计算机导论 第1章 绪论
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计算机导论：第01章
计算机导论
8
计算机科学与技术学科
计算机科学技术是研究计算机的设计与制造和利用计 算机进行信息获取、表示、存储、处理、控制等的理论、 原则、方法和技术的学科。它包括科学与技术两方面。科 学侧重于研究现象、揭示规律；技术则侧重于研制计算机 和研究使用计算机进行信息处理的方法与技术手段。科学 是技术的依据,技术是科学的体现；技术得益于科学,它又 向科学提出新的课题。科学与技术相辅相成、互为作用,二 者高度融合是计算机科学技术学科的突出特点。计算机科 学技术除了具有较强的科学性外,还具有较强的工程性，因 此，它是一门科学性与工程性并重的学科。表现为理论性 和实践性紧密结合的特征。
计算机导论
21
信息化社会的挑战
信息化社会的特征： 建立完善的信息基础设施 采用先进的信息技术 建立广泛的信息产业 拥有高素质的信息人才 构建良好的信息环境 信息化社会不仅是科学技术进步的产物，而且也是社会管 理体制和政策激励的结果。如果没有现代化的市场体制和 相关的政策、法规，信息化社会将无法正常运作。
15
计算机科学与技术学科的教育
计算机科学与技术学科的发展速度是非常快的,计
算机软、硬件系统的不断更新，使得学科的教育已经完 全不能通过跟踪流行系统的变化来跟踪学科的发展，更
不能以流行的系统来确定我们的教学内容。对计算机科
学和技术学科而言，“有限的在校时间与不断增长的知 识的矛盾”更为突出。另一方面，经过几十年的发展，
计算机导论
20
优秀学生
学校应该为有才华的学生提供发挥全部潜能的机会， 使这些有才华的学生能应用课程中学到的原理进行有创 造性的工作，能在分析、设计、开发适应需求的复杂系 统过程中做出有创意的贡献；他们能够对自己和他人的 工作进行确切的评价与检验。这些优秀的人未来将有可 能领导这门学科的发展。这需要在对学生的教育过程中 有意识地为他们的成长提供帮助和锻炼的机会，更要鼓 励他们树立起强烈的创新的意识和信心，鼓励他们去探 索。
计算机科学导论第一章_绪论
计算机导论
1
使用教材
Behrouz A. Forouzan （佛罗赞） Firouz Mosharraf （莫沙拉夫） 刘艺 瞿高峰 机械工业出版社 2010年出版
2
使用教材
Behrouz A. Forouzan （佛罗赞） Firouz Mosharraf （莫沙拉夫） 迪安那大学.
1921-1923在苏黎世联邦工业大学学习．
1926年获得布达佩斯大学数学博士学位
1927-1929在柏林大学和汉堡大学任教
John Von Neumann （约翰·冯·诺依曼）
1903.12.28-1957.2.8 美籍匈牙利人
数学家、化学家、 物理学家、发明家、
计算机专家
1930普林斯顿大学客座教授，1931年他成 为美国普林斯顿大学的第一批终身教授 1933年转到该校的高级研究所，成为最初 六位教授之一，并在那里工作了一生．
14
四个子系统 Four subsystems
基于冯诺依曼模型的计算机分为四个子系统: 存储器memory 、算术逻辑单元 arithmetic logic unit, 控制单元control unit、输入输出单元 input/output
Figure 1.5 冯.诺依曼模型
15
四个子系统 Four subsystems
Figure 1.2 基于图灵模型的计算机：可编程数据处理器
9
Figure 1.3 相同的程序，不同的数据
10
Figure 1.4 相同的数据，不同的程序 11
通用图灵机 The universal Turing machine
通用图灵机是对现代计算机的首次描述， 该机器只要提供了合适的程序就能做任何计算。 一台很强大的计算机和通用图灵机能进行同样的运算。 我们所需要的仅仅是为这两者提供数据以及用于描述如 何做运算的程序. 实际上，通用图灵机能够做任何可计算的运算.
