計算機基礎知識

1、第一章 計算機基礎知識 計算機基礎知識教案 世界上第一臺計算機（ENIAC）安 樂棗陽市職教中心課題 11計算機技術概述教學目的要求1掌握計算機的起源、發(fā)展階段及發(fā)展趨勢；2掌握計算機的分類及特點；3掌握計算機的應用。教學重點難點1計算機的特點；2計算機的應用課 型：新授教學方法：講授法、練習法、討論法教學過程：組織教學課前介紹，導入新課、 自我介紹、 課程介紹及要求（作業(yè)、上課）、 學習方法一、計算機的發(fā)展史及發(fā)展趨勢1計算機的起源計算機最早是作為一種先進的數(shù)值計算工具而產(chǎn)生的。計算工具的發(fā)展，經(jīng)歷了漫長的歷史，而且總是與人類社會生產(chǎn)、經(jīng)濟、文化的發(fā)展相聯(lián)系的。20世紀以來，產(chǎn)生了電子技術，

2、并取得了迅速的發(fā)展。第二次世界大戰(zhàn)期間，美國軍方為解決計算大量軍用數(shù)據(jù)的難題，在美國陸軍部的贊助下成立了由賓夕法尼亞大學莫奇利（John William Mauchly）和?？颂兀↗PresperEckert）領導的研究小組，經(jīng)過三年緊張的研制工作，第一臺電子數(shù)字積分機和計算機，簡稱ENIAC（Electronic Numerical Intergratorand Calculator）終于在1946年2 月14日問世了，它是世界上第一臺電子數(shù)字計算機。ENIAC是一個龐然大物，它使用了18000多只電子管，1500個繼電器，功率140千瓦，重量30噸，占地約170平方米，運算速度達到每秒50

3、00次。ENIAC雖然有存儲數(shù)據(jù)的存儲器，然而由指令組成的程序則由控制盤上的布線或穿孔卡片的方式存儲。運算之前，先要按照程序用手工把相應的電路接通或由讀卡機讀卡以執(zhí)行各個指令，既費時又費力，無法發(fā)揮它的運算速度。這一問題引起了在美國工作的匈牙利數(shù)學家馮諾依曼（Von Neumann）的注意，他與賓夕法尼亞大學摩爾電機系小組合作發(fā)展了“存儲程序”的概念，提出了“馮諾依曼原理”，確立了計算機由輸入器、存儲器、運算器、控制器、輸出器等五個基本部件組成的結構，而且將指令也和數(shù)據(jù)一樣地存儲和處理。依照此原則制成的第一臺存儲程序、順序控制的計算機EDSAC于1946年在英國的劍橋大學投入使用。直到今天，我

4、們使用的計算機仍遵循此原則，稱作馮諾依曼計算機。在電子計算機產(chǎn)生的過程中，英國科學家圖靈（Turing）在計算機理論方面，做了許多開創(chuàng)性的工作。2計算機的發(fā)展簡史自世界上第一臺電子計算機問世至今，不過短短的幾十年，已經(jīng)走過了四代的歷程，堪稱世界上發(fā)展最快的高新技術之一。通常，各代產(chǎn)品是以構成電子計算機的物理器件的變化劃分的，同時，也伴隨著計算機軟件的發(fā)展和變化。） 第一代：電子管時代(1946年1957年)當時的電子計算機采用電子管作為基本的電子元件，體積大、功耗大、價格昂貴，而且可靠性不高、維修復雜、運行速度為每秒執(zhí)行加法運算一千次到一萬次。程序設計使用機器語言和符號語言。） 第二代：晶體管

5、時代(1958年1964年)這一時期的電子計算機采用晶體管作為基本電子元件。機器的體積減小、功耗減少、可靠性增高、價格降低、運算速度加快，每秒可執(zhí)行加法運算達十萬次到一百萬次。程序設計主要使用高級語言。）第三代：集成電路時代(1965年1970年)這時的電子計算機采用中、小規(guī)模集成電路作為基本電子元件。集成電路是利用光刻技術將許多邏輯電路集中在體積很小的半導體芯片上，每塊芯片上可容納成千上萬個晶體管。采用集成電路不僅大大縮短了電子線路，減小了體積和質(zhì)量，而且大大減少了功耗、增強了可靠性，節(jié)約了信息傳遞的時間，提高了運算速度，達到每秒可執(zhí)行加法運算一百萬次到一千萬次。出現(xiàn)了操作系統(tǒng)，程序設計主要

