计算机的发展

计算机发展与应用一、计算机的含义计算机(Computer)俗称电脑，是一种能够按照事先存储的程序，自动、高速地进行大量数值计算和各种信息处理的现代化智能电子设备。二、计算机产生的背景第二次世界大战中，美国作为同盟国，参加了战争。美国陆军要求宾夕法尼亚大学莫尔学院电工系和阿伯丁弹道研究实验室，每天共同提供六张火力表。每张表都要计算出几百条弹道，这项工作既繁重又紧迫。用台式计算器计算一道飞行时间为60秒的弹道，最快也得20个小时，若用大型微积分分析仪计算也要15分钟。阿伯丁实验室当时聘用了200多名计算能手，即使这样，一张火力表也往往要算两三个月，根本无法满足作战要求。二、计算机产生的背景为了摆脱这种被动局面，迅速研究出一种能提高计算能力、速度的方法和工具是当务之急。当时领导这项研制工作的总工程师是年仅23岁的埃克特，他与多位科学家合作，经过两年多努力，终于在1946年，制造成功了世界第一台电子计算机，命名为“电子数字积分计算机”，简称ENIAC。三、第一台计算机第一台计算机名叫ENIAC(埃尼阿克)，长30.48米，宽1米，占地面积170平方米，30个操作台，约相当于10间普通房间的大小，重达30吨，耗电量150千瓦，造价48万美元。它包含了18000个电子管、7200个二极管、70000个电阻器、10000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，是手工计算的20万倍。四、计算机发展史第一代计算机（1946-1958）是采用电子管作为逻辑元件，用阴极射线管或汞延迟线作主存储器，外存主要使用纸带、卡片等，程序设计主要使用机器指令或符号指令，应用领域主要是科学计算。当时的运算速度为5千——3万次每秒。第一代计算机体积大，耗电多，速度低，造价高，使用不便；主要局限于一些军事和科研部门进行科学计算。第一代计算机：四、计算机发展史第二代计算机：第二代计算机（1959-1964）用晶体管代替了电子管，主存储器均采用磁芯存储器，磁鼓和磁盘开始用作主要的外存储器，程序设计使用了更接近于人类自然语言的高级程序设计语言，计算机的应用领域也从科学计算扩展到了事务处理、工程设计等多个方面。与第一代电子管计算机相比，晶体管计算机体积小，耗电少，成本低，逻辑功能强，使用方便，可靠性高。四、计算机发展史第三代计算机：第三代计算机（1965-1970）采用中小规模的集成电路块代替了晶体管等分立元件，半导体存储器逐步取代了磁芯存储器的主存储器地位，磁盘成了不可缺少的辅助存储器，计算机也进入了产品标准化、模块化、系列化的发展时期，计算机的管理、使用方式也由手工操作完全改变为自动管理，使计算机的使用效率显著提高。第三代计算机各方面性能都有了极大提高：体积缩小，价格降低，功能增强，可靠性大大提高。四、计算机发展史第四代计算机：第四代计算机（1971-至今）使用大规模和超大规模集成电路，主存储器均采用半导体存储器，主要的外存储器是磁带、磁盘、光盘，微处理器和微型计算机诞生。多媒体技术和网络技术的广泛应用，让计算机深入到社会的各个领域。第四代计算机的基本元件是大规模集成电路，甚至超大规模集成电路，集成度很高的半导体存储器替代了磁芯存储器，运算速度可达每秒几百万次，甚至上亿次基本运算。五、计算机的特点1、快速的运算能力现在高性能计算机每秒能进行几百亿次以上的加法运算。如果一个人在一秒钟内能作一次运算，那么一般的电子计算机一小时的工作量，一个人得做100多年。很多场合下，运算速度起决定作用。例如，计算机控制导航，要求“运算速度比飞机飞的还快”；气象预报要分析大量资料，如用手工计算需要十天半月，失去了预报的意义。而用计算机，几分钟就能算出一个地区内数天的气象预报。五、计算机的特点2、足够高的计算精度电子计算机的计算精度在理论上不受限制，一般的计算机均能达到15位有效数字，通过一定的技术手段，可以实现任何精度要求。历史上有个著名数学家挈依列，曾经为计算圆周率π，整整花了15年时间，才算到第707位。现在将这件事交给计算机做，几个小时内就可计算到10万位。五、计算机的特点3、超强的记忆能力计算机中有许多存储单元，用以记忆信息。内部记忆能力，是电子计算机和其他计算工具的一个重要区别。由于具有内部记忆信息的能力，在运算过程中就可以不必每次都从外部去取数据，而只需事先将数据输入到内部的存储单元中，运算时即可直接从存储单元中获得数据，从而大大提高了运算速度。计算机存储器的容量可以做得很大，而且它记忆力特别强。五、计算机的特点4、复杂的逻辑判断能力人是有思维能力的。思维能力本质上是一种逻辑判断能力，也可以说是因果关系分析能力。借助于逻辑运算，可以让计算机做出逻辑判断，分析命题是否成立，并可根据命题成立与否做出相应的对策。五、计算机的特点5、按程序自动工作的能力一般的机器是由人控制的，人给机器一个指令，机器就完，成一个操作。