1、內容提要內容提要 本章主要將介紹計算機的定義、分類、本章主要將介紹計算機的定義、分類、特點、用途和發展等基本概念。特點、用途和發展等基本概念。 通過本章的學習，應理解計算機的基通過本章的學習，應理解計算機的基本概念。本概念。 計算機是一種能夠按照事先存儲的程序，自計算機是一種能夠按照事先存儲的程序，自動、高速地對動、高速地對數據數據進行輸入、處理、輸出和存儲進行輸入、處理、輸出和存儲的系統。的系統。 計算機能夠完成的基本操作及其主要功能：計算機能夠完成的基本操作及其主要功能：輸入：接受由輸入設備（如鍵盤、鼠標器、掃輸入：接受由輸入設備（如鍵盤、鼠標器、掃描儀等）提供的數據。描儀等）提供的數據。

2、處理：對數值、邏輯、字符等各種類型的數據處理：對數值、邏輯、字符等各種類型的數據進行操作，按指定的方式進行轉換。進行操作，按指定的方式進行轉換。輸出：將處理所產生的的結果等數據送到相關輸出：將處理所產生的的結果等數據送到相關輸出設備。輸出設備。存儲：存儲程序和數據。存儲：存儲程序和數據。1.1.1 1.1.1 什么是計算機什么是計算機 2. 按用途按用途 :通用計算機通用計算機專用計算機專用計算機計算機的分類計算機的分類1. 按處理的信號：按處理的信號：數字式計算機數字式計算機模擬式計算機模擬式計算機數模混和計算機數模混和計算機 3. 按規模按規模:巨型機巨型機 (Supercomputer)

3、大型機（大型機（ Mainframe)小型機小型機 (Minicomputer )微型機（微型機（PC: Personal Computer ）嵌入式計算機（單片機）嵌入式計算機（單片機） 1. 巨型機巨型機運算速度快、存儲容量大，可達千萬億次每秒以上運算速運算速度快、存儲容量大，可達千萬億次每秒以上運算速度，主存容量一般在幾十千兆字節以上，字長在度，主存容量一般在幾十千兆字節以上，字長在128位以上位以上2. 大型機大型機運算速度一般在億次運算速度一般在億次/秒，字長達秒，字長達64位以上，主存容量在幾位以上，主存容量在幾千兆字節以上。它有比較完善的指令系統，豐富的外部設千兆字節以上。它有比

4、較完善的指令系統，豐富的外部設備和功能齊全的軟件系統。備和功能齊全的軟件系統。3. 小型機小型機規模較小、結構簡單、成本較低、操作簡便、維護容易。規模較小、結構簡單、成本較低、操作簡便、維護容易。4. 微型機微型機采用微處理器、半導體存儲器和輸入輸出接口等芯片組裝，采用微處理器、半導體存儲器和輸入輸出接口等芯片組裝，具有體積更小、價格更低、通用性更強、靈活性更好、可具有體積更小、價格更低、通用性更強、靈活性更好、可靠性更高、使用更加方便等優點。靠性更高、使用更加方便等優點。5. 嵌入式嵌入式計算機計算機把運算器、控制器、存儲器輸入輸出接口電路集成在一塊把運算器、控制器、存儲器輸入輸出接口電路集

5、成在一塊芯片上，內嵌在其他設備中。芯片上，內嵌在其他設備中。運算速度快運算速度快 : 如巨型機可達千萬億次如巨型機可達千萬億次/秒。秒。 計算精度高：微型機的字長可達計算精度高：微型機的字長可達64位二進制。位二進制。具有記憶和邏輯判斷功能具有記憶和邏輯判斷功能:指能進行與、或、非等的指能進行與、或、非等的邏輯運算。邏輯運算。存儲能力強：能夠存儲大量的各種信息。存儲能力強：能夠存儲大量的各種信息。能自動運行且支持人機交互：把編好的程序存入計能自動運行且支持人機交互：把編好的程序存入計算機，發出運行指令后，計算機不需要人工干預可算機，發出運行指令后，計算機不需要人工干預可以依次逐條執行。人工干預

