第一章 計(jì)算機(jī)的基本概念
1．1什么是計(jì)算機(jī)
在人類歷，計(jì)算工具的發(fā)明和創(chuàng)造走過了漫長(zhǎng)的道路。在原始社會(huì)，人們?cè)褂美K結(jié)、壘石或枝條作為計(jì)數(shù)和計(jì)算的工具。我國在春秋戰(zhàn)國時(shí)期有了籌算法的記載，到了唐朝已經(jīng)有了至今仍在使用的計(jì)算工具——算盤。歐洲16世紀(jì)出現(xiàn)了對(duì)數(shù)計(jì)算尺和機(jī)械計(jì)算機(jī)。
在20世紀(jì)50年代之前，人工手算一直是主要的計(jì)算方法，算盤、對(duì)數(shù)計(jì)算尺、手搖或電動(dòng)的機(jī)械計(jì)算機(jī)一直是人們使用的主要計(jì)算工具。到了20世紀(jì)40年代，一方面由于近代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)計(jì)算量、計(jì)算精度、計(jì)算速度的要求不斷提高，原有的計(jì)算工具已經(jīng)滿足不了應(yīng)用的需要，另一方面，計(jì)算理論、電子學(xué)以及自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，也為現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)提供了可能，在20世紀(jì)40年代中期誕生了第一代電子計(jì)算機(jī)。
對(duì)計(jì)算機(jī)(Computer)人們往往從不同角度提出不同的見解,有多種描述:“計(jì)算機(jī)是一種可以自動(dòng)進(jìn)行信息處理的工具”；“計(jì)算機(jī)是一種能快速而高效地自動(dòng)完成信息處理的電子設(shè)備”；“計(jì)算機(jī)是一種能夠高速運(yùn)算、具有內(nèi)部存儲(chǔ)能力、由程序控制其操作過程的電子裝置”等等。
第一臺(tái)計(jì)算機(jī)的誕生
1946年2月，正式交付使用的、由美國賓夕法尼亞大學(xué)研制的ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Calculator即電子積分計(jì)算機(jī)）標(biāo)志著第一代電子計(jì)算機(jī)的誕生。它是為了解決新武器彈道問題中的許多復(fù)雜計(jì)算而研制的。它采用電子管作為計(jì)算機(jī)的基本元件，由18000多個(gè)電子管，1500多個(gè)繼電器，10000多只電容器和7000多只電阻構(gòu)成，占地170m2，重量30噸，每小時(shí)耗電30萬千瓦,是一個(gè)龐然大物，每秒能進(jìn)行5000次加法運(yùn)算。由于它使用電子器件來代替機(jī)械齒輪或電動(dòng)機(jī)械進(jìn)行運(yùn)算，并且能在運(yùn)算過程中不斷進(jìn)行判斷，作出選擇，過去需要100多名工程師花費(fèi)1年才能解決的計(jì)算問題，它只需要2個(gè)小時(shí)就能給出答案。
計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)
計(jì)算機(jī)不同于以往任何計(jì)算工具，其主要特點(diǎn)如下：
第一，在處理對(duì)象上，它已不再局限于數(shù)值信息，而是可以處理包括數(shù)字、文字、符號(hào)、圖形、圖像乃至聲音等一切可以用數(shù)字加以表示的信息。
第二，在處理內(nèi)容上，它不僅能做數(shù)值計(jì)算，也能對(duì)各種信息做非數(shù)值處理，例如進(jìn)行信息檢索、圖形處理；不僅可以做加、減、乘、除算術(shù)運(yùn)算，也可以做是、非邏輯判斷。
第三，在處理方式上，只要人們把處理的對(duì)象和處理問題的方法步驟以計(jì)算機(jī)可以識(shí)別和執(zhí)行的“語言”事先存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)就可以完全自動(dòng)地對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
第四，在處理速度上，它運(yùn)算高速。目前一般計(jì)算機(jī)的處理速度都可以達(dá)到每秒百萬次的運(yùn)算，巨型機(jī)可以達(dá)到每秒近千億次運(yùn)算。
第五，它可以存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)。目前一般微型機(jī)都可以存儲(chǔ)幾十萬、幾百萬、幾千萬到上億個(gè)數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量越大，可以記住的信息量也就越大。需要時(shí)，計(jì)算機(jī)可以從浩如煙海的數(shù)據(jù)中找到這些信息，這也是計(jì)算機(jī)能夠進(jìn)行自動(dòng)處理的原因之一。
