1、第一章 計(jì)算機(jī)的基本概念和結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)知識(shí)信息是一組具有相同特性的數(shù)據(jù)的集合。一、 概述l 什么是計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)單地說(shuō)，計(jì)算機(jī)是一種能夠自動(dòng)、高速、精確地進(jìn)行各種信息處理的電子設(shè)備。l 計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生和發(fā)展1946年2月，世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)ENIAC誕生于美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)，從那時(shí)起到現(xiàn)在，計(jì)算機(jī)技術(shù)從最早的、寵大的電子管計(jì)算機(jī)到現(xiàn)在超大規(guī)模集成電路的各類(lèi)微型乃至巨型計(jì)算機(jī)；其算法從最早的用線(xiàn)路連接方法編排程序到現(xiàn)在各種高級(jí)語(yǔ)言的使用；計(jì)算機(jī)技術(shù)在各個(gè)時(shí)期都影響著人類(lèi)的社會(huì)活動(dòng)。二、 計(jì)算機(jī)發(fā)展史計(jì)算機(jī)發(fā)展到今天已經(jīng)50多年了，在這50多年里，計(jì)算機(jī)技術(shù)取得了巨大的進(jìn)步，幾乎每隔數(shù)年，就有一次軟、硬件方

2、面的的重大突破。時(shí)至今日，計(jì)算機(jī)的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了以下四代。l 第一代計(jì)算機(jī)：電子管時(shí)代（19461955年）特征：使用電子管為元器件，占地大、重量重、存儲(chǔ)器為水銀延遲線(xiàn)或靜電存儲(chǔ)器和磁芯，外存有紙帶、卡片、磁帶等。運(yùn)算速度低（每秒幾千次幾萬(wàn)次），能耗大，造價(jià)高。其程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言用二進(jìn)制碼表示的機(jī)器語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言。比如世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)ENIAC，使用了18000個(gè)電子管、10000只電器和7000個(gè)電阻，占地170平方米，重達(dá)30噸，耗電150千瓦，每秒5000次加、減運(yùn)算，價(jià)值40萬(wàn)美元。用途：主要用于科學(xué)計(jì)算。l 第二代計(jì)算機(jī)：晶體管時(shí)代（19561964年）特征：全部采用晶體管，用磁芯做主

3、存儲(chǔ)器，用磁盤(pán)或磁帶做外存儲(chǔ)器，運(yùn)算速度達(dá)到每秒幾十萬(wàn)次。程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言也在這一時(shí)期取得了較大發(fā)展，如ALGO 60、FORTRAN、COBOL等高級(jí)語(yǔ)言都相繼投入使用，程序的編制方便了，通用性也增強(qiáng)了。其應(yīng)用由科學(xué)計(jì)算擴(kuò)展到了事務(wù)管理及工業(yè)控制等方面。l 第三代計(jì)算機(jī)：集成電路時(shí)代（19651970）特征：用中、小規(guī)模集成電路代替了分立的晶體管元件，內(nèi)存開(kāi)始使用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，計(jì)算速度可達(dá)每秒幾十萬(wàn)次幾百萬(wàn)次，個(gè)別的可過(guò)一千萬(wàn)次。這一時(shí)期對(duì)計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)提出了系列化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化的思想。在軟件設(shè)計(jì)中提倡模塊化和結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，這樣不但使計(jì)算機(jī)的成本降低，而且還擴(kuò)大了計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍。值得注意的是，這

4、一時(shí)期首次使用了專(zhuān)為計(jì)算機(jī)開(kāi)發(fā)的“操作系統(tǒng)”，這一新技術(shù)使得系列機(jī)內(nèi)的低檔機(jī)向高檔機(jī)升級(jí)時(shí)，原有的操作系統(tǒng)與應(yīng)用軟件可繼續(xù)使用。比如：1964年美國(guó)IBM公司生產(chǎn)的System360系列計(jì)算機(jī)，同時(shí)開(kāi)發(fā)了供該系列機(jī)使用的操作系統(tǒng)OS360，使360系列機(jī)成為第三代計(jì)算機(jī)的主流產(chǎn)品。l 第四代計(jì)算機(jī)：大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路時(shí)代（1971現(xiàn)在）特征：大規(guī)模集成集電路的應(yīng)用，采用集成度更高的半導(dǎo)體芯片做存儲(chǔ)器，其計(jì)算速度可達(dá)每秒幾百萬(wàn)次上億次。操作系統(tǒng)不斷完善，應(yīng)用軟件層出不窮。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面發(fā)展了分布式計(jì)算機(jī)，并行處理技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等。這一時(shí)期計(jì)算機(jī)的發(fā)展進(jìn)入了以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為特征的時(shí)代。

