計(jì)算機(jī)發(fā)展史

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計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生是20世紀(jì)最重要的科學(xué)技術(shù)大事件之一。1946年美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)經(jīng)過(guò)幾年的艱苦努力，研制出世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)--埃尼阿克（ENIAC）。

一、 計(jì)算機(jī)的發(fā)展史：

根據(jù)計(jì)算機(jī)所采用的物理器件不同，可分為四個(gè)階段。
第一代：電子管計(jì)算機(jī)，開(kāi)始于1946年，結(jié)構(gòu)上以CPU為中心，使用機(jī)器語(yǔ)言，速度慢、存儲(chǔ)量小，主要用于數(shù)值計(jì)算。
第二代：晶體管計(jì)算機(jī)，開(kāi)始于1958年，結(jié)構(gòu)上以存儲(chǔ)器為中心，使用高級(jí)語(yǔ)言應(yīng)用范圍擴(kuò)大到數(shù)據(jù)處理和工業(yè)控制。
第三代：中小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)，開(kāi)始于1964年，結(jié)構(gòu)上仍以存儲(chǔ)器為中心，增加了多種外部設(shè)備，軟件得到一定發(fā)展，計(jì)算機(jī)處理圖像、文字和資料功能加強(qiáng)。
第四代：大、超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)，開(kāi)始于1971年，應(yīng)用更加廣泛，出現(xiàn)了微型計(jì)算機(jī)。

計(jì)算機(jī)硬件發(fā)展的同時(shí)，軟件始終伴隨其步伐迅猛發(fā)展，就計(jì)算機(jī)的編程語(yǔ)言而言，也劃分為三代。
第一代：機(jī)器語(yǔ)言。每條指令用二進(jìn)制編碼，效率很低。
第二代：匯編語(yǔ)言。用符號(hào)編程，和具體機(jī)器指令有關(guān)，效率不高。
第三代：高級(jí)語(yǔ)言：如FORTRAN、COBOL、BASIC、PASCAL等都屬于高級(jí)語(yǔ)言。

二、我國(guó)計(jì)算機(jī)的發(fā)展

我國(guó)從1956年開(kāi)始電子計(jì)算機(jī)科研和教學(xué)工作。
1983年12月研制成功每秒運(yùn)行1億次的"銀河"巨型計(jì)算機(jī)；
1992年11月研制成功每秒運(yùn)行10億次的"銀河Ⅱ"巨型計(jì)算機(jī)；
1997年研制成功每秒運(yùn)行130億次的"銀河Ⅲ"巨型計(jì)算機(jī)。

三、計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

計(jì)算機(jī)的發(fā)展向微型化和巨型化、多媒體化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。

計(jì)算機(jī)的基本概念
計(jì)算機(jī)內(nèi)所有的信息都是以二進(jìn)制的形式表示的，單位是位。

位：計(jì)算機(jī)只認(rèn)識(shí)由0或1組成的二進(jìn)制數(shù)，二進(jìn)制數(shù)中的每個(gè)0或1就是信息的最小單位，稱為"位"（bit）。

字節(jié)：是衡量計(jì)算機(jī)存貯容量的單位。一個(gè)8位的二進(jìn)制數(shù)據(jù)單元稱一個(gè)字節(jié)（byte）。在計(jì)算機(jī)內(nèi)部，一個(gè)字節(jié)可以表示一個(gè)數(shù)據(jù)，也可以表示一個(gè)英文字母或其他特殊字符，二個(gè)字節(jié)可以表示一個(gè)漢字。

字：在計(jì)算機(jī)中，作為一個(gè)整體單元進(jìn)行存貯和處理的一組二進(jìn)制數(shù)。一臺(tái)計(jì)算機(jī)，字的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)是固定的。

字長(zhǎng)：一個(gè)字中包含二進(jìn)制數(shù)位數(shù)的多少稱為字長(zhǎng)。字長(zhǎng)是標(biāo)志計(jì)算機(jī)精度的一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。

