第一章 算机概计述.ppt

1、目 录,计算机系统维护与局域网实践,主讲：图书馆 信息技术部 郭鉴欣,第一章：计算机概述,计算机定义： 计算机是一种自动地、高速地、精确地、具有记忆功能（存储能力）、逻辑判断能力、可靠性的数字化信息处理电子设备。,第一章：计算机概述,本章目标要求为： 1.了解计算机的定义，了解计算机的基本术语； 2.了解计算机的发展史； 3.了解计算机的分类； 4.了解计算机的应用领域；,计算机系统维护与局域网实践,第一章：计算机概述,1.计算机对其他科学领域的影响 2.网络媒体对我们生活的影响 3.电子商务改变我们生活方式,第一节 计算机的发展史,- 计算机对世界的影响,计算机系统维护与局域网实践,第一章：

2、计算机概述,据有关资料记载，早在17世纪时，欧洲就有众多的数学家开始设计和研制计算机。1642年，法国数学家，当时只有19岁的帕斯卡为了协助担任税务局长的父亲工作，制造成功了第一台“钟表齿轮式机械计算机”。他的这个机器仅仅能做加减法运算。在这个基础上，1678年德国数学家莱布尼兹发明了可做乘除运算的计算机。这些机械计算机的性能还远远无法满足人类日益发展的计算方面的需求。,一百多年后的1822年，英国数学家巴贝奇设计了一种比上述两台机器更先进的计算机，但是限于当时的工业制造水平，他的设计不能付诸制造，他的设计也就根本无法实现。在这以后的一百年间，随着电磁学、电工学以及电子学等科学领域相继获得了突

3、破性的发展，形成了许多新的成果，人类制造“电子计算机”的设想才有了更加深厚的理论基础和技术方面的可能性。直至20世纪40年代，在第二次世界大战期间，出于军事科研和制造的需要，才催生了第一代电子计算机。1944年1月，英国人为破译德军密码制造的“科洛萨斯”（音译，也被称为“巨人”计算机）和1946年2月诞生的、长期以来被称为“世界上第一台电子计算机”的“ENIAC”，都是这一时期的成果。,1642年,第一节 计算机的发展史,- 机械计算机,第一章：计算机概述,1674年发明的乘法计算机,第一节 计算机的发展史,- 机械计算机,计算机系统维护与局域网实践,查尔斯巴贝奇，机械计算机历史中最响亮的名字

4、，1812年设计了可以进行8位计算的小型计算机，23年实现20位计算，1830年开始了具有现代计算机特征的机械计算机研究，差分机（Difference Engine，差分机，引用了穿孔卡指令（储存数字的记忆体），连续控制，并可以进行几乎所有数学运算）。直到150多年后，英国科学家用了6年才将20页的图纸转化成为成品，这台差分机可以进行31位计算，那是1991年的事情了。 现在，微软的前任CEO内森麦沃尔德投资建立了第二架差分机已经运抵加州的计算机历史博物馆，在那里，将有专门受训的操作人员来为游客展示机械计算机的魅力。,第一章：计算机概述,- 计算机的发展史,1822年研制的差分机,第一节 计算

5、机的发展史,- 机械计算机,第一章：计算机概述,- 计算机的发展史,第一节 计算机的发展史,- 机械计算机,第一章：计算机概述,第一节 计算机的发展史,- 电动机械计算机,1930年,第一章：计算机概述,第一节 计算机的发展史,- 电动机械计算机,1941年研制的Z-3型计算机,第一章：计算机概述,第一节 计算机的发展史,- 电动机械计算机,1943年12月，“巨人”计算机运行,计算机系统维护与局域网实践,第一章：计算机概述,- 计算机的发展史,集中营里发明袖珍计算器-“库塔”Curta 全机械计算器,第一台能够用一只手拿着的精确计算器是机械式的，而不是电子的。它可以进行加减乘除运算，而且能够

