计算机导论第一章 绪论

1、计算机导论计算机导论 计算机导论u 第一章 绪论 计算机的特点及分类 本章主要内容计算机的产生计算机的发展计算机的用途1.11.21.31.41.1 计算机的产生u介绍n计算机无疑是20世纪最伟大的发明之一，微型机的出现以及计算机网络的发展，大大促进了社会的信息化进程以及知识经济的发展，引起了社会的深刻变革。目前，计算机已经广泛的应用于各行各业，逐渐改变着我们的工作、生活和学习方式。1.1 计算机的产生u发展历程算筹：算筹：以纵横两种排列方式来表示单位数目。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

2、此类推，遇零则置位用纵式，千位用横式，以此类推，遇零则置空。空。数字数字纵式纵式横式横式1 2 3 4 5 6 7 8 919981.1 计算机的产生u发展历程算盘：算盘：通过手动完成从低位到高位的数字传送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，数位则由算珠的位，数字由算珠的数量表示，数位则由算珠的位置来确定。置来确定。梁档1.1 计算机的产生u发展历程机械式计算机：机械式计算机：借助于各种机械装置自动传送十借助于各种机械装置自动传送十进位，而机械装置的动力来自计算人员的手。进位，而机械装置的动力来自计算人员的手。u1642年法国数学家年法国数学家帕斯卡帕斯卡（B.Pasca

3、l） 基于齿基于齿轮技术制造了一台能够进行轮技术制造了一台能够进行加法和减法运算的计加法和减法运算的计算器算器。被称为人类历史上第一台机械式计算机。被称为人类历史上第一台机械式计算机。1.1 计算机的产生u发展历程 1673年德国数学家年德国数学家莱布尼茨莱布尼茨制造了一个能进行制造了一个能进行加、减、乘、除及开方加、减、乘、除及开方运算的计算机。这是继帕运算的计算机。这是继帕斯卡加法机后，计算工具的又一进步。斯卡加法机后，计算工具的又一进步。 1.1 计算机的产生u发展历程 1822年英国数学家年英国数学家巴贝奇巴贝奇设计了差分机（计设计了差分机（计算平方表和函数数值表），算平方表和函数数值

4、表），1834年他又提出年他又提出分析机的设想。是提出用程序控制计算思想的分析机的设想。是提出用程序控制计算思想的第一人。第一人。1.1 计算机的产生u发展历程机电式计算机：机电式计算机：使用电力做动力，但计算机构本身还使用电力做动力，但计算机构本身还是机械的。是机械的。 1888年美国人年美国人霍勒瑞斯霍勒瑞斯制造第一台机电式计算机。制造第一台机电式计算机。1.1 计算机的产生u发展历程 1944年，在年，在IBM公司的资助下，由美国人公司的资助下，由美国人霍霍华德华德艾肯艾肯提出的自动序列控制演算器（提出的自动序列控制演算器（Mark I）正式在哈佛大学投入运行。）正式在哈佛大学投入运行。

5、1.1 计算机的产生u发展历程 1936年，英国剑桥大学数学家年，英国剑桥大学数学家图灵图灵发表了著名的发表了著名的“理想计算机理想计算机”的论文，的论文，提出了现代通用数字计算机的数学模型提出了现代通用数字计算机的数学模型，这种理论机器被称为，这种理论机器被称为图灵机图灵机。 他是世界上公认的计算机科学的奠基他是世界上公认的计算机科学的奠基人。人。为纪念图灵对计算机科学的贡献，为纪念图灵对计算机科学的贡献，美国计算机学会美国计算机学会19661966年创立了年创立了“图灵奖图灵奖”，每年颁发给在计算机科学领域的领，每年颁发给在计算机科学领域的领先研究人员，号称计算机业界和学术界先研究人员，号

6、称计算机业界和学术界的诺贝尔奖。的诺贝尔奖。 图灵1.1 计算机的产生u发展历程1946年年2月，美国宾夕法尼亚大月，美国宾夕法尼亚大学工程师学工程师埃克特埃克特和物理学家和物理学家莫莫奇利奇利为首的数十人共同开发了为首的数十人共同开发了世界上第一台通用电子数字计世界上第一台通用电子数字计算机埃尼阿克算机埃尼阿克 （ENIAC）（The Electronic Numerical Integrator and Computer，电子，电子数值积分计算机）。数值积分计算机）。1.1 计算机的产生u发展历程被公认为第一台使用电子线被公认为第一台使用电子线路来执行算术、逻辑运算和路来执行算术、逻辑运算

