大学计算机基础(高等院校十三五应用技能培养规划教材)/移动应用开发系列

作者简介

内容简介

1.1 计算机概述 计算机俗称计算机，其英文名是Computer。它是一种能高速运算、具有内部存储能力、由程序控制其操作过程及自动进行信息处理的电子设备。目前，计算机已成为我们学习、工作和生活中使用最广泛的工具之一。 1.1.1　计算机发展简史 计算机系统由计算机硬件和计算机软件构成。计算机硬件是指构成计算机系统的所有物理器件(集成电路、电路板以及其他磁性元件和电子元件等)、部件和设备(控制器、运算器、存储器、输入输出设备等)的集合；计算机软件是指用程序设计语言编写的程序，以及运行程序所需的文档、数据的集合。自计算机诞生之日起，人们探索的重点不仅在于建造运算速度更快、处理能力更强的计算机，而且在于开发能让人们更有效地使用这种计算设备的各种软件。 1946年，美国宾夕法尼亚大学成功地研制了电子数字积分式计算机(Electronic Numerical Integrator And Calculator，ENIAC)，如图1-1所示。这台计算机结构复杂、体积庞大，但功能远不及现在的一台普通微型计算机。 ENIAC长30.48米，宽1米，占地面积约170平方米，它有30个操作台，相当于10间普通房间的大小，重达30吨，耗电量150千瓦时，造价48万美元。它包含17468根真空管、7200根晶体二极管、1500个中转、70000个电阻器、10000个电容器、1500个继电器、6000多个开关，每秒执行5000次加法或400次乘法运算，计算速度是继电器计算机的1000倍、手工计算的20万倍。 ENIAC的诞生宣告了电子计算机时代的到来，其意义在于它奠定了计算机发展的基础，开辟了计算机科学技术的新纪元。 在ENIAC的研制过程中，美籍匈牙利数学家冯？诺依曼总结并归纳了其所具有的以下3个特点。 (1) 采用二进制：在计算机内部，程序和数据采用二进制代码表示。 (2) 存储程序控制：程序和数据存放在存储器中，即程序存储的概念。计算机执行程序时无须人工干预，能自动、连续地执行程序，并得到预期的结果。 (3) 计算机的5个基本部件：计算机具有运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。 从第一台电子计算机诞生到现在，计算机技术以前所未有的速度迅猛发展，经历了大型机阶段和微型机及网络阶段。 1. 大型计算机时代 人们通常根据计算机采用电子元件的不同将计算机的发展过程划分为电子管、晶体管、集成电路，以及大规模、超大规模集成电路4个阶段，分别称为第一代至第四代计算机。在这4个阶段的发展过程中，计算机的体积越来越小，功能越来越强，价格越来越低，应用越来越广泛。 1) 第一代计算机(1946—1958年) (1) 主要元件是电子管。 (2) 内存储器采用水银延迟线，外存储器采用磁鼓、纸带、卡片等。 (3) 运算速度为每秒几千次到几万次，内存容量仅为1000～4000字节。 (4) 计算机程序设计语言还处于最低阶段，用一串0和1表示的机器语言进行编程，直到20世纪50年代才出现了汇编语言。但尚无操作系统出现，操作机器困难。 (5) 主要用于军事和科学研究。 (6) 体积庞大、造价昂贵、运算速度慢、存储容量小、可靠性差、不易掌握、维护困难。 (7) 代表性的机型为UNIVAC-I。 2) 第二代计算机(1958—1964年) (1) 主要元件是晶体管。 (2) 大量采用磁芯做内存储器，采用磁盘、磁带等做外存储器。 (3) 运算速度提高到每秒几十万次，内存容量扩大到几十万字节。 (4) 应用已扩展到数据处理和事务处理。 (5) 体积小、重量轻、耗电量少、运算速度快、可靠性高、工作稳定。 (6) 代表性的计算机是IBM公司生产的IBM-7094机和CDC公司的CDC-1604机。 3) 第三代计算机(1964—1971年) (1) 主要元件采用小规模集成电路(Small Scale Integration，SSI)和中规模集成电路(Medium-Scale Integration，MSI)。 (2) 开始采用性能优良的半导体存储器。 (3) 运算速度提高到每秒几十万次到几百万次基本运算。 (4) 主要用于科学计算、数据处理以及过程控制。 (5) 功耗、体积、价格等进一步下降，而速度及可靠性相应提高。 (6) 代表性的机型为IBM-360计算机系列。 4) 第四代计算机(1971年至今) (1) 主要元件采用大规模集成电路(Large Scale Integration，LSI)和超大规模集成电路(Very Large Scale Integration，VLSI)。 (2) 主存储器采用集成度很高的半导体存储器。 (3) 运算速度可达每秒几百万次至上亿次。 (4) 应用领域不断向社会各个方面渗透。 (5) 体积、重量、功耗进一步减小。 2. 微型计算机的发展 1971年，世界上第一片4位微处理器4004在Intel(英特尔)公司诞生，标志着计算机进入了微型计算机时代。 微处理器是大规模和超大规模集成电路的产物。以微处理器为核心的微型计算机属于第四代计算机。通常人们以微处理器为标志来划分微型计算机，如286机、386机、486机、Pentium(奔腾)机、PentiumⅡ机、Pentium Ⅲ机和Pentium 4机等。微型计算机的发展史实际上就是微处理器的发展史。