计算机发展与计算机应用概述
计算机概述
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第1章
计算机概述
计算机的基本硬件结构
外（辅助）存储器
参见P8
数据、程序
输入设备
内（主）存储器
输出设备
处理结果
运 算 器
控 制 器
CPU 主机
说明： 表示控制流
表示数据流
图 8 上一页 下一页 返回首页 返本节
第1章
计算机概述
3.计算机的工作过程 通常把运算器和控制器做在一块半导体芯片上，称 为中央处理器(微处理器)，简称 CPU (Center Processing Unit)。 4.计算机的性能指标 1)主频 2)字长 3)内存容量 4)运算速度 5)存取周期
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第1章
计算机概述
天河一号 2009年10月底，由国防科技大学成功研制出峰值性能为每秒１２０６万亿次的“天河一号”超 级计算机。 每秒钟1206万亿次的峰值速度和每秒563．1万亿次的Linpack实测性能，使这台名为“天河一号” 的计算机位居同日公布的中国超级计算机前100强之首，也使中国成为继美国之后世界上第二个能 够研制千万亿次超级计算机的 国家。 这个速度意味着，如果 用“天河一号”计算一天， 一台当前主流微机得算160年。 “天河一号”的存储量，则相当于 4个国家图书馆藏书量之和。
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第1章
计算机概述
智能化 目前的计算机已能够部分地代替人的脑力劳动因此 也常称为“电脑”。但是人们希望计算机具有更多的类 似人的智能，比如：能听懂人类的语言、能识别图形、 会自行学习等等这就需要进一步进行研究。 近年来通过进一步的深入研究发现，由于电子电路的局 限性，理论上电子计算机的发展也有一定的局限，因此 人们正在研制不使用集成电路的计算机例如：生物计算 机、量子计算机、超导计算机等。
高性能计算机技术的发展与应用
高性能计算机技术的发展与应用近年来，随着科技的不断进步，高性能计算机技术在各行各业中得到了广泛应用。
高性能计算机是以大规模同时计算为目标的计算机，拥有高处理速度和高内存容量等优点，可以进行高速的科学计算、复杂数据分析、模拟和预测等工作，对人类的科学研究和社会发展起到了十分重要的作用。
一、高性能计算机技术的发展历程高性能计算机技术的发展历程可以追溯到上世纪七十年代，当时美国是世界上唯一的高性能计算领导者。
随着时代的发展和技术的提升，许多国家也开始致力于高性能计算机技术的研究和开发。
1985年，日本宣布研究和发展自己的高性能计算机。
1990年代初，欧洲和亚洲的许多国家也开始了高性能计算机的研究和开发。
1993年，美国国防部在其高性能计算项目中研制出了“领航者”超级计算机，成为了当时速度最快的超级计算机。
此后，美国的领先地位也逐渐被挑战，日本的超级计算机也开始崭露头角。
2002年，日本的“地球模拟器”超级计算机问世，成为历史上第一个拥有千亿次计算速度的超级计算机。
二、高性能计算机技术的应用领域高性能计算机技术的应用领域非常广泛，其主要应用于以下几方面：1.天气预报和气象研究：高性能计算机可以进行复杂的气象计算，有助于提高天气预报的准确性，为人类的生产和生活提供更准确的气象数据。
2.能源勘探和开发：高性能计算机可以进行复杂的地震和地质勘探，准确预测石油和天然气等能源的分布情况。
3.医学研究：高性能计算机可以进行医学图像处理和模拟，帮助学者更好的了解人体的生理和病理机理，推动医学研究的进展。
4.交通运输规划：高性能计算机可以进行复杂的交通流分析和规划，提供更为精准的交通运输规划方案。
5.金融业应用：高性能计算机可以进行高频交易和资产组合优化分析，帮助金融机构提高投资效率。
