認(rèn)識(shí)計(jì)算機(jī)CONTENTS

1.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史世界上第一臺(tái)電子數(shù)字式計(jì)算機(jī)于1946年2月15日在美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)正式投入運(yùn)行，它的名稱(chēng)叫ENIAC（埃尼阿克），是電子數(shù)值積分計(jì)算機(jī)（theelectronicnumbericalintergratorandcomputer）的英文簡(jiǎn)稱(chēng)。它使用了17468個(gè)真空電子管，耗電174kW，占地170m2，重達(dá)30t，每秒鐘可進(jìn)行5000次加法運(yùn)算。雖然它的功能遠(yuǎn)比不上今天最普通的一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)，但在當(dāng)時(shí)它已是運(yùn)算速度的絕對(duì)冠軍，并且其運(yùn)算的精確度和準(zhǔn)確度也是史無(wú)前例的。ENIAC奠定了電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展基礎(chǔ)，開(kāi)辟了計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的新紀(jì)元。有人將其稱(chēng)為人類(lèi)第三次產(chǎn)業(yè)革命開(kāi)始的標(biāo)志。ENIAC誕生后，數(shù)學(xué)家馮·諾依曼提出了重大的改進(jìn)理論——存儲(chǔ)程序原理，主要內(nèi)容有3點(diǎn)：其一是電子計(jì)算機(jī)應(yīng)該以二進(jìn)制為運(yùn)算基礎(chǔ)；其二是電子計(jì)算機(jī)應(yīng)采用“存儲(chǔ)程序”方式工作；其三是進(jìn)一步明確指出了整個(gè)計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)應(yīng)由5個(gè)部分組成：運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入裝置和輸出裝置。馮·諾依曼存儲(chǔ)程序原理理論的提出，解決了計(jì)算機(jī)運(yùn)算自動(dòng)化和速度配合問(wèn)題，對(duì)后來(lái)計(jì)算機(jī)的發(fā)展起到了決定性的作用。直至今天，絕大部分的計(jì)算機(jī)仍采用馮·諾依曼設(shè)計(jì)的方式工作。CONTENTS

1.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史早期按馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)有如下一些：

（1）電子離散變量計(jì)算機(jī)（electronicdiscretevariableautomaticcomputer，EDVAC）。它是第一個(gè)按照存儲(chǔ)程序原理設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)，該機(jī)1952年投入運(yùn)行，用于核武器理論計(jì)算。

（2）電子延遲存儲(chǔ)自動(dòng)計(jì)算機(jī)（electronicdelaystorageautomaticcalculator，EDSAC）。它是第一次實(shí)現(xiàn)大型存儲(chǔ)程序的計(jì)算機(jī)，1949年投入運(yùn)行。

（3）通用自動(dòng)計(jì)算機(jī)（universalautomaticcomputer，UNIVAC）。1951年作為商品計(jì)算機(jī)投入使用，開(kāi)創(chuàng)了用于數(shù)據(jù)處理的計(jì)算機(jī)新時(shí)代。

1.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史計(jì)算機(jī)的發(fā)展到目前為止共經(jīng)歷了如下4個(gè)時(shí)代：（1）從1946年到1959年，這段時(shí)期被稱(chēng)為“電子管計(jì)算機(jī)時(shí)代”。第一代計(jì)算機(jī)的內(nèi)部元件使用的是電子管。由于一部計(jì)算機(jī)需要幾千個(gè)電子管，每個(gè)電子管都會(huì)散發(fā)大量的熱量，因此，如何散熱是一個(gè)令人頭痛的問(wèn)題。電子管的壽命最長(zhǎng)只有3000h，計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)常常發(fā)生由于電子管被燒壞而使計(jì)算機(jī)死機(jī)的現(xiàn)象。第一代計(jì)算機(jī)主要用于科學(xué)研究和工程計(jì)算。

（2）從1960年到1964年，由于在計(jì)算機(jī)中采用了比電子管更先進(jìn)的晶體管，所以將這段時(shí)期稱(chēng)為“晶體管計(jì)算機(jī)時(shí)代”。晶體管比電子管小得多，不需要暖機(jī)時(shí)間，消耗能量較少，處理更迅速、更可靠。第二代計(jì)算機(jī)的程序語(yǔ)言從機(jī)器語(yǔ)言發(fā)展到匯編語(yǔ)言。接著，高級(jí)語(yǔ)言FORTRAN和COBOL相繼被開(kāi)發(fā)出來(lái)并被廣泛使用。這時(shí)，開(kāi)始使用磁盤(pán)和磁帶作為輔助存儲(chǔ)器。第二代計(jì)算機(jī)的體積和價(jià)格都下降了，使用的人也多起來(lái)，計(jì)算機(jī)工業(yè)迅速發(fā)展。第二代計(jì)算機(jī)主要用于商業(yè)、大學(xué)教學(xué)和政府機(jī)關(guān)。