6、時計算機能對其問題做以依次逐條執行。人工干預時計算機能對其問題做出相應的回答。出相應的回答。1.1.3 1.1.3 計算機的特點計算機的特點 計算機所以能迅速發展，其生命力計算機所以能迅速發展，其生命力就在于它的廣泛應用。最早設計計算機就在于它的廣泛應用。最早設計計算機的目的是用于軍事方面的科學計算，目的目的是用于軍事方面的科學計算，目前，計算機及其應用已經滲透到社會的前，計算機及其應用已經滲透到社會的各行各業，正在改變著傳統的工作、學各行各業，正在改變著傳統的工作、學習和生活的方式，推動著社會的發展，習和生活的方式，推動著社會的發展，如：科研、工業、商業、軍事、教育、如：科研、工業、商業、軍

7、事、教育、醫藥、政府、娛樂、家庭等。醫藥、政府、娛樂、家庭等。 歸納起來主要有以下幾種用途：歸納起來主要有以下幾種用途：NoImage第一章第一章 微型計算機的系統結構與工作原理微型計算機的系統結構與工作原理 通常是指用于完成科學通常是指用于完成科學研究和工程技術中提出的數研究和工程技術中提出的數學問題的計算。這是計算機學問題的計算。這是計算機應用最早的領域，也是應用應用最早的領域，也是應用得較廣泛的領域。得較廣泛的領域。如：如： 的計算、的計算、中長期天氣中長期天氣預報及導彈預報及導彈發射中的計發射中的計算等。算等。1. 科學計算科學計算 計算機在科學計算和工程設計中的應用，不僅減輕計算機在

8、科學計算和工程設計中的應用，不僅減輕了大量繁瑣的計算工作量，了大量繁瑣的計算工作量，更重要的是，使得一些以往更重要的是，使得一些以往無法解決、無法及時解決或無法精確解決的問題得到圓無法解決、無法及時解決或無法精確解決的問題得到圓滿的解決滿的解決 。NoImage是指對大量的是指對大量的數據信息數據信息進行采集、查詢、分進行采集、查詢、分類、排序、統計、存儲及傳輸等等加工處理。類、排序、統計、存儲及傳輸等等加工處理。計算機發展初期，僅僅用于數值計算。但是計算機發展初期，僅僅用于數值計算。但是后來應用范圍逐漸發展到非數值領域，這是計算后來應用范圍逐漸發展到非數值領域，這是計算機應用最廣泛的領域。機

9、應用最廣泛的領域。如：企業生產管理系統、如：企業生產管理系統、物資管理系統、資料圖書物資管理系統、資料圖書管理系統、人事管理系統管理系統、人事管理系統等等。等等。2. 信息處理信息處理 NoImage3.實時控制實時控制 NoImage第一章第一章 微型計算機的系統結構與工作原理微型計算機的系統結構與工作原理4.計算機輔助工程計算機輔助工程NoImage計算機模擬人的智能。如機器人、專家計算機模擬人的智能。如機器人、專家系統、語音識別系統、圖形圖像等模式識別系統、語音識別系統、圖形圖像等模式識別系統。系統。5. 人工智能人工智能 NoImage 利用通信設備將異地利用通信設備將異地計算機系統連

10、接起來，實計算機系統連接起來，實現資源共享和信息傳播。現資源共享和信息傳播。如如：信息高速公路信息高速公路6.網絡應用網絡應用NoImage第一章第一章 微型計算機的系統結構與工作原理微型計算機的系統結構與工作原理電子商務電子商務 電 子 商 務 （ 源 于 英 文電 子 商 務 （ 源 于 英 文 E L E C T R O N I C COMMERCE簡寫簡寫EC），顧名思義包含兩個方面：），顧名思義包含兩個方面：一是電子方式，二是商貿活動，電子商務指的是利一是電子方式，二是商貿活動，電子商務指的是利用簡單、快捷、低成本的電子通訊方式、買賣雙方用簡單、快捷、低成本的電子通訊方式、買賣雙方不