6.科学计算：高性能计算机主要应用于科学计算和高性能仿真，如氢能源应用研究、生命科学研究、物理学研究等，有助于提高科学研究的效率和水平。
基础知识点计算机的发展与应用
基础知识点1. 计算机的发展、应用与组成1．计算机的发展与应用计算机的发展划分成四代。
第一代：电子管计算机时代（1946—1957）。
第二代：晶体管计算机时代（1958—1964）。
第三代：中小规模集成电路计算机时代（1965—1970）。
第四代：大规模集成电路和超大规模集成电路计算机时代（1971年至今）。
2．计算机的特点计算机的特点有运算速度快、计算精度高、存储功能强、具有逻辑判断能力、具有自动运行能力。
3．计算机的发展趋势巨型化：巨型机集中了当代高科技之精华，是计算机技术的顶峰；它是决定一个国家军事、经济和科技地位的一个关键因素，是国家综合国力的象征。
微型化：指发展体积小、功能强、价格低、可靠性高、适用范围广的计算机系统。
网络化：利用通信线路将分布在不同地点的计算机相互连接起来，组成能相互交流信息、实现资源共享的计算机系统。
智能化：使计算机模拟人的思维活动，利用计算机的记忆和逻辑判断功能，识别文字、图形图像、声音和翻译各种语言。
计算机的信息处理功能多媒体化：计算机的信息处理功能增强，使它不但能处理数值信息、文字信息、图形信息等静态的视觉信息，而且还可以处理动态的视觉信息（动画）以及语言、音乐等音频信息，甚至还可以处理用户的姿势、动作等。
4．计算机的应用领域计算机的应用领域有科学计算、数据通信与数据处理、自动控制、计算机辅助工作。
5．计算机的组成与分类计算机系统：一般来讲由硬件系统和软件系统两部分组成。
计算机硬件主要包括中央处理器（CPU）、主存储器、辅助存储器、输入/输出设备等，它们通过系统总线互相连接。
计算机分类有两种。
按其内部逻辑结构进行分类，如单处理机与多处理机（并行机），16位机、32位机或64位机等；按计算机的性能和作用进行分类，有巨型计算机、小巨型机、主机、超级小型计算机、工作站、个人计算机6大类。
微处理器：微处理器是微型计算机的核心，自1971年微处理器问世以来，Intel公司开发了一系列微处理器。
大学计算机基础第1章计算机的发展和应用领域
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1.2.6 电子政务
电子政务（EGovernment），就是政府机构利 用现代信息和通信技术，将管理和服务通过网络技 术进行集成，在互联网上实现政府组织结构和工作 流程的优化重组，超越时间和空间及部门之间的分 隔限制，向社会提供优质和全方位的、规范而透明 的、符合国际水准的管理和服务。 电子政务的内容非常广泛，国内外也有不同的 内容规范。从国家政府所规划的项目来看，电子政 务主要包括政府间的电子政务、政府对企业的电子 政务、政府对公民的电子政务。
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1.2.4 计算机辅助技术
计算机辅助技术是将计算机作为工具，应用于 产品的设计、制造和测试等过程的技术，是帮助人 们在特定应用领域内完成任务的理论、方法和技术。 它包括计算机辅助设计(Computer Aided Design， CAD)、计算机辅助制造(Computer Aided Manufact uring，CAM)、计算机辅助工程（Computer Aided Engineering，CAE）、计算机辅助教育(Computer Based Education，CBE)等各个领域。
2．未来计算机的新技术 从电子计算机的产生及发展可以看到，目前计 算机技术的发展都是以电子技术的发展为基础的， 集成电路芯片是计算机的核心部件。随着各种高新 技术的研究和发展，我们有理由相信计算机技术也 将拓展到其他新兴的技术领域，计算机新技术的开 发和利用必将成为未来计算机发展的新趋势。
