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第八章计算机基础知识

第一节计算机概论

1.1计算机发展史

科学技术的飞速发展，导致了计算机的诞生。计算机与其他机器一样，是人类长期研究

自然界的发展变化以及从事各项社会活动的工具。计算机之所以被称为“电脑”，是因为它

具有强大的计算能力并且可以根据人类的指令进行模拟现实、分析问题、协助操纵机器等工

作，它被看成人脑的延伸，是一种具有“思维”能力的机器。

计算机最早应用于计算，它也因此而得名。可是目前，电子计算机并不仅仅用于数学计

算，更广泛地应用于信息处理、自动控制、辅助设计、辅助制造、辅助教学、人工智能和现

代通信等领域。

计算机是一种能按照人们事先编写的程序连续、自动地工作，能对输入的数据信息进行

加工、存储、传送，由电子和机械部件组成的电子设备。

1.2计算机的发展与阶段

1945年由美国生产了第一台全自动“电子数字积分计算机”（ENIAC，Electronic

NumericalIntegratorandCalculator），它共服役了9年，其采用了电子管作为计算机的基本元

件，每秒进行5000次加减运算，共占地170平方米，重30吨，是一个名副其实的“庞然

大物”。ENIAC机的问世具有划时代的意义，表明了计算机时代的到来。在这以后的50多

年里，计算机技术发展异常迅速，在人类科技史上还没有哪一种学科可以与电子计算机的发

展速度来相提并论。计算机的发展经历了5个重要阶段。

1.大型计算机阶段

（1）第0代—机械计算机（1642年～1945年）

建造出第一台能工作的计算机的是法国人，这个机器只能作加法和减法。从此以后的

180年间，计算机没有大的发展，直到出现了微分机。这台机械设备是为海军导航计算数据

表而设计的。但只能运行一种算法。它的输出是用钢模子刻在铜面上，这是后来一次性书写

的存储介质。之后出现的第一台成型的计算机是1944年，在哈佛完成。它有72个字，每

个字有23个十进制，指令周期为6s，用穿孔纸带进行输入输出。在这以后，电子计算机

时代开始了。

（2）第一代—电子管计算机（1945年～1955年）

这个时期的主要特点是采用电子管作为逻辑元件。主存储器采用汞延迟线、磁鼓、磁芯；

外存储器采用磁带；软件主要采用机器语言、汇编语言；以科学计算为主。其特点是体积大、

耗电大、可靠性差、价格昂贵、维修复杂。但它奠定了以后电子计算机技术的基础。

数字计算机的基础是由世界第一台存储程序的计算机（冯·诺依曼）奠定的。如图1-1

所示。冯·诺依曼机由5个部分组成：存储器，运算器（算术逻辑部件ALU），控制器以及

输入输出设备。

图1-1存储程序的计算机

（3）第二代—晶体管计算机（1955年～1965年）

到了20世纪50年代，电子管计算机就已经过时了。这时期的计算机的逻辑元件逐步由

电子管改为晶体管，因而缩小了体积、降低了功耗、提高了速度和可靠性。主存储器采用磁

芯器，外存储器已采用先进的磁盘，这时出现了各种各样的高级语言及编译程序，还出现了

以批处理为主的操作系统。计算机开始应用于工业控制，以科学计算和各种事务处理为主。

第一台晶体管计算机被制造出来。这时的计算机出现了总线。总线是用来连接计算机各个部

件的平行导线。如图1-2所示。

图1-2晶体管计算机示意图

（4）第三代—集成电路计算机（1965年～1980年）

20世纪60年代，计算机的逻辑元件采用小、中规模集成电路（SSI、MSI）,这种硅集

成电路使得在单个芯片可集成几十个晶体管。对晶体管的这种封装，使研制比晶体管计算机

更小、更快、更便宜的计算机成为可能，小型机也蓬勃发展起来，主存仍采用磁芯，出现了

分时操作系统及会话式语言等多种高级语言。而且实现了多道程序（内存中同时可以有多个

程序），当其中一个等待输入/输出时，另一个可以进行计算。

（5）第四代—大规模集成电路（1980年～至今）

到20世纪80年代，计算机的逻辑元件和主存储器都采用了大规模集成电路（LSL）。

大规模集成电路的出现，使得在一个芯片上集成几十万甚至几百万个晶体管