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计算机导论01-计算机系统概述

认识计算机

计算机

计算机概念

  • 定义：电子设备，能够按照程序进行数据处理。

计算机三大特征

  1. 有限的能力
  2. 只能进行简单的工作
  3. 必须由指令引导完成工作

计算机的特点

计算机特点 描述
运算速度快 MIPS：每秒百万指令的条数
计算精度高 与机器字长有关，字长越大，精度越高
存储容量大 单位：bit，Byte，KB…
具有逻辑判断功能 逻辑结果：1，0；True，False；真，假
自动化程度高 计算机程序自动执行
通用性强，使用容易 用户使用操作系统控制计算机

计算机的局限性

  1. 不具备自己的思想
  2. 没有很好的直觉和想象能力
  3. 运算速度和存储容量依然不能满足需要

计算机的类型

根据数据表示方式区分

  1. 数字计算机
    • 处理离散的数字信号（占比70%以上）
  2. 模拟计算机
    • 处理连续的模拟信号
  3. 数模混合计算机

根据应用范围区分

  1. 通用计算机
  2. 专用计算机

根据规模和性能区分

  1. 超级计算机 (Supercomputer)
  2. 大型机 (Mainframe)
  3. 服务器 (Server)
  4. 工作站 (Workstation)
  5. 微型机 (Microcomputer)
  6. 单片机 (Single-chip Computer)
    • 区别在于体积、复杂度、功耗、性能指标、数据存储容量、指令系统规模和价格。

计算机的应用

计算机应用范围

  1. 科学计算
  2. 自动控制
  3. 测量测试
  4. 信息处理
  5. 辅助工程 (CAD, CAM, CAE)
  6. 教育卫生
  7. 电子电器 (嵌入单片机作为控制系统)
  8. 人工智能 (模仿或模拟人脑的部分功能，如自动驾驶系统)

计算机系统

计算机硬件系统

计算机硬件的概念

计算机硬件（computer hardware）是指计算机系统中由电子、机械和光电元件等组成的各种物理装置的总称。这些物理装置按系统结构的要求构成一个有机整体为计算机软件运行提供物质基础。

计算机硬件的基本组成

组件 描述
运算器 arithmetic unit 执行算术运算和逻辑运算的计算机执行部件
控制器 controller 指挥控制中心，协调和指挥整个计算机系统的工作
存储器 memory 计算机的记忆设备，用于存放程序和数据
输入设备 input device 将外部信息转换为计算机能够识别和处理的内部表示形式，传送到计算机中
输出设备 output device 将计算机内部的信息转换为用户能够识别的形式，输出到外部

计算机软件系统

软件的概念

  • 计算机软件是指与计算机系统的操作有关的计算机程序、数据、规程、规则以及任何与之有关的文件。

软件的分类

  • 从应用的角度划分，计算机软件通常分为系统软件（通用的，使用和控制计算机必须应用的软件）和应用软件（面向特定的信息领域，专业应用，在系统软件的基础上使用）两大类。

计算机系统的组织结构

软件与硬件的关系

计算机系统软件与硬件的界限已经变得十分模糊。任何操作可以由软件来实现，也可以由硬件来实现；任何指令的执行可以由硬件完成，也可以由软件来完成。

软件与硬件的不同点

软件与硬件有着诸多的不同点。表现形式不同，生产方式不同，要求不同。

计算机的发展

计算机的发展阶段

  • 计算机起源于英国，诞生于美国，全球普及
  • 三个主要发展阶段：
    1. 近代计算机
    2. 现代计算机
    3. 当代计算机

我国计算机的发展

  • 我国计算机产业的四个发展阶段：
年代 发展阶段
1956年至1965年 萌芽阶段
1966年至1977年 曲折发展阶段
1978年至20世纪80年代末 产业化发展阶段
20世纪90年代 快速发展阶段

影响计算机发展的人物

人物与贡献 重要信息
图灵与图灵奖 - 艾伦·麦席森·图灵：计算机逻辑奠基者，提出“图灵机”和“图灵测试”
- 图灵奖：计算机领域最高奖项
冯•诺依曼体系结构 - 约翰·冯·诺伊曼：提出“程序内存式”计算机设计思想，被尊称为“计算机之父”
香农和信息论 - 克劳德·艾尔伍德·香农：现代信息论奠基人，数字通信时代的创始人
布尔与逻辑运算 - 乔治•布尔：19世纪重要数学家，逻辑运算贡献巨大，计算机语言中常称为布尔运算
伯纳斯·李与万维网 - 蒂姆·伯纳斯•李：万维网发明人，获得2016年ACM“图灵奖”

计算机的发展趋势

  1. 计算机发展的特点：
    • 功能巨型化
    • 体积微型化
    • 资源网络化
    • 处理智能化
  2. 未来计算机：
    • 集成电路计算机短期内不退出历史舞台
    • 新计算机类型：
      • 超导计算机
      • 纳米计算机
      • 光计算机
      • DNA计算机
      • 量子计算机

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