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1.2 计算机的应用领域 1.2.1 科学计算 科学计算是指科学研究和工程技术中的数学 计算机问题，这是计算机应用最早、最基础的领 域，也称数值计算。人们发明计算机的初衷就是 为了用它来解决复杂繁琐的数值计算问题。虽然 现在计算机的应用领域早已拓展到其他方面，但 是计算机在科学计算领域的应用仍然占据着重要 的位置。运算速度快、精度高的特点是任何计算 工具都无法匹敌的。
计算机应用基础知识
第1章计算机应用基础知识1.1 计算机的发展概述世界上第一台电子计算机于1946年2月在美国宾夕法尼亚大学诞生，取名为ENIAC （读作“埃尼克”），即Electronic Numerical Internal And Calculator的缩写。
电子计算机的产生和迅速发展是当代科学技术最伟大的成就之一。
自1946年美国研制的第一台电子计算机ENIAC以来，在半个世纪的时间里，计算机的发展取得了令人瞩目的成就。
计算机从诞生到现在，已走过了60年的发展历程，在这期间，计算机的系统结构不断发生变化。
人们根据计算机所采用的物理器件，将计算机的发展划分为几个阶段，下面就来具体介绍。
计算机发展简史电子计算机的发展阶段通常以构成计算机的电子器件来划分，至今已经历了四代，目前正在向第五代过渡。
每一个发展阶段在技术上都是一次新的突破，在性能上都是一次质的飞跃。
1．第一代（1946～1957年），电子管计算机它是一台电子数字积分计算机，取名为ENIAC。
这台计算机是个庞然大物，共用了18 000多个电子管、1500个继电器，重达30吨，占地170平方米，每小时耗电140千瓦，计算速度为每秒5000次加法运算。
尽管它的功能远不如今天的计算机，但ENIAC作为计算机大家族的鼻祖，开辟了人类科学技术领域的先河，使信息处理技术进入了一个崭新的时代。
其主要特征如下：（1）电子管元件，体积庞大、耗电量高、可靠性差、维护困难。
（2）运算速度慢，一般为每秒钟1千次到1万次。
（3）使用机器语言，没有系统软件。
（4）采用磁鼓、小磁芯作为存储器，存储空间有限。
（5）输入/输出设备简单，采用穿孔纸带或卡片。
（6）主要用于科学计算。
2．第二代（1958～1964年），晶体管计算机晶体管的发明给计算机技术带来了革命性的变化。
第二代计算机采用的主要元件是晶体管，称为晶体管计算机。
计算机软件有了较大发展，采用了监控程序，这是操作系统的雏形。
第二代计算机有如下特征：（1）采用晶体管元件作为计算机的器件，体积大大缩小，可靠性增强，寿命延长。
中国计算机的发展与应用
中国计算机的发展与应用计算机是一种能够自动执行逻辑或算术操作的电子设备，它已经成为人们生活和工作中不可或缺的一部分。
而中国作为世界上人口最多的国家之一，在计算机的发展与应用方面也有着不可忽视的影响力。
本文将从中国计算机的起源、发展和应用三个方面进行阐述。
首先，中国计算机的起源可以追溯到上世纪五六十年代。
当时，中国政府意识到计算机的重要性，并开始引进和研制计算机。
在1966年，中国研制成功了第一台电子数值计算机，"Model 107"，这标志着中国正式进入计算机时代。
此后，中国逐渐加大对计算机研发和应用的力度，不仅在教育和科研领域广泛应用计算机，还将计算机运用于国防、工业、农业等众多领域。
接下来，我们来看中国计算机发展的几个里程碑。
1978年，中国研制成功了第一台微机，"Model 751"，标志着中国计算机技术与国际先进水平趋同。
1984年，中国研制成功了第一台超级计算机，"YH-1"，成为当时世界上速度最快的计算机之一、2001年，中国再次成功研制出速度在公开排名中全球前十的超级计算机，"神威·太湖之光"。
这些成就不仅提升了中国在计算机领域的国际地位，还促进了中国科技创新和经济发展。
最后，我们来看一下中国计算机在各个领域的应用。
在教育领域，计算机已成为学生学习和教师教学的重要工具。
