第二章 计算机基础知识

信息处理技术基础教程第2章 计算机基础知识

学习目标了解计算机的发展、分类及应用掌握计算机系统的组成与工作原理(软硬件基本知识)

对计算机硬件的各部分有较深入的了解掌握数制转化及运算，了解数据在计算机中的表示

掌握系统软件和应用软件的概念

计算机的发展 算 盘 计算尺 加法器 计算器 差分机 分析机 中国唐代 第一种手动式计数器 1622年，英国William Oughtred 手动式、减、乘、除、指数和三角函数运算 1942年，法国Blaise Pascal 机械式，只能做加法 1673年，德国Gottfried Leibniz 机械式，加、减、乘、除和开方 1812年，英国Charles Babbage 1834年，英国Charles Babbage

近代计算机1.差分机和分析机查尔斯.巴贝奇 1812年差分机 1834年分析机

史料：查尔斯.巴贝奇

三部分组成： (1)由许多轮子组成的保存数据的存储库； (2)运算装置； (3)能对操作顺序进行控制，并选择所需处理的 数据以及输出结果的装置。

2. MARK I 1944年Howard Aiken博士发现了查尔斯.巴贝奇的论文在IBM的支 持下，用机电方式制造了MARK IMARK II和 MARK III 是电子计算机 51尺长 重5顿 750,000部份合并而成

有72个累加器，每一个 有自己的算术部件，及 23位数的寄存器。

3. ABC计算机 1941年 电子管数字计算机John V.Atanasoff和Clifford E.Berry为数学物理研究研制的

4. 阿兰.图灵和冯.诺依曼史料： 阿兰.图灵 冯· 诺依曼

计算机科学奠基人 英国科学家 阿兰.图灵主要贡献： 建立图灵机模型，奠定了可计算理论 的基础 提出图灵测试，阐述了机器智能的概 念

电子计算机之父： 美籍匈牙利数学家 冯.诺依 曼 主要贡献： 与同事研制人类第二台计算机EDVAC

“存储程序”和“程序控制” 的

电子计算机的问世1946年2月由宾州大学研制的 ENIAC 电子计算机时代的到来

每秒5千次加减 运算 没有存储器采用十进制

重达30吨 占地250m2 启动工耗150000 瓦 18000个电子管

第一代计算机(46年—58年)

逻辑元件

电子管

内外 软 应

存存 件 用

延迟线或磁芯纸带、卡片或磁带 几千~几万次/秒 机器语言或汇编语言 科学计算

工作速度

代表机型

ENIAC

第二代计算机(58年—64年)

逻辑元件

晶体管

内外 软 应

存存 件 用

磁芯磁带或磁盘 几十万次/秒 高级语言 科学计算及工业控制

FORTRAN ALGO 60 COBOL

工作速度

代表机型

IBM700系列

第三代计算机(64年—70年)

逻辑元件

中小规模集成电路

内外 软 应

存存 件 用

半导体存储器磁带或磁盘 几十万~几千万次/秒 高级语言 计算、管理及控制 SSI MSI

工作

速度

代表机型

IBM System/360

第四代计算机(71年—现在)

逻辑元件

(超)大规模集成电路

内外 软 应

存存 件 用

半导体存储器磁盘或光盘 几百万~上亿次/秒(千亿次) LSI 操作系统、应用软件 VLSI 以网络、多媒体为特征

工作速度

集成电路—将电脑浓缩在一颗芯片上420,000,000

晶 体 管 数 目2300

0.18微米芯片

4004

奔腾4

10微米芯片

摩尔定律晶 体 管 数 单 位 时 间 执 行 的 指 令 数

百 万 条 每 秒

/

每18个月芯片能力增长一倍

计算机在我国的发展我国自1956年开始研制计算机 1958年研制出第一台电子管计算机 1964年研制出第一台晶体管计算机 1971年研制出集成电路计算机 1985年研制出第一台IBM PC兼容微型机 2001年研制出我国第一款通用CPU—“龙芯”芯片 2002年推出了完全自主知识产权的“龙腾”服务器 2009年6月15日,运算速度世界第十、亚洲第一的超级计算 机“魔方”正式在上海超级计算机中心启动。标志着中国 成为继美国之后,第二个能够研发百万亿次超级计算机的国 家。“魔方”原名“曙光5000A”, 拥有6600个四核AMD芯 片，峰值运算速度达每秒230万亿次。 我国是世界上少数几个能设计、制造计算机的国家之一。

计算机的分类通用机 按用途分类 专用机 高性能计算机(巨型机或大型机): 速度最快、处理能力最强、 最快：NEC Earth Simulator 每秒35万亿次浮点运算，峰值40万亿次 中国：曙光4000A 2560颗64位AMD Opteron处理器 每秒8万亿次浮点运算，全球排名第10 按综合性能 指标分类 微型计算机： 台式机、笔记本和个人数字助量(PDA) 工作站：介于PC与小型机之间高档微机系统高分辨率、大容量内外存，图形功能较强

服务器：网络环境中为多个用户提供服务的 计算机系统

计算机的新技术1.嵌入式技术将计算机作为一个信息处理部件，嵌入到应用系统之中的一 种技术。 系统和功能软件固化起来，类似BIOS的工作方式。 应用：各种家电、数码相机等

2.网格计算利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”,其中每一台的计算机就是一个“节点”,而整个计算 是由成千上万个“节点”组成的“一张网格”。 优点：数据处理能力超强；充分利用网上的闲置处理能力。 示例：图1.1.6 D2OL网格计算

3.中间件技术中间件是介于应用软件和操作系统之间的系统软件

未来新型计算机

1.光计算机 2.生物计算机(分子计算机) 利用光子取代电子进 20世纪 80年代中期采用了 行数据运算、传输和存储。生物芯片开始研制 不同波长的表示不同 的数据 优点：超高速 缺

点：体积庞大 3.量子计算机 利用处于多现实态下的原子进行运算的计算机， 这种多现实态是量子力学的标志。

计算机在信息社会中的应用 科学计算(数值计算)

如：导弹设计、飞机设计、石油勘探 数据处理(非数值计算) 如：办公自动化、企业管理、事务管理、情报检索 过程控制 如：导弹、人造卫星、宇宙飞船等飞行器的控制 计算机辅助系统 如：CAD、CAM、 CIMS p16 人工智能 如：博弈、专家系统、机器人 电子商务 虚拟实现

2.2.2计算机工作原理目前的计算机都采用冯·诺依曼(John von Neuman) 对计算机结构的设计思想，即： 1.计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、 输出设备五个基本部分组成

2.程序和数据在计算机中用二进制数表示

John von Neumann 冯 诺依曼 美籍匈亚利数学家

3.计算机的工作过程是由存储程序控制的，即存储程序工作原理。

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