1.1 1.1 计计算机的起源与发展历程算机的起源与发展历程1.1.4 1.1.4 现代计算机的分类现代计算机的分类1.1.3 1.1.3 电子计算机的发展阶段电子计算机的发展阶段1.1.2 1.1.2 电子计算机的问世电子计算机的问世1.1.1 1.1.1 计算机的起源计算机的起源1.1.5 1.1.5 未来计算机技术发展展望未来计算机技术发展展望1.2 1.2 计算机在信息社会中的应用计算机在信息社会中的应用1.3.1 1.3.1 计算机系统的组成计算机系统的组成1.2.2 1.2.2 计算机应用与信息社会计算机应用与信息社会1.2.1 1.2.1 计计算机的特性与应用算机的特性与应用1.3.2 1.3.2 计计算机硬件系统的构成算机硬件系统的构成1.3 1.3 计算机系统的组成与工作原理计算机系统的组成与工作原理了解计算机的起源与发展历程，计算机在信息社会中的应用，掌握计算机的组成和计算机硬件系统的构成。教学目标及基本要求教学重点计算机的组成和计算机硬件系统的构成。第1讲 计算机应用基础知识概述(一)教学难点计算机硬件系统的构成。 计算机的起源 电子计算机的问世 电子计算机的发展阶段 现代计算机的分类 未来计算机技术发展展望教学内容第1讲 计算机应用基础知识概述(一)计算机的特性与应用计算机应用与信息社会计算机系统的组成计算机硬件系统的构成教学内容第1讲 计算机应用基础知识概述(一)1学时 教学时间第1讲 计算机应用基础知识概述(一)1.1 1.1 计算机的起源与发展历程计算机的起源与发展历程1.1.1 计算机的起源1最早的计算工具：人的双手（图1-1所示 ）图1-1 人的双手2劳动实践中发明的计算工具 原始社会：结绳、垒石 春秋战国：算筹 唐代末：算盘（图1-2所示）1.1.1 计算机的起源图1-2 算盘3十七世纪以来出现的计算工具 1622年英国数学家奥特瑞德 ：计算尺 1642年法国物理学家帕斯卡 ：齿轮式加减法器 1673年德国数学家莱布尼兹 ：能进行四则运算的机械式计算机 1.1.1 计算机的起源3近代的计算机发展 1822年英国数学家查尔斯巴贝奇 ：差分机 1834年英国数学家查尔斯巴贝奇 ：分析机 1944年美国科学家霍德华艾肯 ：提出用机电方法来实现巴贝奇分析机，制造出Mark I 计算机 1.1.1 计算机的起源已使计算机具 有输入、处理 、存储、输出 及控制5个基本 装置的构想， 建构了今天电 子计算机硬件 系统组成的基 本框架 。 1.1 1.1 计算机的起源与发展历程计算机的起源与发展历程1.1.2 电子计算机的问世1计算机发展中最杰出的代表人 物 英国的艾兰图灵 主要贡献：一是建立了图灵机（TM）的理论模型， 对数字计算机的一般结构、可实现性和局限性产生 了意义深远的影响；二是提出了定义机器智能的图 灵测试（Turing Test），奠定了“人工智能”的理 论基础。 计算机发展中最杰出的代表人物计算机发展中最杰出的代表人物 美籍匈牙利人冯诺依曼 在纯粹数学、应用数学、量子物理学、逻辑学、气 象学、军事学、计算机理论及应用、对策论和经济学 诸领域都有重要建树和贡献。首先提出了在计算机内存储程序的概念，使用单一 处理部件来完成计算、存储及通信工作，使具有“存 储程序”的计算机成为现代计算机的重要标志。1.1.2 1.1.2 电子计算机的问世电子计算机的问世 第一台电子计算机 ：埃尼亚克（ENIAC），如图1-3所示。 1946年2月14日诞生于美国。需要功率150 kW，17 000多只电 子管、10 000多只电容器、7 000多只电阻、1 500多个继电器 ，占地160 m2，重30 t，是名符其实的庞然大物。 优点：每秒能够完成加法运算5 000次。