学生可以通过计算机获取信息、进行在线学习和参与科研实践，而教师可以通过计算机辅助教学和在线资源提升教学质量。
在工业领域，计算机广泛应用于自动化生产线、智能制造和工业控制系统，提高了生产效率和产品质量。
在农业领域，计算机技术被用于农作物种植、养殖管理和精准农业，提高了农业生产的效益和可持续发展。
在医疗领域，计算机辅助诊断和手术已成为常见的医疗手段，为医生提供精准和快速的诊断结果。
总结而言，中国计算机的发展与应用已经取得了可喜的成就。
计算机概念、发展历史、分类、应用领域和基本原理
第一节计算机概念、发展历史、分类、应用领域和基本原理计算机的概念◇计算机(computer)是一种能自动、高速进行大量算术运算和逻辑运算的电子设备。
◇速度快、精度高、存储容量大、通用性强、具有逻辑判断和自动控制能力。
计算机的发展简史◇第一台计算机：ENIAC，美国，1946年。
它是为了解决新武器研发中有关弹道问题的许多复杂计算而研制的（由需求引发）。
它采用电子管作为计算机的基本元件，由18000多个电子管，1500多个继电器，10000多只电容器和7000多只电阻构成，占地170m2，重量30吨，每小时耗电30万千瓦,是一个庞然大物，每秒能进行5000次加法运算。
由于它使用电子器件来代替机械齿轮或电动机械进行运算，并且能在运算过程中不断进行判断，作出选择，过去需要100多名工程师花费1年才能解决的计算问题，它只需要2个小时就能给出答案。
◇根据计算机的主要组成电子元器件，划分出计算机发展的四个时代。
电子管阶段；晶体管阶段；集成电路阶段；大规模、超大规模集成电路阶段（现在）第一代(1946年～1958年)电子管计算机，计算机使用的主要逻辑元件是电子管。
计算机使用的主要逻辑元件是电子管，也称电子管时代。
主存储器采用磁鼓磁芯，外存储器使用磁带。
软件方面，用机器语言和汇编语言编写程序。
这个时期计算机的特点是，体积庞大、运算速度低(一般每秒几千次到几万次)、成本高、可靠性差、内存容量小。
第二代(1959年～1964年)晶体管计算机，计算机使用的主要逻辑元件是晶体管。
主存储器采用磁芯，外存储器使用磁带和磁盘。
软件方面开始使用管理程序，后期使用操作系统并出现了高级程序设计语言。
这个时期计算机的应用扩展到数据处理、自动控制等方面。
计算机的运行速度已提高到每秒几十万次，体积已大大减小，可靠性和内存容量也有较大的提高。
第三代(1965年～1970年)集成电路计算机，这个时期的计算机用中小规模集成电路代替了分立元件，用半导体存储器代替了磁芯存储器，外存储器使用磁盘。
计算机基础知识
教师：罗伟昌上课时间：20 年月-20 年月辅导内容１、计算机基础知识２、常用输入法介绍３、字处理软件Word 2000４、表格处理软件Excel 2000５、PowerPoint 2000简介６、互联网应用常识及病毒防护基础知识概述：1、计算机的发展和应用一、计算机的诞生•第一台电子计算机：ENIAC（埃尼阿克），1946年诞生于美国宾夕法尼亚大学，由18000多个电子管组成，重达30吨，占地170平方米，耗电需150多千瓦，但运行速度仅有5000次/秒。
•计算机从诞生至今，一直采用冯·诺依曼理论体系结构。
该理论体系结构主要有三点：1.采用“二进制”代码表示数据和指令。
2.提出了“程序存储”的概念。
3.计算机必须由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部件组成。
•对计算机的产生作出杰出贡献的另一位科学家是英国剑桥大学的图灵。
1936年，他发表了著名的“理想计算机”论文，提出了现代通用数字计算机的数学模型，人们把它称之为“图灵机”。
后人设立了计算机科学领域的最高奖项“图灵奖”以之纪念。