第六，多個(gè)計(jì)算機(jī)借助于通信網(wǎng)絡(luò)互連起來，可以超越地理界限，互發(fā)電子郵件，進(jìn)行網(wǎng)上通訊，共享遠(yuǎn)程信息和資源。
計(jì)算機(jī)具有超強(qiáng)的記憶能力、高速的處理能力、很高的計(jì)算精度和可靠的判斷能力。人們進(jìn)行的任何復(fù)雜的腦力勞動(dòng)，如果可以分解成計(jì)算機(jī)可以執(zhí)行的基本操作，并以計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的形式表示出來，存放到計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)就可以模仿人的一部分思維活動(dòng)，代替人的部分腦力勞動(dòng)，按照人們的意愿自動(dòng)地工作，所以有人也把計(jì)算機(jī)稱為“電腦”，以強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)在功能上和人腦有許多相似之處，例如人腦的記憶功能、計(jì)算功能、判斷功能。電腦終究不是人腦，它也不可能完全代替人腦；但是說電腦不能模擬人腦的功能也是不對(duì)的，盡管電腦在很多方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上人腦，但它也有超越人腦的許多性能，人腦與電腦在許多方面有著互補(bǔ)作用
1．2 計(jì)算機(jī)的組成和工作原理
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分組成。
計(jì)算機(jī)硬件指的是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中由電子、機(jī)械和光電元件組成的各種計(jì)算機(jī)部件和設(shè)備，其基本功能是接受計(jì)算機(jī)程序的控制來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入、運(yùn)算、數(shù)據(jù)輸出等一系列操作。
計(jì)算機(jī)五大組成部分功能:
輸入設(shè)備的功能是將要加工處理的外部信息轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別和處理的內(nèi)部形式，以便于處理；輸出設(shè)備的功能是將信息從計(jì)算機(jī)的內(nèi)部形式轉(zhuǎn)換為使用者所要求的形式，以便能為人們識(shí)別或被其它設(shè)備所接收；存儲(chǔ)器的功能是用來存儲(chǔ)以內(nèi)部形式表示的各種信息；運(yùn)算器的功能是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算；控制器的功能則是產(chǎn)生各種信號(hào)，控制計(jì)算機(jī)各個(gè)功能部件協(xié)調(diào)一致地工作。
運(yùn)算器和控制器在結(jié)構(gòu)關(guān)系上非常密切，它們之間有大量信息頻繁地進(jìn)行交換，共用一些寄存單元，因此將運(yùn)算器和控制器合稱為中央處理器(CPU)，將中央處理器和內(nèi)存儲(chǔ)器合稱為主機(jī)，將輸入設(shè)備和輸出設(shè)備稱為外部設(shè)備。由于外存儲(chǔ)器不能直接與CPU交換信息，而它與主機(jī)的連接方式和信息交換方式與輸出設(shè)備和輸入設(shè)備沒有很大差別，因此，一般地把它列入外部設(shè)備的范疇，外部設(shè)備包括輸入設(shè)備、輸出設(shè)備和外存儲(chǔ)器；但從外存在整個(gè)計(jì)算機(jī)的功能看，它屬于存儲(chǔ)系統(tǒng)的一部分，稱之為外存儲(chǔ)器或輔助存儲(chǔ)器。
計(jì)算機(jī)軟件指的是為了告訴計(jì)算機(jī)做些什么和按什么方法、步驟去做，以計(jì)算機(jī)可以識(shí)別和執(zhí)行的操作表示的處理步驟和有關(guān)文檔。在計(jì)算機(jī)術(shù)語中，計(jì)算機(jī)可以識(shí)別和執(zhí)行的操作表示的處理步驟稱為程序。計(jì)算機(jī)軟件是計(jì)算機(jī)程序和有關(guān)文檔。
在計(jì)算機(jī)中，硬件和軟件的結(jié)合點(diǎn)是計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)的一條指令是計(jì)算機(jī)硬件可以執(zhí)行的一步操作。計(jì)算機(jī)可以執(zhí)行的指令的全體稱為該機(jī)的指令系統(tǒng)。任何程序，必須轉(zhuǎn)換成該機(jī)的硬件能夠執(zhí)行的一系列指令。