计算机的操作也是受人控制的，但由于计算机具有内部存储能力，可以将指令事先输入到计算机存储起来，在计算机开始工作以后，从存储单元中依次去取指令，用来控制计算机的操作，从而使人们可以不必干预计算机的工作，实现操作的自动化。这种工作方式称为程序控制方式。六、计算机的应用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。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。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CAD、CAM和CAI等。⑴计算机辅助设计(ComputerAidedDesign,简称CAD)计算机辅助设计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。⑵计算机辅助制造(ComputerAidedManufacturing,简称CAM)计算机辅助制造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。⑶计算机辅助教学(ComputerAidedInstruction,简称CAI)计算机辅助教学是利用计算机系统使用课件来进行教学。六、计算机的应用4.过程控制(或实时控制)过程控制是利用计算机及时采集检测数据，按最优值迅速地对控制对象进行自动调节或自动控制。5.人工智能(或智能模拟)人工智能(ArtificialIntelligence)是计算机模拟人类的智能活动，诸如感知、判断、理解、学习、问题求解和图像识别等。六、计算机的应用6.网络应用计算机技术与现代通信技术的结合构成了计算机网络。计算机网络的建立，不仅解决了一个单位、一个地区、一个国家中计算机与计算机之间的通讯，各种软、硬件资源的共享，也大大促进了国际间的文字、图像、视频和声音等各类数据的传输与处理。六、计算机的应用计算机的分类很多，一般可以从下面几个方面来划分：1．从计算机规模来分：有巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机(PersonalComputer)。2．从信息表现形式和被处理的信息来分：有数字计算机（数字量、离散的）、模拟计算机（模拟量、连续的）、数字模拟混合计算机。3．按照用途分来：分为通用计算机、专用计算机。七、计算机的分类1．巨型化巨型化是指计算机的运算速度更高、存储容量更大、功能更强。目前正在研制的巨型计算机其运算速度可达每秒百亿次。2．微型化微型计算机已进入仪器、仪表、家用电器等小型仪器设备中，同时也作为工业控制过程的心脏，使仪器设备实现“智能化”。随着微电子技术的进一步发展，笔记本型、掌上型等微型计算机必将以更优的性能价格比受到人们的欢迎。八、未来计算机的发展方向3．网络化随着计算机应用的深入，特别是家用计算机越来越普及，一方面希望众多用户能共享信息资源，另一方面也希望各计算机之间能互相传递信息进行通信。计算机网络是现代通信技术与计算机技术相结合的产物。计算机网络己在现代企业的管理中发挥着越来越重要的作用，如银行系统、商业系统、交通运输系统等。八、未来计算机的发展方向4．智能化计算机人工智能的研究是建立在现代科学基础之上。智能化是计算机发展的一个重要方向，新一代计算机，将可以模拟人的感觉行为和思维过程的机理，进行“看”、“听”、“说”、“想”、“做”，具有逻辑推理、学习与证明的能力。八、未来计算机的发展方向1、嵌入式技术“嵌入式”一词出自IT业内行话，通俗解释就是将箱子大小的电脑主机几乎全部功能统统放在一个巴掌大小的主板上，便于广泛、便捷应用到各种设备上的技术。如电子字典、可视电话、DVD、MP3、数码相机、高清电视等设备都运用了嵌入式技术九、计算机的新技术2、网格计算网格计算是利用互联网技术，把分散在不同地理位置的计算机组成一台虚拟超级计算机。每一台参与的计算机就是其中的一个“节点”，所有的计算机就组成了一张节点网－－网格。九、计算机的新技术3、中间件技术中间件（Middleware）是处于操作系统和应用程序之间的系统软件。九、计算机的新技术（1）高速大容量。速度和容量是紧密联系的，随着要传递和处理的信息量越来越大，高速大容量是必然趋势。因此从器件到系统，从处理、存储到传递，从传输到交换无不向高速大容量的要求发展。（2）综合集成。社会对信息的多方面需求，要求信息业提供更丰富的产品和服务。因此采集、处理、存储与传递的结合，信息生产与信息使用的结合，各种媒体的结合，各种业务的综合都体现了综合集成的要求。（3）网络化。通信本身就是网络，其广度和深度在不断发展，计算机也越来越网络化。各个使用终端或使用者都被组织到统一的网络中，国际电联的口号“一个世界，一个网络”。十、信息技术的发展再见