7、和信息存储工作的计算机。奠信息存储工作的计算机。奠定了电子计算机的发展基础，定了电子计算机的发展基础，开辟了计算机科学技术的新开辟了计算机科学技术的新纪元。纪元。1.1 计算机的产生长：长：30.48米米宽：宽：1米米占地面积：占地面积：170平方米平方米操作台：操作台：30个个重量：重量：30吨吨耗电量：耗电量：150千瓦千瓦造价：造价：48万美元万美元真空管：真空管：17468个个水晶二极管：水晶二极管：7200个个速度：速度：5000次次/秒秒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 美籍华裔科学家美籍华裔科学家朱传榘朱传榘19

8、19年生于天津，年生于天津，1939年赴美留学，年赴美留学，1946年在美年在美国宾夕法尼亚大学与其他国宾夕法尼亚大学与其他5人共同发明了世界上第一台人共同发明了世界上第一台计算机计算机ENIAC，获得电子和，获得电子和电气工程师协会（电气工程师协会（IEEE）的）的“ 计 算 机 先 驱 奖计 算 机 先 驱 奖 ”（Computer Pioneer Award）。）。1.1 计算机的产生u ENIAC的主要任务是的主要任务是分析分析炮弹轨迹。炮弹轨迹。当当ENIAC公开展出时公开展出时，一条炮弹的轨道用，一条炮弹的轨道用20s就能算出来，比就能算出来，比炮弹本身的飞行速度炮弹本身的飞行速度

9、还快。还快。1.1 计算机的产生u 1946年年6月美籍匈牙利数学家冯月美籍匈牙利数学家冯诺依曼等提出关于电子计算装置诺依曼等提出关于电子计算装置逻辑逻辑结构设计结构设计的研究报告。电子计算机应的研究报告。电子计算机应该是：该是：以以二进制二进制为运算基础，采用为运算基础，采用0,1符号符号编码；编码；采用采用存储程序存储程序方式工作。并进一步明方式工作。并进一步明确确其结构其结构应由应由五五个部分组成：个部分组成：运算器运算器、控制器控制器、存储器存储器、输入装置输入装置和和输出输出装置装置。至今绝大部分的计算机还是采用冯至今绝大部分的计算机还是采用冯诺依曼计算机模式。诺依曼计算机模式。Jo

10、hn von Neumann冯冯 诺依曼诺依曼1.21 计算机的发展简史u 1.第一代计算机第一代计算机（1946年年1958年）年）逻辑器件使用逻辑器件使用电子管电子管运算速度为每秒运算速度为每秒几千几千次次没有计算机软件，使用机器语言编制程序没有计算机软件，使用机器语言编制程序主要用于军事和科学计算主要用于军事和科学计算体积大、耗能高、速度慢体积大、耗能高、速度慢电子管1.21 计算机的发展简史2.第二代计算机第二代计算机（1959年年1964年）年） 使用使用晶体管晶体管代替了电子管代替了电子管 运算速度每秒运算速度每秒几十万几十万次次 提出了操作系统的概念（系统管理软件），开始提出了操

11、作系统的概念（系统管理软件），开始使用使用FORTRAN等高级语言等高级语言 不仅用于科学计算，还用于数据处理和事务处理不仅用于科学计算，还用于数据处理和事务处理 体积缩小、能耗降低、速度显著提高体积缩小、能耗降低、速度显著提高晶体管1.21 计算机的发展简史u3.第三代计算机第三代计算机（1965年年1971年）年） 用小规模或中规模用小规模或中规模集成电路集成电路； 运算速度达到每秒运算速度达到每秒几十万几十万次到次到几百万几百万次次 出现了操作系统以及结构化程序设计的方法出现了操作系统以及结构化程序设计的方法 开始应用于各个领域开始应用于各个领域小规模集成电路1.21 计算机的发展简史u

