第1章 计算机基础知识
本章从计算机的发展历史出发，介绍计算机的发展与应用，阐述计算机的基本原理、特点及主要技术指标，重点介绍计算机系统的组成。要求读者了解或掌握计算机系统的基本组成，理解计算机的工作原理，了解计算机年代的划分、计算机的特点、计算机的应用领域、衡量计算机的性能指标及软件体系结构。
1.1 计算机的发展概述
1．工作描述
计算机又名“电脑”，是一种能够根据程序指令和要求，自动进行高速的数值运算和逻辑运算，并具有存储、记忆功能的电子集成设备。
1946年2月，世界上第一台通用电子数字计算机（ENIAC）在美国宾夕法尼亚大学诞生。它共用了18000多个电子管、1500多个继电器及其他器件，总体积约90m3，重达30t，占地140m2，运算速度为每秒500次加法。虽然其功能在今天看来还不如一台手掌式的可编程计算器，但它在人类文明史上具有划时代的意义，它的发明是现代人类文明进入高速发展的重要标志之一，它的出现引起了当代政治、经济、科学、教育、生产和生活等方面的巨大变化。
本节从计算机的发展开始，讲述计算机的特点及应用领域。
2．工作目标
认识计算机，了解计算机的发展，掌握计算机的特点，熟悉计算机的应用领域。
3．工作分解
4．工作实施
任务一：了解计算机的发展
从第一台计算机出现以来，现代计算机技术在半个多世纪的时间里获得了惊人的突破，计算机技术取得了突飞猛进的发展。人们根据计算机的性能和当时的软、硬件技术水平，将计算机的发展划分成五个阶段。
（1）第一代计算机（1946～1957年）
第一代计算机基本特征是采用电子管作为计算机的逻辑元件；数据表示主要是定点数；用机器语言或汇编语言编写程序。由于当时电子技术的限制，每秒运算速度仅为几千次，内存容量仅几千字节。第一代电子计算机体积庞大，造价高，主要用于军事和科学研究。其典型代表有ENICA、EDVAC、EDSAC等。
（2）第二代计算机（1958～1963年）
第二代计算机的基本特征是以晶体管作为基本电子元件，内存所使用的器件大多是使用铁淦氧磁性材料制成的磁芯存储器。运算速度达每秒几十万次，内存容量扩大到几十千字节。晶体管计算机体积小，成本低，可靠性大大提高。除了进行科学计算，还用于数据处理和事务处理。其典型代表有UNIVACⅡ、IBM7000等。
（3）第三代计算机（1964年～1970年）
第三代计算机的基本特征是采用小规模集成电路（Small Scale Integration, SSI）和中规模集成电路（Middle Scale Integration，MSI）作为基本电子元件。运算速度每秒可达几十万次到几百万次。存储器进一步发展，体积越来越小，价格越来越低，而软件也逐步完善。计算机开始广泛应用在各个领域。其典型代表有IBM360、Honey WELL6000等。
（4）第四代计算机（1971年至今）
第四代计算机的基本特征是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）作为基本电子元件。计算机的速度最高可达每秒几十万亿次浮点运算。操作系统不断完善，应用软件已成为现代工业的一部分。其典型代表有VAX 11.IBM PC系列等。
（5）第五代计算机
正在研制中的新型电子计算机。由超大规模集成电路和其他新型物理元件组成，具有推论、联想、智能会话等功能，并能直接处理声音、文字、图像等信息。
第五代计算机是一种更接近人的人工智能计算机。它能理解人的语言，文字和图形，人无需编写程序，靠讲话就能对计算机下达命令，驱使它工作。它能将一种知识信息与有关的知识信息连贯起来，作为对某一知识领域具有渊博知识的专家系统，成为人们从事某方面工作的得力助手和参谋。第五代计算机还是能“思考”的计算机，能帮助人进行推理、判断，具有逻辑思维能力，当它问世以后，提供的先进功能以及摆脱掉传统计算机的技术限制，必将为人类进入信息化的社会提供一种强有力的工具。
任务二：掌握计算机的特点
