第1章绪论(第三版32简化)

1、内容提要内容提要 本章主要将介绍计算机的定义、分类、本章主要将介绍计算机的定义、分类、特点、用途和发展等基本概念。特点、用途和发展等基本概念。 通过本章的学习，应理解计算机的基通过本章的学习，应理解计算机的基本概念。本概念。 计算机是一种能够按照事先存储的程序，自计算机是一种能够按照事先存储的程序，自动、高速地对动、高速地对数据数据进行输入、处理、输出和存储进行输入、处理、输出和存储的系统。的系统。 计算机能够完成的基本操作及其主要功能：计算机能够完成的基本操作及其主要功能：输入：接受由输入设备（如键盘、鼠标器、扫输入：接受由输入设备（如键盘、鼠标器、扫描仪等）提供的数据。描仪等）提供的数据。

2、处理：对数值、逻辑、字符等各种类型的数据处理：对数值、逻辑、字符等各种类型的数据进行操作，按指定的方式进行转换。进行操作，按指定的方式进行转换。输出：将处理所产生的的结果等数据送到相关输出：将处理所产生的的结果等数据送到相关输出设备。输出设备。存储：存储程序和数据。存储：存储程序和数据。1.1.1 1.1.1 什么是计算机什么是计算机 2. 按用途按用途 :通用计算机通用计算机专用计算机专用计算机计算机的分类计算机的分类1. 按处理的信号：按处理的信号：数字式计算机数字式计算机模拟式计算机模拟式计算机数模混和计算机数模混和计算机 3. 按规模按规模:巨型机巨型机 (Supercomputer)

3、大型机（大型机（ Mainframe)小型机小型机 (Minicomputer )微型机（微型机（PC: Personal Computer ）嵌入式计算机（单片机）嵌入式计算机（单片机） 1. 巨型机巨型机运算速度快、存储容量大，可达千万亿次每秒以上运算速运算速度快、存储容量大，可达千万亿次每秒以上运算速度，主存容量一般在几十千兆字节以上，字长在度，主存容量一般在几十千兆字节以上，字长在128位以上位以上2. 大型机大型机运算速度一般在亿次运算速度一般在亿次/秒，字长达秒，字长达64位以上，主存容量在几位以上，主存容量在几千兆字节以上。它有比较完善的指令系统，丰富的外部设千兆字节以上。它有比

4、较完善的指令系统，丰富的外部设备和功能齐全的软件系统。备和功能齐全的软件系统。3. 小型机小型机规模较小、结构简单、成本较低、操作简便、维护容易。规模较小、结构简单、成本较低、操作简便、维护容易。4. 微型机微型机采用微处理器、半导体存储器和输入输出接口等芯片组装，采用微处理器、半导体存储器和输入输出接口等芯片组装，具有体积更小、价格更低、通用性更强、灵活性更好、可具有体积更小、价格更低、通用性更强、灵活性更好、可靠性更高、使用更加方便等优点。靠性更高、使用更加方便等优点。5. 嵌入式嵌入式计算机计算机把运算器、控制器、存储器输入输出接口电路集成在一块把运算器、控制器、存储器输入输出接口电路集

5、成在一块芯片上，内嵌在其他设备中。芯片上，内嵌在其他设备中。运算速度快运算速度快 : 如巨型机可达千万亿次如巨型机可达千万亿次/秒。秒。 计算精度高：微型机的字长可达计算精度高：微型机的字长可达64位二进制。位二进制。具有记忆和逻辑判断功能具有记忆和逻辑判断功能:指能进行与、或、非等的指能进行与、或、非等的逻辑运算。逻辑运算。存储能力强：能够存储大量的各种信息。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

6、时计算机能对其问题做以依次逐条执行。人工干预时计算机能对其问题做出相应的回答。出相应的回答。1.1.3 1.1.3 计算机的特点计算机的特点 计算机所以能迅速发展，其生命力计算机所以能迅速发展，其生命力就在于它的广泛应用。最早设计计算机就在于它的广泛应用。最早设计计算机的目的是用于军事方面的科学计算，目的目的是用于军事方面的科学计算，目前，计算机及其应用已经渗透到社会的前，计算机及其应用已经渗透到社会的各行各业，正在改变着传统的工作、学各行各业，正在改变着传统的工作、学习和生活的方式，推动着社会的发展，习和生活的方式，推动着社会的发展，如：科研、工业、商业、军事、教育、如：科研、工业、商业、军

