1、第一节：计算机的基本概念,计算机的发展、特点、分类及用途,计算机的诞生和发展历史 计算机的分类 计算机的主要特点 计算机的主要用途 未来计算机的发展,计算机原意为“计算”的机器，这是发明者当初为之其计算为目的。1642年，法国物理学家帕斯卡（Blaise Pascal 16231662）发明了齿轮式加减器；1673年德国数学家莱布尼兹（G.N.Won Leibniz，16461716）在帕斯卡的齿轮加减器上增加了乘、除法，制成了能进行四则运算的机械式运算器；1822年，1834年英国数学家查尔斯巴贝奇（Charles Babage 17911871）先后设计了差分机与分析机。1936年美国人霍
2、德华艾肯（Howard Aiken，19001973）提出了用机电方法而不是纯机械方法来实现巴贝奇分析机的想法，并在1944年造制成功MARK-I计算机，MARK-1是世界上最早的通用型自动机电式计算机，这就是国际计算机界称巴贝奇为“计算机”之父的原因。,计算机的诞生和历史发展,早期计算机的演变：,算盘,布莱斯帕斯卡BlaisePascal)1642 年发明的机械加法器,莱布尼茨(GottfriedLeibniz)1694 年发明了“步进乘法器”,英国剑桥大学数学教授巴贝吉(CharlesBabbage)根据德国人缪勒(J.H.Mueller)1786 年提出的“差分引擎”构思，设计出改进型的
3、“差分引擎”原型机,1812年差分机,查尔斯.巴贝奇 1834年设计的分析机,由许多轮子组成的保存数据的存储库； 运算装置； 能对操作顺序进行控制，并选择所需处理的数据以及输出结果的装置。,在数字式电子计算机的发展过程中，其理论上作出杰出贡献有： 英国的艾兰图灵（Alan Mathison Turing，19121954），图灵奖为计算机最高奖项。 美籍匈牙利人冯诺依曼（Johon Von Neumann，19031957）艾兰图灵建立了图灵机的理论模型，对数字计算机的一般结构、可实现性和局限性产生了深远影响。冯诺依曼首先提出了计算机“存储程序”的概念，其“存储程序”工作原理奠定了当今计算机的
4、基础。,图1 图灵,图2 冯诺依曼,世界上第一台电子计算机的诞生世界上第一台数字式电子计算机是由美国宾夕法尼亚大学的物理学家约翰莫克利（John Mauchly）和工程师普雷斯伯埃克特（J-Presper Eckert）领导的科研小组于1943年开始研制并于1946年完成，取名为ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Calculator）。,1946年2月由宾州大学研制成功的ENIAC 电子计算机时代的到来,重达30吨 占地250m2 启动工耗150000瓦 18000个电子管 保存80个字节,电子数字积分计算机,Electronic Numeri
5、cal Integrator And Calculator,世界上第一台程序存储式计算机EDSAC由英国剑桥 大学的莫利斯威尔克于1949年研制成功，它标志着计算机时代的真正开始。,具备冯.诺伊曼（Von Neumann）架构的第一台程序存储计算机EDSAC 1949,电子数字积分计算机,第一代 （1946-1959） 电子管 5千-4万（次/秒）,第二代 （1960-1963） 晶体管 几十万-百万（次/秒）,第三代 （1964-1970） 集成电路 百万-几百万（次/秒）,第四代 （1971-至今） (超）大规模集成电路 几百万-几亿（次/秒）,第一代 （19461959） 电子管 5千4