1
使用教材
Behrouz A. Forouzan （佛罗赞） Firouz Mosharraf （莫沙拉夫） 刘艺 瞿高峰 机械工业出版社 2010年出版
2
使用教材
Behrouz A. Forouzan （佛罗赞） Firouz Mosharraf （莫沙拉夫） 迪安那大学.
1921-1923在苏黎世联邦工业大学学习．
1926年获得布达佩斯大学数学博士学位
1927-1929在柏林大学和汉堡大学任教
John Von Neumann （约翰·冯·诺依曼）
1903.12.28-1957.2.8 美籍匈牙利人
数学家、化学家、 物理学家、发明家、
计算机专家
1930普林斯顿大学客座教授，1931年他成 为美国普林斯顿大学的第一批终身教授 1933年转到该校的高级研究所，成为最初 六位教授之一，并在那里工作了一生．
14
四个子系统 Four subsystems
基于冯诺依曼模型的计算机分为四个子系统: 存储器memory 、算术逻辑单元 arithmetic logic unit, 控制单元control unit、输入输出单元 input/output
Figure 1.5 冯.诺依曼模型
15
四个子系统 Four subsystems
Figure 1.2 基于图灵模型的计算机：可编程数据处理器
9
Figure 1.3 相同的程序，不同的数据
10
Figure 1.4 相同的数据，不同的程序 11
通用图灵机 The universal Turing machine
通用图灵机是对现代计算机的首次描述， 该机器只要提供了合适的程序就能做任何计算。 一台很强大的计算机和通用图灵机能进行同样的运算。 我们所需要的仅仅是为这两者提供数据以及用于描述如 何做运算的程序. 实际上，通用图灵机能够做任何可计算的运算.
计算机导论第一章绪论
1.22 我国计算机的发展
ü 1993年10月中科院计算所研制成功曙光一号计算机 ü 1995年以后，研制成功曙光1000/2000/3000/4000A ü 2008年6月，超级计算机曙光5000A研制成功，使用了 6600颗AMD巴塞罗那型4核处理器，峰
值运算速度达到每秒230万亿次，世界高性能计算机排名第十
分组成：运算器、控制器、存储器、输入装置和输出装置 。 ü 至今绝大部分的计算机还是采用冯•诺依曼计算机模式。
John von Neumann 冯•诺依曼
1.21 计算机的发展简史 1.第一代计算机（1946年～1958年） ü 逻辑器件使用电子管 ü 运算速度为每秒几千次 ü 没有计算机软件，使用机器语言编制程序 ü 主要用于军事和科学计算 ü 体积大、耗能高、速度慢
1.1 计算机的产生
1.1 计算机的产生
1.1 计算机的产生
1.1 计算机的产生
1.1 计算机的产生
美籍华裔科学家朱传榘1919年生于天津，1939年 赴美留学，1946年在美国宾夕法尼亚大学与其他5人 共同发明了世界上第一台计算机ENIAC，获得电子和 电 气 工 程 师 协 会 （ IEEE ） 的 “ 计 算 机 先 驱 奖 ” （Computer Pioneer Award）。
1.1 计算机的产生 发展历程 Ø 算筹：以纵横两种排列方式来表示单位数目。表示多位数时，个位用纵式，十位用横式
，百位用纵式，千位用横式，以此类推，遇零则置空。
数字 1 2 3 4 5 6 7 8 9
纵式 横式
1998
1.1 计算机的产生 发展历程 Ø 算盘：通过手动完成从低位到高位的数字传送，数字由算珠的数量表示，数位则由算珠
1.22 我国计算机的发展
计算机导论-第一讲
