认识计算机【学习目标】1.了解并识记冯·诺依曼计算机模型。

2.了解并识记计算机的发展阶段。

3.了解并识记计算机未来的发展趋势。

【学习内容】引言：科学技术是第一生产力。

研究历史，从18世纪60年代以来，人类社会连续出现了三次全球性的科技革命，人类的生产、生活和世界历史面貌发生了十分深刻的变化。

第一次科技革命，以18世纪末蒸汽机的发明和应用为主要标志。

这次科技革命使社会生产力发生了革命性的变革，以机器大工作代替工场手工业，使人类进入机器时代。

第二次科技革命，发生于19世纪中叶，它以电机的发明为起点，以电力的广泛应用为标志，不仅推动了生产技术由一般的机械化到电气化、自动化转变，更改变了人们的生活方式。

第三次科技革命，是人类文明史上继蒸汽技术革命和电力技术革命之后科技领域里的又一次重大飞跃。

它以电子计算机、原子能、空间技术和生物工程的发明和应用为主要标志，涉及信息技术、新能源技术、新材料技术、生物技术、空间技术和海洋技术等诸多领域的一场信息控制技术革命。

一、计算机的工作原理计算机问世60多年来，虽然现在的计算机系统从性能指标、运算速度、工作方式、应用领域和价格等方面与当时的计算机有很大的差别，但基本体系结构没有变，都属于冯·诺依曼计算机。

美籍匈牙利科学家冯·诺依曼最新提出程序存储的思想，并成功将其运用在计算机的设计之中，根据这一原理制造的计算机被称为冯·诺依曼结构计算机，世界上第一台冯·诺依曼式计算机是1949年研制的EDVAC，由于他对现代计算机技术的突出贡献，因此冯·诺依曼又被称为“现代计算机之父”。

冯·诺依曼设计思想可以简要地概括为以下三点：①计算机应包括运算器、存储器、控制器、输入和输出设备五大基本部件。

②计算机内部应采用二进制来表示指令和数据。

每条指令一般具有一个操作码和一个地址码。

其中，操作码表示运算性质，地址码指出操作数在存储器的位置。

③将编好的程序和原始数据送入内存储器中，然后启动计算机工作，计算机应在不需操作人员干预的情况下，自动逐条取出指令和执行任务。

冯·诺依曼设计思想最重要之处在于他明确地提出了“程序存储”的概念。

他的全部设计思想，实际上是对“程序存储”要领的具体化。

冯·诺依曼计算机模型图输入设备在控制器控制下输入解题程序和原始数据，控制器从存储器中依次读出程序的一条条指令，经过译码分析，发出一系列操作信号以指挥运算器、存储器等到部件完成所规定的操作功能，最后由控制器命令输出设备以适当方式输出最后结果。

这一切工作都是由控制器控制，而控制器赖以控制的主要依据则是存放于存储器中的程序。

二、计算机的几个发展阶段计算机的产生是20世纪最重要的科学技术大事件之一。

1946年美国宾夕法尼亚大学经过几年的艰苦努力，研制出世界上第一台电子计算机——埃尼阿克（ENIAC）。

ENIAC 机本身存在两大缺点：（1）没有存储器；（2）它用布线接板进行控制，甚至要搭接几天，计算速度也就被这一工作抵消了。

自世界上第一台电子计算机问世至今，不过短短的几十年，已经走过了四代的历程，堪称世界上发展最快的高新技术之一。

通常，各代产品是以构成电子计算机的物理器件的变化划分的。

（一）电子管时代计算机的第一代为电子管时代，时间大约从1946年至1956年。

当时的电子计算机采用电子管作为基本的电子元件，体积大、功耗大、价格昂贵，而且可靠性不高、维修复杂、运行速度为每秒执行加法运算1000次到10000次。

程序设计使用机器语言和符号语言。

（二）晶体管时代第二代晶体管时代，时间大约从1956年至1962年。

这一时期的电子计算机采用晶体管作为基本电子元件。

机器的体积减小、功耗减少、可靠性增强、价格降低、运算速度加快，每秒可执行加法运算达10万次到100万次。

程序设计主要使用高级语言。

（三）集成电路时代第三代为集成电路时代，时间大约从1962年至1970年。

这时的电子计算机采用中、小规模集成电路作为基本电子元件。

集成电路是利用光刻技术将许多逻辑电路集中在体积很小的半导体芯片上，每块芯片上可容纳成千上万个晶体管。

采用集成电路不仅大大缩短了电子线路，减小了体积和重量，而且大大减少了功耗，增强了可靠性，节约了信息传递的时间，提高了运算速度，达到每秒可执行加法运算100万次到1000万次，出现了操作系统，程序设计主要使用高级语言。

（四）大规模、超大规模集成电路时代第四代为大规模、超大规模集成电路时代，时间从1970年至今。

由于集成技术的发展，半导体芯片的集成度更高，每块芯片可容纳数万乃至数百万个晶体管，并且可以把运算器和控制器都集中在一个芯片上，从而出现了微处理器，并且可以用微处理器和大规模、超大规模集成电路组装成微型计算机，就是我们常说的微电脑或PC机。