存貯器編址：為了便于對(duì)計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的管理和存貯，需要對(duì)內(nèi)存單元編號(hào)，即給每個(gè)存貯單元一個(gè)地址。每個(gè)存貯單元存放一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。 如果需要對(duì)某一個(gè)存貯單元進(jìn)行存貯，必須先知道該單元的地址，然后才能 對(duì)該單元進(jìn)行信息的存取。

注意：存貯單元的地址和存貯單元中的內(nèi)容是不同。

指令：指揮計(jì)算機(jī)進(jìn)行基本操作的命令。

指令系統(tǒng)：一種計(jì)算機(jī)所能執(zhí)行的全部指令的集合。

程序：按一定處理步驟編排的，能完成一定處理能力的指令序列。






計(jì)算機(jī)系統(tǒng)


計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)所組成的。


一、計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)

硬件系統(tǒng)由輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、存儲(chǔ)器、運(yùn)算器和控制器組成。
其中運(yùn)算器和控制器結(jié)合在一起，稱為中央處理器（CPU）
CPU（即運(yùn)算器和控制器）和存儲(chǔ)器合稱為主機(jī)。

輸入設(shè)備：常見(jiàn)有鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、掃描儀等
輸出設(shè)備：常見(jiàn)有顯示器、打印機(jī)和繪圖儀等；
中央處理器：又稱CPU，它包括運(yùn)算器和控制器。是計(jì)算機(jī)的核心部分。
我們平時(shí)所說(shuō)的486、586、奔騰Ⅲ、奔騰Ⅳ指的是CPU的檔次。
運(yùn)算器：可以進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算；
控制器：是計(jì)算機(jī)的指揮系統(tǒng)，它的操作過(guò)程是取指令--分析指令，循環(huán)執(zhí)行。
存儲(chǔ)器：具有記憶功能的物理器件，用于存儲(chǔ)信息。分為內(nèi)存和外存。
內(nèi)存：是半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，分為只讀存儲(chǔ)器（ROM）和隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）。
ROM只可讀出，不能寫(xiě)入，斷電后內(nèi)容還在；
RAM可隨意寫(xiě)入讀出，但斷電后內(nèi)容不存在。
外存：磁性存儲(chǔ)器（軟盤(pán)和硬盤(pán)）；光電存儲(chǔ)器（光盤(pán)），可以作為永久性存儲(chǔ)器。
存儲(chǔ)器的兩個(gè)重要指標(biāo)：存取速度和存儲(chǔ)容量。內(nèi)存的存取速度最快，軟盤(pán)最慢。存儲(chǔ)容量是存儲(chǔ)的信息量，它用字節(jié)（Byte）作為基本單位，1個(gè)字節(jié)用8位二進(jìn)制數(shù)表示，1KB=1024B，1MB=1024KB，1GB=1024MB。

二、計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)


計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類(lèi)。

系統(tǒng)軟件：為了使用和管理計(jì)算機(jī)的軟件；主要操作系統(tǒng)軟件有Windows95/98/2000/NT, DOS, UCDOS，MS-DOS，Unix,，OS/2，Linux等。其中，WINDOWS是多任務(wù)可視化圖形界面，DOS是字符命令形式的單任務(wù)操作系統(tǒng)。
應(yīng)用軟件：為了某個(gè)應(yīng)用目的而編寫(xiě)的軟件，主要有輔助教學(xué)軟件，輔助設(shè)計(jì)軟件、文字處理軟件、工具軟件以及其它的應(yīng)用軟件。




三、計(jì)算機(jī)的工作原理：


到目前為止,電子計(jì)算機(jī)的工作原理均采用馮·諾依曼的存儲(chǔ)程序,并自動(dòng)完成程序的設(shè)計(jì)思想.其工作過(guò)程如下圖所示:






需要注意的是:程序中的數(shù)據(jù),指令都采用數(shù)字化編碼方式,保存在存儲(chǔ)器中;程序中的指令必須是屬于這臺(tái)機(jī)器的指令系統(tǒng).