現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的基本工作原理（由馮·諾依曼提出）
·計(jì)算機(jī)的指令和數(shù)據(jù)均采用二進(jìn)制表示；
·由指令組成的程序和要處理的數(shù)據(jù)一起存放在存儲(chǔ)器中。機(jī)器一啟動(dòng)，控制器按照程序中指令的邏輯順序，把指令從存儲(chǔ)器中讀出來，逐條執(zhí)行；
·由輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、存儲(chǔ)器、運(yùn)算器、控制器五個(gè)基本部件組成計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)，在控制器的統(tǒng)一控制下，協(xié)調(diào)一致地完成由程序所描述的處理工作。
在計(jì)算機(jī)中，硬件和軟件是不可缺少的兩個(gè)部分。硬件是組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各部件的總稱，它是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)快速、可靠、自動(dòng)工作的物質(zhì)基礎(chǔ)，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的執(zhí)行部分。在這個(gè)意義上講，沒有硬件就沒有計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)軟件也不會(huì)產(chǎn)生任何作用。但是一臺(tái)計(jì)算機(jī)之所以能夠處理各種問題，具有很大的通用性，能夠代替人們進(jìn)行一定的腦力勞動(dòng)，是因?yàn)槿藗儼岩幚磉@些問題的方法，分解成為計(jì)算機(jī)可以識(shí)別和執(zhí)行的步驟，并以計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的形式存儲(chǔ)到了計(jì)算機(jī)中。也就是說，在計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)了解決這些問題的程序。目前所說的計(jì)算機(jī)一般都包括硬件和軟件兩個(gè)部分，而把不包括軟件的計(jì)算機(jī)稱為“*機(jī)”。計(jì)算機(jī)軟件就是計(jì)算機(jī)程序及其有關(guān)文檔。
1．3計(jì)算機(jī)的發(fā)展
電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展，像任何新生事物一樣，也經(jīng)歷了一個(gè)不斷完善的過程。1938年J．阿諾索夫首先制成了電子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算部件。1943年，英國外交部通訊處制成了“巨人”計(jì)算機(jī)專門用于密碼分析。1946年2月美國賓夕法尼亞大學(xué)制成的ENIAC最初也專門用于火炮彈道計(jì)算，后經(jīng)多次改進(jìn)才成為能進(jìn)行各種科學(xué)計(jì)算的通用計(jì)算機(jī)，這就是人們常常提到的世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)。但是，這種計(jì)算機(jī)的程序仍然是外加式的，存儲(chǔ)容量也太小，尚未完全具備現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的主要特征。在計(jì)算機(jī)發(fā)展上再一次重大突破是由數(shù)學(xué)家馮·諾依曼領(lǐng)導(dǎo)的設(shè)計(jì)小組完成的。他們提出的存儲(chǔ)程序原理，即程序由指令組成，并和數(shù)據(jù)一起放在存儲(chǔ)器中，機(jī)器一經(jīng)開動(dòng)，就能按照程序指令的邏輯順序．把指令從存儲(chǔ)器中讀出來，逐條執(zhí)行，自動(dòng)完成由程序所描述的處理工作，這是計(jì)算機(jī)發(fā)展的一個(gè)里程碑，也是計(jì)算機(jī)與—切其它計(jì)算工具的根本區(qū)別。真正實(shí)現(xiàn)內(nèi)存儲(chǔ)程序式原理的第一臺(tái)計(jì)算機(jī)EDSAC于1949年5月在英國制成。
根據(jù)計(jì)算機(jī)所采用的物理器件，一般把電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展分成幾個(gè)時(shí)期，也稱為幾代，分別代表了時(shí)間順序發(fā)展過程。
第一代計(jì)算機(jī)是采用電子管作為邏輯元件，用陰極射線管或汞延遲線作主存儲(chǔ)器，外存主要使用紙帶、卡片等，程序設(shè)計(jì)主要使用機(jī)器指令或符號(hào)指令，應(yīng)用領(lǐng)域主要是科學(xué)計(jì)算。