计算机之父：冯·诺依曼 著名美籍匈牙利数学家 。1903年12月3日生于匈牙 利布达佩斯的一个犹太人家 庭。冯· 诺伊曼自童年起在吸 收知识和解题方面就具有惊 人的速度。六岁时他能心算 做八位数乘除法，八岁时掌 握微积分，十二岁就读懂领 会了波莱尔的大作《函数论 》要义。一生掌握了七种语 言 。
计算机的特点
计算机科学技术除了具有较强的科学 性外,还具有较强的工程性，因此，它是一 门科学性与工程性并重的学科。表现为理 论性和实践性紧密结合的特征。 计算机科学与技术学科包含计算机科学 、计算机工程、软件工程、信息工程等领 域。其迅猛发展，除了源于微电子学等相 关学科的发展外,主要源于其应用的广泛性 与强烈需求。
– 运算速度快 – 运算精度高 – 具有记忆能力 – 具有逻辑判断能力 – 存储程序
计算机时代已经来临 今天，计算机已经进入现代社会几乎一切领 域。从登月飞行、战略武器、石油勘探、中长 期天气预报，到书报排版印刷、影视动画效果 、远程教学，到日常生活的许多细小方面—— 自动洗衣机、电视机的遥控器、高档音响选曲 系统……电脑这个有史以来最伟大的人造精灵 简直是无处不在！ 总之，计算机时代已来临，以致在上个世纪 未就有人预言，在21世纪，不懂计算机将成为 “新文盲”。
深蓝与卡斯帕罗夫 ―深蓝”是IBM公司的超级国际象棋电脑，重1270 公斤，有32个微处理器，每秒钟可计算2亿步。 “深蓝”存储了一百多年来优秀棋手的对局两百 多万局 俄罗斯国际象棋特级大师卡斯帕罗夫（1963年生 ）是人类有史以来最伟大的棋手，在国际象棋棋 坛上独步天下。前世界冠军卡尔波夫号称是唯一 能与其抗衡的棋手，但每次都是卡斯帕罗夫取胜 。可是，在临近世纪末的1997年，孤独求败的卡 斯帕罗夫不得不承认自己输了，而战胜他的是一 台没有生命力、没有感情的电脑。
计算机基础课件ppt-第1章 绪论
科
Ø具有计算意向，即控制程序运行
学 之
Ø能够连续执行指令
父
人工智能之父
计算机的诞生
1946年2月,世界上第一台数字电子计 算机 ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Calculator 电子数字积 分计算机)在美国宾夕法尼亚大学诞生。它的 诞生是基于军事的考虑，是为了精确计算复 杂的弹道特性和火力射程表。
1936年 英国人 阿兰·麦席森·图灵 图灵机
它是一种抽象的计算模型， 用来精确定义可计算函数。它是 由一个控制器，一条可以无限延 伸的带子和一个在带子上左右移 动的读写头组成的。
图灵提出该机器应具备一些基本功能：
Ø具有存储设备，可以存储数据
计
Ø具有一种语言，方便编程和运算
算
Ø具有输入设备，通过扫描方式
162 161 160 16-1
位置计数法
按权展开
数制表示 方法 名称
基数R
位权Rk
数字符号
进位规则
计算机中数制的表示
十进制
二进制
八进制
十六进制
10
2
8
16
10k
2k
8k
16k
0~9
逢十进一
0，1
逢二进一
0~7
逢八进一
0~9 A~F
逢十六 进一
各数制间的转换
1、R进制转换为十进制 2、十进制转换成二进制 3、十进制转换成十六进制 3、二进制与八进制之间的转换 4、二进制与十六进制之间的转换
(3)工作站：建立在RISC/UNIX平台上的计 算机，主要用于图形图象处理和计算机辅助设 计中，实际上是一台性能更高的微机。
第1章绪论(第三版32简化)
计算机科学导论
1.1.3 计算机的特点
1.
2.
运算速度快 : 如巨型机可达千万亿次/秒。
计算精度高：微型机的字长可达64位二进制。
3.
4. 5.
