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第 1 章 计算机基础知识 计算机是一种能够自动、高速、精确地存储和加工信息的电子设备。它是 20 世纪人 类最伟大的发明之一，它的出现和发展使人类文明向前迈进了一大步。随着社会的发展和 科技的进步，计算机已经成为现代人类社会活动中不可或缺的工具。 1.1 计算机的发展与应用 1.1.1 计算机的发展概况 自从人类文明形成，人类就不断的追求先进的计算工具。早在古代，人们就为了计数 和计算的需要发明了算筹和算盘。 17 世纪 30 年代，英国人威廉·奥特瑞发明了计算尺。1642 年，法国数学家莱斯·帕 斯卡发明了机械计算器。机械计算器用纯粹机械代替了人类的思考和记录，标志着人类已 经向自动计算工具迈进了一步。 19 世纪初，英国人查尔斯·巴贝奇设计了差分机和分析机。设计的理论和现代电子计 算机的理论类似，为现代计算机设计思想的发展奠定基础。在计算机发展史上，机械式的 差分机和分析机占有重要的地位。机械计算机在程序控制、系统结构、输入输出和存储等 方面为现代计算机的产生奠定了技术基础。 1854 年，英国逻辑学家、数学家乔治·布尔设计了一套符号，表示逻辑理论中的基本 概念，并规定了运算法则，把形式逻辑归结成一种代数运算，从而建立了逻辑代数。应用 逻辑代数可以从理论上解决两种电状态的电子管作为计算机的逻辑器件问题，为现代计算 机采用二进制奠定了理论基础。 1936 年，英国数学家图灵发表了《论可计算数及其在判定问题中的应用》，给出了现 代电子计算机的数学模型，从理论上论证了通用计算机产生的可能性。 1945 年，美籍匈牙利数学家冯·诺依曼首先提出在计算机中“存储程序”的概念，奠 定了现代计算机的结构理论。 20 世纪 40 年代，随着火箭、导弹等现代武器装备的发展，需要解决一些十分复杂的 数学问题，原有的计算工具已无法满足需要。同时，电子学和自动控制技术等领域所取得 的技术成就，也为研制电子数字计算机（以下简称计算机）提供了物质及技术基础。 1946 年，美国宾夕法尼亚大学成功地研制了世界上第一台由程序控制的电子数字计算 机，名为“ENIAC”（Electonic Numerical Integrator And Computer）。该计算机最初是为了 分析和计算炮弹的轨迹而研制的。1942 年，宾夕法尼亚大学的莫克利（John Mauchly， 1907-1980 1943 年 6 月开始实施。历经两年多的时间，ENIAC 终于研制成功。 ENIAC 共用了 18000 个电子管，1500 个继电器，耗电 150kw/h，每秒运算 5000 次，占地 170m2，重量达 30t。用它计算弹道只要 3s，比机械计算机快 1000 倍，比人工计算快 20 万 第1页(共18页) 倍。也就是说炮弹打出去还没有落地，弹道就可计算出来。ENIAC 尽管还存在许多缺点， 还没有真正使用程序控制，但是，它的研制成功，是计算机发展史上的里程碑，它标志着 计算机时代的真正到来。 1949 年 5 月，英国剑桥大学实验室根据冯·诺依曼的思想，研制成电子迟延存储计算 机 EDSAC（Electronic Delay Storage Automatic Calculator），这是一台带有存储程序结构的 计算机。 计算机发展到今天，无论从数量、还是从质量上都有了很大的飞跃。 从第一台计算机诞生到现在，它的发展已经历了四代，目前，正向第五代迈进。 第一代（1946 年至 1958 年）是电子管计算机。主要特点是：逻辑元件采用电子 管；主存储器采用延迟线，辅助存储器采用纸带、卡片、磁鼓等；软件主要使用 机器语言和汇编语言；应用以科学计算为主。第一代计算机运算速度很慢，每秒 钟只有几千次到几万次，其体积大、耗电多、价格昂贵且可靠性低。第一代计算 机的特点是操作指令是为特定任务而编制的，每种机器有各自不同的机器语言， 功能受到限制，速度也慢。另一个明显特征是使用真空电子管和磁鼓储存数据。 但是，它奠定了计算机发展的技术基础。 第二代（1958 年至 1964 年）是晶体管计算机。主要特点是：逻辑元件采用晶体 管；主存储器采用磁芯，辅助存储器已开始使用磁盘；软件开始使用操作系统及 高级程序设计语言；其用途除科学计算外，已用于数据处理及工业生产的自动控 制方面。第二代计算机的运算速度为 100 万次/s，内存容量扩大到几十万字节。 新的职业，如程序员、分析员和计算机系统专家，与整个软件产业由此诞生。 第三代（1964 年至 1970 年）是集成电路计算机。其特点是：逻辑元件采用小规 模集成电路；主存储器仍以磁芯存储器为主；机种系列化；外部设备不断增多并 同通讯设备结合起来；软件逐渐完善，操作系统、多种高级程序设计语言都有新