6、万（次/秒）,第一代计算机的特点： 采用电子管作为基本物理器件。体积大、能耗高、速度慢、容量小，应用也仅限于科学计算和军事目的。,20 世纪50年代，IBM 704型采用电子管的第一代电子计算机。,第二代 （19601963） 晶体管 几十万百万（次/秒）,第二代计算机的特点： 采用晶体管作为基本物理器件。体积小、能耗低、稳定性强，这一时期适用于事务处理的FORTRAN语言得到广泛的应用，因此，应用范围从单纯的科学计算和军事目的扩展到事务处理、工程设计、数据处理等方面。,IBM公司于1959年生产的IBM 7090型采用晶体管的第二代电子计算机。它的体积减小了，运算速度却更快。,第三代 （19
7、641970） 集成电路 百万几百万（次/秒）,第三代计算机的特点： 采用中小规模集成电路作为基本物理器件。它具有通用化、系列化、标准化的特点。,1964年4月IBM360系统问世。它成为使用集成电路的第三代电子计算机的著名代表,第四代 （1971至今） （超）大规模集成电路 几百万几亿（次/秒）,第四代计算机的特点： 采用大规模和超大规模集成电路作为基本物理器件。这一时期的计算机计算速度可达几百万甚至上亿次每秒。在系统结构方面发展了并行处理技术分布式计算机系统和计算机网络等；软件方面发展了数据库系统，分布式操作系统、高效可靠的高级语言以及软件工程标准化等。,英国国家航空管理局的控制中心，空中
8、交通管制用IBM计算机进行控制,微型计算机的发展 在1971年1月，Intel公司研制成功世界上第一块4位微处理器芯片Intel 4004，标志着第一代微处理器问世。,4004包含2300个晶体管，支持45条指令，指令执行速度为0.05MIPS(每秒百万条指令，芯片尺寸规格为3mm4mm，功能其实比较弱，且计算速度较慢，只能用在Busicom计算器上，但它轻巧，计算性能远远超过当年的ENIAC。 微处理器的问世，是微电子领域有史以来最重要的发明之一，微处理器时代的到来预示着微型计算机将获得广泛的应用。 1972年4月，Inter公司开发出第一个8位微处理器Intel 8008。采用P沟道MOS
9、技术。,1973年8月8位微处理器Intel 8080问世，拥有16位地址总线和8位数据总线，包含7个8位寄存器，支持16位内存，同时包含一些输入输出端口，有效解决了外部设备在内存寻址能力不足的问题。标志着微处理器的发展进入第二代。 1978年-Inter8086/8088微处理器，它是第三代微处理器的标志。工作频率4.77MHz，采用16位寄存器和16位数据总线，能够寻址1MB的内存储器。 这个处理器标志着x86王朝的开始，从8086开始，才有了目前应用最广泛的PC行业基础。,1985年研制成功了32位的微处理器-80386系列，其内部包含了27.5万个晶体管，工作频率为12.5MHz，后逐
10、步提高到40 MHz。可寻址4GB内存，并可管理64TB的虚拟存储空间。 随着半导体技术发展，80486处理器集成125万个晶体管，时钟频率逐步提升到33MHz、40MHz、50MHz及后来的100Mhz。80486是英特尔第一个内部包含数字协处理器的CPU，并在x86系列中首次使用了RISC(精简指令集)技术，从而提升了每时钟周期执行指令的速度。 1993年，英特尔发布了Pentium(奔腾)处理器。陆续出现Pentium(奔腾)家族处理器：Pentium MMX、Pentium Pro、Pentium II、Pentium III、Pentium 4。,2003年6月64位Macintos
11、h G5诞生了（但只能运行32位的Mac OSX，2003年9月AMD推出了Athlon 64芯片、标志桌面PC64位计算的时代到来，Inter公司在2005年2月也推出用于支持64位计算的奔腾4处理器6XX型产品（和Pentium4 Extreme Edition）。这标志着桌面开始全面转向64位计算。,我国计算机的发展 我国的计算机事业始于20世纪50年代。1952年我国第一个电子计算机科研小组在中科院数学所内正式成立。1956年国家制订了发展我国科学事业的12年远景规划，把开创我国的计算技术事业项目列为四大紧急措施之一。 1958年，我国研制出第一台电子管计算机。称为我国的第一台数字电子