微处理器一直遵循摩尔(Moore)定律，其性能以平均每18个月提高一倍的高速度发展着。Intel公司的芯片设计和制造工艺一直领导着芯片业界的潮流，在宏观上可划分为80x86时代和Pentium时代。 1) 第一代微型计算机 1978年，Intel公司推出了16位微处理器Intel 8086，1979年又推出了Intel 8088，其集成度是29000个晶体管，时钟频率为4.77MHz。它的内部数据总线是16位，外部数据总线是8位，属于准16位微处理器；地址总线为20位，寻址范围为1MB 内存。 1981年，IBM公司用Intel 8086芯片首次推出16位IBM PC(个人计算机)。1983年又推出了IBM PC/XT 机，使微型计算机进入一个迅速发展的实用时期。 2) 第二代微型计算机 1982年，全16位微处理器Intel 80286 芯片问世，其集成度为13.4万个晶体管，时钟频率达到了20 MHz，内、外部数据总线均为16位，地址总线为24位，寻址范围为16MB 内存。1984年，IBM公司以Intel 80286芯片为CPU推出IBM-PC/AT机。 3) 第三代微型计算机 1985年，Intel公司推出全32位微处理器芯片Intel 80386，其集成度为27.5万个晶体管，时钟频率为125MHz/33MHz，内部和外部数据总线都是32位，地址总线也是32位，寻址范围为4GB内存。 4) 第四代微型计算机 1989年，Intel 公司又研制出新型的个人计算机芯片Intel 80486。它是将80386和数字协处理器80387以及一个8KB的高速缓存集成在一个芯片内，其集成度为120万个晶体管，时钟频率为25MHz/33MHz/50MHz。80486机的性能比带有80387协处理器的80386机提高了4倍。 5) 第五代微型计算机 1993年，Intel 公司推出Pentium芯片，这是一种速度更快的微处理器，被称为586或P5。它的集成度为310万个晶体管，时钟频率为60MHz/75MHz/90MHz/100MHz/120MHz/ 133MHz。1996年，Intel公司又相继推出了Pentium Pro和Pentium MMX处理器。Pentium Pro 集成度为550万个晶体管，时钟频率为150MHz/166MHz/180MHz/200MHz。 6) 第六代微型计算机 1997年，Intel公司推出了PentiumⅡ CPU芯片。可以说，PentiumⅡ是集Pentium Pro之精华与MMX技术完美结合的产品。 7) 第七代微型计算机 1999年，Intel公司推出新一代产品Pentium Ⅲ处理器，它的集成度达到800万个晶体管，时钟频率为450MHz/500MHz，目前已推出时钟频率为1GHz的Pentium Ⅲ芯片。以Pentium Ⅲ为CPU的微型计算机是当前的主流微机。但是时钟频率为1.5GHz的Pentium 4芯片已于2000年推出。因此，以Pentium 4为CPU的微机将替代Pentium Ⅲ机而成为第八代微型计算机。 3. 我国计算机技术的发展概况 我国计算机技术研究起步晚、起点低，但随着改革开放的深入和国家对高新技术的扶持、对创新能力的提倡，计算机技术的水平正在逐步提高。我国计算机技术的发展历程如下所述。 (1) 1956年，开始研制计算机。 (2) 1958年，研制成功第一台电子管计算机——103机。 (3) 1959年，104机研制成功，这是我国第一台大型通用电子数字计算机。 (4) 1964年，研制成功晶体管计算机。 (5) 1971年，研制成功以集成电路为主要器件的DJS系列机。这一时期，在微型计算机方面，我国研制开发了长城、紫金、联想系列微型计算机。 (6) 1983年，我国第一台亿次巨型计算机——“银河”诞生。 (7) 1992年，10亿次巨型计算机——“银河Ⅱ”诞生。 (8) 1995年，第一套大规模并行机系统——“曙光1000”研制成功。 (9) 1997年，每秒130亿浮点运算、全系统内存容量为9.15GB的巨型机——“银河Ⅲ”研制成功。 (10) 1998年，“曙光2000-Ⅰ”诞生，其峰值运算速度为每秒200亿次浮点运算。 (11) 1999年，“曙光2000-Ⅱ”超级服务器问世，峰值运算速度达每秒1117亿次，内存高达50GB。 (12) 1999年，“神威”并行计算机研制成功，其技术指标位居世界第48位。 (13) 2001年，中科院计算所成功研制我国第一款通用CPU——“龙芯”芯片。 (14) 2002年，我国第一台拥有完全自主知识产权的“龙腾”服务器诞生。 (15) 2005年，联想并购IBM PC，一跃成为全球第三大PC制造商。 (16) 2008年，我国自主研发制造的百万亿次超级计算机“曙光5000”获得成功。 (17) 2009年，国内首台百万亿次超级计算机“魔方”在上海正式启用。 (18) 2010年，中国曙光公司研制出世界排名第二的“星云”千万亿次超级计算机。同年，中国研制出“天河一号”超级计算机，位居世界第一。 近几年来，我国的高性能计算机和微型计算机的发展更为迅速。 《大学计算机基础》以理论知识、实用技术、实践训练为主线，让读者能够轻松掌握计算机基础操作知识与应用技能。同时免费赠送教材PPT课件、各章实例素材文件及课后习题答案等资源，以方便教师教学使用与学生自学操作使用。