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一,、計算機的概念和特點
1、計算機概念：計算機(Computer)是一種電子器件構(gòu)成的,、具有計算能力和邏輯判斷能力,、具有自動控制和記憶功能的信息處理設(shè)備。
2,、計算機特點：
(1) 運算速度快
計算機能以極快的速度進行運算和邏輯判斷,，現(xiàn)在高性能計算機每秒能進行1 0億 加減運算。由于計算機運算速度快，使得許多過去無法處理的問題都能得以及時解決,。例如天氣預(yù)報問題,，要迅速分析大量的氣象數(shù)據(jù)資料，才能作出及時的預(yù)報,。若手工計算需十天半月才能發(fā)出，事過境遷,，消息陳舊,，失去了預(yù)報的意義。現(xiàn)在用計算機只需十幾分鐘就可完成一個地區(qū)內(nèi)數(shù)天的天氣預(yù)報,。
(2)計算精度高
計算機具有以往計算工具無法比擬的計算精度,，一般可達十幾位，甚至幾十位,、幾 百位有效數(shù)字的精度,。這樣的計算精度能滿足一般實際問題的需要。1949年瑞特威斯納 （Reitwiesner）用ENIAC機把圓周率π算到小數(shù)點后27703位,，打破了著名數(shù)學家商克斯（W.Shanks）花了15年時間于1873年創(chuàng)下的小數(shù)點后707位的記錄,。這樣的計算精度 是任何其他工具所不可能達到的。
(3)記憶能力強
計算機的存儲系統(tǒng)具有存儲和“記憶”大量信息的能力,，能存儲輸入的程序和數(shù)據(jù),， 保留計算結(jié)果。現(xiàn)代的計算機存儲容量極大,，一臺計算機能輕而易舉地將一個中等規(guī)模的圖書館的全部圖書資料信息存儲起來,，而且不會“忘卻”。人用大腦存儲信息,，隨著腦細胞的老化,，記憶能力會逐漸衰退,，記憶的東西會逐漸遺忘，相比之下計算機的記憶 能力是超強的。
(4) 具有自動運行能力和一定的邏輯判斷能力,。
計算機能夠自動連續(xù)執(zhí)行事先編制的程序。能根據(jù)不同信息的具體情況作出判斷,，自動執(zhí)行相應(yīng)正確的處理,。人是有思維能力的，思維能力本質(zhì)上是一種邏輯判斷能力,，也可以說是因果關(guān)系分析能力,。計算機借助于邏輯運算，可以進行邏輯判斷,，并根據(jù)判斷的結(jié)果自動地確定下一步該做什么,，從而使計算機能解決各種不同的問題，具有很強的通用性。1976年,，美國數(shù)學家阿皮爾（K.Apple）和?？希?SPAN lang=EN-US>W.Haken）用計算機進行了上百億次的邏輯判斷，通過證明了 1?900 多個定理,，解決了 100 多年來未能解決的著名難題 —— 四色問題（ 四 色問題是指：對無論多么復雜的地圖分區(qū)域作色時,，為使相鄰區(qū)域顏色不同，最多只需4 種顏色就夠了）,。
計算機是個自動化電子裝置,，在工作過程中不需人工干預(yù)，能自動執(zhí)行存放在存儲器中的程序,。程序是人經(jīng)過仔細規(guī)劃事先設(shè)計好的,，程序一旦設(shè)計好并輸入計算機后，向計算機發(fā)出命令,，隨后計算機便成為人的替身,，不知疲倦地工作起來。利用計算機這個特點,，我們可以讓計算機去完成那些枯燥乏味,、令人厭煩的重復性勞動，也可讓計算機控制機器深入到人類軀體難以勝任的,、有毒的,、有害的場所作業(yè)。
計算機的分類很多,，一般可以從下面幾個方面來劃分：
1．從計算機規(guī)模來分：有巨型機、大型機,、中型機,、小型機和微型機(Personal Computer)。
2．從信息表現(xiàn)形式和被處理的信息來分：有數(shù)字計算機（數(shù)字量,、離散的）,、模擬計算機（模擬量、連續(xù)的）,、數(shù)字模擬混合計算機
3．按照用途分來：分為通用計算機,、專用計算機。