四、計(jì)算機(jī)病毒


計(jì)算機(jī)病毒是一種程序,是人為設(shè)計(jì)的具有破壞性的程序.它往往使計(jì)算機(jī)不能正常工作.計(jì)算機(jī)病毒具有破壞性,傳播性,可激發(fā)性,潛伏性,隱蔽性等特點(diǎn).由于計(jì)算機(jī)病毒危害極大,需要注意隔離計(jì)算機(jī)病毒的來(lái)源,經(jīng)常用殺病毒軟件檢查計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和存儲(chǔ)器.



計(jì)算機(jī)中有關(guān)數(shù),編碼的基本常識(shí)


(一)1.計(jì)算機(jī)是智能化的電器設(shè)備
計(jì)算機(jī)就其本身來(lái)說(shuō)是一個(gè)電器設(shè)備,為了能夠快速存儲(chǔ),處理,傳遞信息,其內(nèi)部采用了大量的電子元件,在這些電子元件中,電路的通和斷,電壓高低,這兩種狀態(tài)最容易實(shí)現(xiàn),也最穩(wěn)定,也最容易實(shí)現(xiàn)對(duì)電路本身的控制.我們將計(jì)算機(jī)所能表示這樣的狀態(tài),用0,1來(lái)表示,即用二進(jìn)制數(shù)表示計(jì)算機(jī)內(nèi)部的所有運(yùn)算和操作.


2.二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算法則
二進(jìn)制數(shù)運(yùn)算非常簡(jiǎn)單,計(jì)算機(jī)很容易實(shí)現(xiàn),其主要法則是:
0+0=0 0+1=1 1+0=1 1十1=10; 0 x 0=0 0 xl=0 1x 0= 0 1xl=1
由于運(yùn)算簡(jiǎn)單,電器元件容易實(shí)現(xiàn),所以計(jì)算機(jī)內(nèi)部都用二進(jìn)制編碼進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送,計(jì)算.


3.十進(jìn)制與二進(jìn)制,八進(jìn)制,十六進(jìn)制數(shù)之間的相互轉(zhuǎn)換


(1)數(shù)的進(jìn)制與基數(shù).
計(jì)數(shù)的進(jìn)制不同,則它們的基數(shù)也不相同,如表1-l所示.
進(jìn)制
基數(shù)
十進(jìn)制數(shù)
典型示例(轉(zhuǎn)換)
二進(jìn)制
0,1
10,7,23
1010,111,10111
三進(jìn)制
0,1,2
10,7,23
101,21,212
四進(jìn)制
0,1,2,3
10,7,23
22,13,113
八進(jìn)制
0,1,2,3,4,5,6,7
10,63,126
12,77,176
十進(jìn)制
0,1,2,3,4,5,6,7,8,9
十六進(jìn)制
0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F
10,63,254
A,3F,15E