11、謀面地進行商貿活動。不謀面地進行商貿活動。電子商務的真正發展是建立在電子商務的真正發展是建立在INTERNET技術技術上，所以也稱上，所以也稱IC(INTERNET COMMERCE).NoImage儀器儀表儀器儀表 將傳感器與計算機將傳感器與計算機集成于同一芯片上，智集成于同一芯片上，智能傳感器不僅具有信號能傳感器不僅具有信號檢測、轉換功能，同時檢測、轉換功能，同時還具有記憶、存儲、解還具有記憶、存儲、解析、統計、處理及自診析、統計、處理及自診斷、自校準、自適應等斷、自校準、自適應等功能。功能。7.儀器儀表與智能家電儀器儀表與智能家電NoImage智能家電智能家電NoImage 1 1、計算

12、機的誕生、計算機的誕生 戰國時代算籌戰國時代算籌, ,唐末出現算盤。唐末出現算盤。 16421642年法國數學家發明了加減法機械計算器。年法國數學家發明了加減法機械計算器。 16541654年英國人制造出第一把計算尺。年英國人制造出第一把計算尺。 16541654年德國數學家研制出能進行加減乘除的計算尺。年德國數學家研制出能進行加減乘除的計算尺。 18871887年出現了手搖計算機。年出現了手搖計算機。 19461946年美國誕生了第一臺電子計算機年美國誕生了第一臺電子計算機ENIACENIAC。 埃尼阿克（埃尼阿克（Electronic Numerical Integrator And El

13、ectronic Numerical Integrator And Calculator Calculator）, ,即電子數值積分計算機即電子數值積分計算機) )在美國賓夕法在美國賓夕法尼亞大學誕生尼亞大學誕生, ,為計算彈道和射擊而設計為計算彈道和射擊而設計, ,它的主要元器件它的主要元器件采用的是電子管。采用的是電子管。計算機的發展1642 Blaise Pascal1822 1822 差分機差分機 5000次加法次加法/秒秒 體重體重28噸噸 占地占地170m2 18800只電子管只電子管 1500個繼電器個繼電器 功率功率150KW世界上第一臺計算機世界上第一臺計算機ENIAC圖1圖

14、2圖3 2 2、計算機的發展階段、計算機的發展階段（1 1）第一代計算機）第一代計算機電子管計算機時代，電子管計算機時代，194619462020世紀世紀5050年代末。年代末。電子管電子管作為主要邏輯部件。體積大，耗電量大，作為主要邏輯部件。體積大，耗電量大，壽命短，可靠性差，成本高。壽命短，可靠性差，成本高。采用電子射線管、磁鼓存儲信息，容量小。采用電子射線管、磁鼓存儲信息，容量小。輸入輸出裝置落后，主要使用穿孔卡片，速度慢，輸入輸出裝置落后，主要使用穿孔卡片，速度慢，容易出錯，使用不方便。容易出錯，使用不方便。軟件軟件: :使用機器語言和匯編語言編程。使用機器語言和匯編語言編程。典型機器

15、：典型機器：國外的：國外的：ENIAC 、UNIVAC。國內的：國內的：103、104等。等。電子管電子管（2 2）第二代計算機）第二代計算機晶體管計算機時代，晶體管計算機時代，1958195819641964年。年。主要特點：主要特點：晶體管晶體管作為主要邏輯部件，體積減小，重量減作為主要邏輯部件，體積減小，重量減輕，成本下降，能耗降低，可靠性和運算速度到輕，成本下降，能耗降低，可靠性和運算速度到了提高。了提高。采用磁芯作主存儲器，磁盤、磁鼓作外存儲器。采用磁芯作主存儲器，磁盤、磁鼓作外存儲器。軟件方面有了系統軟件（監控程序），提出了軟件方面有了系統軟件（監控程序），提出了操作系統的概念，出