6、帮助计算平方根。与功能类似的计算尺不同，其计算结果至少可以精确到11位。 这种计算器的发明者是库特赫兹斯塔克 ，第二次世界大战时他被关押在布痕瓦尔德集中营，为了活命在这期间完成了该设计。他采用了新颖的数学和机械技术以节省空间和重量。1945年4月11日他几乎快完成他的绘图时，二战结束了，一直到1947年才真正制作出来。,六十年代科学美国人宣称它为万能钥匙：“库塔”是用于各种算术运算的精确计算器。它可以进行加、减、乘、除、开方和立方根等运算以及科学和商贸中出现的各种其他计算购买之前可以先进行测试。售价125美元。 据说 Curta 计算器一共生产了140000台，其中I型80000台，II弄60

7、000台，但在1970年Curta停止生产，如今成为了炙手可热的收藏品。,库特赫兹斯塔克,计算机系统维护与局域网实践,集中营里发明袖珍计算器-“库塔”Curta 全机械计算器,第一章：计算机概述,- 计算机的发展史,计算机系统维护与局域网实践,用它计算355除以113。先用拇指拨动螺旋轴上的输入钮，然后转动曲柄将第一个数输入机器中。接着输入第二个数，抬起曲柄再次旋转。“库塔”的计算齿轮与步进鼓的9补码齿相啮合。钢制传动轴通过直角小齿轮传送这一运动，而后送到结果寄存器中。当我旋转曲柄时，控制、逻辑和数位也绕着曲柄轴旋转。旋转曲柄20多次之后，结果弹出到小输出窗口上。,“库塔”计算器,集中营里发明

8、袖珍计算器-“库塔”Curta 全机械计算器,第一章：计算机概述,- 计算机的发展史,计算机系统维护与局域网实践,第一章：计算机概述,约1946-1957年 第一台电子计算机（电子管） 5000 4万次/秒、体重30吨、占地170平方米、18800只电子管、耗电150KW 用于科学计算。,电子管：体积大、耗能大、发热量大。,计算机的发展过程 第一代电子管时代,计算机系统维护与局域网实践,第一章：计算机概述,ENIAC采用电子管作为计算机的基本元件，每秒可进行5000次加减运算。它使用了 电子管17468只， 二极管7200个， 电阻器70000多个， 电容器10000多只， 继电器6000只，

9、 焊接点多达50万之巨。 占地面积为170平方米左右， 总重量达到30吨。 运算速度5000次/秒 造价40万美元 其运算速度超出机电式计算机至少在1000倍以上。它的运算结果标志着电子计算机的创世，人类从此大步迈进了电脑时代的门槛。 ENIAC机的问世具有划时代的意义，表明计算机时代的到来，在以后的40多年里，计算机技术发展异常迅速，在人类科技史上还没有一种学科可以与电子计算机的发展速度相提并论。,计算机的发展过程 第一代电子管时代,计算机系统维护与局域网实践,第一章：计算机概述,电子管,符号,计算机的发展过程 第一代电子管时代,计算机系统维护与局域网实践,第一章：计算机概述,电阻器,符号：

10、R 单位：欧姆,计算机系统维护与局域网实践,第一章：计算机概述,继电器：,符号：K 单位：亨利 H,第一章：计算机概述,计算机系统维护与局域网实践,第一章：计算机概述,1945年，由美国生产了第一台全自动电子数字计算机“埃尼阿克”(英文缩写词是ENIAC，即Electronic Numerical Integrator and Calculator，中文意思是电子数字积分器和计算器)。它是美国奥伯丁武器试验场为了满足计算弹道需要而研制成的。主要发明人是电气工程师普雷斯波埃克特(J. Prespen Eckert)和物理学家约翰莫奇勒博士(John W. Mauchly)。这台计算机1946年2