(2)數(shù)的權(quán)
不同進(jìn)制的數(shù),基數(shù)不同,其每位上所代表的值的大小也不相同,我們稱之為"權(quán)"
①十進(jìn)制數(shù),逢十進(jìn)一.如,(219)10=2x102+1x101+9x100
②二進(jìn)制數(shù),逢二進(jìn)一.如,(11010)2=lx24+lx23+0x22+lx21+0x20=26
③八進(jìn)制數(shù),逢八進(jìn)一.如,(273)8= 2x82+7x81+3x80=187
④十六進(jìn)制數(shù),逢十六進(jìn)一.如,(27B)16=2x162+7x161+11x160=635
從以上的計(jì)算中,可以看到,進(jìn)制不同,基數(shù)不同,每位上權(quán)值大小也不相同,數(shù)值大小也不相同.
(3)十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成任意進(jìn)制數(shù)
將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成任意進(jìn)制數(shù)的基本方法是:將十進(jìn)制數(shù)除以所定的進(jìn)制數(shù)反向取余.
例如:
①將39用二進(jìn)制數(shù)表示,用如下的短除法,求余數(shù),并反向取余.如果轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制還可以用右邊的2的N次冪表示.
短除法 39==>(100111)2
②將245用八進(jìn)制數(shù)表示,我們可以用如下的短除法,求余數(shù),并反向取余.
想一想,為什么要反向取余.對(duì)于十進(jìn)制小數(shù)要轉(zhuǎn)換成其他進(jìn)制的數(shù),則是不斷將小數(shù)部分乘以進(jìn)制數(shù)取整,作為轉(zhuǎn)換后的小數(shù)部分,直到為零或精確到小數(shù)點(diǎn)后幾位.如: (0.35)10≈(0.01011)2 (0.125)10=(0.001)2
(4)任意進(jìn)制的數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)
將任意進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)的基本方法是按權(quán)展開(kāi),見(jiàn)(2)數(shù)的權(quán)內(nèi)容.


(二)ASCII碼 ( American Standard Code for Information Interchange )
美國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)信息交換代碼
將每個(gè)字符用7位的二進(jìn)制數(shù)來(lái)表示,共有128種狀態(tài)

大小字母,0…9,其它符號(hào),控制符
' 0 ' ―― 48 ' A ' ―― 65 ' a ' ―― 97


(三)漢字信息編碼
漢字輸入碼
漢字輸入方法大體可分為:區(qū)位碼(數(shù)字碼),音碼,形碼,音形碼.
· 區(qū)位碼:優(yōu)點(diǎn)是無(wú)重碼或重碼率低,缺點(diǎn)是難于記憶;
· 音碼:優(yōu)點(diǎn)是大多數(shù)人都易于掌握,但同音字多,重碼率高,影響輸入的速度;
· 形碼:根據(jù)漢字的字型進(jìn)行編碼,編碼的規(guī)則較多,難于記憶,必須經(jīng)過(guò)訓(xùn)練才能較好地掌握;重碼率低
· 音形碼:將音碼和形碼結(jié)合起來(lái),輸入漢字,減少重碼率,提高漢字輸入速度;
2.漢字交換碼
漢字交換碼是指不同的具有漢字處理功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間在交換漢字信息時(shí)所使用的代碼標(biāo)準(zhǔn).自國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB2312-80公布以來(lái),我國(guó)一直延用該標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的國(guó)標(biāo)碼作為統(tǒng)一的漢字信息交換碼.
GB2312-80標(biāo)準(zhǔn)包括了6763個(gè)漢字,按其使用頻度分為一級(jí)漢字3755個(gè)和二級(jí)漢字3008個(gè).一級(jí)漢字按拼音排序,二級(jí)漢字按部首排序.此外,該標(biāo)準(zhǔn)還包括標(biāo)點(diǎn)符號(hào),數(shù)種西文字母,圖形,數(shù)碼等符號(hào)682個(gè).
區(qū)位碼的區(qū)碼和位碼均采用從01到94的十進(jìn)制,國(guó)標(biāo)碼采用十六進(jìn)制的21H到73H(數(shù)字后加H表示其為十六進(jìn)制數(shù)).區(qū)位碼和國(guó)標(biāo)碼的換算關(guān)系是:區(qū)碼和位碼分別加上十進(jìn)制數(shù)32.如"國(guó)"字在表中的25行90列,其區(qū)位碼為2590,國(guó)標(biāo)碼是397AH.
* 由于GB2312-80是80年代制定的標(biāo)準(zhǔn),在實(shí)際應(yīng)用時(shí)常常感到不夠,所以,建議處理文字信息的產(chǎn)品采用新頒布的GB18030信息交換用漢字編碼字符集,這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)繁,簡(jiǎn)字均處同一平臺(tái),可解決兩岸三地間GB碼與BIG5碼間的字碼轉(zhuǎn)換不便的問(wèn)題.
3.字形存儲(chǔ)碼
字形存儲(chǔ)碼是指供計(jì)算機(jī)輸出漢字(顯示或打印)用的二進(jìn)制信息,也稱字模.通常,采用的是數(shù)字化點(diǎn)陣字模.
一般的點(diǎn)陣規(guī)模有16×16,24×24,64×64等,每一個(gè)點(diǎn)在存儲(chǔ)器中用一個(gè)二進(jìn)制位(bit)存儲(chǔ).例如,在16×16的點(diǎn)陣中,需8×32 bit 的存儲(chǔ)空間,每8 bit為1字節(jié),所以,需32字節(jié)的存儲(chǔ)空間.在相同點(diǎn)陣中,不管其筆劃繁簡(jiǎn),每個(gè)漢字所占的字節(jié)數(shù)相等.
為了節(jié)省存儲(chǔ)空間,普遍采用了字形數(shù)據(jù)壓縮技術(shù).所謂的矢量漢字是指用矢量方法將漢字點(diǎn)陣字模進(jìn)行壓縮后得到的漢字字形的數(shù)字化信息.


