第1章计算机基础知识.docx
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1、第1章计算机基础知识1.1 概述1.1.1 计算机的发展历程第一台计算机ENIAC(如所示)是美国军方定制,专门为了计算弹道和射击特性表面而研制的,承担开发任务的“莫尔小组”由四位科学家和工程师埃克特、莫克利、戈尔斯坦、博克斯组成。1946年这台计算机主要元器件采用的是电子管。该机使用了1500个继电器,18800个电子管,占地170m2,重量重达30多吨,耗电150KW,造价48万美元。开机时让周围居民暂时停电。这台计算机每秒能完成5000次加法运算,400次乘法运算,比当时最快的计算工具快300倍,是继电器计算机的IoOO倍、手工计算的20万倍。用今天的标准看,它是那样的“笨拙”和“低级”
2、,其功能远不如一只掌上可编程计算器,但它使科学家们从复杂的计算中解脱出来,它的诞生标志着人类进入了一个崭新的信息革命时代(在此处插入参考文献1)。童应学,吴燕.计算机应用基础教程:华中师范大学出版社,2010.8:3.第一台计算机EN1AC以电子元器件更新为标志进行划分,计算机的发展历程可分为四个阶段,每个阶段的主要电子元器件和特征如所示。计算机的发展历程阶段时段所用电子元器件运算速度(次/秒)存储设备第一代1946-1958电子管5千-3万真空电子管和磁鼓第二代1959-1964晶体管数十万-几百万磁芯为主存储器,磁盘和磁鼓为外存储器第三代1965-1970中小规模集成电路数百万-几千万半导
3、体存储器为主存储器第四代1971-超大规模集成电路上亿、十万亿集成更高的大容量半导体存储器作为内存储器电子管计算机(1946-1957,如所示)这一阶段计算机的主要特征是采用电子管元件作基本器件,用光屏管或汞延时电子管计算机电路作存储器,输入与输出主要采用穿孔卡片或纸带,体积大、耗电量大、速度慢、存储容量小、可靠性差、维护困难且价格昂贵。在软件上,通常使用机器语言或者汇编语言,来编写应用程序。因此这一时代的计算机主要用于科学计算。这时的计算机的基本线路是采用电子管结构,程序从人工手编的机器指令程序,过渡到符号语言,第一代电子计算机是计算工具革命性发展的开始,它所采用的二进位制与程序存贮等基本技
4、术思想,奠定了现代电子计算机技术基础,以冯诺依曼为代表。1.1.2 电子管计算机1.1.3 计算机应用范围计算机的应用领域已渗透到社会的各行各业,正在改变着传统的工作、学习和生活方式,推动着社会的发展。计算机的主要应用领域如下(在此处插入文献2):钟志永姚理.大学计算机应用基础.重庆:重庆大学出版社,2012:144-146.1 .科学计算(或数值计算)科学计算是指利用计算机来完成科学研究和工程技术中提出的数学问题的计算。在现代科学技术工作中,科学计算问题是大量的和复杂的。利用计算机的高速计算、大存储容量和连续运算的能力,可以实现人工无法解决的各种科学计算问题。例如,建筑设计中为了确定构件尺寸
5、,通过弹性力学导出一系列复杂方程,长期以来由于计算方法跟不上而一直无法求解。而计算机不但能求解这类方程,并且引起弹性理论上的一次突破,出现了有限单元法(在此插入参考文献1-3)oAndrewS.Tputernetworkfourthedition:清华大学出版社,2005年:第一章概述第一页.2 .数据处理(或信息处理)数据处理是指对各种数据进行收集、存储、整理、分类、统计、加工、利用、传播等一系列活动的统称。据统计,80%以上的计算机主要用于数据处理,这类工作量大面宽,决定了计算机应用的主导方向。数据处理从简单到复杂已经历了三个发展阶段,它们是:电子数据处理(E1eetroniCDataPr
6、OCeSSing,简称EDP),它是以文件系统为手段,实现一个部门内的单项管理。管理信息系统(ManagememInformationSyStem,简称MIS),它是以数据库技术为工具,实现一个部门的全面管理,以提高工作效率。决策支持系统(DeCiSiOnSupportSyStem,简称DSS)以数据库、模型库和方法库为基础,帮助管理决策者提高决策水平,改善运营策略的正确性与有效性。目前,数据处理已广泛地应用于办公自动化、企事业计算机辅助管理与决策、情报检索、图书管理、电影电视动画设计、会计电算化等等各行各业。信息正在形成独立的产业,多媒体技术使信息展现在人们面前的不仅是数字和文字,也有声情并
7、茂的声音和图像信息。3 .辅助技术(或计算机辅助设计与制造)计算机辅助技术包括CADCAM和CAI等。计算机辅助设计(ComPUterAidedDeSign,简称CAD)是利用计算机系统辅助设计人员进行工程或产品设计,以实现最佳设计效果的一种技术。它已广泛地应用于飞机、汽车、机械、电子、建筑和轻工等领域。例如,在电子计算机的设计过程中,利用CAD技术进行体系结构模拟、逻辑模拟、插件划分、自动布线等,从而大大提高了设计工作的自动化程度。又如,在建筑设计过程中,可以利用CAD技术进行力学计算、结构计算、绘制建筑图纸等,这样不但提高了设计速度,而且可以大大提高设计质量。计算机辅助制造(ComPUte
8、rAidedManUfaCtUring,简称CAM)是利用计算机系统进行生产设备的管理、控制和操作的过程。例如,在产品的制造过程中,用计算机控制机器的运行,处理生产过程中所需的数据,控制和处理材料的流动以及对产品进行检测等。使用CAM技术可以提高产品质量,降低成本,缩短生产周期,提高生产率和改善劳动条件。将CAD和CAM技术集成,实现设计生产自动化,这种技术被称为计算机集成制造系统(C1MS)。它的实现将真正做到无人化工厂(或车间)。计算机辅助教学(ComPUterAidedInStrUCtiOn,简称CAD是利用计算机系统使用课件来进行教学。课件可以用著作工具或高级语言来开发制作,它能引导学
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