11、月交付使用，共服役9年。,计算机的发展过程 第一代电子管时代,计算机系统维护与局域网实践,第一章：计算机概述,晶体管,1954年，贝尔实验室制成了第一台晶体管计算机，因为晶体管比电子管功耗少、体积小、质量轻、工作电压低、工作可靠性好。使计算机体积大大缩小，工作的可靠性大大提高。1957年，美国研制成功了全部使用晶体管的计算机，第二代计算机诞生了。第二代计算机的运算速度比第一代计算机提高了近百倍。第二代计算机的主要逻辑部件采用晶体管，内存储器主要采用磁芯，外存储器主要采用磁盘，输入和输出方面有了很大的改进，价格大幅度下降。,计算机的发展过程 第二代晶体管时代,计算机系统维护与局域网实践,第一章：

12、计算机概述,1951年3月，由ENIAC的主要设计者莫克利和埃克特设计的第一台通用自动计算机UNIVAC-I交付使用。它不仅能作科学计算，而且能作数据处理。,UNIVAC-I第一次采用磁带机作外存储器，首先用奇偶校验方法和双重运算线路来提高系统的可靠性，并最先进行了自动编程的试验。,计算机的发展过程 第二代晶体管时代,计算机系统维护与局域网实践,第一章：计算机概述,计算机的发展过程 第二代晶体管时代,1953年,1983年12月22日：“银河”计算机研制成功,1983年12月22日，中国第一台每秒钟运算一亿次以上的“银河”巨型计算机，由国防科技大学计算机研究所在长沙研制成功。它填补了国内巨型计

13、算机的空白，标志着中国进入了世界研制巨型计算机的行列。,计算机的发展过程 第二代晶体管时代,第一章：计算机概述,第三代：集成电路计算机60年代初期，美国的基尔比和诺伊斯发明了集成电路，引发了电路设计革命。随后，集成电路的集成度以每3-4年提高一个数量级的速度增长。1962年1月，IBM公司采用双极型集成电路，生产了IBM360系列计算机。 DEC公司（现并入 COMP叫公司）交付了数千台PDP小型计算机。第三代计算机用集成电路作为逻辑元件，使用范围更广，尤其是一些小型计算机在程序设计技术方面形成了三个独立的系统：操作系统、编译系统和应用程序，总称为软件。值得一提的是，操作系统中“多道程序”和“

14、分时系统”等概念的提出，结合计算机终端设备的广泛使用，使得用户可以在自己的办公室或家中使用远程计算机。,计算机的发展过程 第三代集成电路时代,第一章：计算机概述,约1971年-90年代：大规模集成电路电子计算机 。几百万几亿 次/秒。广泛应用于各个领域。,第四代：大规模集成电路计算机1971年发布的Intel4004，是微处理器（CPU）的开端，也是大规模集成电路发展的一大成果。INTEL4004用大规模集成电路把运算器和控制器做在一块芯片上，属4位微处理器、以后随着高科技的发展相继出现了8位、16位、32位等微处理器，PC机从286、386、486、586、奔腾、奔腾二代、奔腾三代、奔腾四，

15、个人电脑（PC）不断更新换代，日益风靡世界。第四代计算机以大规模集成电路作为逻辑元件和存储器，使计算机向着微型化和巨型化两个方向发展。从第一代到第四代，计算机的体系结构都是相同的，即都由控制器，存储器，运算器和输入输出设备组成，称为冯诺依曼体系结构。,计算机的发展过程 第四代大规模集成电路,第一章：计算机概述,当今最快的计算机“走鹃”,2008年6月美国国际商用机器公司（IBM）和美国能源部宣称，美国已研制出新一代全球最快计算机，最大运算速度每秒1000万亿次，比此前全球最快计算机、IBM研制的“蓝色基因/L”快1倍多。,第一章：计算机概述,美国国家核安全管理局行政管理员托马斯达戈斯蒂诺说，这