(四)其它信息的數(shù)字化
圖像信息的數(shù)字化
一幅圖像可以看作是由一個(gè)個(gè)像素點(diǎn)構(gòu)成,圖像的信息化,就是對(duì)每個(gè)像素用若干個(gè)二進(jìn)制數(shù)碼進(jìn)行編碼.圖像信息化后,往往還要進(jìn)行壓縮.
圖像文件的后綴名有:bmp,gif,jpg,pdf等;
聲音信息的數(shù)字化
自然界的聲音是一種連續(xù)變化的模擬信息,可以采用A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)聲音信息進(jìn)行數(shù)字化.
聲音文件的后綴名有:wav,mp3,mid等;
視頻信息的數(shù)字化
視頻信息可以看成連續(xù)變換的多幅圖像構(gòu)成,播放視頻信息,每秒需傳輸和處理25幅以上的圖像.視頻信息數(shù)字化后的存儲(chǔ)量相當(dāng)大,所以需要進(jìn)行壓縮處理.
視頻文件后綴名有:avi,mpg等;


機(jī)器數(shù)與真值
數(shù)有正,負(fù)兩種,在計(jì)算機(jī)中數(shù)的符號(hào)是用數(shù)碼表示的.一般情況下,用0表示正數(shù),用1表示負(fù)數(shù).通常符號(hào)位放在數(shù)的最高位.
機(jī)器數(shù):連同符號(hào)位在一起作為一個(gè)數(shù),稱為機(jī)器數(shù).
真值數(shù):一個(gè)數(shù)的數(shù)值部分稱為真值數(shù).
如:x1=+1011011 x2=-1011011, 則X1的機(jī)器數(shù)是01011011,真值數(shù)是+1011011,X2的機(jī)器數(shù)是11011011,真值數(shù)是-1011011.


