第1章1.1計算機概述

第1章計算機基礎(chǔ)知識1.1

計算機概述1.1計算機概述1、計算機發(fā)展簡史計算工具機械化電子化計算工具計算機的始祖是計算工具。遠古的人們用石頭來計算捕獲的獵物，石頭就是他們的計算工具。著名科普作家阿西莫夫說，人類最早的計算工具是手指中國古人常用“結(jié)繩”來幫助記事，“結(jié)繩”當然也可以充當計算工具。計算工具算籌算籌是圓形竹棍，它長23.86厘米、橫截面直徑是0.23厘米。到公元六、七世紀的隋朝，算籌長度縮短，圓棍改成方的或扁的。根據(jù)文獻記載，算籌除竹籌外，還有木籌、鐵籌、玉籌和牙籌。

祖沖之(429—500年)計算工具算盤大約六、七百年前，中國人發(fā)明了算盤。最早的體系化算法(算法口訣)。算圣劉洪及其發(fā)明的珠算盤。計算工具計算尺

17世紀，數(shù)學和計算工具的發(fā)展重心轉(zhuǎn)移到了歐洲。

1642年，法國數(shù)學家物理學家帕斯卡發(fā)明加法機，這是人類歷史上第一臺機械式計算機。

機械式計算機

1674年，德國數(shù)學家萊布尼茲發(fā)明乘法機，這是第一臺可以運行完整的四則運算的計算機。

機械式計算機“編織”的程序英國曼徹斯特“科學與工業(yè)博物館”中的杰卡德編織機(1805年發(fā)明)布喬的穿孔卡片思想在杰卡德的自動編織機上實現(xiàn)——程序控制思想的萌芽正面?zhèn)让鏅C械式計算機

1822年，英國數(shù)學家巴貝奇發(fā)明差分機，專門用于航海和天文計算。這是最早采用寄存器來存儲數(shù)據(jù)的計算機，體現(xiàn)了早期程序設計思想的萌芽。機械式計算機1834年，巴比奇設計了分析機的模型。機械式計算機1888年，美國人赫爾曼·霍勒斯發(fā)明了制表機，它采用穿孔卡片進行數(shù)據(jù)處理，并用電氣控制技術(shù)取代了純機械裝置。機械式計算機1904年，英國人弗萊明發(fā)明真空電子二極管。1906年，美國人德弗雷斯特發(fā)明了電子三極管。標志著人類科技史進入了一個新的時代：電子時代。弗萊明真空電子二極管德弗雷斯特電子三極管圖靈與“理想計算機”理論模型圖靈1912年6月23日，出生于英國倫敦。……1935年，年僅23歲的圖靈，被選為劍橋大學國王學院院士。1936年，提出“圖靈機”的構(gòu)想?！?949年，成為世界上第一位把計算機實際用于數(shù)學研究的科學家?！?954年6月7日，圖靈被發(fā)現(xiàn)死于家中的床上，床頭還放著一個被咬了一口的蘋果。圖靈(Turing)獎被公認為計算機界的“諾貝爾”獎，由美國計算機學會于1966年創(chuàng)立。中國科學院院士、清華大學姚期智教授是迄今為止獲得此項殊榮的唯一亞裔計算機科學家。電子計算機的誕生ENIAC時間：1946年2月14日地點：美國賓夕法尼亞大學莫爾學院主要人物和單位：約翰·莫克利

美國陸軍彈道研究所美國陸軍阿伯丁彈道實驗室計算機名稱：ENIAC英文名稱：ElectronicNumericalIntegratorandCalculator(電子數(shù)字積分計算器)ENIAC主要指標：

占地170m2、重達30噸、6000個開關(guān)、7000個電阻、10000個電容、1500個繼電器、18000個電子管、50萬條線、功率140KW。

運算速度：

5000次加法/秒，3/1000秒時間內(nèi)做完兩個10位數(shù)乘法。主要用途：

彈道計算的數(shù)值分析計算機的基本概念計算機（Computer）：是由一系列電子元器件組成的，能夠存儲程序并按程序自動、高速、精確地進行信息存儲、傳送與加工的電子裝置。計算機的主要工作是數(shù)值計算與信息處理。集成電路Integrated超大規(guī)模集成電路

LargeScaleIntegration第四代（71～至今）

電子元件晶體管transistor第二代（59年～65年）

電子管vacuumtube第一代（46年～58年

）第三代（66年～70年）

代次起止年份所用電子元器件運算速度應用領(lǐng)域第一代1946~1958電子管5千~3萬次/秒科學計算第二代1959~1965晶體管幾萬~幾十萬次/秒工程設計數(shù)據(jù)處理第三代1966~1970中、小規(guī)模集成電路幾十萬~幾百萬次/秒工業(yè)控制數(shù)據(jù)處理第四代1971~今大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路上億條指令/秒工業(yè)、生活等各方面計算機各個發(fā)展階段的比較當電子計算機發(fā)展到第四代時，出現(xiàn)了微型計算機。微型計算機是以微處理器為核心的計算機。微處理器（中央處理器CPU—CentralProcessingUnit）將運算器和控制器集成在一塊芯片上。我們所使用的計算機就是微型計算機。Intel、AMD英特爾（Intel）公司是全球最大的半導體芯片制造商，它成立于1968年，具有44年產(chǎn)品創(chuàng)新和市場領(lǐng)導的歷史。1971年，英特爾推出了全球第一個微處理器。微處理器所帶來的計算機和互聯(lián)網(wǎng)革命，改變了整個世界。