具有记忆和逻辑判断功能:指能进行与、或、非等的
逻辑运算。 存储能力强：能够存储大量的各种信息。 能自动运行且支持人机交互：把编好的程序存入计 算机，发出运行指令后，计算机不需要人工干预可 以依次逐条执行。人工干预时计算机能对其问题做 出相应的回答。
计算机科学导论
天河二号
• 由国防科大研制的天河二号超级计算机系统，以峰值计算 速度每秒5.49亿亿次、持续计算速度每秒3.39亿亿次双精 度浮点运算的优异性能位居榜首，成为全球最快超级计算 机。2010年11月，天河一号曾以每秒4.7千万亿次的峰值速 度，首次将五星红旗插上超级计算领域的世界之巅。此次 是继天河一号之后，中国超级计算机再次夺冠。[1] • 2013年11月18日，国际TOP500组织公布了最新全球超级 计算机500强排行榜榜单，中国国防科学技术大学研制的 “天河二号”以比第二名—美国的“泰坦”快近一倍的速 度再度登上榜首。美国专家预测，在一年时间内，“天河 二号”还会是全球最快的超级计算机。[2] • 在2014年6月23日公布的全球超级计算机500强榜单中，中 国“天河二号”以比第二名美国“泰坦”快近一倍的速度 连续第三次获得冠军。
计算机科学导论
加法器 1642 Blaise Pascal
1822 差分机
1946 ENIAC
计算机科学导论
世界上第一台计算机ENIAC
5000次加法/秒 体重28吨 占地170m2 18800只电子管 1500个继电器 功率150KW
图1
1.1.3 计算机的特点
1.
2.
运算速度快 : 如巨型机可达千万亿次/秒。
计算精度高：微型机的字长可达64位二进制。
3.
4. 5.
具有记忆和逻辑判断功能:指能进行与、或、非等的
逻辑运算。 存储能力强：能够存储大量的各种信息。 能自动运行且支持人机交互：把编好的程序存入计 算机，发出运行指令后，计算机不需要人工干预可 以依次逐条执行。人工干预时计算机能对其问题做 出相应的回答。
计算机科学导论
天河二号
• 由国防科大研制的天河二号超级计算机系统，以峰值计算 速度每秒5.49亿亿次、持续计算速度每秒3.39亿亿次双精 度浮点运算的优异性能位居榜首，成为全球最快超级计算 机。2010年11月，天河一号曾以每秒4.7千万亿次的峰值速 度，首次将五星红旗插上超级计算领域的世界之巅。此次 是继天河一号之后，中国超级计算机再次夺冠。[1] • 2013年11月18日，国际TOP500组织公布了最新全球超级 计算机500强排行榜榜单，中国国防科学技术大学研制的 “天河二号”以比第二名—美国的“泰坦”快近一倍的速 度再度登上榜首。美国专家预测，在一年时间内，“天河 二号”还会是全球最快的超级计算机。[2] • 在2014年6月23日公布的全球超级计算机500强榜单中，中 国“天河二号”以比第二名美国“泰坦”快近一倍的速度 连续第三次获得冠军。
计算机科学导论
加法器 1642 Blaise Pascal
1822 差分机
1946 ENIAC
计算机科学导论
世界上第一台计算机ENIAC
5000次加法/秒 体重28吨 占地170m2 18800只电子管 1500个继电器 功率150KW
图1
计算机导论第一章计算机基础知识习题及参考答案
第一章绪论一、选择题1.冯•诺依曼对现代计算机的主要贡献是（D）。
A.设计了差分机B.设计了分析机C.建立了理论模型D.确立了计算机的基本结构2.在计算机应用中，“计算机辅助设设计”的英文缩写为（A）。
A.CAD B.CAM C.CAE D.CA T 3.计算机中所有信息的存储都采用(A)。
A.二进制B.八进制C.十进制D.十六进制4.计算机最主要的工作特点是（B）。
A.存储程序与自动控制B.高速度与高精度B.可靠性与可用性 D.有记忆能力5.计算机硬件的组成部分主要包括运算器、存储器、输入设备、输出设备和（A）。
A.控制器B.显示器C.磁盘驱动器D.鼠标器6.用电子管作为电子器件制成的计算机属于（A）。
A.第一代B.第二代C.第三代D.第四代7.早期的计算机用来进行（A）。