第二代計(jì)算機(jī)用晶體管代替了電子管，主存儲(chǔ)器均采用磁芯存儲(chǔ)器，磁鼓和磁盤開始用作主要的外存儲(chǔ)器，程序設(shè)計(jì)使用了更接近于人類自然語言的高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域也從科學(xué)計(jì)算擴(kuò)展到了事務(wù)處理、工程設(shè)計(jì)等多個(gè)方面。
第三代計(jì)算機(jī)采用中小規(guī)模的集成電路塊代替了晶體管等分立元件，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器逐步取代了磁芯存儲(chǔ)器的主存儲(chǔ)器地位，磁盤成了不可缺少的輔助存儲(chǔ)器，計(jì)算機(jī)也進(jìn)入了產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、系列化的發(fā)展時(shí)期，計(jì)算機(jī)的管理、使用方式也由手工操作完全改變?yōu)樽詣?dòng)管理，使計(jì)算機(jī)的使用效率顯著提高。
第四代計(jì)算機(jī)采用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路。70年代以后，計(jì)算機(jī)使用的集成電路迅速從中、小規(guī)模發(fā)展到大規(guī)模、超大規(guī)模的水平，大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路應(yīng)用的一個(gè)直接結(jié)果是微處理器和微型計(jì)算機(jī)的誕生。微處理器是將傳統(tǒng)的運(yùn)算器和控制器集成在一塊大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路芯片上，作為中央處理單元(CPU)。以微處理器為核心，再加上存儲(chǔ)器和接口等芯片以及輸入輸出設(shè)備便構(gòu)成了微型計(jì)算機(jī)。微處理器自1971年誕生以來幾乎每隔二至三年就要更新?lián)Q代，以高檔微處理器為核心構(gòu)成的高檔微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)已達(dá)到和超過了傳統(tǒng)超級(jí)小型計(jì)算機(jī)水平，其運(yùn)算速度可以達(dá)到每秒數(shù)億次。由于微型計(jì)算機(jī)體積小、功耗低、成本低，其性能價(jià)格比占有很大優(yōu)勢(shì)，因而得到了廣泛的應(yīng)用。微處理器和微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)不僅深刻地影響著計(jì)算機(jī)技術(shù)本身的發(fā)展，同時(shí)也使計(jì)算機(jī)技術(shù)滲透到了社會(huì)生活的各個(gè)方面，極大地推動(dòng)了計(jì)算機(jī)的普及。隨著微電子、計(jì)算機(jī)和數(shù)字化聲像技術(shù)的發(fā)展，多媒體技術(shù)也得到了迅速發(fā)展。這里所說的媒體是指表示和傳播信息的載體，例如文字、聲音、圖像都是媒體。在80年代以前人們使用計(jì)算機(jī)處理的主要是文字信息，80年代開始用于處理圖形和圖像。隨著數(shù)字化音頻和視頻技術(shù)的突破，逐步形成了集聲、文、圖、像一體化的多媒體計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它不僅使計(jì)算機(jī)應(yīng)用更接近人類習(xí)慣的信息交流方式，而且將開拓許多新的應(yīng)用領(lǐng)域。計(jì)算機(jī)與通訊技術(shù)的結(jié)合使計(jì)算機(jī)應(yīng)用從單機(jī)走向網(wǎng)絡(luò)，由獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)走向互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。
