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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 Numerical Integrator and Calculator），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5 000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成为可能，其集成度比中、小规模集成电路提高了1～2个以上数量级。这时计算机发展到了微型化、耗电少、可靠性很高的阶段，大规模集成电路使军事工业、空间技术、原子能技术得到发展，这些领域的蓬勃发展对计算机提出了更高的要求，有力地促进了计算机工业的空前大发展。随着大规模集成电路的迅速发展，计算机除了向巨型机方向发展外，还朝着超小型机和微型机方向飞跃前进。1971年末，世界上第一台微处理器和微型计算机在美国旧金山南部的硅谷应运而生，它开创了微型计算机的新时代。到1980年，计算机的价格降低到个人能承受的地步，个人计算机（PC）时代开始了。 2. 小型计算机阶段 小型计算机（Minicomputer）能满足中小型企事业单位的信息处理要求，而且成本较低，其价格能被