AMD公司專門為計算機、通信和消費電子行業(yè)設計和制造各種創(chuàng)新的微處理器、閃存和低功率處理器解決方案，AMD致力為技術(shù)用戶——從企業(yè)、政府機構(gòu)到個人消費者——提供基于標準的、以客戶為中心的解決方案。微軟（Microsoft）公司是全球最大的電腦軟件公司，在操作系統(tǒng)（Windows）和辦公軟件（Office）方面扮演著壟斷者地位。公司于1975年由比爾·蓋茨和保羅·艾倫成立。第一代微處理器（1971年～1972年）

世界上第一臺微處理器是1971年美國Intel公司生產(chǎn)的4位微處理器4004。1972年又生產(chǎn)出8位微處理器8008。微處理器的發(fā)展第二代微處理器（1973年～1977年）

第二代微處理器主要有Intel公司的8位微處理器8080／8085。微處理器的發(fā)展第三代微處理器（1977年～1984年）

超大規(guī)模集成電路工藝成熟，一個硅片上可容納幾萬個管子，主要產(chǎn)品有Intel8088/808616位微處理器。

1980年以后生產(chǎn)80286、M68010集成度達十萬管／片。微處理器的發(fā)展第四代微處理器（1985年～1993年）

出現(xiàn)了32位微處理器Intel80386和M68020。由它們構(gòu)成的整機稱為超級微型機。微處理器的發(fā)展第五代微處理器1993年推出了Pentium微處理器（中文名稱為“奔騰”）。微處理器的發(fā)展2005年，英特爾讓首顆內(nèi)含2個處理核心的IntelPentiumD處理器登場，從而正式揭開了處理器多核心時代。微處理器的發(fā)展2006年,Core微架構(gòu)桌面處理器，命名為Core2(酷睿2)Duo/Extreme家族微處理器的發(fā)展2010年1月，英特爾酷睿處理器家族全新Corei3/i5/i7系列處理器在北京發(fā)布。i3代表低端產(chǎn)品雙核i5代表中端產(chǎn)品雙核和四核i7代表高端產(chǎn)品四核和六核微處理器的發(fā)展微處理器的發(fā)展年代時間（年）字長（位）典型產(chǎn)品第一代1971~19734/8Intel4004,Intel4040第二代1974~19778Intel8080,MotorolaM6800第三代1978~198416Intel8086,Intel8088第四代1985~199232Intel80386,Intel80486第五代1993~64Pentium,Pentium4計算機的分類、特點和應用計算機的分類按計算機處理對象分類

數(shù)字計算機、模擬計算機和混合計算機。按計算機使用范圍分類

通用計算機和專用計算機兩類。按計算機工作模式分類

服務器和工作站按計算機規(guī)模分類

巨型機、大/中型機、小型機、微型機、單片機。計算機的分類、特點和應用計算機的特點運算速度快具有“記憶”能力，存儲容量大（存儲程序）計算精度高、可靠性強具有邏輯判斷能力高度自動化（自動控制）運算速度快計算精度高計算圓周率(π)中國的古代科學家祖沖之利用算籌，耗費多年心血，才把圓周率計算到小數(shù)點后7位數(shù)。一千多年后，英國人商克斯(W.Shanks)耗費了10余年的光陰，才計算到小數(shù)點后707位。使用ENIAC進行計算，僅用了40秒就達到了這個記錄，還發(fā)現(xiàn)商克斯的計算中，第528位是錯誤的。它的功能遠比不上今天最普通的一臺微型計算機。運算次數(shù)用MIPS（每秒百萬次）或GIPS（每秒億萬次）來作為計量單位?，F(xiàn)在借助于超級計算機，人們已經(jīng)得到π的27000億位精度。計算機的分類、特點和應用計算機的應用科學計算（數(shù)值計算）信息處理（也稱數(shù)據(jù)處理）過程控制輔助技術(shù)：計算機輔助設計、制造和教學CAD/CAM/CAI辦公自動化網(wǎng)絡通信人工智能（ArtificialIntelligence,AI）家庭生活計算機的發(fā)展趨勢發(fā)展方向微型化：體積小、耗電量低巨型化：存儲容量大、運算速度高、功能越強。網(wǎng)絡化：智能化：神經(jīng)計算機多媒體化計算機的發(fā)展趨勢

融入新技術(shù)使得計算機功能越來越強。新一代計算機主要用于支持知識庫的智能計算機、神經(jīng)網(wǎng)絡計算機和生物計算機等。超導計算機SuperconductingComputer量子計算機QuantumComputer光子計算機PhotonComputer生物計算機BioComputer神經(jīng)計算機NeuralComputer計算機的發(fā)展趨勢大型機時代

——許多人共享一臺大機器個人電腦時代

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