1.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史（3）從1965年到1970年，集成電路被應(yīng)用到計(jì)算機(jī)中，因此，這段時(shí)期被稱(chēng)為“中小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)時(shí)代”。集成電路（integratedcircuit，IC）是集成在晶片上的一個(gè)完整的電子電路，這個(gè)晶片比手指甲還小，卻包含了幾千個(gè)晶體管元件。第三代計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)是體積更小、價(jià)格更低、可靠性更高、計(jì)算速度更快。第三代計(jì)算機(jī)的代表是IBM公司花了50億美元開(kāi)發(fā)的IBM360系列。這一階段最主要的是在第三代計(jì)算機(jī)中出現(xiàn)了操作系統(tǒng)，代表著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的形成和完善。（4）從1971年到現(xiàn)在，被稱(chēng)為“大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)時(shí)代”。第四代計(jì)算機(jī)使用的元件依然是集成電路，不過(guò)，這種集成電路已經(jīng)大大改善，它包含幾十萬(wàn)到上百萬(wàn)個(gè)晶體管，人們稱(chēng)之為大規(guī)模集成電路（largescaleintegratedcircuit，LSI）和超大規(guī)模集成電路（verylargescaleintegratedcircuit，VLSI）。1975年，美國(guó)1BM公司推出了個(gè)人計(jì)算機(jī)（personalcomputer，PC），從此，人們對(duì)計(jì)算機(jī)不再陌生，計(jì)算機(jī)開(kāi)始深入人類(lèi)生活的各個(gè)方面。第四代計(jì)算機(jī)出現(xiàn)了CPU，使得計(jì)算機(jī)普及成為現(xiàn)實(shí)，計(jì)算機(jī)開(kāi)始在各個(gè)領(lǐng)域普及應(yīng)用。

1..2計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)、分類(lèi)及應(yīng)用

1.計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)有很多，主要有程序自動(dòng)運(yùn)行、運(yùn)行速度快、運(yùn)算精度高、存儲(chǔ)量大、具有邏輯判斷能力、可靠性高等。

（1）程序自動(dòng)運(yùn)行。計(jì)算機(jī)最突出的特點(diǎn)之一就是能在程序控制下自動(dòng)連續(xù)地高速運(yùn)算。由于計(jì)算機(jī)采用存儲(chǔ)程序控制的方式，因此一旦輸入編制好的程序，啟動(dòng)后，計(jì)算機(jī)就能十分嚴(yán)格地按程序規(guī)定的步驟操作，自動(dòng)地執(zhí)行下去直至完成任務(wù)，整個(gè)過(guò)程不需人工干預(yù)。

（2）運(yùn)行速度快。當(dāng)今計(jì)算機(jī)能以極快的速度進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)算速度已達(dá)到每秒萬(wàn)億次，微機(jī)也可達(dá)每秒億次以上，而巨型機(jī)則達(dá)到每秒幾十億次甚至幾百億次，使大量復(fù)雜的科學(xué)計(jì)算問(wèn)題得以解決。例如，衛(wèi)星軌道的計(jì)算、大型水壩的計(jì)算、24小時(shí)天氣預(yù)報(bào)的計(jì)算等。過(guò)去人工計(jì)算需要幾年甚至幾十年才能完成的工作現(xiàn)在用計(jì)算機(jī)只需幾小時(shí)甚至幾分鐘即可完成。

1.2計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)、分類(lèi)及應(yīng)用（3）運(yùn)算精度高。當(dāng)今計(jì)算機(jī)具有以往計(jì)算機(jī)無(wú)法比擬的計(jì)算精度，一般計(jì)算機(jī)可以有十幾位甚至幾十位（二進(jìn)制）有效數(shù)字，計(jì)算精度可由千分之幾到百萬(wàn)分之幾，是任何計(jì)算工具都望塵莫及的。科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是尖端科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，需要高度精確的計(jì)算。例如，在計(jì)算機(jī)控制導(dǎo)彈過(guò)程中，導(dǎo)彈準(zhǔn)確擊中預(yù)定目標(biāo)與計(jì)算機(jī)的精確計(jì)算是分不開(kāi)的。（4）存儲(chǔ)量大。隨著計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)容量與日俱增，可存儲(chǔ)記憶的信息越來(lái)越多。計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)系統(tǒng)由內(nèi)存和外存組成，具有存儲(chǔ)和“記憶”大量信息的能力。現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的內(nèi)存容量已達(dá)到上百兆甚至幾千兆，而外存也有驚人的容量。同時(shí)存儲(chǔ)設(shè)備的體積也越來(lái)越小，例如，現(xiàn)在一塊2.5in（英寸，1in=0.0254m）的硬盤(pán)可以存儲(chǔ)高達(dá)1TB大小的資源。