4．按采用操作系統(tǒng)來分：分為單用戶機系統(tǒng),、多用戶機系統(tǒng),、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和實時計算機系統(tǒng)。
5．從字長來分：4位,、8位,、16位,、32位、64位計算機,。
1、第一臺電子計算機誕生
世界上第一臺計算機于1946年在美國賓夕法尼亞大學研制成功,，取名為ENIAC,，是英文 Electronic Numerical Integrator And Calculator 的縮寫。ENIAC采用電子管為基本元件,、真正能自動運行,。它使用了18000只電子管，占地
2、計算機發(fā)展簡史
從第一臺電子計算機的誕生到現(xiàn)在,，計算機已走過了半個多世紀的發(fā)展歷程,。在這期間，計算機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不斷變化,，應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬,。一般根據(jù)計算機所采用的主要物理器件，將計算機的發(fā)展劃分成幾個階段,，一個階段稱為一代,。
第一代(1946～1957) 電子管時代
邏輯元件：為電子管，存儲器：汞延遲線,、磁鼓,，外部設(shè)備：讀卡機、紙帶機,，處理速度：幾千條指令數(shù)／秒,，內(nèi)存容量：數(shù)KB，編程語言：機器語言,，應(yīng)用范圍：科學計算,。
第二代 (1958～1964)晶體管時代
邏輯元件：為晶體管,，存儲器：磁鼓、磁帶,，外部設(shè)備：讀卡機,、紙帶機、電傳打字機,，處理速度：幾百萬條指令數(shù)／秒,，內(nèi)存容量：幾十KB，編程語言：匯編語言,、高級語言,，系統(tǒng)軟件：操作系統(tǒng)，應(yīng)用范圍：科學計算,、數(shù)據(jù)處理,、工業(yè)控制。
第三代(1965～1970) 中小規(guī)模集成電路時代
邏輯元件：為半導體存儲器構(gòu)成的中小規(guī)模集成電路,，存儲器：磁帶,、磁盤，外部設(shè)備：讀卡機,、打印機,、繪圖機，處理速度：幾千萬條指令數(shù)／秒,，內(nèi)存容量：幾十KB～數(shù)MB,，編程語言：匯編語言、高級語言,，系統(tǒng)軟件：操作系統(tǒng),、實用程序，應(yīng)用范圍：應(yīng)用于各領(lǐng)域
第四代(1971～至今)大規(guī)模／超大規(guī)模集成電路時代
邏輯元件：為半導體存儲器構(gòu)成的大規(guī)模／超大規(guī)模集成電路,，存儲器：磁盤,、光盤等，外部設(shè)備：鍵盤,、顯示器,、打印機、繪圖機等,，處理速度：數(shù)億條指令數(shù)／秒,，內(nèi)存容量：幾十MB，編程語言：高級語言,、第四代語言,，系統(tǒng)軟件：操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),，應(yīng)用范圍：更廣泛地應(yīng)用于各領(lǐng)域,。計算機的換代不僅表現(xiàn)為主機器件的改進,、外部設(shè)備的增加，也表現(xiàn)為配套軟件的豐富,，進而表現(xiàn)在性能／價格比的提高,，計算機應(yīng)用范圍的擴大。
新一代計算機(New Generation Computer)或未來型計算機(Future Generation Computer System)應(yīng)該是一種智能計算機,。它將具有知識表示和推理能力,，可以模擬或部分代替人的智能活動。
20世紀70年代微型計算機的出現(xiàn),，引發(fā)了電子計算機的第二次革命,。
3、計算機的發(fā)展趨勢
計算機的發(fā)展表現(xiàn)為五種趨向：巨型化,、微型化,、網(wǎng)絡(luò)化、多媒體化和智能化,。
4. 我國計算機的發(fā)展
我國電子計算機的研究是從1956年開始的,，1958年研制出第一臺電子管計算機，即103型通用數(shù)字電子計算機,。
