计算机应用技术实践与指导研究

第一章计算机基础第一节计算机概述一、什么是计算机人类在其漫长的文明史上，为了提高计算速度，不断发明和改进各种计算工具。人类最早的计算工具可以追溯到中国唐代发明的、迄今仍在使用的算盘。在欧洲，16世纪出现了对数计算尺和机械计算机。到了20世纪40年代，一方面由于科学技术的发展，对计算量、计算精度、计算速度的要求在不断提高，原有的计算工具已经满足不了需求；另一方面，计算理论、电子学以及自动控制技术等的发展，也为电子计算机的出现提供了可能。因此，在20世纪40年代中期诞生了第一台电子计算机。“计算机”顾名思义是一种计算的机器，由一系列电子元器件组成。计算机不同于以往的计算工具，其主要特点如下：①计算机在处理信息时完全采用数字方式，其他非数字形式的信息，如文字、声音、图像等，要转换成数字形式才能由计算机来处理。②计算机在信息处理过程中，不仅能进行算术运算，而且还能进行逻辑运算并对运算结果进行判断，从而决定以后执行什么操作。③只要人们把处理的对象和处理问题的方法步骤以计算机可以识别和执行的“语言”事先存储到计算机中，计算机就可以完全自动地进行处理。④计算机运算速度快、计算精度高，可以存储大量的信息。⑤计算机之间可以借助于通信网络互相连接起来，共享信息。由此可见，计算机是一种可以自动进行信息处理的工具，具有运算速度快、计算精度高、记忆能力强、自动控制、逻辑判断等特点。计算机可以模仿人的部分思维活动，代替人的部分脑力劳动，按照人的意愿自动工作，所以也把计算机称为“电脑”。

二、计算机的发展历程现代计算机孕育于英国、诞生于美国。1936年，英国科学家图灵向伦敦权威的数学杂志投了一篇论文，在这篇开创性的论文中，图灵提出著名的“图灵机”（Turing Machine）的设想。“图灵机”不是一种具体的机器，而是一种理论模型，可用来制造一种十分简单但运算能力极强的计算装置。正是因为图灵奠定的理论基础，人们才有可能发明20世纪以来甚至是人类有史以来最伟大的发明——计算机。因此人们称图灵为“计算机理论之父”。世界上第一台电子数字计算机于1946年2月15日在美国宾夕法尼亚大学正式投入运行，它的名称叫ENIAC，是电子数值积分计算机(ElectronicNumerical Integrator And Calculator)的缩写。它耗电174千瓦，占地170平方米，重达30吨，每秒钟可进行5000次加法运算。虽然它的功能还远远比不上今天最普通的一台计算机，但在当时它已是运算速度的绝对冠军，并且其运算的精确度和准确度也是史无前例的。以圆周率（m）的计算为例，中国古代科学家祖冲之耗费15年心血，才把圆周率计算到小数点后7位数。1000多年后，英国人香克斯以毕生精力计算圆周率，才计算到小数点后707位。而使用ENIAC进行计算，仅用了40秒就达到了这个记录，还发现香克斯的计算中，第528位是错误的。ENIAC奠定了电子计算机的发展基础，开辟了一个计算机科学技术的新纪元。ENIAC诞生后，美籍匈牙利数学家冯·诺依曼提出了新的设计思想。20世纪40年代末期诞生的离散变量自动电子计算机（Electronic Discrete VariableAutomatic Computer，EDVAC）是第一台具有冯·诺依曼设计思想的电子数字计算机。虽然计算机技术发展很快，但冯·诺依曼的设计思想至今仍然是计算机内在的基本工作原理，是我们理解计算机系统功能与特征的基础。在ENIAC诞生后短短的几十年间，计算机的发展突飞猛进。计算机所用的主要电子元器件相继使用了真空电子管，晶体管，中、小规模集成电路和大规模、超大规模集成电路，引起了计算机的几次更新换代。每一次更新换代都使计算机的体积和耗电量大大减小，功能大大增强，应用领域进一步拓宽。从第一台电子计算机的出现直至20世纪50年代后期，这一时期的计算机属于第一代计算机，其重要特点是采用真空电子管作为主要的电子元器件。它体积大、能耗高、速度慢、容量小、价格昂贵，应用也仅限于科学计算和军事领域。