1.2計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)、分類(lèi)及應(yīng)用（5）具有邏輯判斷能力。人是有思維能力的，而思維能力本質(zhì)上是一種邏輯判斷能力。計(jì)算機(jī)借助于邏輯運(yùn)算，可以進(jìn)行邏輯判斷，并根據(jù)判斷結(jié)果確定下一步該做什么。計(jì)算機(jī)可以對(duì)各種信息通過(guò)編碼技術(shù)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，并進(jìn)行推理和證明。例如，計(jì)算機(jī)可以進(jìn)行資料分類(lèi)、情報(bào)檢索等具有邏輯加工性質(zhì)的工作。（6）可靠性高。隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)可連續(xù)無(wú)故障運(yùn)行幾十萬(wàn)小時(shí)，具有極高的可靠性。例如，安裝在宇宙飛船上的計(jì)算機(jī)可以連續(xù)幾年可靠地運(yùn)行。計(jì)算機(jī)應(yīng)用在管理中也具有很高的可靠性。計(jì)算機(jī)除了具有上述特點(diǎn)外，還具有體積小、重量輕、耗電少、維護(hù)方便、易操作、功能強(qiáng)、使用靈活、價(jià)格便宜等特點(diǎn)。

1.2計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)、分類(lèi)及應(yīng)用

2.計(jì)算機(jī)的分類(lèi)計(jì)算機(jī)的分類(lèi)方法很多，可從不同角度對(duì)其進(jìn)行分類(lèi)，可以按照計(jì)算機(jī)的體積、速度、處理能力等特性分類(lèi)，也可根據(jù)使用范圍、使用方式分類(lèi)。通常情況下，計(jì)算機(jī)采用如下3種分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)：（1）按計(jì)算機(jī)處理對(duì)象分類(lèi)。計(jì)算機(jī)按處理的對(duì)象可分為電子模擬計(jì)算機(jī)、電子數(shù)字計(jì)算機(jī)和混合計(jì)算機(jī)。①電子模擬計(jì)算機(jī)。電子模擬計(jì)算機(jī)所處理的電信號(hào)在時(shí)間上是連續(xù)的（模擬量），采用的是模擬技術(shù)。②電子數(shù)字計(jì)算機(jī)。電子數(shù)字計(jì)算機(jī)所處理的電信號(hào)在時(shí)間上是離散的（數(shù)字量），采用的是數(shù)字技術(shù)。數(shù)字化之后的信息具有易保存、易表示、易計(jì)算、方便硬件實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，所以數(shù)字計(jì)算機(jī)已成為信息處理的主流。通常所說(shuō)的計(jì)算機(jī)都是指電子數(shù)字計(jì)算機(jī)。③混合計(jì)算機(jī)。混合計(jì)算機(jī)是將數(shù)字技術(shù)和模擬技術(shù)相結(jié)合的計(jì)算機(jī)。