16、現了高級語言。操作系統的概念，出現了高級語言。 這一時期的典型機器：這一時期的典型機器： 國外的：國外的：IBM7090IBM7090等等 國內的：國內的：441B441B等等晶體管晶體管（3 3）第三代計算機）第三代計算機 集成電路計算機時代，集成電路計算機時代， 1964196419721972年。年。中、小規模集成電路中、小規模集成電路做主要邏輯部件。做主要邏輯部件。采用采用半導體半導體存儲器做主存儲器。存儲器做主存儲器。軟件：系統軟件出現了分時操作系統，多用軟件：系統軟件出現了分時操作系統，多用戶可以共享計算機資源。戶可以共享計算機資源。程序設計方法：采用了結構化程序設計。程序設計方法

17、：采用了結構化程序設計。典型機器：典型機器：國外國外IBM-360等等;國內國內709等等集成電路集成電路（4 4）第四代計算機）第四代計算機大規模、超大規模集成電路計算機時代，大規模、超大規模集成電路計算機時代， 19721972年至今。年至今。大規模、超大規模集成電路大規模、超大規模集成電路作基本邏輯部件。作基本邏輯部件。存儲器：半導體存儲器；外存除了使用軟、硬存儲器：半導體存儲器；外存除了使用軟、硬磁盤外，引進了光盤。磁盤外，引進了光盤。輸入輸出設備：如鼠標、圖像掃描儀、純平及輸入輸出設備：如鼠標、圖像掃描儀、純平及液晶顯示器、激光打印機、繪圖儀等。液晶顯示器、激光打印機、繪圖儀等。各種

18、實用軟件層出不窮。各種實用軟件層出不窮。多媒體技術崛走。多媒體技術崛走。大規模集成電路大規模集成電路圖表圖表 邏輯元件邏輯元件程序設計程序設計語言語言運算速度運算速度內存容量內存容量第一代第一代1949194919571957電子管電子管機器語言機器語言匯編語言匯編語言幾千次幾千次/秒秒幾幾KB第二代第二代19581964晶體管晶體管FORTRANALGOL、COBOL幾十萬次幾十萬次/秒秒幾十幾十KB第三代第三代19651970中小規模中小規模集成電路集成電路操作系統操作系統和會話式和會話式語言語言百萬次百萬次/秒秒 第四代第四代1971大規模或大規模或超大規模超大規模集成電路集成電路 幾百

19、萬億幾百萬億 次次/秒秒 第五代智能化計算機正在研制之中，使計算機具有人工智能，像人第五代智能化計算機正在研制之中，使計算機具有人工智能，像人一樣能看、聽、說、思考，具有學習功能，能自動進行邏輯判斷等一樣能看、聽、說、思考，具有學習功能，能自動進行邏輯判斷等幾幾MB幾百幾百MB面向對象面向對象 3 3、計算機的發展趨勢：、計算機的發展趨勢：（1 1）微型化：微型化：追求體積的進一步縮小，運算速度追求體積的進一步縮小，運算速度進一步提高。微型化反映了計算機的應用程度。進一步提高。微型化反映了計算機的應用程度。目前，微型計算機已進入電視、電冰箱、空調器目前，微型計算機已進入電視、電冰箱、空調器等家

20、用電器、儀器儀表等小型設備中。等家用電器、儀器儀表等小型設備中。（2 2）巨型化：巨型化：追求大容量、高速度，為尖端科學追求大容量、高速度，為尖端科學領域的數值分析與計算提供有力的幫助。它代表領域的數值分析與計算提供有力的幫助。它代表了計算機的發展水平。了計算機的發展水平。（3 3）多媒體技術：多媒體技術：當前開發和研究的熱點。其中當前開發和研究的熱點。其中技術關鍵是處理視頻和音頻數據。技術關鍵是處理視頻和音頻數據。（4 4）非馮非馮 諾依曼體系結構：諾依曼體系結構：例如，神經網絡計算機、例如，神經網絡計算機、DNADNA計算機、光子計算機。計算機、光子計算機。（5 5）智能化：智能化：目前人