12、计算机“103机”，拉开了我国计算机从微机、小型机、大型机乃至巨型机的发展历程。1960年我国第一台自行设计的通用电子计算机107机问世。 1964年我国研制成功了大型通用电子计算机119机，用于我国第一颗氢弹研制工作的计算任务。 1974年由高等院校、研究所和工厂联合设计的DJS130机投入批量生产。20世纪70年代中后期又相继研制出了多种每秒运算达百万级的大型电子计算机。,1983年每秒运算1亿次的银河巨型计算机问世，标志着我国计算机技术水平踏上一个新台阶。 1985年联想汉字微机系统LX PC研制成功，长城计算机0520CH微机投产，标志我国能掌握第4代计算机相关技术。 1992年，我国
13、研制出每秒10亿次运算的巨型机银河 ,使我国成为世界上少数具有研制巨型机的国家之一。2008年我国百万亿次超级计算机“曙光5000”问世，2009年10月29日，中国生产的第一台千万亿次超级计算机“天河一号”，使我国拥有计算速度最快的工具。,“银河-1”亿次巨型机在国防科大诞生，使我国成为继美国和日本之后第3个能研制巨型机的国家。银河-1的主频20MH，内存32MB，每秒运算1亿次。,目前，随着计算机技术的发展和实际应用，计算机的类型越来越多样化。根据用途及其使用的范围，计算机可以分为通用机和专用机。根据规模可以分为：巨型机、大/中型计算机、小型计算机、微型计算机、工作站、服务器根据处理对象分
14、为：数字计算机、模拟计算机、数字模拟混合计算机,计算机的分类,1按用途划分 （1）通用机：适用解决多种一般问题，该类计算机使用领域广泛、通用性较强，在科学计算、数据处理和过程控制等多种用途中都能适应。,（2）专用机：用于解决某个特定方面的问题，配有为解决某问题的软件和硬件，如在生产过程自动化控制、工业智能仪表等专门应用。,2按规模划分 （1）巨型计算机：应用于国防尖端技术和现代科学计算中。巨型机的运算速度可达每秒百万亿次，研制巨型机是衡量一个国家经济实力和科学水平的重要标志。,（2）大/中型计算机：具有较高的运算速度，每秒可以执行几千万条指令，而且有较大的存储空间。往往用于科学计算、数据处理或
15、作为网络服务器使用。,（3）小型计算机：规模较小、结构简单、运行环境要求较低，一般应用于工业自动控制、测量仪器、医疗设备中的数据采集等方面。小型机在用作巨型计算机系统的辅助机方面也起了重要作用。,（4）微型计算机：中央处理器（CPU）采用微处理器芯片，体积小巧轻便，广泛用于商业、服务业、工厂的自动控制、办公自动化以及大众化的信息处理。,（5）工作站：工作站是一种以个人计算机和分布式网络计算为基础，主要面向专业应用领域，具备强大的数据运算与图形、图像处理能力，为满足工程设计、动画制作、科学研究、软件开发、金融管理、信息服务、模拟仿真等专业领域而设计开发的高性能计算机。,（6）服务器：在网络环境下
16、为多个用户提供服务的共享设备，一般分为文件服务器、打印服务器、计算服务器和通信服务器等。,3按处理对象划分 （1）数字计算机：计算机处理时输入和输出的数值都是数字量。 （2）模拟计算机：处理的数据对象直接为连续的电压、温度、速度等模拟数据。 （3）数字模拟混合计算机：输入输出既可是数字也可是模拟数据。,计算机所以具有很强的生命力，并得以飞速的发展，是因为计算机本身具有诸多特别之点。主要是快、大、久、精、智、自、广。具体体现如下几个方面。(1)处理速度快(2)存储容量大 (3)计算精确度高 (4)具有逻辑判断能力(5)较强的自动化工作能力 (6)应用领域广泛,计算机的主要特点,1.科学计算：指计