1964年，第一臺晶體管電子計算機正式投入運行,，它的運算速度達到每秒5萬次,。
1971年研制出第一臺集成電路計算機，是我國研制成功的第一批第三代計算機,，同年由北京大學研制的150型百萬次集成電路數(shù)字電子計算機投入使用,。
1983年12月，國防科技大學研制成功了我國第一臺每秒運算速度在1億次以上的巨型機“銀河-Ⅰ”,。
1989年,，每秒運算10億次的“銀河-Ⅱ”研制成功，這是我國第一臺通用并行巨型機,。它具有聯(lián)網(wǎng)能力,，既可以作為超級計算機中心的主機，又可以作為大量數(shù)據(jù)處理的中心處理機,，具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域,。
1995年底,，“曙光2000-Ⅰ”誕生,，其峰值運算速度可達每秒500億次浮點運算。
20世紀末,，誕生了每秒運算1000億次的“曙光2000-Ⅱ”,。
21世紀初，我國研究制造的曙光3000超級服務(wù)器投入使用,。它兼顧大規(guī)?？茖W計算、事務(wù)處理和網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù),。系統(tǒng)峰值浮點運算速度為每秒4032億次,。
2003年初，曙光推出了面向網(wǎng)格達到3萬億次運算能力的高性能計算機曙光
2003年,，曙光4.2萬億次超級計算機落戶中石油、聯(lián)想5萬億次“深騰
2004年，由中科院計算所,、曙光公司,、上海超級計算中心三方共同研發(fā)制造的曙光
2008年,，“深騰
2008年,，曙光
5. 微型計算機的發(fā)展
(1)微型計算機
將計算機的核心器件中央處理器（運算器和控制器）集成在一塊半導體芯片上的計算機，稱為微型計算機,，簡稱微機,。
美籍匈牙利科學家馮·諾依曼，對計算機的發(fā)展做出了巨大貢獻,，他提出了“程序存儲,、程序控制”的設(shè)計思想，同時指出計算機的構(gòu)成包括如下幾個方面：
第一：由運算器,、存儲器、控制器,、輸入,、輸出設(shè)備五大基本部件組成計算機系統(tǒng)，并規(guī)定了五大部件的基本功能,。
第二：計算機內(nèi)部應(yīng)采用二進制表示數(shù)據(jù)和指令,。
第三：程序存儲、程序控制（將程序事先存入主存儲器中,，計算機在工作時能在不需要操作人員干預(yù)的情況下,，自動逐條取出指令并加以執(zhí)行）。
(2)早期的微處理器
20世紀70年代計算機發(fā)展中最重大的事件就是微型計算機的誕生和迅速普及,。
微型計算機開發(fā)的先驅(qū)美國Intel公司年輕的工程師馬·霍夫（M–E–Hoff）,，1969年他接受日本一家公司的委托，設(shè)計臺式計算機系統(tǒng)的整套電路,。他大膽地提出了一個設(shè)想,，把計算機的全部電路做在四個芯片上,，即中央處理器芯片，隨機存取存儲器芯片,，只讀存儲器芯片和寄存器電路芯片,。這就是一片4位微處理器Intel4004，一片320位（40字節(jié)）的隨機存儲器,、一片256字節(jié)的只讀存儲器和一片10位的寄存器,，它們通過總線連接起來，于是就組成了世界上第一臺4位微型電子計算機----MSC-4,，1971年誕生的這臺微型計算機揭開了微型計算機發(fā)展的序幕,。
(3)微處理器的發(fā)展
1972年Intel公司又研制成功8位微處理器Intel8088，它主要采用工藝簡單,，速度較低的P溝道MOS（Metal Oxide Semiconductor—金屬氧化物半導體）電路,。
1973年出現(xiàn)了采用速度較快的N溝道MOS技術(shù)的8位微處理器，這就是第二代微處理器,。具有代表性的元器件有Intel公司的8085,、Motorola公司的M6800、Zilog公司的Z80等,。
1976: Stephen Wozinak和Stephen Jobs創(chuàng)辦蘋果計算機公司,。并推出Apple I 計算機。
