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第1章 计算机基础知识 1-1计算机技术概述 1-1-1计算机发展简史 计算机(Computer )是一种能够接收和存储信息,并按照存储在其内部的程序(这些程序是人们意志的体现)对输入的信息进行加工、处理, 得到人们所期望的结果,然后把处理结果输出的高度自动化的电子设备。是20世纪最重大的发明创造之一，是人类科学技术发展史中的一个里程碑。时至今日，计算机已经广泛应用于国民经济和社会生活的各个方面，计算机科学技术的发展水平和应用程度成为衡量一个国家现代化水平的重要标志。 现代计算机是从古老的计算工具一步步发展而来的。在我国,春秋时代就有用算筹计数的筹算法 。唐末, 出现了珠算盘, 简称算盘。算盘是我国人民独特的创造,是一种彻底的采用十进制的计算工具。19世纪中期,英国数学家巴贝奇 (Charles Babbage,1792-1871) 最先提出通用数字计算机的基本设计思想。他于1832年开始设计的分析机,是一种顺应计算机自动化半自动化的程序控制流的通用数字计算机。在现代电子计算机诞生100多年前,他已经提出了几乎是完整的计算机设计方案, 被称为计算机之父。 第一台真正意义上的数字电子计算机ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Computer)于1946年2月15日在美国的宾夕法尼亚大学正式投入运行, ENIAC于1943年开始研制。参加研制工作的是以宾夕法尼亚大学莫尔电机工程学院的莫西利(John WMa1Idly) 和埃克特(J.Presper Eckert)为首的研制小组。ENIAC计算机使用了18800只电子管，1500多个继电器，耗电150kW，占地面积150m2，重量达30t，每秒钟能完成5000次加法运算。尽管存在着许多缺点，但是它为电子计算机的发展奠定了技术基础。它的问世，标志着电子计算机时代的到来。它是人类第三次产业革命开始的标志。 自从第一台电子计算机诞生以来，在短短的半个多世纪里，它发展之迅速，普及之广泛，对整个社会和科学技术影响之深远，远非其它任何学科所能比拟的，计算机已经成为人们生产劳动和日常生活中必备的重要工具。 在推动计算机发展的众多因素中，电子元器件的发展起着决定性的作用；其次，计算机系统结构和计算机软件技术的发展也起了重大的作用。因此，计算机发展史中的“代”通常以其所使用的主要元器件来划分，此外，在计算机的各个发展阶段，配置的软件和使用方式各有特点，也成为划分“代”的依据之一。 1．第一代电子计算机（1946～1957） 第一代电子计算机又称电子管时代计算机。其特征是采用电子管作为计算机的逻辑元件，内存储器采用水银延迟线，外存储器采用磁鼓、纸带、卡片等，输入输出设备主要采用穿孔卡片机，用机器语言或者汇编语言编程。其运算速度只有每秒几千到几万次的基本运算，内存容量也只有几千个字。由于体积大、功耗大、造价高，使用不便，主要用于军事和科研部门进行数值运算。 2．第二代电子计算机（1958～1964） 第二代电子计算机又称晶体管时代计算机。其特征是用晶体管代替了电子管，大量采用磁心存储器作内存，磁盘、磁带做外存。计算机的体积缩小，重量减轻，能耗降低，而速度增加到每秒几万次基本运算，存储容量增大，可靠性提高；计算机体系结构中许多意义深远的特性相继出现，如变址寄存器、中断等；软件技术也有很大发展，出现了FORTRAN、ALGOL_60、COBOL等高级语言，大大方便了计算机的使用。计算机的应用范围从数值计算扩大到数据处理、工业过程控制等领域，并开始进入商业市场。 3．第三代电子计算机（1965～1974） 第三代电子计算机又称集成电路时代计算机。其特征是采用集成电路IC(Integrated Circuit)代替了分立元件。所谓集成电路是将大量的晶体管和电子线路组合在一块硅晶片上，故又称芯片。在第三代电子计算机中，采用了每片元件数在100以下的小规模集成电路芯片和每片可集成100～1000个元件的中规模集成电路；内存储器采用性能优良的半导体存储器代替磁心存储器，运算速度进一步提高到每秒几十万次到几百万次基本运算。同时软件技术进一步发展，功能完备的操作系统是第三代计算机的显著特点。为了充分利用已有的软件，解决软件兼容性问题，出现了系列化的计算机产品，如IBM公司的IBM-360和370系列。计算机应用开始向社会化发展，其应用领域和普及程度迅速扩大。 4．第四代电子计算机（1974～现在） 第四代电子计算机又称大规模集成电路时代计算机。其特征是采用每片集成元件数1000～10000的大规模集成电路LSI(Large Scale Integration)和每片集成元件数在10000以上的超大规模集成电路VLSI(Very Large Scale Integration