A.科学计算B.系统仿真C.自动控制D.动画设计8.世界上公认的第一台计算机是（），诞生于（）年，生产国是（），所使用的逻辑元件是（B）。
A.IBM-PC,1946,美国，电子管B.数值积分计算机，1946，美国，电子管，美国，电子管C.电子离散变量计算机，1942，英国，集成电路，英国，集成电路D.IBM-PC,1942，英国，晶体管，英国，晶体管9.个人计算机属于（C ）A.小巨型机小巨型机B.小型计算机小型计算机C.微型计算机微型计算机D.中型计算机中型计算机 10.计算机之所以能实现自动连续执行，是由于计算机采用了（D ）原理A.布尔逻辑运算布尔逻辑运算B.集成电路工作集成电路工作C.串行运算串行运算D.存储程序和程序控制存储程序和程序控制 11.下列关于计算机发展史的叙述中错误的事（D ）A.世界上第一台计算机是在美国发明的ENIAC B.ENIAC 不是存储程序控制的计算机不是存储程序控制的计算机C.ENIAC 是1946年发明的，所以世界从1946年起就进入了计算机时代机时代D.世界第一台投入运行的具有存储程序控制的计算机是英国人设计并制造的EDV EDVAC AC 12.冯诺依曼型计算机的设计思想不包括（B ）A 计算机采用二进制存储计算机采用二进制存储B 计算机采用十进制运算计算机采用十进制运算C 存储程序和程序控制存储程序和程序控制D 计算机主要是由存储器，运算器，控制器，输入设备和输出设备五大部件组成的五大部件组成的13.第三代计算机的逻辑元件采用（C）A.电子管晶体管电子管 B.晶体管C.中,小规模集成电路 D.大规模或超大规模集成电路大规模或超大规模集成电路 14.客机、火车订票系统属于（B）方面的计算机应用方面的计算机应用A.科学计算科学计算 B.数据处理数据处理C.过程控制人工智能过程控制 D.人工智能15.按照计算机用途。
计算机导论-第一章绪论
算法
方法二、可以将八个球分为三组：A、B、 C。其中A、B中各有三个球，C中有两个。 用天平比较A和B的重量，若不平衡则轻的 小球在重量轻的那个组中。假设在A中，我 们从A中取两个小球进行比较，如果不平衡， 则马上可以知道哪个是轻的了；如果平衡， 则剩下的是较轻的。若第一次A、B平衡了， 则较轻的小球在C中。再秤一次必然也能找 到它。
• 操作系统
• 网络计算
• 软件工程
• 社会和职业问题
• 程序设计语言
• 科学计算
离散结构
• 主要内容：集合论、数理逻辑、近似代数、 图论和组合数学等。
• 以抽象和理论两个学科形态出现在 计算学 科中，为计算学科各分支领域解决其基本 问题提供了强有力的数学工具。
程序设计基础
• 内容包括：程序设计结构、算法、问题求 解和数据结构等。 • 基本问题主要包括：对给定的问题进行程 序设计、编码、测试和调试。
⑴计算设备是以抽象工具的层次构建的;
⑵大型软件系统的开发是以模块化的方式完成的,其 中每个模块被作为较大模块上的一种抽象工具; ⑶在计算机科学本身的发展中,抽象也扮演了很重要 的角色,有了它,研究人员可以把精力集中在一个 复杂领域的特定范围内。
算法
从这个例子当中第二种方法的 效率比 较高。可见算法在程序设计中的作用是很 重要的。算法与特定的计算机语言没有关 系，任何一种计算机语言的实现都离不开 算法的支撑。所以，算法是程序设计的核 心，也是软件技术的核心。
算法
• 算法的定义：是指解题方案的准确而 完整的描述，也可以说它是解决某一 特定问题的一组有穷规则的集合。
•
软件工程
• 主要内容：软件过程、软件需求与规格说明、软 件设计、软件验证、软件演化、软件项目管理、 软件开发工具与环境、基于构件的计算、形式化 方法、软件可靠性、专用系统开发等。
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按计算机的规模以及性能指标
巨型计算机，也称为超级计算机，它采用大规模并行处理的 体系结构，通常包含数以千万计的CPU。主要用于军事（如 核武器和反导弹）、空间技术、长期天气预报、石油探测、 生物信息处理等尖端科学领域。