利用它计算炮弹从发 射到进入轨道的40个点仅用了3 s，而用手工操作台式计算机则 需710小时，速度提高了8 400倍以上。缺点：不能存储程序 、使用十进制数、且在机外用线路连接的方法来编排程序等严 重缺陷。 ENIAC宣告了电子计算机时代的到来。2计算机发展的“第一”第一台电子计算机：埃尼亚克第一台电子计算机：埃尼亚克 ( (ENIACENIAC) )图1-3 埃尼亚克(ENIAC)计算机发展的计算机发展的“第一第一” 第一台“存储程序”式计算机：EDVAC（离散变量自动电子计算机），1952年研制成功并投入使用，其运算速度是 ENIAC的 240倍。 第一台“存储程序”控制的实验室计算机： EDSAC ， 1949年5月在英国剑桥大学完成。 第一台“存储程序”控制的商品化计算机： UNIVAC-I，1951年问世。1.1 1.1 计算机的起源与发展历程计算机的起源与发展历程1.1.3 电子计算机的发展阶段1电子管计算机（19461957年 ） 组成：基本逻辑元件是电子管，内存储器采用水银延迟线或磁鼓，外存储器采用磁带等。 特点：速度慢，可靠性差，体积庞大，功耗高，价格昂贵。 编程语言：机器语言，汇编语言。 代表产品：ENIAC、EDSAC、UNIVAC-等。 应用领域：军事研究中的科学计算。 1.1.3 1.1.3 电子计算机的发展阶段电子计算机的发展阶段2晶体管计算机（19581964年 ） 组成：基本逻辑元件为晶体管，内存大量使用磁性材料制成的磁芯，外存采用磁盘和磁带。 特点：体积小，重量轻，速度快，逻辑运算功能强，可靠性大大提高。 编程语言：汇编语言，FORTRAN、COBOL等。 代表产品：IBM 700系列。 应用领域：扩展到数据处理和工业控制方面。 1.1.3 1.1.3 电子计算机的发展阶段电子计算机的发展阶段3集成电路计算机（19651970年 ） 组成：基本逻辑元件为中小规模集成电路，内存大量使用半导体存储器，而外存大量使用高速磁盘。 特点：体积、功耗减小，可靠性、运行速度提高，内存容量大，价格低。 编程语言：操作系统，BASIC，Pascal等。 代表产品：IBM 360和PDP-11等。 应用领域：已扩大到各个领域。 1.1.3 1.1.3 电子计算机的发展阶段电子计算机的发展阶段4大规模和超大规模集成电路计算机(1971年至 今) 组成：基本逻辑元件为大规模和超大规模集成电路。内存采用半导体存储器，外存则采用大容量磁盘和光盘。 特点：计算机速度达到每秒几百万次至上亿次。 编程语言：VC+等面向对象程序设计语言。 代表产品：巨型机，工作站，微型计算机，个人计算机（PC）等。 1.1 1.1 计算机的起源与发展历程计算机的起源与发展历程1.1.4 现代计算机的分类1巨型机：也称为超级计算 机 特点：占地最大，价格最贵，功能最强，浮点运算速度最快（1998年已达3.9万亿次/秒）。 应用领域：多用于战略武器（如核武器和反导弹武器）的设计，空间技术，石油勘探，中、长期天气预报以及社会模拟等领域。 是衡量一个国家经济实力与科技水平的重要标志。1.1.4 1.1.4 现代计算机的分类现代计算机的分类2小巨型机：也称为小型超级电脑或桌上超级计 算机 出现于20世纪80年代中期。该机的功能略低于巨型机，速度达1 GFLOPS，即每秒10亿次，而价格只有巨型机的十分之一，可满足一些特殊用户的需求。 3大型主机：也称为大型电脑 特点：大型、通用，具有很强的处理和管理能力。 应用领域：主要用于大银行、大公司、规模较大的高校和科研院所。1.1.4 1.1.4 现代计算机的分类现代计算机的分类4小型机 特点：结构简单，可靠性高，成本较低，不需要长期培训即可维护和使用。 