二、计算机的发展历史•划分依据：所使用的电子元器件时代年份器件软件应用一1946-1958电子管机器语言汇编语言科学计算二1958-1964晶体管高级语言数据处理、工业控制三1964-1970中小规模集成电路操作系统文字处理图形处理四1971年迄今大规模超大规模集成电路数据库、网络等社会的各个领域三、计算机的发展趋势•1、巨型化(为了适应现代尖端科学技术研究和应用)•2、微型化(为了满足个别化需求)•3、网络化(为了实现超时空信息交流)•4、智能化(为了帮助人类进行研究和开发工作)四、计算机的特点•1、速度快•2、精度高•3、具有记忆作用•4、逻辑判断能力•5、自动执行程序五、计算机的应用领域•1、科学计算•2、信息处理•3、过程控制•4、计算机辅助系统•5、多媒体技术•6、计算机通信•7、人工智能六、计算机的类型▪1、按原理可将计算机分为：数字计算机、模拟计算机、混合式计算机。
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2千
Intel 8080 8
4MHz
4～9千
Intel 8088 16 5～10MHz 2～7万
Intel 80386 32 10～40MHz 10～100万
Pentium 64 1.4～3.4GHz 100万以上
目 新前处市理场 器上通的常采CP用U主“要向有下:兼In容te”l的的P原en则ti，um即、新Ce类le型ro的n, A处M理D的器A包th含lo旧n 类64型等处。理器的全部指令
计算机在信息处理中的应用
数据加工 “海量”存储 通信
多媒体技术 智能化决策
信息高速公路
是一个交互式的多媒体网络。 “路面”由通信网络和通信设备组 成， 路面上行驶的“车辆”是信息 资源，而驾车的是人。
1993年美国政府提出了建立“国家信息基础 设施”计划，简称NⅡ。这标志着美国的信息高 速公路的建设进入了实施阶段。
诞生于美国宾夕法尼亚大学，设计目的是为美 国陆军弹道实验室解决弹道特性的计算问题
第一代计算机(46年—55年)
❖ 逻辑元件 ❖内 存 ❖外 存 ❖ 工作速度 ❖软 件 ❖应 用 ❖ 代表机型
电子管 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 ENIAC
第二代计算机(55年—64年)
生量物子计算机
利用使处用于蛋多白现分实子态为下主的 要原原子料进制行成 运的 算生 的物 计芯 算片 机构 ， 成这，种存多储现能 实力 态巨 量大 子， 力而 学且 的 以标波志的。形式来传播信息
多媒体计算机硬件组成
计算机主机 CD-ROM驱动器 音频信号处理子系统 视频信号处理子系统 扫描仪 数码相机 光盘刻录机 触摸屏
❖ 逻辑元件 ❖内 存 ❖外 存 ❖ 工作速度 ❖软 件 ❖应 用 ❖ 代表机型
晶体管 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 IBM700系列
FORTRAN ALGO 60 COBOL
第三代计算机(64年—70年)
❖ 逻辑元件 中小规模集成电路
❖ 内 存 半导体存储器
❖ 外 存 磁带或磁盘
运算速度快：每秒几百亿次几千亿次 计算精度高：可使用足够多的二进制位数来获得
所要求的数据精度
具有记忆能力：提供大容量的存储器来存储程序
和数据
具有逻辑判断能力：这是区别于其它任何机器
的一个特点
可靠性高，通用性强
计算机的类型
1989年美国电气和电子工程师协会(IEEE)的科 学巨型机委员会将计算机划分为巨型机、小巨型 机、主机、小型计算机、工作站、个人计算机
集成电路—将电脑浓缩在一颗芯片上
晶 体 管 数 目
2,300
10微米芯片 4004
420,000,000
0.18微米芯片
奔腾4
摩尔定律
百万条/每秒
单
晶
位
体
时
管
间
数
执 行
的பைடு நூலகம்
指
每18个月芯片能力增长一倍
令
数
改进微处理器的两种方法：
1.提高工作速度 2.同时处理更多的数据
计算机的发展趋势
计算机的发展趋势： 网络化、智能化、多媒体、多极化
如：CAD、CAM、CAI