大型计算机，指速度快、存储容量大、通信联网功能完善、 可靠性高、安全性好、有丰富的系统软件和应用软件的计算 机，通常含有几十个甚至更多个CPU。一般用于为企业或政 府的数据提供集中的存储、管理和处理，承担主要服务器 （企业级服务器）的功能，在信息系统中起到核心作用。
(6) 通用性强。各种系统软件和应用软件的迅速发展， 不仅使计算机易于操作，而且大大扩展了计算机的功能，计 算机不仅可以进行科学计算，还具有管理功能、模拟功能、 控制功能、图形处理功能等，计算机成为了一种有多种用途 的计算工具。
1.1.3 计算机的分类
按其内部逻辑结构进行分类： 16位、32位或64位计算机等；
1.1.2 计算机的特点
(1) 运算速度快。2016年“神威•太湖之光”以9.3亿亿 次每秒的速度成为世界上运算速度最快的超级计算机。
(2) 计算精度高。由于计算机内部采用浮点数（也就是 科学计数法）表示方法，而且计算机的字长为64位甚至更长， 从而使计算结果具有很高的精度。
(3) 存储容量大。计算机具有内存储器和外存储器，内 存储器用来存储正在运行的程序和数据，外存储器用来存储 需要长期保存的数据。目前，微型计算机的内存容量一般可 以达到几个GB甚至更多，硬盘容量则可以达几个TB。
美国ILLIAC-IV计算机是第一台全面使用大规模集成电路作 为逻辑元件和存储器的计算机，它标志着计算机的发展已到了 第四代。1975年，美国阿姆尔公司研制成470V/6型计算机， 随后日本富士通公司生产出的M-190机，是比较有代表性的第 四代计算机。
1.2.1 计算机发展简史
第五代电子计算机
1.1.2 计算机的特点
(4) 计算自动化。由于计算机可以存储程序，从而使得 计算机可以在程序的控制下自动地完成各种操作，而无需人 工干预。
(5) 连接与网络化。计算机设置了各种接口，可以实现 网络连接，从而方便地进行资源共享与信息交流，覆盖全球 的互联网已进入普通家庭，正在日益改变着人们的生活、学 习与工作习惯。
第1章 绪论
1.1 计算机概述
1.1.1 什么是计算机
计算机的诞生
举世公认的第一台电子计算机ENIAC是1946年2月15日 在美国宾夕法尼亚大学莫尔学院研制成功的，每秒能进行 5000次加法运算。
计算机定义
计算机是一种能按照事先存储的程序，自动地、高速地、 精确地进行大量数值计算，并且具有记忆（存储）能力、逻 辑判断能力和可靠性能 的数字化信息处理能力的现代 化智能电子设备。
1.1.3 计算机的分类
服务器指的是网络中专门为其他计算机提供资源和服务的那 些计算机及相关软件，巨、大、中、小、微各种计算机原理 上都可以作为服务器使用。
个人计算机，也称个人电脑、PC机或微型计算机。个人计 算机分成台式机和便携机（笔记本、平板式计算机）两大类。
嵌入式计算机通常嵌入在单个微处理器芯片上，程序固化在 ROM中，而且把存储器、输入/输出控制与接口电路等也都 集成在芯片中，甚至把电子系统的模拟电路、数字/模拟混 合电路和无线通信使用的射频电路等也都集成在单个芯片中。 应用于手机、数码相机、MP3播放器、计算机外围设备、 电视机机顶盒、汽车和空调等产品中，执行着特定的任务。
1.2.1 计算机发展简史
第二代计算机 第二代计算机主要采用晶体管为基本元件，体积缩小、
功耗降低，提高了速度（每秒运算可达几十万次）和可靠性； 用磁芯作主存储器，外存储器采用磁盘、磁带等；程序设计 采用高级语言，如FORTRAN、COBOL、ALGOL等；在软 件方面还出现了操作系统。
1954年，美国贝尔实验室研制成功第一台使用晶体管线 路的计算机，取名“催迪克” （TRADIC）。它装有800个 晶体管。1955年，美国在阿塔拉斯洲际导弹上装备了以晶 体管为主要元件的小型计算机。
1.2.1 计算机发展简史
第三代电子计算机