1.2計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)、分類(lèi)及應(yīng)用（2）按計(jì)算機(jī)性能規(guī)模分類(lèi)。計(jì)算機(jī)性能規(guī)模主要指計(jì)算機(jī)的體積、速度、處理能力等特性。計(jì)算機(jī)按性能規(guī)模的不同可分為巨型機(jī)、大型機(jī)、中小型機(jī)、微型計(jì)算機(jī)和工作站。①巨型機(jī)。巨型機(jī)的特點(diǎn)是運(yùn)算速度快、存儲(chǔ)容量大，每秒可執(zhí)行幾十億條指令，可容納上百個(gè)用戶(hù)同時(shí)使用，可同時(shí)完成多項(xiàng)任務(wù)。研究巨型機(jī)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，尤其是國(guó)防尖端技術(shù)發(fā)展的需要。目前世界上只有少數(shù)幾個(gè)國(guó)家能生產(chǎn)巨型機(jī)。我國(guó)自主研發(fā)的“銀河-Ⅰ”型億次機(jī)、“銀河-Ⅱ”型十億次機(jī)和“銀河-Ⅲ”型百億次機(jī)都是巨型機(jī)，主要用于核技術(shù)、空間技術(shù)、大范圍天氣預(yù)報(bào)、石油勘探等領(lǐng)域。②大型機(jī)。大型機(jī)的特點(diǎn)表現(xiàn)在通用性強(qiáng)、具有很強(qiáng)的綜合處理能力、性能覆蓋面廣等方面，每秒可執(zhí)行幾億條指令，主要應(yīng)用在公司、銀行、政府部門(mén)、社會(huì)管理機(jī)構(gòu)和制造廠家等領(lǐng)域，通常稱(chēng)大型機(jī)為企業(yè)計(jì)算機(jī)。大型機(jī)在未來(lái)將被賦予更多的使命，如大型事務(wù)處理、企業(yè)內(nèi)部的信息管理與安全保護(hù)、科學(xué)計(jì)算等。

1.2計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)、分類(lèi)及應(yīng)用③中小型機(jī)。中小型機(jī)是介于大型機(jī)和微型機(jī)之間的一種機(jī)型，每秒可執(zhí)行千萬(wàn)條指令。中小型機(jī)規(guī)模小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)周期短，便于及時(shí)采用先進(jìn)工藝。中小型機(jī)可靠性高，對(duì)運(yùn)行環(huán)境要求低，易于操作且便于維護(hù)。中小型機(jī)符合部門(mén)性的要求，為中小型企事業(yè)單位所常用。④微型計(jì)算機(jī)。微型計(jì)算機(jī)又稱(chēng)個(gè)人計(jì)算機(jī)，它是日常生活中使用最多、最普遍的計(jì)算機(jī)，具有價(jià)格低廉、性能強(qiáng)、體積小、功耗低等特點(diǎn)，每秒可執(zhí)行百萬(wàn)條指令。現(xiàn)在微型計(jì)算機(jī)已進(jìn)入千家萬(wàn)戶(hù)，成為人們工作、生活的重要工具。微型計(jì)算機(jī)可分為臺(tái)式機(jī)和便攜機(jī)兩類(lèi)，便攜機(jī)又分為筆記本電腦和個(gè)人數(shù)字助理（俗稱(chēng)掌上電腦）兩種。⑤工作站。工作站是一種高檔的微機(jī)系統(tǒng)，它具有較高的運(yùn)算速度，具有多任務(wù)、多用戶(hù)功能，且兼具微型機(jī)的操作便利和良好的人機(jī)界面，可以連接到多種輸入/輸出設(shè)備，具有易于聯(lián)網(wǎng)、處理功能強(qiáng)等特點(diǎn)。工作站的應(yīng)用領(lǐng)域已從最初的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)擴(kuò)展到商業(yè)、金融、辦公領(lǐng)域，并充當(dāng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的角色。

1.2計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)、分類(lèi)及應(yīng)用（3）按功能和用途分類(lèi)。計(jì)算機(jī)按功能和用途可分為通用計(jì)算機(jī)和專(zhuān)用計(jì)算機(jī)。通用計(jì)算機(jī)具有功能強(qiáng)、兼容性強(qiáng)、應(yīng)用面廣、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，通常使用的計(jì)算機(jī)都是通用計(jì)算機(jī)。專(zhuān)用計(jì)算機(jī)一般功能單一、操作復(fù)雜，用于完成特定的工作任務(wù)。

3.計(jì)算機(jī)的應(yīng)用在21世紀(jì)信息社會(huì)不斷發(fā)展和進(jìn)步的形勢(shì)下，計(jì)算機(jī)技術(shù)得到了飛躍發(fā)展，超級(jí)并行計(jì)算機(jī)技術(shù)、高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、人工智能技術(shù)等相互滲透，改變了人們使用計(jì)算機(jī)的方式。計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍歸納起來(lái)主要有6個(gè)方面。