12、4.第四代计算机第四代计算机（1972年现在）年现在） 使用了使用了大规模集成电路和超大规模集成电路大规模集成电路和超大规模集成电路 运算速度从每秒运算速度从每秒几百万几百万次到次到亿万亿万次以上次以上 操作系统不断完善，计算机软件产业高度发展操作系统不断完善，计算机软件产业高度发展 进入到人们生产、生活的各个领域进入到人们生产、生活的各个领域超大规模集成电路1.22 我国计算机的发展n第一代电子管计算机研制(1958-1964年) 1958年年8月月1日，我国第一台通用小型计算机日，我国第一台通用小型计算机103机机研制成功研制成功 1959年年10月月1日，我国第一台大型通用计算机日，我国

13、第一台大型通用计算机104机机研制成功研制成功 1960年，我国第一台自行设计的计算机年，我国第一台自行设计的计算机107机机研研制成功，运算速度为制成功，运算速度为250次每秒次每秒 1964年，我国第一台自行设计的大型通用计算机年，我国第一台自行设计的大型通用计算机119机机研制成功，浮点运算速度为研制成功，浮点运算速度为5万次每秒万次每秒1.22 我国计算机的发展n第二代晶体管计算机研制(1965-1972年) 1965年年4月，我国第一台自行设计的晶体管月，我国第一台自行设计的晶体管计算机计算机441-B通过国家鉴定，运算速度为通过国家鉴定，运算速度为1.2万次每秒浮点运算万次每秒浮点

14、运算 1967年年9月，大型通用晶体管计算机月，大型通用晶体管计算机109丙丙研制成功，浮点运算速度为研制成功，浮点运算速度为11.5万次每秒万次每秒1.22 我国计算机的发展n第三代基于中小规模集成电路的计算机研制(1973-80年代初)1973年8月，集成电路计算机150机研制成功1983年11月，研制成功我国第一台大型向量机-757机1983年11月，运算速度为1亿次每秒的向量巨型计算机银河-在国防科技大学研制成功1.22 我国计算机的发展n第四代基于超大规模集成电路的计算机研制(80年代中期至今) 1985年研制成功与年研制成功与IBM PC机兼容的机兼容的长城长城0520CH微机微机

15、 1992年年11月，研制成功月，研制成功10亿次每秒的亿次每秒的银河银河- 1997年年6月，研制成功月，研制成功130亿次每秒的亿次每秒的银河银河- 1.22 我国计算机的发展 1993年年10月中科院计算所研制成功月中科院计算所研制成功曙光一号计算机曙光一号计算机 1995年以后，研制成功年以后，研制成功曙光曙光1000/2000/3000/4000A 2008年年6月，超级计算机月，超级计算机曙光曙光5000A研制成功，使用了研制成功，使用了 6600颗颗AMD巴塞罗那型巴塞罗那型4核处理器，峰值运算速度达到每秒核处理器，峰值运算速度达到每秒230万亿次，万亿次，世界高性能计算机排名第

16、十世界高性能计算机排名第十1.22 我国计算机的发展 2009年年10月月29， “天河一号天河一号”千万亿次超级计算机千万亿次超级计算机系统，居美国之后，这个速度意味着，如果用系统，居美国之后，这个速度意味着，如果用“天河一天河一号号”计算一天，一台当前主流微机得算计算一天，一台当前主流微机得算160年。年。“天河天河一号一号”的存储量，则相当于的存储量，则相当于4个国家图书馆藏书量之和。个国家图书馆藏书量之和。1.22 我国计算机的发展2002年年9月，我国首枚具有自主知识产权的高性月，我国首枚具有自主知识产权的高性能通用能通用 CPU芯片芯片龙芯龙芯1号号通过鉴定通过鉴定2006年年9月

17、，增强型月，增强型龙芯龙芯2号号龙芯龙芯2E通过鉴定，通过鉴定，主频最高达到主频最高达到1GHz，定点运算速度达到每秒，定点运算速度达到每秒20亿亿次次2007年年5月月2日，性能更优的日，性能更优的龙芯龙芯2F开始流行开始流行1.22 我国计算机的发展2011年年4月，北京龙芯中科技术服务中心有限公司月，北京龙芯中科技术服务中心有限公司宣布宣布8核龙芯核龙芯3B处理器已于今年年初流片成功处理器已于今年年初流片成功作为国家作为国家“核高基核高基”重大专项的主要研发成果之重大专项的主要研发成果之一，未来，龙芯一，未来，龙芯3B将主要应用于高性能计算机、高将主要应用于高性能计算机、高性能服务器、大

