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一、计算机的概念和特点
1、计算机概念：计算机(Computer)是一种电子器件构成的、具有计算能力和逻辑判断能力、具有自动控制和记忆功能的信息处理设备。
2、计算机特点：
(1) 运算速度快
计算机能以极快的速度进行运算和逻辑判断，现在高性能计算机每秒能进行1 0亿 加减运算。由于计算机运算速度快，使得许多过去无法处理的问题都能得以及时解决。例如天气预报问题，要迅速分析大量的气象数据资料，才能作出及时的预报。若手工计算需十天半月才能发出，事过境迁，消息陈旧，失去了预报的意义。现在用计算机只需十几分钟就可完成一个地区内数天的天气预报。
(2)计算精度高
计算机具有以往计算工具无法比拟的计算精度，一般可达十几位，甚至几十位、几 百位有效数字的精度。这样的计算精度能满足一般实际问题的需要。1949年瑞特威斯纳 （Reitwiesner）用ENIAC机把圆周率π算到小数点后27703位，打破了著名数学家商克斯（W.Shanks）花了15年时间于1873年创下的小数点后707位的记录。这样的计算精度 是任何其他工具所不可能达到的。
(3)记忆能力强
计算机的存储系统具有存储和“记忆”大量信息的能力，能存储输入的程序和数据， 保留计算结果。现代的计算机存储容量极大，一台计算机能轻而易举地将一个中等规模的图书馆的全部图书资料信息存储起来，而且不会“忘却”。人用大脑存储信息，随着脑细胞的老化，记忆能力会逐渐衰退，记忆的东西会逐渐遗忘，相比之下计算机的记忆 能力是超强的。
(4) 具有自动运行能力和一定的逻辑判断能力。
计算机能够自动连续执行事先编制的程序。能根据不同信息的具体情况作出判断，自动执行相应正确的处理。人是有思维能力的，思维能力本质上是一种逻辑判断能力，也可以说是因果关系分析能力。计算机借助于逻辑运算，可以进行逻辑判断，并根据判断的结果自动地确定下一步该做什么，从而使计算机能解决各种不同的问题，具有很强的通用性。1976年，美国数学家阿皮尔（K.Apple）和海肯（W.Haken）用计算机进行了上百亿次的逻辑判断，通过证明了 1?900 多个定理，解决了 100 多年来未能解决的著名难题 —— 四色问题（ 四 色问题是指：对无论多么复杂的地图分区域作色时，为使相邻区域颜色不同，最多只需4 种颜色就够了）。
计算机是个自动化电子装置，在工作过程中不需人工干预，能自动执行存放在存储器中的程序。程序是人经过仔细规划事先设计好的，程序一旦设计好并输入计算机后，向计算机发出命令，随后计算机便成为人的替身，不知疲倦地工作起来。利用计算机这个特点，我们可以让计算机去完成那些枯燥乏味、令人厌烦的重复性劳动，也可让计算机控制机器深入到人类躯体难以胜任的、有毒的、有害的场所作业。
计算机的分类很多，一般可以从下面几个方面来划分：
1．从计算机规模来分：有巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机(Personal Computer)。
2．从信息表现形式和被处理的信息来分：有数字计算机（数字量、离散的）、模拟计算机（模拟量、连续的）、数字模拟混合计算机
3．按照用途分来：分为通用计算机、专用计算机。
4．按采用操作系统来分：分为单用户机系统、多用户机系统、网络系统和实时计算机系统。
5．从字长来分：4位、8位、16位、32位、64位计算机。
1、第一台电子计算机诞生
世界上第一台计算机于1946年在美国宾夕法尼亚大学研制成功，取名为ENIAC，是英文 Electronic Numerical Integrator And Calculator 的缩写。ENIAC采用电子管为基本元件、真正能自动运行。它使用了18000只电子管，占地
2、计算机发展简史
从第一台电子计算机的诞生到现在，计算机已走过了半个多世纪的发展历程。在这期间，计算机的系统结构不断变化，应用领域不断拓宽。一般根据计算机所采用的主要物理器件，将计算机的发展划分成几个阶段，一个阶段称为一代。
第一代(1946～1957) 电子管时代
逻辑元件：为电子管，存储器：汞延迟线、磁鼓，外部设备：读卡机、纸带机，处理速度：几千条指令数／秒，内存容量：数KB，编程语言：机器语言，应用范围：科学计算。
第二代 (1958～1964)晶体管时代
逻辑元件：为晶体管，存储器：磁鼓、磁带，外部设备：读卡机、纸带机、电传打字机，处理速度：几百万条指令数／秒，内存容量：几十KB，编程语言：汇编语言、高级语言，系统软件：操作系统，应用范围：科学计算、数据处理、工业控制。