21、們正在研制第五代計算機，它目前人們正在研制第五代計算機，它具有類似人學習和推理的思維能力，能具有類似人學習和推理的思維能力，能“說說”、能、能“看看”、能、能“聽聽”、能、能“想想”、能、能“做做”，具有人，具有人的部分功能，能代替人的一些體力勞動和腦力勞動，的部分功能，能代替人的一些體力勞動和腦力勞動，是一種智能型的電子計算機。是一種智能型的電子計算機。（6 6）計算機與通信相結合的網絡技術計算機與通信相結合的網絡技術：計算機網絡。：計算機網絡。天河一號千萬億次超級計算機系統天河一號千萬億次超級計算機系統 新華網長沙新華網長沙1010月月2929日電：第一臺國產千萬億次超級計日電：第一臺國產

22、千萬億次超級計算機算機2929日在湖南長沙亮相，作為算盤這一古老計算器的發日在湖南長沙亮相，作為算盤這一古老計算器的發明者，中國擁有了歷史上計算速度最快的工具。明者，中國擁有了歷史上計算速度最快的工具。 每秒鐘每秒鐘12061206萬億次的峰值速度和每秒萬億次的峰值速度和每秒563.1563.1萬億次的萬億次的LinpackLinpack實測性能，使這臺名為實測性能，使這臺名為“天河一號天河一號”的計算機位的計算機位居同日公布的中國超級計算機前居同日公布的中國超級計算機前100100強之首，也使中國成強之首，也使中國成為繼美國之后世界上第二個能夠研制千萬億次超級計算機為繼美國之后世界上第二個能

23、夠研制千萬億次超級計算機的國家。的國家。 這個速度意味著，如果用這個速度意味著，如果用“天河一號天河一號”計算一天，一計算一天，一臺當前主流微機得算臺當前主流微機得算160160年。年。“天河一號天河一號”的存儲量，則的存儲量，則相當于相當于4 4個國家圖書館藏書量之和。個國家圖書館藏書量之和。 “ “天河一號天河一號”的設計始于的設計始于20082008年。國防科技大學是年。國防科技大學是“天河一號天河一號”的研制者。的研制者。19831983年面世的中國第一臺億次計年面世的中國第一臺億次計算機算機“銀河一號銀河一號”，同樣誕生在這所大學。，同樣誕生在這所大學。 20102010年年底之前，

24、這臺由年年底之前，這臺由103103個機柜組成、占地面積個機柜組成、占地面積近千平方米、總重量近千平方米、總重量155155噸的龐大計算機將安裝到中國兩噸的龐大計算機將安裝到中國兩個國家級超級計算中心之一的天津中心，向國內外用戶提個國家級超級計算中心之一的天津中心，向國內外用戶提供超級計算服務。供超級計算服務。 由國防科大研制的天河二號超級計算機系統，以峰值計算速度每秒5.49億億次、持續計算速度每秒3.39億億次雙精度浮點運算的優異性能位居榜首，成為全球最快超級計算機。2010年11月，天河一號曾以每秒4.7千萬億次的峰值速度，首次將五星紅旗插上超級計算領域的世界之巔。此次是繼天河一號之后，

25、中國超級計算機再次奪冠。1 2013年11月18日，國際TOP500組織公布了最新全球超級計算機500強排行榜榜單，中國國防科學技術大學研制的“天河二號”以比第二名美國的“泰坦”快近一倍的速度再度登上榜首。美國專家預測，在一年時間內，“天河二號”還會是全球最快的超級計算機。2 在2014年6月23日公布的全球超級計算機500強榜單中，中國“天河二號”以比第二名美國“泰坦”快近一倍的速度連續第三次獲得冠軍。 中文名：中文名：天河二號、TH-2 外文名：外文名： Tianhe-2、Milkyway-2 屬屬 性：性：超級計算機 開發國家：開發國家：中國 開發機構：開發機構：中國國防科技大學 公布時間：公布時間：2013年5月 世界排名：世界排名：第一位（截止2014年6月23日） 落戶位置：落戶位置：廣州大學城廣州超算中心 使用機構：使用機構：廣州超級計算中心當美國計算機協會當美國計算機協會ACMACM在在19661966年紀念電子計算機誕年紀念電子計算機誕生生2020周年時，決