微型计算机体积小，使用方便，价格便宜，但它的功能和运算速度已经达到甚至超过了过去的大型计算机。

另一方面，利用大规模、超大规模集成电路制造的各种逻辑芯片，已经制成了体积并不很大，但运算速度可达一亿甚至几十亿次的巨型计算机。

三、计算机的发展趋势当前计算机正朝着巨型化、微型化、网络化和智能化的方能够向发展。

（一）巨型化巨型化是指研制速度更快的、存储量更大的和功能强大的巨型计算机。

起运算能力一般在每秒一百亿以上、内容容量在几百兆字节以上，主要应用于天文、气象、地质和核技术、航天飞机和卫星轨道计算等尖端科学技术领域。

巨型计算机的技术水平是衡量一个国家技术和工业发展水平的重要标志。

（二）微型化微型化是指利用微电子技术和超大规模集成电路技术，把计算机的体积进一步缩小，价格进一步降低。

计算机的微型化以成为计算机发展的重要方向，各种笔记本电脑和PDA的大量面世，既是计算微化的一个标志。

（三）网络化网络技术可以更好的管理网上的资源，它把整个互联网虚一台空前强大的一体化系统，犹如一台巨型机，在这个动态变化的网络环境中，实现计算资源、存储资源、数据资源、信息资源、知识资源、专家资源的全面共享，从而让用户享受可灵活控制的、智能的、协作式的信息服务，并获得前所未有的使用方便性。

（四）智能化计算机智能化是指计算机具有模拟人的感觉和思维过程的能力。

智能化的研究包括模拟识别、物形分析、自然语言的生成和理解、博弈、定理自动证明、自动程序设计、专家系统、学习系统和智能机器人等。

目前以研制出多种具有人的部分智能的机器人，可以代替在一些危险的工作岗位上工作。

运算速度为每秒约是亿次的“深蓝”计算机在1997年战胜了国际象棋世界冠军卡斯帕罗夫。

有人预测，智能化的家庭机器人是继P C机之后下一个家庭普及的信息化产品。

展望未来，计算机的发展必然要经历很多新的突破。

从目前的发展趋势来看，未来的计算机将是微电子技术、光学技术、超导技术和电子仿生技术相互结合的产物。

第一台超高速全光数字计算机，以由欧盟的英国、法国、德国、意大利和比利时等过的70多名科学家和工程师合作研制成功，光子运算机的速度比电子计算机的速度快1 000倍。

在不久的将来，超导计算机、神经网络计算机等全新的计算机也会诞生。

届时计算机将发展到一个个更高、更先进的水平。

【扩展阅读】计算机系统是由硬件系统和软件系统所组成的。

一、计算机的硬件系统硬件系统由输入设备、输出设备、存储器、运算器和控制器组成。

输入设备：常见有键盘、鼠标、扫描仪等。

输出设备：常见有显示器、打印机和绘图仪等。

运算器：可以进行算术运算和逻辑运算。

控制器：是计算机的指挥系统，它的操作过程是取指令——分析指令，循环执行。

存储器：具有记忆功能的物理器件，用于存储信息，分为内存和外存。

中央处理器：又称CPU，它包括运算器和控制器。

是计算机的核心部分。

我们平时所说的486、586、奔腾Ⅲ、奔腾Ⅳ指的是CPU的档次。

CPU（即运算器和控制器）和存储器合称为主机。

内存：是半导体存储器，分为只读存储器（ROM）和随机存储器（RAM）。

ROM只可读出，不能写入，断电后内容还在；RAM可随意写入读出，但断电后内容不存在。

外存：磁性存储器（软盘和硬盘）；光电存储器（光盘），可以作为永久性存储器。

存储器的两个重要指标：存取速度和存储容量。

内存的存取速度最快，软盘最慢。

存储容量是存储的信息量，它用字节（Byte）作为基本单位，1个字节用8位二进制数表示，1KB=1024B，1MB=1024KB，1GB=1024MB。

二、计算机的软件系统计算机软件系统分为系统软件和应用软件两大类。

系统软件：为了使用和管理计算机的软件；主要操作系统软件有Windows95/98/NT/XP/ Vista，DOS，UCDOS，MS-DOS，Unix,，OS/2，Linux等。

其中，WINDOWS是多任务可视化图形界面，DOS是字符命令形式的单任务操作系统。

应用软件：为了某个应用目的而编写的软件，主要有辅助教学软件，辅助设计软件、文字处理软件、工具软件以及其它的应用软件。

【学习检查】1.冯•诺依曼计算机模型的子系统有哪些？硬盘、内存等设备属于该模型的哪个子系统？2.冯·诺依曼计算机工作原理的设计思想是（）。

A．程序设计B．程序存储C．程序编制D．算法设计3.世界上第一台电子计算机于______年在______诞生，它的名字缩写为______。

4.计算机的发展经历了哪几个阶段？构成世界上第一台电子计算机的主要元件是______。

5未来计算机的发展趋势是什么？6.思考计算机与信息技术之间的关系。

（信息技术≠计算机）信息技术（Information Technology，简称IT）的定义是什么。

计算机（Computer）全称：电子计算机，俗称电脑，是一种能够按照程序运行，自动、高速处理海量数据的现代化智能电子设备。

【未解之谜】_______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________。