總之，計(jì)算機(jī)從第一代發(fā)展到第四代，已由僅僅包含硬件的系統(tǒng)發(fā)展到包括硬件和軟件兩大部分的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)的種類也一再分化，發(fā)展成微型計(jì)算機(jī)、小型計(jì)算機(jī)、通用計(jì)算機(jī)(包括巨型、大型、中型計(jì)算機(jī))以及各種專用機(jī)等。由于技術(shù)的更新和應(yīng)用的推動(dòng)，計(jì)算機(jī)一直處在飛速發(fā)展之中。依據(jù)信息技術(shù)發(fā)展功能價(jià)格比的莫爾定律（Moore’Law）,計(jì)算機(jī)芯片的功能每18個(gè)月翻一番，而價(jià)格減一半。該定律的作用從60年代以來，已持續(xù)30多年，預(yù)計(jì)還會(huì)持續(xù)近20年。集處理文字、圖形、圖像、聲音為一體的多媒體計(jì)算機(jī)的發(fā)展正方興未艾。各國都在計(jì)劃建設(shè)自己的“信息高速公路”。通過各種通信渠道，包括有線網(wǎng)和無線網(wǎng)，把各種計(jì)算機(jī)互聯(lián)起來，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了信息在全球范圍內(nèi)的傳遞。用計(jì)算機(jī)來模仿人的智能，包括聽覺、視覺和觸覺以及自學(xué)習(xí)和推理能力是當(dāng)前計(jì)算機(jī)科學(xué)研究的一個(gè)重要方向。與此同時(shí)，計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)將會(huì)突破傳統(tǒng)的馮.諾依曼提出的原理，實(shí)現(xiàn)高度的并行處理。為了解決軟件發(fā)展方面出現(xiàn)的復(fù)雜程度高、研制周期長(zhǎng)和正確性難于保證的“軟件危機(jī)”而產(chǎn)生的軟件工程也出現(xiàn)新的突破。新一代計(jì)算機(jī)的發(fā)展將與人工智能、知識(shí)工程和專家系統(tǒng)等研究緊密相聯(lián)，并為其發(fā)展提供新的基礎(chǔ)。
表1-1 計(jì)算機(jī)發(fā)展階段示意表
年代
器件
第一代
1946-1957
第二代
1958-1964
第三代
1965-1969
第四代
1970-至今
電子器件
電子管
晶體管
中、小規(guī)模集成電路
大規(guī)模和超大
規(guī)模集成電路
主存儲(chǔ)器
磁芯、磁鼓
磁芯、磁鼓
磁芯、磁鼓、
半導(dǎo)體存儲(chǔ)器
半導(dǎo)體存儲(chǔ)器
外部輔助存儲(chǔ)器
磁帶、磁鼓
磁帶、磁鼓
磁帶、磁鼓、磁盤
磁帶、磁盤、光盤
處理方式
機(jī)器語言
匯編語言
監(jiān)控程序
連續(xù)處理作業(yè)
高級(jí)語言編譯
多道程序
實(shí)時(shí)處理
實(shí)時(shí)、分時(shí)處理
網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)
運(yùn)算速度
5千-3萬次/秒
幾十萬-百萬次/秒
百萬-幾百萬次/秒
幾百萬-千億次/秒
1．4計(jì)算機(jī)與社會(huì)
在人類歷，以生產(chǎn)工具為標(biāo)志的技術(shù)進(jìn)步已經(jīng)經(jīng)歷了手工工具和大機(jī)器生產(chǎn)兩個(gè)時(shí)期。自從能源代替人成為機(jī)器動(dòng)力以后，人類的體力勞動(dòng)得到了解放。電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)不但使人類的技術(shù)進(jìn)步開始向自動(dòng)化過渡，擴(kuò)大了人類的智力，而且使用機(jī)器代替人的部分腦力勞動(dòng)的愿望成為現(xiàn)實(shí)，為人類智力解放的時(shí)代揭開了序幕。
在計(jì)算機(jī)誕生初期，計(jì)算機(jī)主要用于科學(xué)計(jì)算，在彈道計(jì)算上顯示了它的巨大威力：當(dāng)時(shí)，用ENIAC計(jì)算炮彈從發(fā)射到彈道軌道40個(gè)點(diǎn)的位置只用了3秒，代替了7個(gè)小時(shí)的人工計(jì)算，速度提高了8400倍。到了60年代，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用從科學(xué)計(jì)算擴(kuò)展到了生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制和事務(wù)處理，科學(xué)計(jì)算、過程控制、事務(wù)處理成為計(jì)算機(jī)應(yīng)用的三個(gè)主要領(lǐng)域。70年代以后，隨著微處理器和微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)遍及科學(xué)技術(shù)、工業(yè)、交通、財(cái)貿(mào)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生、軍事以及人們?nèi)粘Ｉ畹雀鱾€(gè)方面。從解決數(shù)學(xué)難題到譜寫樂曲，從宇宙飛船的上天到電子游戲機(jī)，從軍事指揮系統(tǒng)到電冰箱的自動(dòng)控制，從銀行自動(dòng)取款機(jī)到電視、電影中的特技畫面，從氣象預(yù)報(bào)到機(jī)器人，到處都可以看到計(jì)算機(jī)的應(yīng)用蹤跡。