7、事、教育、医药、政府、娱乐、家庭等。医药、政府、娱乐、家庭等。 归纳起来主要有以下几种用途：归纳起来主要有以下几种用途：NoImage第一章第一章 微型计算机的系统结构与工作原理微型计算机的系统结构与工作原理 通常是指用于完成科学通常是指用于完成科学研究和工程技术中提出的数研究和工程技术中提出的数学问题的计算。这是计算机学问题的计算。这是计算机应用最早的领域，也是应用应用最早的领域，也是应用得较广泛的领域。得较广泛的领域。如：如： 的计算、的计算、中长期天气中长期天气预报及导弹预报及导弹发射中的计发射中的计算等。算等。1. 科学计算科学计算 计算机在科学计算和工程设计中的应用，不仅减轻计算机在

8、科学计算和工程设计中的应用，不仅减轻了大量繁琐的计算工作量，了大量繁琐的计算工作量，更重要的是，使得一些以往更重要的是，使得一些以往无法解决、无法及时解决或无法精确解决的问题得到圆无法解决、无法及时解决或无法精确解决的问题得到圆满的解决满的解决 。NoImage是指对大量的是指对大量的数据信息数据信息进行采集、查询、分进行采集、查询、分类、排序、统计、存储及传输等等加工处理。类、排序、统计、存储及传输等等加工处理。计算机发展初期，仅仅用于数值计算。但是计算机发展初期，仅仅用于数值计算。但是后来应用范围逐渐发展到非数值领域，这是计算后来应用范围逐渐发展到非数值领域，这是计算机应用最广泛的领域。机

9、应用最广泛的领域。如：企业生产管理系统、如：企业生产管理系统、物资管理系统、资料图书物资管理系统、资料图书管理系统、人事管理系统管理系统、人事管理系统等等。等等。2. 信息处理信息处理 NoImage3.实时控制实时控制 NoImage第一章第一章 微型计算机的系统结构与工作原理微型计算机的系统结构与工作原理4.计算机辅助工程计算机辅助工程NoImage计算机模拟人的智能。如机器人、专家计算机模拟人的智能。如机器人、专家系统、语音识别系统、图形图像等模式识别系统、语音识别系统、图形图像等模式识别系统。系统。5. 人工智能人工智能 NoImage 利用通信设备将异地利用通信设备将异地计算机系统连

10、接起来，实计算机系统连接起来，实现资源共享和信息传播。现资源共享和信息传播。如如：信息高速公路信息高速公路6.网络应用网络应用NoImage第一章第一章 微型计算机的系统结构与工作原理微型计算机的系统结构与工作原理电子商务电子商务 电 子 商 务 （ 源 于 英 文电 子 商 务 （ 源 于 英 文 E L E C T R O N I C COMMERCE简写简写EC），顾名思义包含两个方面：），顾名思义包含两个方面：一是电子方式，二是商贸活动，电子商务指的是利一是电子方式，二是商贸活动，电子商务指的是利用简单、快捷、低成本的电子通讯方式、买卖双方用简单、快捷、低成本的电子通讯方式、买卖双方不

11、谋面地进行商贸活动。不谋面地进行商贸活动。电子商务的真正发展是建立在电子商务的真正发展是建立在INTERNET技术技术上，所以也称上，所以也称IC(INTERNET COMMERCE).NoImage仪器仪表仪器仪表 将传感器与计算机将传感器与计算机集成于同一芯片上，智集成于同一芯片上，智能传感器不仅具有信号能传感器不仅具有信号检测、转换功能，同时检测、转换功能，同时还具有记忆、存储、解还具有记忆、存储、解析、统计、处理及自诊析、统计、处理及自诊断、自校准、自适应等断、自校准、自适应等功能。功能。7.仪器仪表与智能家电仪器仪表与智能家电NoImage智能家电智能家电NoImage 1 1、计算

12、机的诞生、计算机的诞生 战国时代算筹战国时代算筹, ,唐末出现算盘。唐末出现算盘。 16421642年法国数学家发明了加减法机械计算器。年法国数学家发明了加减法机械计算器。 16541654年英国人制造出第一把计算尺。年英国人制造出第一把计算尺。 16541654年德国数学家研制出能进行加减乘除的计算尺。年德国数学家研制出能进行加减乘除的计算尺。 18871887年出现了手摇计算机。年出现了手摇计算机。 19461946年美国诞生了第一台电子计算机年美国诞生了第一台电子计算机ENIACENIAC。 埃尼阿克（埃尼阿克（Electronic Numerical Integrator And El