人工智能
如：博弈、专家系统、机器人
……
多媒体个人计算机
MPC--multimedia Personal Computer
具有多媒体功能的个人计算机 早期在PC机上增加声音卡和光盘驱动器 多媒体技术的发展，不断赋予MPC新的内容 对广大用户而言，就是把具有多媒体功能的PC机或把现有增加多媒体升级套件
的PC机叫MPC。
MPC源于1990年Microsoft公司联合一些主要的
巨个型人机计也算称机超也级称计PC算机机，，它具的有核很心高是的微速处度理及器巨。 大 的PC容机量已，广能泛对应高用品于质社动会画的进各行个实领时域处，理从。政大府多机 用关于到空 家间庭技，术PC，机中无、所长不期在天。气特预别报值，得石一油提勘的探是便， 战略武器的实时控制等领域。 携➢式20计03算.1机2推的出发的展联取想得深了腾惊6人80的0达成到绩每，秒性4能万和亿台次 式➢机20已04趋.6于推一出致的，曙但光重40量00较A达轻到便每于秒随1身1万携亿带次。， 已经进入世界前十名
计算机发展与计算机应用概 述
本章主要内容
计算机发展概述 计算机的特点和分类 信息科学与信息技术 计算机应用概述
计算工具的发展
加法器
电子计算机时1642 Blaise Pascal 代
1822 差分机
ENIAC
MARK I
1833 分析机
第一台计算机 (ENIAC 1946.2)
➢ 5000次加法/秒 ➢ 体重30吨 ➢ 占地170M2 ➢ 18800只电子管 ➢ 1500个继电器 ➢ 耗电150KW ➢ 价值40万美元
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
计算机的特点
以网络、多媒体为特征
LSI VLSI
新一代计算机
具有人的听、说、读、写和思维推理能力的 智能化计算机。
采用的技术主要包括：纳米技术、光技术、 量子技术和生物技术。
神光经子网计络算计机算机
利用用光数子据取单代元电模子拟进人行脑 的数神据经运元算， 、并 传利 输用和神存经储元。 结光点子的的分传布 播式 速存 度储极和快相，互 关可联以来达模到拟 每人 秒脑 万活亿动字节。
信中息国机如的器今“，，三一计金种算”个机工人不程的再：信是金息单桥机一、器的。计金算关机、器金，卡而。是一种
计算机的应用
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
❖ 工作速度 几十万～几千万次／秒
SSI
❖ 软 件 高级语言
MSI
❖ 应 用 计算、管理及控制
❖ 代表机型 IBM System/360
第四代计算机(71年—现在)
❖ 逻辑元件 ❖内 存 ❖外 存 ❖ 工作速度 ❖软 件 ❖应 用
(超)大规模集成电路 半导体存储器 磁盘或光盘 几百万～上亿次／秒 操作系统、应用软件
信息技术
信息是技人术类主的要一包切括生以存下活几动个和方自面然：存在所传达 ➢出感来测的与信识号别和技消术息。 信息➢科作学用是是研扩展究人信获息取及信其息运的动感觉规器律官的功科能学。它 ➢研信究息信传息递提技供术、信息识别、信息变换、信息传 递、➢信功息能存是储实现、信信息息快检速索、、可信靠、息安处全理地等传一输系列 ➢问信题息和处过理程与。再生技术 ➢术获信信取。息息➢信也技施对息指术用信利、(技息I用传T编术)码电递指、子信一压计息切缩算、能、机存扩加和储展密现信人，形代息的成通、信一信处息些手理功新段信能的实息的信现、技息 显示➢信包息括、控分制技配术信、息显等示的技相术关等技术。
PC厂商和多媒体产品开发商组成的MPC联盟 (Multimedia PC Marketing Council)
微型计算机
微型计算机属于第四代计算机,分代如下:
微机 分代
一
二 三 四 五
开始时间
1971 1973 1978 1985 1993～现在
CPU
字 长
主频
集成度
Intel 4004 4
1MHz