1.2計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)、分類(lèi)及應(yīng)用（1）科學(xué)計(jì)算。科學(xué)計(jì)算也稱(chēng)數(shù)值計(jì)算，是指用計(jì)算機(jī)完成科學(xué)研究和工程技術(shù)中所提出的數(shù)學(xué)問(wèn)題，是一門(mén)伴隨著計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)而迅速發(fā)展并獲得廣泛應(yīng)用的交叉學(xué)科。計(jì)算機(jī)作為一種計(jì)算工具，最早應(yīng)用在科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域，這也是計(jì)算機(jī)最重要的應(yīng)用之一。在科學(xué)技術(shù)和工程設(shè)計(jì)中存在著各類(lèi)大量的數(shù)字計(jì)算，如求解幾百乃至上千階的線性方程組、大型矩陣運(yùn)算等。這些問(wèn)題廣泛出現(xiàn)在導(dǎo)彈實(shí)驗(yàn)、衛(wèi)星發(fā)射、災(zāi)情預(yù)測(cè)等領(lǐng)域，其特點(diǎn)是數(shù)據(jù)量大、計(jì)算工作復(fù)雜。計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)解決了傳統(tǒng)計(jì)算工具難以完成的數(shù)值計(jì)算，人工計(jì)算需要幾個(gè)月甚至幾年才能完成的計(jì)算，使用計(jì)算機(jī)則只需要幾天、幾小時(shí)甚至幾分鐘就可以精確地解決。因此，計(jì)算機(jī)成為發(fā)展現(xiàn)代尖端科學(xué)技術(shù)必不可少的重要工具。（2）信息處理。信息處理又稱(chēng)數(shù)據(jù)處理，是指對(duì)大量可被人類(lèi)感受的數(shù)據(jù)信息，如數(shù)值、文字、符號(hào)、聲音、圖形、圖像等，進(jìn)行包括收集、分類(lèi)、整理、加工、存儲(chǔ)、壓縮、合成等一系列加工處理操作。信息處理還可以應(yīng)用在加工一些非科技工程方面的計(jì)算，管理和操縱數(shù)據(jù)資料，其特點(diǎn)是處理的原始數(shù)據(jù)量大，而運(yùn)算則比較簡(jiǎn)單，有大量的邏輯與判斷運(yùn)算。目前，計(jì)算機(jī)信息處理廣泛應(yīng)用于人口統(tǒng)計(jì)、辦公自動(dòng)化、企業(yè)管理、郵政業(yè)務(wù)、機(jī)票訂購(gòu)、情報(bào)檢索、圖書(shū)管理、醫(yī)療診斷等領(lǐng)域。

1.2計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)、分類(lèi)及應(yīng)用（3）自動(dòng)控制。自動(dòng)控制也稱(chēng)實(shí)時(shí)控制，是指用計(jì)算機(jī)及時(shí)采集數(shù)據(jù)，按最優(yōu)值迅速對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行自動(dòng)控制或采用自動(dòng)調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的有效控制，從而提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量、自動(dòng)化水平和控制精確度，減少生產(chǎn)成本，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。在電力、機(jī)械制造、化工、冶金、交通等部門(mén)利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行過(guò)程控制，不僅大大提高了控制的自動(dòng)化水平，而且大大提高了控制的及時(shí)性和準(zhǔn)確性。在軍事上，可使用計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制導(dǎo)彈使其根據(jù)目標(biāo)的移動(dòng)情況修正飛行姿態(tài)，以準(zhǔn)確擊中目標(biāo)。

1.2計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)、分類(lèi)及應(yīng)用

（4）計(jì)算機(jī)輔助工程。計(jì)算機(jī)輔助工程是指以計(jì)算機(jī)為工具，并配備專(zhuān)用軟件輔助人們完成特定的工作任務(wù)以提高工作效率和工作質(zhì)量。①計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（computeraideddesign，CAD）技術(shù)，是指使用計(jì)算機(jī)的工程計(jì)算、邏輯判斷、數(shù)據(jù)處理等功能，幫助人們進(jìn)行各種圖形圖像設(shè)計(jì)和繪制，并能進(jìn)一步分析、測(cè)試和優(yōu)化。它能使設(shè)計(jì)過(guò)程自動(dòng)化，設(shè)計(jì)合理化、科學(xué)化、標(biāo)準(zhǔn)化，大大縮短了設(shè)計(jì)周期，增強(qiáng)了產(chǎn)品在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。CAD技術(shù)已廣泛應(yīng)用于建筑工程設(shè)計(jì)、服裝設(shè)計(jì)、機(jī)械制造設(shè)計(jì)、船舶設(shè)計(jì)等行業(yè)。②計(jì)算機(jī)輔助制造（computeraidedmanufacturing，CAM）技術(shù)，是指利用計(jì)算機(jī)通過(guò)各種數(shù)值分析對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行控制和管理，完成產(chǎn)品的加工、裝配、檢測(cè)、包裝等生產(chǎn)過(guò)