第三代计算机的基本电子元件是每个基片上集成几个到十 几个电子元件（逻辑门）的小规模集成电路和每片上几十个 元件的中、小规模集成电路，主存储器采用半导体存储器， 运算速度可达每秒几十万次至几百万次基本运算。在软件方 面，操作系统日趋完善。
1964年4月7日，美国IBM公司同时在14个国家，全美 63个城市宣告，世界上第一个采用集成电路的通用计算机系 列IBM 360系统研制成功，该系列有大、中、小型计算机， 共6个型号，它兼顾了科学计算和事务处理两方面的应用，各 种机器全都相互兼容，适用-于各方面的用户，具有全方位的 特点，正如罗盘有360度刻度一样，所以取名为360。
第五代电子计算机是智能电子计算机，它是一种有知识、 会学习、能推理的计算机，具有能理解自然语言、声音、文 字和图像的能力，并且具有说话的能力，使人机能够用自然 语言直接对话。它可以利用已有的和不断学习到的知识，进 行思维、联想、推理，并得出结论。它能解决复杂问题，具 有汇集、记忆、检索有关知识的能力。 第六代1.2.1 计算机发展简史
第一代电子计算机
1946年2月15日，世界上第一台通用电子数字计算机 ENIAC（埃尼阿克）宣告研制成功。“埃尼阿克”计算机的 最初设计方案是由36岁的美国工程师莫奇利于1943年提出 的，计算机的主要任务是分析炮弹轨道。“埃尼阿克”共使 用了18 000个电子管，另加1500个继电器以及其他器件， 其总体积约90m3,重达30t，占地170m2，需要用一间30多 米长的大房间才能存放，是个地道的庞然大物。这台耗电量 为140KW的计算机，运算速度为每秒5000次加法，或者 400次乘法。
1.2.1 计算机发展简史
第四代计算机 第四代计算机采用大规模集成电路（Large Scale
Integration，LSI）和超大规模集成电路（Very Large Scale Integration，VLSI）为主要电子器件制成的计算机。例如 Intel Corei 7处理器的芯片集成度达到了14亿个晶体管。
巨型计算机，也称为超级计算机，它采用大规模并行处理的 体系结构，通常包含数以千万计的CPU。主要用于军事（如 核武器和反导弹）、空间技术、长期天气预报、石油探测、 生物信息处理等尖端科学领域。
大型计算机，指速度快、存储容量大、通信联网功能完善、 可靠性高、安全性好、有丰富的系统软件和应用软件的计算 机，通常含有几十个甚至更多个CPU。一般用于为企业或政 府的数据提供集中的存储、管理和处理，承担主要服务器 （企业级服务器）的功能，在信息系统中起到核心作用。
(6) 通用性强。各种系统软件和应用软件的迅速发展， 不仅使计算机易于操作，而且大大扩展了计算机的功能，计 算机不仅可以进行科学计算，还具有管理功能、模拟功能、 控制功能、图形处理功能等，计算机成为了一种有多种用途 的计算工具。
1.1.3 计算机的分类
按其内部逻辑结构进行分类： 16位、32位或64位计算机等；
1.1.2 计算机的特点
(1) 运算速度快。2016年“神威•太湖之光”以9.3亿亿 次每秒的速度成为世界上运算速度最快的超级计算机。
(2) 计算精度高。由于计算机内部采用浮点数（也就是 科学计数法）表示方法，而且计算机的字长为64位甚至更长， 从而使计算结果具有很高的精度。
(3) 存储容量大。计算机具有内存储器和外存储器，内 存储器用来存储正在运行的程序和数据，外存储器用来存储 需要长期保存的数据。目前，微型计算机的内存容量一般可 以达到几个GB甚至更多，硬盘容量则可以达几个TB。
美国ILLIAC-IV计算机是第一台全面使用大规模集成电路作 为逻辑元件和存储器的计算机，它标志着计算机的发展已到了 第四代。1975年，美国阿姆尔公司研制成470V/6型计算机， 随后日本富士通公司生产出的M-190机，是比较有代表性的第 四代计算机。
1.2.1 计算机发展简史
第五代电子计算机
1.1.2 计算机的特点
(4) 计算自动化。由于计算机可以存储程序，从而使得 计算机可以在程序的控制下自动地完成各种操作，而无需人 工干预。