17、算机应用于完成科学研究和工程技术中所提出的数学问题（数值计算）。一般要求计算机速度快、精度高，存储容量相对大。科学计算是计算机最早的应用方面。,计算机的主要用途,2.信息处理：信息处理主要是指非数值形式的数据处理，包括对数据资料的收集、存储、加工、分类、排序、检索和发布等一系列工作。,3.过程控制：把计算机用于科学技术、军事领域、工业、农业等各个领域的过程控制。,4计算机辅助系统：有计算机辅助教学（CAI）、计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）、计算机集成制造（CIMS）等系统。,5多媒体技术：把数字、文字、声音、图形、图像和动画等多种媒体有机组合起来，
18、利用计算机、通信和广播电视技术，使它们建立起逻辑联系，并能进行加工处理的技术。 目前多媒体计算机技术的应用领域正在不断拓宽，除了知识学习、电子图书、商业及家庭应用外，在远程医疗、视频会议中都得到了极大的推广。,6计算机通信：是计算机技术与通信技术结合的产物，计算机网络技术的发展将处在不同地域的计算机用通讯线路连接起来，配以相应的软件，达到资源共享的目的。,7人工智能：研究解释和模拟人类智能、智能行为及其规律的一门学科。其主要任务是建立智能信息处理理论，进而设计可以展现某些近似于人类智能行为的计算系统。人工智能学科包括：知识工程、机器学习、模式识别、自然语言处理、智能机器人和神经计算等多方面的研
19、究,1.计算机发展趋势计算机发展的现实向我们展示了它总的发展趋势是：巨型化，微型化，网络化，智能化.(1)巨型化：发展高速度，大存储容量，强功能的超大型计算机。这主要是满足如军事，天文，气象，原子，航天，核反应，遗传工程，生物工程等学科研究的需要。,计算机未来发展趋势,(2)微型化：计算机的微型化是当今世界计算机技术发展最为明显，最为广泛的趋势.它大大地推动了计算机应用的普及化和计算机的文化化。,(3)网络化：计算机网络是计算机技术和通信技术结合的产物.计算机的网络化不仅扩大了计算机系统的规模实现了计算机资源)的共享，而且提高了计算机系统的协同工作能力，为电子数据交换提供了条件。,(4)智能化
20、：智能化是指计算机具有模仿人类较高层次智能活动的能力。如视觉，听觉，说话，行为，思维，推理，学习等。,(1)人工神经网络计算机：新一代计算机系统将具有智能特性，具有逻辑思维、知识表示和推理能力，能模拟人的分析、决策、计划等智能活动，人机之间具有自然通信能力等.,2.未来型计算机的发展在第四代计算机得到迅速发展的今天，逐渐形成了一些明显的发展趋势，包括如下几种：,(2)生物计算机：生物计算机将具有自调节、自修复和自再生能力，易于模拟人脑的功能。,(3)光子电脑：目的是利用光子代替电子、光互连代替导线互连的全光数字电脑。加之光子电脑以光部件代替电子部件，以光运算代替电子运算，故可使其运算速度比现代
21、计算机快上千倍。,3.计算机新热点 目前，在新思想、新技术、新应用的驱动下，云计算、移动互联网、物联网等产业呈现出蓬勃发展的态势，全球 IT 产业正经历着一场深刻的变革.(1)云计算云计算(Cloud Computing)是信息技术的一个新热点更是一种新的思想方法。它将计算任务分布在大量计算机构成的资源池上，使各种应用系统能够根据需要获取计算能力、存储空间和信息服务.,(2)移动互联网 简单来说,移动互联网就是将移动通信和互联网二者结合起来成为一体,移动与互联网相结合的趋势是历史的必然，因为越来越多的人希望在移动的过程中能够高速地接入互联网.移动互联网的应用特点是小巧轻便,通信便捷.它正逐渐渗透到人们生活、工作与学习等各个领域.移动环境下的网页浏览、文件下载、位置服务、在线游戏、电子商务等丰富多彩的互联网应用迅猛发展，正在深刻改变信息时代的社会生活。,(3)物联网 物联网被称为继计算机和互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮，代表着当前和今后相当一段时间内信息网络的发展方向。从一般的计算机网络到互联网，从互联网到物联网，息网络已经从人与人之间的沟通发展到人与物、物与物之间的沟通，功能和作用日益强大，对社会的影响也越发深远各个领域.,END谢谢！,