计算机是一种可以自动控制、具有记忆功能的现代化计算工具和信息处理工具。它主要有以下几个特点。
（1）计算速度快
计算机的运算速度（也称处理速度）用MIPS（Million Instructions Per Second百万条指令/秒）来衡量。现在的个人计算机的运算速度在几百至几千MIPS以上，巨型计算机的速度更快。计算机如此高的运算速度是其他任何计算工具无法相比的，它使得过去需要几年甚至几十年才能完成的复杂运算任务，现在只需几天、几小时，甚至更短的时间就可完成。
（2）计算精度高
一般来说，现在的计算机有几十位有效数字，理论上还可以更高。因为数在计算机内部是用二进制数编码的，数的精度主要由这个数的二进制码的位数决定，可以通过增加数的二进制位数来提高精度，位数越多精度就越高。
（3）记忆力强
计算机的存储器类似于人的大脑，可以“记忆”（存储）大量的数据和信息，在计算的同时，还可以把中间结果存储起来，供以后使用。
（4）具有复杂的逻辑判断能力
计算机在程序的执行过程中，会根据上一步的执行结果，运用逻辑判断方法自动确定下一步的执行命令。正是因为计算机具有这种逻辑判断能力，使得计算机不仅能解决数值计算问题，而且能解决非数值计算问题，比如，天气预报、信息检索、图像识别等。
（5）可靠性高、通用性强
由于采用了大规模和超大规模集成电路，现在的计算机具有非常高的可靠性。现代计算机不仅可以用于数值计算，还可以用于数据处理、工业控制、辅助设计、辅助制造、办公自动化等领域，具有很强的通用性。
任务三：熟悉计算机的应用领域
早期的计算机主要应用于科学计算领域，随着计算机技术、通信技术和软件技术的迅速发展，计算机应用领域不断扩大，已经深入到人类社会活动的各个领域。归结起来，主要有如下几个方面。
（1）科学和工程计算领域
以数值计算为主要内容，数值计算要求计算速度快、精确度高、差错率低。主要应用于天文、水利、气象、地质、医疗、军事、航天航空和生物工程等科学研究领域。如卫星轨道计算、数值天气预报、力学计算等。
（2）数据处理领域
以数据的收集、分类、统计、分析、综合、检索、传递为主要内容。主要应用于政府、金融、保险、商业、情报、地质、企业等领域。如银行业务处理、股市行情分析、商业销售业务、情报检索、电子数据交换、地震资料处理、人口普查、企业管理等。
（3）办公自动化领域
以办公事务处理为主要内容。主要应用于政府机关、企业、学校、医院等一切有办公机构的地方。如起草公文、报告、信函、报表制作，文件的收发、备份、存档、查找，活动的时间安排，大事记的记录，人员动向，简单的计算，统计，内部和外部的交往等。
（4）自动控制领域
以自动控制生产过程、实时过程、军事项目为主要内容。主要用于工业企业、军事、娱乐等领域。如化工生产过程控制、炼钢过程控制、机械切削过程控制、防空设施控制、航天器的控制、音乐喷泉的控制等。
（5）计算机辅助领域
以在工程设计、生产制造等领域辅助进行数值计算、数据处理、自动绘图、活动模拟等为主要内容。主要用于工程设计、教学和生产领域。如辅助设计（CAD）、辅助制造（CAM）、辅助教学（CAI）、辅助工程（CAE）、辅助检测（CAT）等。特别是近年来的CIMS，集成了CAD、CAM、MIS，应用到工厂中实现了生产自动化。
（6）人工智能领域
以模拟人的智能活动、逻辑推理和知识学习为主要内容。主要应用于机器人的研究、专家系统等领域。如自然语言理解、定理的机器证明、自动翻译、图像识别、声音识别、环境适应、电脑医生等。
（7）文化娱乐领域
以计算机音乐、影视、游戏为主要内容，如家庭影院等。
另外，计算机在电子商务、电子政务等应用领域也得到了快速的发展。网上办公、网上购物已不再是陌生的话题，这些应用都极大地方便了人们工作和生活，一种崭新的生活、工作模式正在兴起。
5．工作总结
在本次工作中，我们了解了计算机的概念，对计算机的发展历史、特点及应用领域作了比较详细的讲解，重点掌握计算机的特点及涉及的应用领域，为将来的学习和工作奠定基础。