5、l 新一代（未來(lái)一代）計(jì)算機(jī)：知識(shí)信息處理系統(tǒng)其主要目標(biāo)是使計(jì)算機(jī)具有人的某些智能，如聽(tīng)、說(shuō)、看和思維推理的能力。先后出現(xiàn)了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)、生物計(jì)算機(jī)等提法。三、 微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)，顧名思義就是很小的計(jì)算機(jī)。我們今天上機(jī)使用臺(tái)式計(jì)算機(jī)就是微型計(jì)算機(jī)，即個(gè)人電腦（PC機(jī)），屬于第四代計(jì)算機(jī)。其發(fā)展可分為以下五個(gè)時(shí)代。l 第一代1971年開(kāi)始的4位微機(jī)。它的芯片集成了2000個(gè)晶體管，時(shí)鐘頻率為1MHz。l 第二代1973年開(kāi)始的8位微機(jī)。它的芯片集成度為40009000個(gè)晶體管，時(shí)鐘頻率4MHz。如Intel公司的8080、Motorola公司的M6800等是這一時(shí)代的典型產(chǎn)品。l 第三代1

6、978年開(kāi)始的16位微機(jī)。芯片集成度為2萬(wàn)7萬(wàn)個(gè)晶體管，時(shí)鐘頻率5MHz10MHz。典型產(chǎn)品是Inter公司的8086及80286。IBM公司用這一代芯片研制了IBMPC、IBMPCXT及IBMPCAT。l 第四代1981年開(kāi)始的32位微機(jī)。芯片集成度為10萬(wàn)100萬(wàn)個(gè)晶體管。時(shí)鐘頻率10MHz33MHz。用該微處理器制成的微機(jī)的性能達(dá)到或超過(guò)了70年代的大、中型計(jì)算機(jī)。l 第五代1993年開(kāi)始的64位微機(jī)。芯片集成度在100萬(wàn)個(gè)晶體管以上。典型產(chǎn)品為Intel公司Pentium和Pentium，其時(shí)鐘頻率在66MHz以上，目前實(shí)用的產(chǎn)品已超過(guò)700MHz。微處理器的發(fā)展大大地推動(dòng)了計(jì)算機(jī)的發(fā)

7、展，目前性能價(jià)格比大幅度躍升，個(gè)人計(jì)算機(jī)主存幾十兆字節(jié)，處理器在Pentium500以上已很普及。采用多處理機(jī)技術(shù)的大型機(jī)使用數(shù)十個(gè)微處理器芯片的產(chǎn)品已經(jīng)系列化。新一代的操作系統(tǒng)（如Windows NT、Windows 98、95、2000）采用友好的圖形界面，使用戶(hù)學(xué)習(xí)和使用計(jì)算機(jī)更加容易。面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言的使用，使程序員能更快、更好地設(shè)計(jì)高質(zhì)量的軟件。四、 計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)和分類(lèi)1、 特點(diǎn)l 運(yùn)算速度快可達(dá)每秒幾百億次至千億次的速度。如天氣預(yù)報(bào)，若不采用高速計(jì)算機(jī)，就不可能對(duì)幾天后的天氣變化作較準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)；還有人口普查等。l 計(jì)算精度高像圓周率，一位美國(guó)數(shù)學(xué)家花15年時(shí)間計(jì)算到707位，而采用計(jì)算機(jī)目前已達(dá)到小數(shù)點(diǎn)后上億位。l 具有記憶和邏輯判斷能力存儲(chǔ)器能存放原始數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果，還能存放用戶(hù)編制的程序，并且容量相當(dāng)大。具有邏輯判斷能力，使得計(jì)算機(jī)能解決各種不同的問(wèn)題。如判斷一個(gè)條件是真還是假，并根據(jù)判斷的結(jié)果，自動(dòng)確定下一步該怎么做。l 可靠性高，通用性強(qiáng)采用超大規(guī)模集成電路的計(jì)算機(jī)，都具有非常高的可靠性，可以安全地使用于各行各業(yè)，像銀行等。計(jì)算機(jī)不但可用于數(shù)值計(jì)算，還可對(duì)非數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理，如圖像處理、文字編輯、語(yǔ)言