13、ectronic Numerical Integrator And Calculator Calculator）, ,即电子数值积分计算机即电子数值积分计算机) )在美国宾夕法在美国宾夕法尼亚大学诞生尼亚大学诞生, ,为计算弹道和射击而设计为计算弹道和射击而设计, ,它的主要元器件它的主要元器件采用的是电子管。采用的是电子管。计算机的发展1642 Blaise Pascal1822 1822 差分机差分机 5000次加法次加法/秒秒 体重体重28吨吨 占地占地170m2 18800只电子管只电子管 1500个继电器个继电器 功率功率150KW世界上第一台计算机世界上第一台计算机ENIAC图1图

14、2图3 2 2、计算机的发展阶段、计算机的发展阶段（1 1）第一代计算机）第一代计算机电子管计算机时代，电子管计算机时代，194619462020世纪世纪5050年代末。年代末。电子管电子管作为主要逻辑部件。体积大，耗电量大，作为主要逻辑部件。体积大，耗电量大，寿命短，可靠性差，成本高。寿命短，可靠性差，成本高。采用电子射线管、磁鼓存储信息，容量小。采用电子射线管、磁鼓存储信息，容量小。输入输出装置落后，主要使用穿孔卡片，速度慢，输入输出装置落后，主要使用穿孔卡片，速度慢，容易出错，使用不方便。容易出错，使用不方便。软件软件: :使用机器语言和汇编语言编程。使用机器语言和汇编语言编程。典型机器

15、：典型机器：国外的：国外的：ENIAC 、UNIVAC。国内的：国内的：103、104等。等。电子管电子管（2 2）第二代计算机）第二代计算机晶体管计算机时代，晶体管计算机时代，1958195819641964年。年。主要特点：主要特点：晶体管晶体管作为主要逻辑部件，体积减小，重量减作为主要逻辑部件，体积减小，重量减轻，成本下降，能耗降低，可靠性和运算速度到轻，成本下降，能耗降低，可靠性和运算速度到了提高。了提高。采用磁芯作主存储器，磁盘、磁鼓作外存储器。采用磁芯作主存储器，磁盘、磁鼓作外存储器。软件方面有了系统软件（监控程序），提出了软件方面有了系统软件（监控程序），提出了操作系统的概念，出

16、现了高级语言。操作系统的概念，出现了高级语言。 这一时期的典型机器：这一时期的典型机器： 国外的：国外的：IBM7090IBM7090等等 国内的：国内的：441B441B等等晶体管晶体管（3 3）第三代计算机）第三代计算机 集成电路计算机时代，集成电路计算机时代， 1964196419721972年。年。中、小规模集成电路中、小规模集成电路做主要逻辑部件。做主要逻辑部件。采用采用半导体半导体存储器做主存储器。存储器做主存储器。软件：系统软件出现了分时操作系统，多用软件：系统软件出现了分时操作系统，多用户可以共享计算机资源。户可以共享计算机资源。程序设计方法：采用了结构化程序设计。程序设计方法

17、：采用了结构化程序设计。典型机器：典型机器：国外国外IBM-360等等;国内国内709等等集成电路集成电路（4 4）第四代计算机）第四代计算机大规模、超大规模集成电路计算机时代，大规模、超大规模集成电路计算机时代， 19721972年至今。年至今。大规模、超大规模集成电路大规模、超大规模集成电路作基本逻辑部件。作基本逻辑部件。存储器：半导体存储器；外存除了使用软、硬存储器：半导体存储器；外存除了使用软、硬磁盘外，引进了光盘。磁盘外，引进了光盘。输入输出设备：如鼠标、图像扫描仪、纯平及输入输出设备：如鼠标、图像扫描仪、纯平及液晶显示器、激光打印机、绘图仪等。液晶显示器、激光打印机、绘图仪等。各种

18、实用软件层出不穷。各种实用软件层出不穷。多媒体技术崛走。多媒体技术崛走。大规模集成电路大规模集成电路图表图表 逻辑元件逻辑元件程序设计程序设计语言语言运算速度运算速度内存容量内存容量第一代第一代1949194919571957电子管电子管机器语言机器语言汇编语言汇编语言几千次几千次/秒秒几几KB第二代第二代19581964晶体管晶体管FORTRANALGOL、COBOL几十万次几十万次/秒秒几十几十KB第三代第三代19651970中小规模中小规模集成电路集成电路操作系统操作系统和会话式和会话式语言语言百万次百万次/秒秒 第四代第四代1971大规模或大规模或超大规模超大规模集成电路集成电路 几百