第三代(1965～1970) 中小规模集成电路时代
逻辑元件：为半导体存储器构成的中小规模集成电路，存储器：磁带、磁盘，外部设备：读卡机、打印机、绘图机，处理速度：几千万条指令数／秒，内存容量：几十KB～数MB，编程语言：汇编语言、高级语言，系统软件：操作系统、实用程序，应用范围：应用于各领域
第四代(1971～至今)大规模／超大规模集成电路时代
逻辑元件：为半导体存储器构成的大规模／超大规模集成电路，存储器：磁盘、光盘等，外部设备：键盘、显示器、打印机、绘图机等，处理速度：数亿条指令数／秒，内存容量：几十MB，编程语言：高级语言、第四代语言，系统软件：操作系统，数据库管理系统，应用范围：更广泛地应用于各领域。计算机的换代不仅表现为主机器件的改进、外部设备的增加，也表现为配套软件的丰富，进而表现在性能／价格比的提高，计算机应用范围的扩大。
新一代计算机(New Generation Computer)或未来型计算机(Future Generation Computer System)应该是一种智能计算机。它将具有知识表示和推理能力，可以模拟或部分代替人的智能活动。
20世纪70年代微型计算机的出现，引发了电子计算机的第二次革命。
3、计算机的发展趋势
计算机的发展表现为五种趋向：巨型化、微型化、网络化、多媒体化和智能化。
4. 我国计算机的发展
我国电子计算机的研究是从1956年开始的，1958年研制出第一台电子管计算机，即103型通用数字电子计算机。
1964年，第一台晶体管电子计算机正式投入运行，它的运算速度达到每秒5万次。
1971年研制出第一台集成电路计算机，是我国研制成功的第一批第三代计算机，同年由北京大学研制的150型百万次集成电路数字电子计算机投入使用。
1983年12月，国防科技大学研制成功了我国第一台每秒运算速度在1亿次以上的巨型机“银河-Ⅰ”。
1989年，每秒运算10亿次的“银河-Ⅱ”研制成功，这是我国第一台通用并行巨型机。它具有联网能力，既可以作为超级计算机中心的主机，又可以作为大量数据处理的中心处理机，具有广泛的应用领域。
1995年底，“曙光2000-Ⅰ”诞生，其峰值运算速度可达每秒500亿次浮点运算。
20世纪末，诞生了每秒运算1000亿次的“曙光2000-Ⅱ”。
21世纪初，我国研究制造的曙光3000超级服务器投入使用。它兼顾大规模科学计算、事务处理和网络信息服务。系统峰值浮点运算速度为每秒4032亿次。
2003年初，曙光推出了面向网格达到3万亿次运算能力的高性能计算机曙光
2003年，曙光4.2万亿次超级计算机落户中石油、联想5万亿次“深腾
2004年，由中科院计算所、曙光公司、上海超级计算中心三方共同研发制造的曙光
2008年，“深腾
2008年，曙光
5. 微型计算机的发展
(1)微型计算机
将计算机的核心器件中央处理器（运算器和控制器）集成在一块半导体芯片上的计算机，称为微型计算机，简称微机。
美籍匈牙利科学家冯·诺依曼，对计算机的发展做出了巨大贡献，他提出了“程序存储、程序控制”的设计思想，同时指出计算机的构成包括如下几个方面：
第一：由运算器、存储器、控制器、输入、输出设备五大基本部件组成计算机系统，并规定了五大部件的基本功能。
第二：计算机内部应采用二进制表示数据和指令。
第三：程序存储、程序控制（将程序事先存入主存储器中，计算机在工作时能在不需要操作人员干预的情况下，自动逐条取出指令并加以执行）。
(2)早期的微处理器
20世纪70年代计算机发展中最重大的事件就是微型计算机的诞生和迅速普及。
微型计算机开发的先驱美国Intel公司年轻的工程师马·霍夫（M–E–Hoff），1969年他接受日本一家公司的委托，设计台式计算机系统的整套电路。他大胆地提出了一个设想，把计算机的全部电路做在四个芯片上，即中央处理器芯片，随机存取存储器芯片，只读存储器芯片和寄存器电路芯片。这就是一片4位微处理器Intel4004，一片320位（40字节）的随机存储器、一片256字节的只读存储器和一片10位的寄存器，它们通过总线连接起来，于是就组成了世界上第一台4位微型电子计算机----MSC-4，1971年诞生的这台微型计算机揭开了微型计算机发展的序幕。
(3)微处理器的发展
1972年Intel公司又研制成功8位微处理器Intel8088，它主要采用工艺简单，速度较低的P沟道MOS（Metal Oxide Semiconductor—金属氧化物半导体）电路。
1973年出现了采用速度较快的N沟道MOS技术的8位微处理器，这就是第二代微处理器。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创办苹果计算机公司。并推出Apple I 计算机。