1976: 發(fā)布了型號為6502的八位微處理器,，專為Apple II計算機使用,。
1977年5月: Apple II計算機面世。
1978年,，16位微處理器出現(xiàn),，首先開發(fā)成功16位微處理器的是Intel公司。由于它采用了H-MOS（H-High performance）新工藝,，使新的微處理器Intel8086比Inetl8085在性能上又提高了將近十倍,。類似的16位微處理器還有8086、8088,、80186,、Z8000、M68000等,。
1983年開始出現(xiàn)了32位微型計算機,，微處理器相繼推出80386、80486,。
1985年起采用超大規(guī)模集成電路的32位微處理器開始問世,，如Intel公司的Intel80386、Zilog公司的Z80000、惠普公司的HP-32,、NS公司的NS-16032等,，新型的微型計算機系統(tǒng)完全可以與20世紀70年代大中型計算機相匹敵。
(4)現(xiàn)在的微處理器
1993年3月推出了第五代CPU（32位）Pentium,，廠家代號：P
1995年11月推出了第六代CPU（32位）Pentium Pro,，中文名稱“高能奔騰”。Intel公司第一次采用了雙芯片CPU生產(chǎn)技術(shù),，在CPU內(nèi)部集成了256～512KB的L2 Cache,，因此L2 Cache能與CPU內(nèi)部時鐘同步運行。Pentium Pro主要應(yīng)用在服務(wù)器方面,。
1997年1月推出了第五代CPU（32位）Pentium MMX,，廠家代號：P
1997年5月推出了第六代CPU（32位）Pentium Ⅱ，中文稱“奔騰二代”,。將Pentium Ⅱ CPU芯片,、Tag RAM（L2 Cache的管理和控制芯片）和L2 Cache集成在一塊電路板上，然后封裝在單邊接觸盒（SEC）中并加上冷卻風扇,。所以它的外形與以往的CPU大不一樣,，是一個扁黑盒子。
在以后的幾年里,，CPU又推出了許多新產(chǎn)品PⅢ、PⅣ,、K6等,，有力地推動了微機的發(fā)展。
CPU主要為Intel公司的Pentium MMX,、Pentium Ⅱ,、Pentium Ⅲ、Pentium IV,、Celeron,；AMD公司的K6,、K6－2；Cyrix公司的6x86MMX,、MⅡ和IDT公司少量的Pentium兼容級CPU產(chǎn)品,。目前，微機CPU已發(fā)展到多核處理器,，如Intel Core 2 Quad Q9550,。
我國在CPU研制中也不甘落后，相繼研制了龍芯1號,、龍芯2號,、方舟1號、方舟2號,、漢芯2號,、漢芯3號、神威一號,、威盛系列,、星光一號、星光二號,、星光三號,、星光四號、星光五號,、萬通1號,、湖南中芯、北大眾志,、S698等系列處理器芯片,。
目前龍芯3號也已經(jīng)進入預(yù)研階段,，屆時我國的芯片技術(shù)將有更多的突破。
計算機的應(yīng)用已滲透到人類社會的各個領(lǐng)域,。從航天飛行到海洋開發(fā)，從產(chǎn)品設(shè)計到生產(chǎn)過程控制,，從天氣預(yù)報到地質(zhì)勘探,，從疾病診療到生物工程，從自動售票到情報檢索等等,，都應(yīng)用了計算機,。計算機有點像一臺“萬能”的問題解答機器，任何問題,，只要能夠精確地進行公式化,，都可以放到計算機上加以解決。因而各行各業(yè)的人都可以利用計算機來解決各自的問題,。
1,、科學計算
科學計算，亦稱數(shù)值計算,，是指用計算機完成科學研究和工程技術(shù)中所提出的數(shù)學問題,。計算機作為一個計算工具，科學計算是它最早的應(yīng)用領(lǐng)域,。在科學技術(shù)工作中,，科學計算問題是大量而復雜的。例如,，在進行氣象預(yù)報時,，需要解多個氣象方程式來預(yù)測氣象的變化，計算的準確性要求較高,，如果沒有計算機,，依靠人工需要幾個星期才能計算出來，這樣得到的氣象預(yù)報也就失去了實際價值,。又如,，海灣戰(zhàn)爭中，伊拉克飛毛腿導彈剛發(fā)射,，它的飛行參數(shù)就被多國部隊的計算機監(jiān)測系統(tǒng)測出,，根據(jù)這些參數(shù)可計算飛毛腿導彈的飛行軌跡，計算出愛國者導彈攔截飛毛腿導彈時應(yīng)該飛行的軌道,，整個計算過程只需1分鐘,，而飛毛腿導彈從發(fā)射到抵達目標卻需6分鐘，計算機運算速度比導彈的飛行速度還要快,。