(一)數(shù)的定點(diǎn)表示和浮點(diǎn)表示
(1) 定點(diǎn)小數(shù)格式
任何一個(gè)M位的小數(shù)可以表示成:
N=Ns . N-1N-2…N-m (其中Ns 是符號(hào)位,其值表示的范圍|N|<=1-2-m)
(2) 定點(diǎn)整數(shù)格式
任何一個(gè)N位帶符號(hào)的整數(shù)都可表示為:
N=Ns Nn-1Nn-2…N0 (其中Ns 是符號(hào)位,其值表示的范圍|N|<=2n-1)
(3) 數(shù)的浮點(diǎn)表示
浮點(diǎn)數(shù)是指小數(shù)點(diǎn)在數(shù)據(jù)中的位置可以左右移動(dòng)的數(shù).一個(gè)數(shù)N要用浮點(diǎn)表示可以寫(xiě)成:N=M·RE 其中M表示浮點(diǎn)數(shù)的尾數(shù),E表示浮點(diǎn)數(shù)的指數(shù)或稱為階碼,R指的是在這個(gè)指數(shù)下的基數(shù).浮點(diǎn)數(shù)通常表示成如下格式:
Ms
E
M
1位 m位 n位
M:浮點(diǎn)數(shù)的尾數(shù),用定點(diǎn)小數(shù)表示,小數(shù)點(diǎn)在尾數(shù)最高位之前,是默認(rèn)的.尾數(shù)用于表示浮點(diǎn)數(shù)的有效位,其位數(shù)N的大小反映了此浮點(diǎn)數(shù)的精度.
E:浮點(diǎn)數(shù)的階碼,用定點(diǎn)整數(shù)表示.
Ms:浮點(diǎn)數(shù)的符號(hào)位,也就是尾數(shù)的符號(hào)位,一般放在整個(gè)浮點(diǎn)數(shù)的最高位.
(4)浮點(diǎn)數(shù)的規(guī)格化
當(dāng)尾數(shù)用二進(jìn)制數(shù)表示時(shí),浮點(diǎn)規(guī)格化數(shù)定義尾數(shù)S應(yīng)滿足下面關(guān)系:
(I)對(duì)于正數(shù),S應(yīng)大于等于1/2,小于1,用二進(jìn)制數(shù)表示為:
S=0.1******…(其中*為0或1)
(II)對(duì)于負(fù)數(shù),如果尾數(shù)用原碼表示,S應(yīng)小于等于-1/2,大于-1,表示為:
S=1.1******…(其中*為0或1)
(III)機(jī)器零:當(dāng)一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)的尾數(shù)為0,不論其階碼為何值;或階碼的值遇到比它能表示的最小值還小時(shí),不管其尾數(shù)為何值,計(jì)算機(jī)都把該浮點(diǎn)數(shù)看成零,即把階碼尾數(shù)全變?yōu)?,稱它為機(jī)器0.


(二)二進(jìn)制數(shù)值數(shù)據(jù)的編碼方法
最常用的編碼方法有原碼表示法,補(bǔ)碼表示法和反碼表示法三種.
1,原碼表示法
用機(jī)器數(shù)的最高(最左)一位代表符號(hào),其余各位給出數(shù)值的絕對(duì)值.
[X]原=符號(hào)位+|X|(0代表正號(hào),1代表負(fù)號(hào))
真值零的原碼表示法,有正零和負(fù)零兩種表示:
[+0]原=00000 [-0]原=10000
2,補(bǔ)碼表示法
如果X為正數(shù),則:[X]補(bǔ)=[X]原
如果X為負(fù)數(shù),則:[X]補(bǔ)=(把[X]原 除符號(hào)位外,其余各位全變反(0變1,1變0),再在最末位加1 )
[+0]補(bǔ)=[-0]補(bǔ)=0000
同理有:如果X為負(fù)數(shù),則:[X]原=(把[X]補(bǔ) 除符號(hào)位外,其余各位全變反(0變1,1變0),再在最末位加1 )
3,反碼表示法
如果X為正數(shù),則:[X]反=[X]原
如果X為負(fù)數(shù),則:[X]反=(把[X]原 除符號(hào)位外,其余各位全變反(0變1,1變0))
[+0]反=00000 [-0]反=11111
可見(jiàn),如果真值X=0,則[X]補(bǔ) 有唯一的編碼,[X]原 和 [X]反 都有兩個(gè)不同的編碼.
2 39
2 19 ……1
2 9 ……1
2 4 ……1
2 2 ……0
2 1 ……0
2 0 ……1
2的N次冪表示:(39)10=(100111)2= lx25+0x24+0x23+1x22+lx21+1x20
16×16點(diǎn)表示

nonddy

沙發(fā)
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