16、台电脑一天的计算量相当于地球上60亿人每周7天、每天24小时不吃不喝用计算器算46年。 计算机名为“走鹃”，取自新墨西哥州州鸟之名。“走鹃”由IBM和新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验所历时6年研发，造价1.33亿美元，它眼下被放置在IBM位于纽约波基普西的实验室中，占地557平方米，连接光纤长91.7公里。“走鹃”重226.8吨，存储空间80万亿字节。 “走鹃”共采用116640个处理器，其中12960个为经过改良的IBMCell8核微处理器。 思考：我们日常生活中普通PC机的速度是多少？3GHz?,当今最快的计算机“走鹃”,从国防科技大学获悉：在国际TOP500组织正式发布的世界超级计算机50

17、0强排名中，由该校计算机学院研制的我国首台千万亿次超级计算机系统“天河一号”排名第五、亚洲第一。这是我国在世界超级计算机TOP500排名中取得的最好名次，表明我国超级计算机研制技术已进入世界前列，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系统的国家。,我国首台千万亿次超级计算机“天河一号”。,第一章：计算机概述,我国首台千万亿次超级计算机“天河一号”系统配置,我国首台千万亿次超级计算机“天河一号”。,我国首台千万亿次超级计算机“天河一号”用数值模拟方法预报台风。,我国首台千万亿次超级计算机“天河一号”。,我国科研人员通过“天河一号”辅助设计飞机气动外形。,我国首台千万亿次超级计算机“

18、天河一号”。,说起超级计算机,你首先可能会想起庞大的身躯和冷冰冰的机架.但是谁能了解计算的艺术呢? 事实上世界第九大,欧洲最大超级计算机MareNostrum就是这么一台又强大又有艺术感的超级计算机,它位于Barcelona Supercomputing Center (BSC).,世界上最漂亮的超级计算机,世界上最漂亮的超级计算机,世界上最漂亮的超级计算机,世界上最漂亮的超级计算机,计算机系统维护与局域网实践,第一章：计算机概述,第五代 智能计算机1981年,日本东京召开了一次第五代计算机-智能计算机研讨会,随后制定出研制第五代计算机的长期计划.第五代计算机的系统设计中考虑了编制知识库管理软

19、件和推理机,机器本身能根据存储的知识进行判断和推理.同时,多媒体技术得到广泛应用,使人们能用语音,图像,视频等更自然的方式与计算机进行信息交互。智能计算机的主要特征是具备人工智能，能像人一样思维，并且运算速度极快，其硬件系统支持高度并行和快速推理，其软件系统能够处理知识信息。神经网络计算机（也称神经计算机）是智能计算机的重要代表。,第六代：生物计算机半导体硅晶片的电路密集，散热问题难以彻底解决，大大影响了计算机性能的进一步发挥与突破。研究人员发现，遗传基因-脱氧核糖核酸（DNA）的双螺旋结构能容纳巨量信息，其存储量相当于半导体芯片的数百万倍。一个蛋白质分子就是一个存储体，而且阻抗低、能耗少、发

20、热量极小。基于此，利用蛋白质分子制造出基因芯片，研制生物计算机（也称分子计算机、基因计算机），已成为当今计算机技术的最前沿。生物计算机比硅晶片计算机在速度、性能上有质的飞跃，被视为极具发展潜力的“第六代计算机”。,第一节 计算机的发展史,计算机系统维护与局域网实践,第一章：计算机概述,计算机的发展过程见下表：,计算机系统维护与局域网实践,第一章：计算机概述,计算机发展到今天，已是琳琅满目、种类繁多，并表现出各自不同的特点。可以从不同的角度对计算机进行分类。,按计算机信息的表示形式和对信息的处理方式不同分为 ： 1、数字计算机（digital computer） 2、模拟计算机（analogue computer） 3、混合计算机,第二节 计算机的分类,第一章：计算机概述,按计算机的用途不同分为 ： 1、通用计算机（general purpose computer） 2、专用计算机（special purpose computer）,第二节 计算机的分类,计算机系统维护与局域网实践,第一章：计算机概述,按计算机运算速度快慢、存储数据量的大小、功能的强弱，以及软硬件的配套规模等不同又分为 ： 1、巨型机（giant computer） 2、大中型计算机（large-scale computer and medium-sca