(5) 连接与网络化。计算机设置了各种接口，可以实现 网络连接，从而方便地进行资源共享与信息交流，覆盖全球 的互联网已进入普通家庭，正在日益改变着人们的生活、学 习与工作习惯。
第1章 绪论
1.1 计算机概述
1.1.1 什么是计算机
计算机的诞生
举世公认的第一台电子计算机ENIAC是1946年2月15日 在美国宾夕法尼亚大学莫尔学院研制成功的，每秒能进行 5000次加法运算。
计算机定义
计算机是一种能按照事先存储的程序，自动地、高速地、 精确地进行大量数值计算，并且具有记忆（存储）能力、逻 辑判断能力和可靠性能 的数字化信息处理能力的现代 化智能电子设备。
1.1.3 计算机的分类
服务器指的是网络中专门为其他计算机提供资源和服务的那 些计算机及相关软件，巨、大、中、小、微各种计算机原理 上都可以作为服务器使用。
个人计算机，也称个人电脑、PC机或微型计算机。个人计 算机分成台式机和便携机（笔记本、平板式计算机）两大类。
嵌入式计算机通常嵌入在单个微处理器芯片上，程序固化在 ROM中，而且把存储器、输入/输出控制与接口电路等也都 集成在芯片中，甚至把电子系统的模拟电路、数字/模拟混 合电路和无线通信使用的射频电路等也都集成在单个芯片中。 应用于手机、数码相机、MP3播放器、计算机外围设备、 电视机机顶盒、汽车和空调等产品中，执行着特定的任务。
1.2.1 计算机发展简史
第二代计算机 第二代计算机主要采用晶体管为基本元件，体积缩小、
功耗降低，提高了速度（每秒运算可达几十万次）和可靠性； 用磁芯作主存储器，外存储器采用磁盘、磁带等；程序设计 采用高级语言，如FORTRAN、COBOL、ALGOL等；在软 件方面还出现了操作系统。
1954年，美国贝尔实验室研制成功第一台使用晶体管线 路的计算机，取名“催迪克” （TRADIC）。它装有800个 晶体管。1955年，美国在阿塔拉斯洲际导弹上装备了以晶 体管为主要元件的小型计算机。
1.2.1 计算机发展简史
第三代电子计算机
第三代计算机的基本电子元件是每个基片上集成几个到十 几个电子元件（逻辑门）的小规模集成电路和每片上几十个 元件的中、小规模集成电路，主存储器采用半导体存储器， 运算速度可达每秒几十万次至几百万次基本运算。在软件方 面，操作系统日趋完善。
1964年4月7日，美国IBM公司同时在14个国家，全美 63个城市宣告，世界上第一个采用集成电路的通用计算机系 列IBM 360系统研制成功，该系列有大、中、小型计算机， 共6个型号，它兼顾了科学计算和事务处理两方面的应用，各 种机器全都相互兼容，适用-于各方面的用户，具有全方位的 特点，正如罗盘有360度刻度一样，所以取名为360。
第五代电子计算机是智能电子计算机，它是一种有知识、 会学习、能推理的计算机，具有能理解自然语言、声音、文 字和图像的能力，并且具有说话的能力，使人机能够用自然 语言直接对话。它可以利用已有的和不断学习到的知识，进 行思维、联想、推理，并得出结论。它能解决复杂问题，具 有汇集、记忆、检索有关知识的能力。 第六代1.2.1 计算机发展简史
第一代电子计算机
1946年2月15日，世界上第一台通用电子数字计算机 ENIAC（埃尼阿克）宣告研制成功。“埃尼阿克”计算机的 最初设计方案是由36岁的美国工程师莫奇利于1943年提出 的，计算机的主要任务是分析炮弹轨道。“埃尼阿克”共使 用了18 000个电子管，另加1500个继电器以及其他器件， 其总体积约90m3,重达30t，占地170m2，需要用一间30多 米长的大房间才能存放，是个地道的庞然大物。这台耗电量 为140KW的计算机，运算速度为每秒5000次加法，或者 400次乘法。
1.2.1 计算机发展简史
第四代计算机 第四代计算机采用大规模集成电路（Large Scale
Integration，LSI）和超大规模集成电路（Very Large Scale Integration，VLSI）为主要电子器件制成的计算机。例如 Intel Corei 7处理器的芯片集成度达到了14亿个晶体管。