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)、計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)、計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試(CAT)、計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)(CAI)等計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的應(yīng)用和計(jì)算機(jī)在金融、保險(xiǎn)、公共交通、商業(yè)、服務(wù)業(yè)的應(yīng)用，正在對(duì)人類社會(huì)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、就業(yè)結(jié)構(gòu)，乃至家庭生活和教育等各個(gè)方面產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。
計(jì)算機(jī)在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用和發(fā)展，將使傳統(tǒng)的機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)從數(shù)控機(jī)床、智能機(jī)器人的局部應(yīng)用，發(fā)展到全面高度自動(dòng)化的計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)，使社會(huì)生產(chǎn)力實(shí)現(xiàn)巨大飛躍；計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、輔助制造、輔助測(cè)試技術(shù)的構(gòu)成和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的建立，將使企業(yè)規(guī)模的小型化和生產(chǎn)布局的分散化成為可能；計(jì)算機(jī)在工業(yè)企業(yè)的廣泛使用將使眾多的勞動(dòng)密集型和資本密集型的產(chǎn)業(yè)逐步轉(zhuǎn)變成知識(shí)密集型和技術(shù)密集型的產(chǎn)業(yè)；伴隨著企業(yè)類型的轉(zhuǎn)變，社會(huì)勞動(dòng)結(jié)構(gòu)也將發(fā)生變化，從事第一產(chǎn)業(yè)和第二產(chǎn)業(yè)的人數(shù)將會(huì)相對(duì)減少，信息產(chǎn)業(yè)將會(huì)從第三產(chǎn)業(yè)中分化出來而在未來社會(huì)中占據(jù)主導(dǎo)地位。
計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，也為社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的管理和決策提供了新的技術(shù)手段，使辦公自動(dòng)化這一門綜合的科學(xué)技術(shù)提高到了一個(gè)新的水平。它將大大提高行政部門的辦公效率，提高領(lǐng)導(dǎo)部門的決策水平。在國家、部門、地區(qū)、企業(yè)范圍內(nèi)建立起來的計(jì)算機(jī)管理信息系統(tǒng)(MIS)將會(huì)使管理部門及時(shí)、準(zhǔn)確、全面地得到有關(guān)信息，使政府、企業(yè)的管理從定性管理進(jìn)入定量管理，輔助各級(jí)管理部門做出預(yù)測(cè)和控制。能夠綜合利用各種數(shù)據(jù)、信息、知識(shí)、人工智能、模擬技術(shù)建立起的決策支持系統(tǒng)(DSS)，將會(huì)為決策部門解決各種復(fù)雜問題提供一個(gè)方便有效的工具。它們的實(shí)現(xiàn)和廣泛使用將會(huì)打破許多傳統(tǒng)的辦公方式。
今天在發(fā)達(dá)國家，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)普及到了社會(huì)和家庭。到銀行存款、取款可以使用現(xiàn)金卡，到商店購物可以使用信用卡，到醫(yī)院看病可以使用醫(yī)療卡；人們可以在家庭終端上了解哪些商品有貨和在不同商店的售價(jià)，然后通過終端定購；記者將新聞送入計(jì)算機(jī)，讀者可以在家中通過網(wǎng)絡(luò)終端閱讀；人們攜帶著筆記本計(jì)算機(jī)，可以走到哪里就在哪里“辦公”；一部小說，它的文字、插圖，乃至改編的電影都可以存入計(jì)算機(jī)，供你閱讀、觀看；國際互聯(lián)網(wǎng) Internet和多媒體技術(shù)的發(fā)展已使人們能夠以光的速度在全球范圍相互傳輸信息，敖游廣闊的世界，它將極大地推動(dòng)全球范圍科技、文化的交流，推動(dòng)金融、電子商務(wù)的發(fā)展，促使傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)生巨大的變化，人們將生存在一個(gè)無所不在的數(shù)字化世界中。計(jì)算機(jī)的應(yīng)用已從少數(shù)專家掌握的技術(shù)變成了普通人可以參與的活動(dòng)。沒有計(jì)算機(jī)知識(shí)、不會(huì)使用計(jì)算機(jī)的人將很難適應(yīng)信息社會(huì)的要求。