2,、信息處理
信息處理是指計算機對信息記錄、整理,、統(tǒng)計,、加工、利用,、傳播等一系列活動的 總稱,。所謂信息是通過各種方式，可以被傳遞,、傳播,、傳達，用可被感受的聲音,、圖像,、文字所表征，并與某些特定的事實,、主題或事件相聯(lián)系的消息,、情報、知識,。信息處理是目前計算機應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域,。 數(shù)據(jù)處理是目前計算機應(yīng)用得最廣泛的領(lǐng)域之一,，例如：高考招生工作中的考生錄取與統(tǒng)計工作,，鐵路、飛機客票預(yù)訂系統(tǒng),，企業(yè)內(nèi)部成本核算管理,、人事管理、工資管理,、財務(wù)管理,、合同管理以及銀行系統(tǒng)的業(yè)務(wù)管理等等,，都屬于數(shù)據(jù)處理范圍。
3,、過程檢測和實時控制
實時控制,，亦稱過程控制，是用計算機及時采集檢測數(shù)據(jù),，按最佳值迅速對控制對象進行自動控制或自動調(diào)節(jié),。 利用計算機進行過程控制，不僅大大提高了控制的自動化水平,，而且大大提高了控制的及時性和準確性,，從而能改善勞動條件，提高質(zhì)量,，節(jié)約能源,，降低成本。實時控制系統(tǒng)是一種實時處理系統(tǒng),，對計算機的響應(yīng)時間有一個較高的要求,。實時處理系統(tǒng)指計算機對輸入的信息以足夠快的速度進行處理，并在一定的時間內(nèi)作出某種反映或進行某種控制,。目前在實時控制系統(tǒng)中廣泛采用集散系統(tǒng),，即把控制功能分散給若干臺微機擔任,，而操作管理則高度集中在一臺高性能計算機上進行?！∮嬎銠C既具有高速計算能力,，又有可靠的邏輯判斷能力。計算機在工業(yè)控制方面的應(yīng)用可以節(jié)省勞動力,，減輕勞動強度,，提高生產(chǎn)效率，節(jié)省原料,，減少能源消耗,，降低生產(chǎn)成本。
4、計算機輔助設(shè)計,、輔助制造、輔助教育
計算機輔助設(shè)計（CAD —— Computer Aided Design）是利用計算機的計算,、邏輯判斷等功能,，幫助人們進行產(chǎn)品設(shè)計和工程技術(shù)設(shè)計。在設(shè)計中可通過人—機交互更改設(shè)計和布局,，反復迭代設(shè)計直至滿意為止,。它能使設(shè)計過程逐步趨向自動化，大大縮短設(shè)計周期,，以增強產(chǎn)品在市場上的競爭力,，同時也可節(jié)省人力和物力,，降低成本,，提高產(chǎn)品質(zhì)量。
計算機輔助設(shè)計和輔助制造（CAM）結(jié)合起來可直接把CAD設(shè)計的產(chǎn)品加工出來,。近年來,，各工業(yè)發(fā)達國家又進一步將計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS —— Computer Integrated Manufacturing System）作為自動化技術(shù)的前沿、方向,。CIMS是集工程設(shè)計,、生產(chǎn)過程控制、生產(chǎn)經(jīng)營管理為一體的高度計算機化,、自動化和智能化的現(xiàn)代化生產(chǎn)大系統(tǒng),。它是制造業(yè)的未來。
