计算机基础知识讲义

第一节计算机的工作原理与发展

复习目的：1、了解计算机的概念

2、掌握计算机的工作原理、发展过程

3、要求对知识能熟练掌握之处，对重点内容能达到理解应用

复习重点：1、计算机的工作原理

2、计算机的发展、性能指标、特点

复习难点：计算机的性能指标的理解和应用

高考指南：这部分主要题型是单选题

复习过程及内容：一、计算机的工作原理

1、概念：计算机是一种能接收和存储信息，并按照存储在其内部的程序对输入的信息进行加工、处理，然后把处理结果输出的高度自动化电子设备。

2、计算机工作原理

也称冯.诺依曼原理（称存储程序原理）

①组成计算机的物理设备（硬件）包括运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五

个部分。

②所有程序和数据都以二进制形式存储在存储器中

③计算机系统在程序控制下自动运行

[典型题型分析]1、.简述冯.诺依曼原理的基本思想？（2004年高考题）

二、计算机的发展

1、计算机的发展

1946年在美国宾夕法尼亚大学由冯.诺依曼成功研制出世界上第一台电子计算机，称ENIAC（埃尼阿克）；随着电子技术的发展将计算机按电子计算机所采用的元器件将其划分为四代，现在向第五代过渡。（具体见下表1.1），

2、微型计算机的发展

20世纪70年代初,美国Intel公司等采用先进的微电子技术将运算器和控制器集成到一块芯片中,称之为微处理器(MPU)推动计算机进入了微型计算机时代(具体见表1.2)

3、我国计算机的发展情况

华罗庚教授是我国计算技术的奠基人和最主要的开拓者之一。当冯·诺依曼开创性地提出并着手设计存储程序通用电子计算机EDVAC时，正在美国Princeton大学工作的华罗庚教授参观过他的实验室，并经常与他讨论有关学术问题，华罗庚教授1950年回国，1952年在全国大学院系调整时，他从清华大学电机系物色了闵乃大、夏培肃和王传英三位科研人员在他任所长的中国科学院数学所内建立了中国第一个电子计算机科研小组。1956年筹建中科院计算技术研究所时，华罗庚教授担任筹备委员会主任。

我国从1957年开始研制通用数字电子计算机，1958年8月1日该机可以表演短程序运行，标志着我国第一台电子计算机诞生。为纪念这个日子，该机定名为八一型数字电子计算机。该机在738厂开始小量生产，改名为103型计算机(即DJS-1型)，共生产38台。

1958年5月我国开始了第一台大型通用电子计算机（104机）研制，以前苏联当时正在研制的БЭСМ-II计算机为蓝本，在前苏联专家的指导帮助下，中科院计算所、四机部、七机部和部队的科研人员与738厂密切配合，于1959年国庆节前完成了研制任务。

在研制104机同时，夏培肃院士领导的科研小组首次自行设计于1960年4月研制成功一台小型通用电子计算机－107机。

1964年我国第一台自行设计的大型通用数字电子管计算机119机研制成功，平均浮点运算速度每秒5万次，参加119机研制的科研人员约有250人，有十几个单位参与协作。

我国在研制第一代电子管计算机的同时，已开始研制晶体管计算机，1965年研制成功的我国第一台大型晶体管计算机（109乙机）实际上从1958年起计算所就开始酝酿启动。在国外禁运条件下要造晶体管计算机，必须先建立一个生产晶体管的半导体厂（109厂）。经过两年努力，109厂就提供了机器所需的全部晶体管（109乙机共用2万多支晶体管，3万多支二极管）。对109乙机加以改进，两年后又推出109丙机，为用户运行了15年，有效算题时间10万小时以上，在我国两弹试验中发挥了重要作用，被用户誉为“功勋机”。

我国工业部门在第二代晶体管计算机研制与生产中已发挥重要作用。华北计算所先后研制成功108机、108乙机(DJS-6)、121机(DJS-21)和320机(DJS-6)，并在738厂等五家工厂生产。哈军工（国防科大前身）于1965年2月成功推出了441B晶体管计算机并小批量生产了40多台。