計(jì)算機(jī)作為輔助人類進(jìn)行腦力勞動(dòng)的工具，已經(jīng)對(duì)人類社會(huì)發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1982年美國200萬臺(tái)計(jì)算機(jī)在1年內(nèi)完成的工作量相當(dāng)于4千億人年的工作量。目前的計(jì)算機(jī)雖然已具有計(jì)算、記憶、通訊的能力，但識(shí)別事物和邏輯判斷的能力還很不完善，人們正在設(shè)法研制具有更強(qiáng)智能能力的計(jì)算機(jī)。如果說過去人類技術(shù)的進(jìn)步在很大程度上依賴于生產(chǎn)工具的材料和能源的變革，那么今天將在很大程度上依賴于知識(shí)和信息。計(jì)算機(jī)將會(huì)在信息與知識(shí)社會(huì)中發(fā)揮更大的作用。
1．1什么是計(jì)算機(jī)
在人類歷，計(jì)算工具的發(fā)明和創(chuàng)造走過了漫長(zhǎng)的道路。在原始社會(huì)，人們?cè)褂美K結(jié)、壘石或枝條作為計(jì)數(shù)和計(jì)算的工具。我國在春秋戰(zhàn)國時(shí)期有了籌算法的記載，到了唐朝已經(jīng)有了至今仍在使用的計(jì)算工具——算盤。歐洲16世紀(jì)出現(xiàn)了對(duì)數(shù)計(jì)算尺和機(jī)械計(jì)算機(jī)。
在20世紀(jì)50年代之前，人工手算一直是主要的計(jì)算方法，算盤、對(duì)數(shù)計(jì)算尺、手搖或電動(dòng)的機(jī)械計(jì)算機(jī)一直是人們使用的主要計(jì)算工具。到了20世紀(jì)40年代，一方面由于近代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)計(jì)算量、計(jì)算精度、計(jì)算速度的要求不斷提高，原有的計(jì)算工具已經(jīng)滿足不了應(yīng)用的需要，另一方面，計(jì)算理論、電子學(xué)以及自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，也為現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)提供了可能，在20世紀(jì)40年代中期誕生了第一代電子計(jì)算機(jī)。
對(duì)計(jì)算機(jī)(Computer)人們往往從不同角度提出不同的見解,有多種描述:“計(jì)算機(jī)是一種可以自動(dòng)進(jìn)行信息處理的工具”；“計(jì)算機(jī)是一種能快速而高效地自動(dòng)完成信息處理的電子設(shè)備”；“計(jì)算機(jī)是一種能夠高速運(yùn)算、具有內(nèi)部存儲(chǔ)能力、由程序控制其操作過程的電子裝置”等等。
第一臺(tái)計(jì)算機(jī)的誕生
1946年2月，正式交付使用的、由美國賓夕法尼亞大學(xué)研制的ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Calculator即電子積分計(jì)算機(jī)）標(biāo)志著第一代電子計(jì)算機(jī)的誕生。它是為了解決新武器彈道問題中的許多復(fù)雜計(jì)算而研制的。它采用電子管作為計(jì)算機(jī)的基本元件，由18000多個(gè)電子管，1500多個(gè)繼電器，10000多只電容器和7000多只電阻構(gòu)成，占地170m2，重量30噸，每小時(shí)耗電30萬千瓦,是一個(gè)龐然大物，每秒能進(jìn)行5000次加法運(yùn)算。由于它使用電子器件來代替機(jī)械齒輪或電動(dòng)機(jī)械進(jìn)行運(yùn)算，并且能在運(yùn)算過程中不斷進(jìn)行判斷，作出選擇，過去需要100多名工程師花費(fèi)1年才能解決的計(jì)算問題，它只需要2個(gè)小時(shí)就能給出答案。
計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)
計(jì)算機(jī)不同于以往任何計(jì)算工具，其主要特點(diǎn)如下：