6、使用高級語言。）第四代：大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路時代(1970年現(xiàn)在)第四代電子計算機的顯著特點是大規(guī)模或超大規(guī)模集成電路技術的運用。一般來說，每個芯片的集成度達萬個晶體管，為大規(guī)模集成電路；萬到萬個晶體管，即為超大規(guī)模集成電路。微電子技術以每兩年集成度翻兩番的速度前進，集成度已達幾千萬單元。第四代計算機在語言和操作系統(tǒng)方面發(fā)展很快，形成了軟件工程。在應用方面，全面建立計算機網(wǎng)絡，將相互獨立的計算機、終端群和外部設備，通過通信線路的聯(lián)接，構成計算機網(wǎng)，實現(xiàn)了計算機之間的實時信息交流。3計算機的發(fā)展趨勢目前，正在研究的智能計算機是一種具有類似人的思維能力，能“說”、“看”、“聽”、“想”、“做”

7、；能替代人的一些體力勞動和腦力勞動。不久的將來，還會出現(xiàn)速度更快、功能更強、更接近于人腦的光子計算機和生物計算機。總而言之，現(xiàn)代計算機的發(fā)展正朝著巨型化、微型化的方向發(fā)展，計算機的傳輸和應用正朝著網(wǎng)絡化、智能化的方向發(fā)展，并越來越廣泛地應用于我們的工作、生活、學習中，對社會和生活起到不可估量的影響。二、計算機的分類及特點1計算機可以從不同的角度進行分類。2計算機的特點計算機的主要特點表現(xiàn)在以下幾個方面計算機的運算速度快、計算精度高、存儲功能強、具有邏輯判斷能力和自動運行能力等。1）運算速度快運算速度是計算機的一個重要性能指標。計算機的運算速度通常用每秒鐘執(zhí)行定點加法的次數(shù)或平均每秒鐘執(zhí)行指令的

8、條數(shù)來衡量。運算速度快是計算機的一個突出特點。計算機的運算速度已由早期的每秒幾千次（如ENIAC機每秒鐘僅可完成5000次定點加法）發(fā)展到現(xiàn)在的最高可達每秒幾千億次乃至萬億次。這樣的運算速度是何等的驚人！計算機高速運算的能力極大地提高了工作效率，把人們從浩繁的腦力勞動中解放出來。過去用人工曠日持久才能完成的計算，而計算機在“瞬間”即可完成。曾有許多數(shù)學問題，由于計算量太大，數(shù)學家們終其畢生也無法完成，使用計算機則可輕易地解決。2）計算精度高在科學研究和工程設計中，對計算的結果精度有很高的要求。一般的計算工具只能達到幾位有效數(shù)字（如過去常用的四位數(shù)學用表、八位數(shù)學用表等），而計算機對數(shù)據(jù)的結果精

9、度可達到十幾位、幾十位有效數(shù)字，根據(jù)需要甚至可達到任意的精度。3）存儲容量大計算機的存儲器可以存儲大量數(shù)據(jù)，這使計算機具有了“記憶”功能。目前計算機的存儲容量越來越大，已高達千兆數(shù)量級的容量。計算機具有“記憶”功能，是與傳統(tǒng)計算工具的一個重要區(qū)別。4）具有邏輯判斷功能計算機的運算器除了能夠完成基本的算術運算外，還具有進行比較、判斷等邏輯運算的功能。這種能力是計算機處理邏輯推理問題的前提。5）自動化程度高，通用性強由于計算機的工作方式是將程序和數(shù)據(jù)先存放在機內(nèi)，工作時按程序規(guī)定的操作，一步一步地自動完成，一般無須人工干預，因而自動化程度高。這一特點是一般計算工具所不具備的。三、計算機的應用1科學

10、計算和數(shù)據(jù)處理1）科學計算科學計算是計算機的重要應用領域之一。其特點是計算量大和數(shù)值變化范圍大。主要應用領域是天文學、量子化學、空氣動力學和核物理學等領域，此外在其他學科和工程設計方面也都得到了廣泛的應用。2）數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理是計算機應用最廣泛的領域。是利用計算機對大量的數(shù)據(jù)、文字、圖像等信息進行收集、存儲、分類、檢索、排序、匯總、統(tǒng)計等處理。它的特點是數(shù)據(jù)量大而計算并不復雜。主要應用在企業(yè)管理中的財務管理、人事管理、倉儲管理、圖書檢索以及銀行業(yè)務等方面。2工業(yè)控制和實時控制計算機實時控制過程就是計算機及時收信、檢測和分析被控對象的有差數(shù)據(jù)，按照某種最佳的控制規(guī)律進行高速運算并根據(jù)計算結果發(fā)出控制信號，進行自