应用领域：主要用于广大中、小用户。1.1.4 1.1.4 现代计算机的分类现代计算机的分类5工作站 特点：是介于PC与小型机之间的一种高档微机，其运算速度比微机快，且有较强的联网功能 。 应用领域：主要用于特殊的专业领域，例如图像处理、计算机辅助设计等。1.1.4 1.1.4 现代计算机的分类现代计算机的分类6个人计算机：也就是PC机 特点：设计先进（总是率先采用高性能处理器CPU）、软件丰富、功能齐全、价格便宜 。 应用领域：应用非常广泛，几乎无处不在，无所不用，除了台式的，还有膝上型、笔记本型、掌上型、手表型等。1.1.4 1.1.4 现代计算机的分类现代计算机的分类1.1 1.1 计算机的起源与发展历程计算机的起源与发展历程1.1.5 未来计算机发展展望计算机发展的整体趋势： 体积 变小 性能 提高 速度 提高 1.1.5 未来计算机发展展望1超越冯诺依曼结构（两个方向 ） 创建新的程序设计语言，即所谓的“非冯诺依曼语言”：LISP、PROLOG和F.P.LISP语言等。 从计算机元件方面，提出了与人脑神经网络相类似的新型超大规模集成电路的设想，即“分子芯片”。1.1.5 未来计算机发展展望2高速计算机 新近研制的“空气胶滞体”导线在传输信号的过程中几乎不吸收任何信号，并可以降低电耗，从而成倍地提高计算机的运行速度。 运算速度最快的Linux超级计算机：美国IBM公司制造的两台IBM Linux集群计算机，每秒可执行2万亿次浮点运算。1.1.5 未来计算机发展展望3生物计算机（20世纪80年代中期开始） 特点：采用了生物芯片，由蛋白质分子构成。信息以波的形式传播，运算速度非常快，能耗低，存储能力大，具有生物体的一些特点，如能自动修复芯片故障，还能模仿人脑的思考机制。 应用：美国首次公布的生物计算机被用来模拟电子计算机的逻辑运算，解决虚构的7城市间最佳路径问题。1.1.5 未来计算机发展展望4光学计算机 定义：就是利用光作为信息的传输媒体。 光子的优点：速度等于光速，具有频率及偏振特征，传输信息能力强，抗干扰能力强。 光学计算机特点：并行能力强，具有超高速的运算潜力，且在室温下就可以正常工作。光学计算机 研究成果：由法国、德国等60多名科学家联合研制开发成功的世界上第一台光学计算机，其运算速度比目前世界上最快的超级计算机快1 000多倍，并且准确性极高。 研究现状：目前光学计算机的许多关键技术，如光存储技术与光存储器、光电子集成电路等都已取得重大突破。1.1.5 未来计算机发展展望5量子计算机 定义：是指利用处于多现实态下的原子进行运算的计算机。这种多现实态是量子力学的标志。 优点： 解题速度快。存储量大。搜索功能强。 研究成果：美国科学家已成功实现了4量子位逻辑门，取得了4个锂离子的量子缠结状态。 1.2 1.2 计算机在信息社会中的应用计算机在信息社会中的应用1.2.1 计算机的特性与应用1计算机的基本特性 运算速度快：第一台电子计算机的运算速度是每秒5 000次，小型机：几百万次/秒，巨型机：几十亿甚至几百亿次/秒。 运算精度高：计算机内部采用二进制进行运算，计算的精确度取决于字长和算法。从理论上讲，计算机的运算精度是不受限制的。计算机的基本特 性 具有逻辑判断能力 ：由于二进制的采用，使得计算机可以进行逻辑运算并作出判断和选择，使其在某种程度上更接近于“人脑”。 具有超强的记忆能力 ：计算机的存储器中可以存储海量的数据，是单纯的人脑所不能及的。 具有自动控制能力：计算机具有逻辑判断能力和记忆能力，使得计算机可以在无需人为干预的情况下自动按照程序设定完成既定任务。计算机的基本特 性 具有网络功能：大型企事业单位，可以通过计算机进行信息处理，并通过网络实现信息传输和共享，实现其管理工