19、万亿几百万亿 次次/秒秒 第五代智能化计算机正在研制之中，使计算机具有人工智能，像人第五代智能化计算机正在研制之中，使计算机具有人工智能，像人一样能看、听、说、思考，具有学习功能，能自动进行逻辑判断等一样能看、听、说、思考，具有学习功能，能自动进行逻辑判断等几几MB几百几百MB面向对象面向对象 3 3、计算机的发展趋势：、计算机的发展趋势：（1 1）微型化：微型化：追求体积的进一步缩小，运算速度追求体积的进一步缩小，运算速度进一步提高。微型化反映了计算机的应用程度。进一步提高。微型化反映了计算机的应用程度。目前，微型计算机已进入电视、电冰箱、空调器目前，微型计算机已进入电视、电冰箱、空调器等家

20、用电器、仪器仪表等小型设备中。等家用电器、仪器仪表等小型设备中。（2 2）巨型化：巨型化：追求大容量、高速度，为尖端科学追求大容量、高速度，为尖端科学领域的数值分析与计算提供有力的帮助。它代表领域的数值分析与计算提供有力的帮助。它代表了计算机的发展水平。了计算机的发展水平。（3 3）多媒体技术：多媒体技术：当前开发和研究的热点。其中当前开发和研究的热点。其中技术关键是处理视频和音频数据。技术关键是处理视频和音频数据。（4 4）非冯非冯 诺依曼体系结构：诺依曼体系结构：例如，神经网络计算机、例如，神经网络计算机、DNADNA计算机、光子计算机。计算机、光子计算机。（5 5）智能化：智能化：目前人

21、们正在研制第五代计算机，它目前人们正在研制第五代计算机，它具有类似人学习和推理的思维能力，能具有类似人学习和推理的思维能力，能“说说”、能、能“看看”、能、能“听听”、能、能“想想”、能、能“做做”，具有人，具有人的部分功能，能代替人的一些体力劳动和脑力劳动，的部分功能，能代替人的一些体力劳动和脑力劳动，是一种智能型的电子计算机。是一种智能型的电子计算机。（6 6）计算机与通信相结合的网络技术计算机与通信相结合的网络技术：计算机网络。：计算机网络。天河一号千万亿次超级计算机系统天河一号千万亿次超级计算机系统 新华网长沙新华网长沙1010月月2929日电：第一台国产千万亿次超级计日电：第一台国产

22、千万亿次超级计算机算机2929日在湖南长沙亮相，作为算盘这一古老计算器的发日在湖南长沙亮相，作为算盘这一古老计算器的发明者，中国拥有了历史上计算速度最快的工具。明者，中国拥有了历史上计算速度最快的工具。 每秒钟每秒钟12061206万亿次的峰值速度和每秒万亿次的峰值速度和每秒563.1563.1万亿次的万亿次的LinpackLinpack实测性能，使这台名为实测性能，使这台名为“天河一号天河一号”的计算机位的计算机位居同日公布的中国超级计算机前居同日公布的中国超级计算机前100100强之首，也使中国成强之首，也使中国成为继美国之后世界上第二个能够研制千万亿次超级计算机为继美国之后世界上第二个能

23、够研制千万亿次超级计算机的国家。的国家。 这个速度意味着，如果用这个速度意味着，如果用“天河一号天河一号”计算一天，一计算一天，一台当前主流微机得算台当前主流微机得算160160年。年。“天河一号天河一号”的存储量，则的存储量，则相当于相当于4 4个国家图书馆藏书量之和。个国家图书馆藏书量之和。 “ “天河一号天河一号”的设计始于的设计始于20082008年。国防科技大学是年。国防科技大学是“天河一号天河一号”的研制者。的研制者。19831983年面世的中国第一台亿次计年面世的中国第一台亿次计算机算机“银河一号银河一号”，同样诞生在这所大学。，同样诞生在这所大学。 20102010年年底之前，

24、这台由年年底之前，这台由103103个机柜组成、占地面积个机柜组成、占地面积近千平方米、总重量近千平方米、总重量155155吨的庞大计算机将安装到中国两吨的庞大计算机将安装到中国两个国家级超级计算中心之一的天津中心，向国内外用户提个国家级超级计算中心之一的天津中心，向国内外用户提供超级计算服务。供超级计算服务。 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，

25、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。 中文名：中文名：天河二号、TH-2 外文名：外文名： Tianhe-2、Milkyway-2 属属 性：性：超级计算机 开发国家：开发国家：中国 开发机构：开发机构：中国国防科技大学 公布时间：公布时间：2013年5月 世界排名：世界排名：第一位（截止2014年6月23日） 落户位置：落户位置：广州大学城广州超算中心 使用机构：使用机构：广州超级计算中心当美国计算机协会当美国计算机协会ACMACM在在19661966年纪念电子计算机诞年纪念电子计算机诞生生2020周年时，决