我国第三代计算机的研制受到文化大革命的冲击。IBM公司1964年推出360系列大型机是美国进入第三代计算机时代的标志，我国到1970年初期才陆续推出大、中、小型采用集成电路的计算机。1973年，北京大学与北京有线电厂等单位合作研制成功运算速度每秒100万次的大型通用计算机。进入80年代，我国高速计算机，特别是向量计算机有新的发展。1983年中国科学院计算所完成我国第一台大型向量机－757机，计算速度达到每秒1000万次。这一记录同年就被国防科大研制的银河-I亿次巨型计算机打破。银河-I巨型机是我国高速计算机研制的一个重要里程碑，它标志着我国文革动乱时期与国外拉大的距离又缩小到7年左右（银河-I的参考机克雷-1于1976年推出）。

和国外一样，我国第四代计算机研制也是从微机开始的。1980年初我国不少单位也开始采用Z80，X86和M6800芯片研制微机。1983年12电子部六所研制成功与IBM PC机兼容的DJS-0520微机。10多年来我国微机产业走过了一段不平凡道路，现在以联想微机为代表的国产微机已占领一大半国内市场。

1992年国防科大研究成功银河-II通用并行巨型机，峰值速度达每秒4亿次浮点运算(相当于每秒10亿次基本运算操作)，总体上达到80年代中后期国际先进水平。

从90年代初开始，国际上采用主流的微处理机芯片研制高性能并行计算机已成为一种发展趋势。国家智能计算机研究开发中心于1993年研制成功曙光一号全对称共享存储多处理机。1995年，国家智能机中心又推出了国内第一台具有大规模并行处理机(MPP)结构的并行机曙光1000(含36个处理机)，峰值速度每秒25亿次浮点运算，实际运算速度上了每秒10亿次浮点运算这一高性能台阶。

1997年国防科大研制成功银河-III百亿次并行巨型计算机系统，采用可扩展分布共享存储并行处理体系结构，由130多个处理结点组成，峰值性能为每秒130亿次浮点运算，系统综合技术达到90年代中期国际先进水平。

国家智能机中心与曙光公司于1997至1999年先后在市场上推出具有机群结构的曙光1000A，曙光2000-I，曙光2000-II超级服务器，峰值计算速度已突破每秒1000亿次浮点运算，机器规模已超过160个处理机，2000年推出每秒浮点运算速度3000亿次的曙光3000超级服务器。2004年上半年推出每秒浮点运算速度1万亿次的曙光4000超级服务器。

综观40多年来我国高性能通用计算机的研制历程，从103机到曙光机，走过了一段不平凡的历程。总的来讲，国内外标志性计算机推出的时间，其中国外的代表性机器为ENIAC，IBM 7090，IBM 360，CRAY-1，Intel Paragon，IBM SP-2，国内的代表性计算机为103，109乙，150，银河-I，曙光1000，曙光2000。

计算机的发展趋势是智能化、巨型化、微型化、网络化、多媒体化。

[典型题型]1、第二代电子计算机的主要元件器件是（）

A、电子管

B、晶体管

C、小规模集成电路

D、大规模集成电路

相对应的第一代、第三代、第四代的电子元件必须记下。

2、微型计算机的分代是根据（）划分的。

A、体积

B、速度

C、微处理器

D、内存

3、世界上第一台电子计算机是（）年，由美国科学家（）发明的，其代号为ENIAC。

A、1945

B、1946

C、1947

D、1948

E、图灵

F、福雷斯特

G、莫奇里

H、冯.诺依曼

答案:1、B 2、C 3、B H

三、计算机的特点

○1处理速度快：用MIPS（每秒执行多少百万条指令）来衡量

○2计算精度高：用二进制码数来决定

○3记忆能力强：存储器能存储大量的数据和计算机程序

○4可靠的逻辑判断能力：用MTBF平均无故障工作时间衡量

○5可靠性高，通用性强。

[典型题型]1、下列数据都表示为计算机处理数据的位数，（）的精度最高

A、16位

B、32位

C、64位

D、128位

2、下列哪些是属于计算机的特点的是（）（多选）

A、处理速度快

B、可靠性高，通用性强

C、连续性

D、计算精度高

E、信息管理

3、在计算机领域中通常用ＭＩＰＳ来描述（）

Ａ、计算机的运算速度Ｂ、计算机字长

Ｃ、计算机可运行性能Ｄ、计算机的可护充性

答案：1、D 2、ABD 3、A

四、计算机的性能指标

○1主频：是指计算机CPU在单位时间内输出的脉冲数，其单位为MHZ。

○2字长：指运算部件能同时处理的二进制数据的位数。决定运算精度。

○3内存容量是指内存储器中能存储的信息总字节数（B）。