計算機輔助教育(CBE——Computer Based Education)是計算機在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用,，包括計算機輔助教學(CAI),、計算機輔助管理教學(CMI),。CAI最大的特點是交互教學和個別指導，它將改變傳統(tǒng)的教師在講臺上講課而學生在課堂內(nèi)聽課的教學方式,。CMI是用計算機實現(xiàn)各種教學管理,，如制定教學計劃、課程安排,、計算機評分,、日常的教務(wù)管理等。計算機輔助教學（CAI）是指利用計算機幫助學習的自學系統(tǒng),，它充分利用了計算機的圖形功能,，使教學內(nèi)容形象生動。例如,，在利用CAI演示化學反應(yīng)過程時,，不需要真實的化學藥品與器具，也就不存在防毒,、防腐蝕,、防爆炸等安全問題,，在計算機屏幕上可以生動地展示整個化學反應(yīng)的過程；又如,，在用CAI作物理實驗時,，某些物體的快速變化過程可以在計算機上分解成一步一步的慢動作，使得原本真實環(huán)境中難以觀察清楚的現(xiàn)象可以在計算機屏幕上看得一清二楚,，極大地提高了教學效果,。
5、人工智能
人工智能(AI —— Artificial Intelligence)是用計算機模擬人類的智能活動：判斷,、理解,、學習、圖像識別,、問題求解等。它是計算機應(yīng)用的一個新領(lǐng)域,，是計算機向智能化方向發(fā)展的趨勢,。人工智能的應(yīng)用主要有機器人、專家系統(tǒng),、模式識別,、智能檢索等。人工智能就是讓計算機模仿人的一部分智能,。從最早的只能模仿人動作的機械手,，到現(xiàn)在的能聽、會說,、能“思考”的智能機器人,。機器人可以代替人到惡劣危險的環(huán)境中去工作，它們不畏嚴寒,，不懼高溫,，不怕有毒和放射性物質(zhì)，可以不知疲倦地連續(xù)工作,，幫助人類完成自身難以完成的工作,。
6、辦公自動化
辦公自動化(OA —— Office Automation)是一門綜合性的技術(shù),，其目的在于建立一個以先進的計算機和通信技術(shù)為基礎(chǔ)的高效人—機信息處理系統(tǒng),，使辦公人員充分利用各種形式的信息資源，全面提高管理,、決策和事務(wù)處理的效率,。? 辦公自動化系統(tǒng)一般可分為事務(wù)型、管理型和決策型三個層次,。事務(wù)型OA系統(tǒng)主要供業(yè)務(wù)人員和秘書處理日常的辦公事務(wù),。管理型OA系統(tǒng)又稱管理信息系統(tǒng)(MIS—Management Informa tion System),，是一個以計算機為基礎(chǔ)，對企事業(yè)單位實行全面管理,，包括各項專業(yè)管理的信息處理系統(tǒng),。決策型OA系統(tǒng)是在上述事務(wù)處理和信息管理的基礎(chǔ)上，增加決策輔助功能而構(gòu)成,。?
7,、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用(計算機通信和因特網(wǎng))
計算機通信是近幾年迅速發(fā)展起來的一個重要的計算機應(yīng)用領(lǐng)域。我們可以通過電話線,，再借助調(diào)制解調(diào)器（MODEM）,，把電腦聯(lián)入因特網(wǎng)（Internet）瀏覽各種各樣的信息，包括國內(nèi)外新聞,；也可以將信的內(nèi)容輸入計算機,，填上收信人的地址和姓名，就可以發(fā)一封電子郵件（E–Mail）,，你的問候只要幾秒鐘就可以傳給收信人,；因特網(wǎng)還可以幫你解答問題，讓你下載軟件,。
8,、多媒體應(yīng)用
多媒體技術(shù)開始于20世紀80年代，把聲音,、圖像,、文字處理融為一體，使計算機具有計算機,、電視機,、游戲機、傳真機,、電話機和VCD機的綜合功能,，達到了一機多能。 |
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來自： 靜聽沙漏 > 《邏輯電路與計算機組成原理》
