、微型化、网络化和智能化。未来新一代的计算机可分为模糊计算机、量子计算机、超导计算机、光子计算机和DNA计算机5种类型。巨型化（不是体积大，而是速度高、容量大、功能强）微型化（体积缩小、重量减轻）网络化（分散的计算机联成网）智能化（计算机将具有一定的“思维能力”）未来新一代的计算机①模糊计算机②生物计算机脱氧核糖核酸（DNA）③光子计算机④超导计算机⑤量子计算机1.7信息技术的发展（1）数据与信息数值、文字、语言、图形、图像等都是不同形式的数