1976: 发布了型号为6502的八位微处理器，专为Apple II计算机使用。
1977年5月: Apple II计算机面世。
1978年，16位微处理器出现，首先开发成功16位微处理器的是Intel公司。由于它采用了H-MOS（H-High performance）新工艺，使新的微处理器Intel8086比Inetl8085在性能上又提高了将近十倍。类似的16位微处理器还有8086、8088、80186、Z8000、M68000等。
1983年开始出现了32位微型计算机，微处理器相继推出80386、80486。
1985年起采用超大规模集成电路的32位微处理器开始问世，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，新型的微型计算机系统完全可以与20世纪70年代大中型计算机相匹敌。
(4)现在的微处理器
1993年3月推出了第五代CPU（32位）Pentium，厂家代号：P
1995年11月推出了第六代CPU（32位）Pentium Pro，中文名称“高能奔腾”。Intel公司第一次采用了双芯片CPU生产技术，在CPU内部集成了256～512KB的L2 Cache，因此L2 Cache能与CPU内部时钟同步运行。Pentium Pro主要应用在服务器方面。
1997年1月推出了第五代CPU（32位）Pentium MMX，厂家代号：P
1997年5月推出了第六代CPU（32位）Pentium Ⅱ，中文称“奔腾二代”。将Pentium Ⅱ CPU芯片、Tag RAM（L2 Cache的管理和控制芯片）和L2 Cache集成在一块电路板上，然后封装在单边接触盒（SEC）中并加上冷却风扇。所以它的外形与以往的CPU大不一样，是一个扁黑盒子。
在以后的几年里，CPU又推出了许多新产品PⅢ、PⅣ、K6等，有力地推动了微机的发展。
CPU主要为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兼容级CPU产品。目前，微机CPU已发展到多核处理器，如Intel Core 2 Quad Q9550。
我国在CPU研制中也不甘落后，相继研制了龙芯1号、龙芯2号、方舟1号、方舟2号、汉芯2号、汉芯3号、神威一号、威盛系列、星光一号、星光二号、星光三号、星光四号、星光五号、万通1号、湖南中芯、北大众志、S698等系列处理器芯片。
目前龙芯3号也已经进入预研阶段，届时我国的芯片技术将有更多的突破。
计算机的应用已渗透到人类社会的各个领域。从航天飞行到海洋开发，从产品设计到生产过程控制，从天气预报到地质勘探，从疾病诊疗到生物工程，从自动售票到情报检索等等，都应用了计算机。计算机有点像一台“万能”的问题解答机器，任何问题，只要能够精确地进行公式化，都可以放到计算机上加以解决。因而各行各业的人都可以利用计算机来解决各自的问题。
1、科学计算
科学计算，亦称数值计算，是指用计算机完成科学研究和工程技术中所提出的数学问题。计算机作为一个计算工具，科学计算是它最早的应用领域。在科学技术工作中，科学计算问题是大量而复杂的。例如，在进行气象预报时，需要解多个气象方程式来预测气象的变化，计算的准确性要求较高，如果没有计算机，依靠人工需要几个星期才能计算出来，这样得到的气象预报也就失去了实际价值。又如，海湾战争中，伊拉克飞毛腿导弹刚发射，它的飞行参数就被多国部队的计算机监测系统测出，根据这些参数可计算飞毛腿导弹的飞行轨迹，计算出爱国者导弹拦截飞毛腿导弹时应该飞行的轨道，整个计算过程只需1分钟，而飞毛腿导弹从发射到抵达目标却需6分钟，计算机运算速度比导弹的飞行速度还要快。
2、信息处理
信息处理是指计算机对信息记录、整理、统计、加工、利用、传播等一系列活动的 总称。所谓信息是通过各种方式，可以被传递、传播、传达，用可被感受的声音、图像、文字所表征，并与某些特定的事实、主题或事件相联系的消息、情报、知识。信息处理是目前计算机应用最广泛的领域。 数据处理是目前计算机应用得最广泛的领域之一，例如：高考招生工作中的考生录取与统计工作，铁路、飞机客票预订系统，企业内部成本核算管理、人事管理、工资管理、财务管理、合同管理以及银行系统的业务管理等等，都属于数据处理范围。
3、过程检测和实时控制