18、型超算中心等领域性能服务器、大型超算中心等领域1.23 计算机的发展趋势 在五十多年的时间里，计算机的性能得到了惊人的提高，计算机的价格不断大幅下降，为计算机的普及创造了有利的条件。计算机的应用有力地推动了国民经济的发展和科学技术的进步，同时也对计算机技术提出了更高的要求，从而促进了计算机的进一步发展。以超大规模集成电路为基础，未来的计算机将向巨型化、微型化、网络化与智能化的方向发展。1.31 计算机的特点1.运算速度快：运算速度快：每秒数万亿次每秒数万亿次2.计算精度高：计算精度高：理论上不受限制理论上不受限制3.存储能力强：存储能力强：存储容量越来越大存储容量越来越大4.具有逻辑判断能力：

19、具有逻辑判断能力：算术运算、逻辑运算、判算术运算、逻辑运算、判断或比较断或比较5.具有自动执行能力：具有自动执行能力：无需人工干预无需人工干预1.32 计算机的分类1.按计算机用途分类按计算机用途分类通用计算机通用计算机：为了能够解决各种问题，具有较强：为了能够解决各种问题，具有较强的通用性而设计的计算机。它具有一定的运算速的通用性而设计的计算机。它具有一定的运算速度和存储容量，带有通用的外设，配备各种系统度和存储容量，带有通用的外设，配备各种系统软件和应用软件软件和应用软件专用计算机专用计算机：为了解决一个或一类特定问题而专：为了解决一个或一类特定问题而专门设计的计算机。其软硬件的配置依据解

20、决问题门设计的计算机。其软硬件的配置依据解决问题的需要而定的需要而定1.32 计算机的分类2.按处理对象分类按处理对象分类数字式电子计算机数字式电子计算机：处理非连续：处理非连续变化的数据变化的数据，这，这些数据在时间上是离散的。其基本运算部件是数字些数据在时间上是离散的。其基本运算部件是数字逻辑电路逻辑电路模拟式电子计算机模拟式电子计算机：处理连续变化的数据，这些：处理连续变化的数据，这些数据在时间上是连续的。其基本运算部件是由运算数据在时间上是连续的。其基本运算部件是由运算放大器构成的微分器、积分器和通用函数运算器等放大器构成的微分器、积分器和通用函数运算器等组成组成混合式电子计算机混合式

21、电子计算机：可处理数字量和模拟量：可处理数字量和模拟量1.32 计算机的分类3.按规模和处理能力分类（按规模和处理能力分类（IEEE）巨型机巨型机：超级计算机，功能最强，价格最贵：超级计算机，功能最强，价格最贵小巨型机小巨型机：与巨型机相比，价格大幅降低：与巨型机相比，价格大幅降低大型机大型机：主机，具有很强的管理和处理数据的能：主机，具有很强的管理和处理数据的能力，在大企业、银行等单位使用力，在大企业、银行等单位使用小型机小型机：中小企业，：中小企业，VAX-II, DJS-2000工作站工作站：高档微机，具有很强的图形处理能力，：高档微机，具有很强的图形处理能力，应用于计算机辅助设计，应用

22、于计算机辅助设计，Sun工作站工作站个人计算机个人计算机：IBM PC，Apple1.32 计算机的分类4.按照计算机工作模式分类按照计算机工作模式分类服务器服务器：一种可供网络用户共享的，高性能和计：一种可供网络用户共享的，高性能和计算机、服务器一般具有大容量的存储设备和丰富的算机、服务器一般具有大容量的存储设备和丰富的外部设备外部设备工作站工作站：工作站是一种高档的微机系统。其最突：工作站是一种高档的微机系统。其最突出的特点是图形性能优越，具有很强的图形交互处出的特点是图形性能优越，具有很强的图形交互处理能力，因此在工程领域、特别是在计算机辅助设理能力，因此在工程领域、特别是在计算机辅助设计（计（CAD）领域得到了广泛运用。）领域得到了广泛运用。1.4 计算机的用途1.科学计算：科学计算：解决科学技术和工程设计中存在的大解决科学技术和工程设计中存在的大量的数学计算问题。量的数学计算问题。2.信息处理：信息处理：信息处理是对原始数据进行收集、整信息处理是对原始数据进行收集、整理、存储和输出等的加工过程。如财务管理、理、存储和输出等的加工过程。如财务