实时控制，亦称过程控制，是用计算机及时采集检测数据，按最佳值迅速对控制对象进行自动控制或自动调节。 利用计算机进行过程控制，不仅大大提高了控制的自动化水平，而且大大提高了控制的及时性和准确性，从而能改善劳动条件，提高质量，节约能源，降低成本。实时控制系统是一种实时处理系统，对计算机的响应时间有一个较高的要求。实时处理系统指计算机对输入的信息以足够快的速度进行处理，并在一定的时间内作出某种反映或进行某种控制。目前在实时控制系统中广泛采用集散系统，即把控制功能分散给若干台微机担任，而操作管理则高度集中在一台高性能计算机上进行。 计算机既具有高速计算能力，又有可靠的逻辑判断能力。计算机在工业控制方面的应用可以节省劳动力，减轻劳动强度，提高生产效率，节省原料，减少能源消耗，降低生产成本。
4、计算机辅助设计、辅助制造、辅助教育
计算机辅助设计（CAD —— Computer Aided Design）是利用计算机的计算、逻辑判断等功能，帮助人们进行产品设计和工程技术设计。在设计中可通过人—机交互更改设计和布局，反复迭代设计直至满意为止。它能使设计过程逐步趋向自动化，大大缩短设计周期，以增强产品在市场上的竞争力，同时也可节省人力和物力，降低成本，提高产品质量。
计算机辅助设计和辅助制造（CAM）结合起来可直接把CAD设计的产品加工出来。近年来，各工业发达国家又进一步将计算机集成制造系统（CIMS —— Computer Integrated Manufacturing System）作为自动化技术的前沿、方向。CIMS是集工程设计、生产过程控制、生产经营管理为一体的高度计算机化、自动化和智能化的现代化生产大系统。它是制造业的未来。
计算机辅助教育(CBE——Computer Based Education)是计算机在教育领域中的应用，包括计算机辅助教学(CAI)、计算机辅助管理教学(CMI)。CAI最大的特点是交互教学和个别指导，它将改变传统的教师在讲台上讲课而学生在课堂内听课的教学方式。CMI是用计算机实现各种教学管理，如制定教学计划、课程安排、计算机评分、日常的教务管理等。计算机辅助教学（CAI）是指利用计算机帮助学习的自学系统，它充分利用了计算机的图形功能，使教学内容形象生动。例如，在利用CAI演示化学反应过程时，不需要真实的化学药品与器具，也就不存在防毒、防腐蚀、防爆炸等安全问题，在计算机屏幕上可以生动地展示整个化学反应的过程；又如，在用CAI作物理实验时，某些物体的快速变化过程可以在计算机上分解成一步一步的慢动作，使得原本真实环境中难以观察清楚的现象可以在计算机屏幕上看得一清二楚，极大地提高了教学效果。
5、人工智能
人工智能(AI —— Artificial Intelligence)是用计算机模拟人类的智能活动：判断、理解、学习、图像识别、问题求解等。它是计算机应用的一个新领域，是计算机向智能化方向发展的趋势。人工智能的应用主要有机器人、专家系统、模式识别、智能检索等。人工智能就是让计算机模仿人的一部分智能。从最早的只能模仿人动作的机械手，到现在的能听、会说、能“思考”的智能机器人。机器人可以代替人到恶劣危险的环境中去工作，它们不畏严寒，不惧高温，不怕有毒和放射性物质，可以不知疲倦地连续工作，帮助人类完成自身难以完成的工作。
6、办公自动化
办公自动化(OA —— Office Automation)是一门综合性的技术，其目的在于建立一个以先进的计算机和通信技术为基础的高效人—机信息处理系统，使办公人员充分利用各种形式的信息资源，全面提高管理、决策和事务处理的效率。? 办公自动化系统一般可分为事务型、管理型和决策型三个层次。事务型OA系统主要供业务人员和秘书处理日常的办公事务。管理型OA系统又称管理信息系统(MIS—Management Informa tion System)，是一个以计算机为基础，对企事业单位实行全面管理，包括各项专业管理的信息处理系统。决策型OA系统是在上述事务处理和信息管理的基础上，增加决策辅助功能而构成。?
7、网络应用(计算机通信和因特网)
计算机通信是近几年迅速发展起来的一个重要的计算机应用领域。我们可以通过电话线，再借助调制解调器（MODEM），把电脑联入因特网（Internet）浏览各种各样的信息，包括国内外新闻；也可以将信的内容输入计算机，填上收信人的地址和姓名，就可以发一封电子邮件（E–Mail），你的问候只要几秒钟就可以传给收信人；因特网还可以帮你解答问题，让你下载软件。
8、多媒体应用
多媒体技术开始于20世纪80年代，把声音、图像、文字处理融为一体，使计算机具有计算机、电视机、游戏机、传真机、电话机和VCD机的综合功能，达到了一机多能。 |
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来自： 静听沙漏 > 《逻辑电路与计算机组成原理》