第一，在處理對(duì)象上，它已不再局限于數(shù)值信息，而是可以處理包括數(shù)字、文字、符號(hào)、圖形、圖像乃至聲音等一切可以用數(shù)字加以表示的信息。
第二，在處理內(nèi)容上，它不僅能做數(shù)值計(jì)算，也能對(duì)各種信息做非數(shù)值處理，例如進(jìn)行信息檢索、圖形處理；不僅可以做加、減、乘、除算術(shù)運(yùn)算，也可以做是、非邏輯判斷。
第三，在處理方式上，只要人們把處理的對(duì)象和處理問題的方法步驟以計(jì)算機(jī)可以識(shí)別和執(zhí)行的“語言”事先存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)就可以完全自動(dòng)地對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
第四，在處理速度上，它運(yùn)算高速。目前一般計(jì)算機(jī)的處理速度都可以達(dá)到每秒百萬次的運(yùn)算，巨型機(jī)可以達(dá)到每秒近千億次運(yùn)算。
第五，它可以存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)。目前一般微型機(jī)都可以存儲(chǔ)幾十萬、幾百萬、幾千萬到上億個(gè)數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量越大，可以記住的信息量也就越大。需要時(shí)，計(jì)算機(jī)可以從浩如煙海的數(shù)據(jù)中找到這些信息，這也是計(jì)算機(jī)能夠進(jìn)行自動(dòng)處理的原因之一。
第六，多個(gè)計(jì)算機(jī)借助于通信網(wǎng)絡(luò)互連起來，可以超越地理界限，互發(fā)電子郵件，進(jìn)行網(wǎng)上通訊，共享遠(yuǎn)程信息和資源。
計(jì)算機(jī)具有超強(qiáng)的記憶能力、高速的處理能力、很高的計(jì)算精度和可靠的判斷能力。人們進(jìn)行的任何復(fù)雜的腦力勞動(dòng)，如果可以分解成計(jì)算機(jī)可以執(zhí)行的基本操作，并以計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的形式表示出來，存放到計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)就可以模仿人的一部分思維活動(dòng)，代替人的部分腦力勞動(dòng)，按照人們的意愿自動(dòng)地工作，所以有人也把計(jì)算機(jī)稱為“電腦”，以強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)在功能上和人腦有許多相似之處，例如人腦的記憶功能、計(jì)算功能、判斷功能。電腦終究不是人腦，它也不可能完全代替人腦；但是說電腦不能模擬人腦的功能也是不對(duì)的，盡管電腦在很多方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上人腦，但它也有超越人腦的許多性能，人腦與電腦在許多方面有著互補(bǔ)作用
1．2 計(jì)算機(jī)的組成和工作原理
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分組成。
計(jì)算機(jī)硬件指的是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中由電子、機(jī)械和光電元件組成的各種計(jì)算機(jī)部件和設(shè)備，其基本功能是接受計(jì)算機(jī)程序的控制來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入、運(yùn)算、數(shù)據(jù)輸出等一系列操作。
計(jì)算機(jī)五大組成部分功能:
輸入設(shè)備的功能是將要加工處理的外部信息轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別和處理的內(nèi)部形式，以便于處理；輸出設(shè)備的功能是將信息從計(jì)算機(jī)的內(nèi)部形式轉(zhuǎn)換為使用者所要求的形式，以便能為人們識(shí)別或被其它設(shè)備所接收；存儲(chǔ)器的功能是用來存儲(chǔ)以內(nèi)部形式表示的各種信息；運(yùn)算器的功能是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算；控制器的功能則是產(chǎn)生各種信號(hào)，控制計(jì)算機(jī)各個(gè)功能部件協(xié)調(diào)一致地工作。
運(yùn)算器和控制器在結(jié)構(gòu)關(guān)系上非常密切，它們之間有大量信息頻繁地進(jìn)行交換，共用一些寄存單元，因此將運(yùn)算器和控制器合稱為中央處理器(CPU)，將中央處理器和內(nèi)存儲(chǔ)器合稱為主機(jī)，將輸入設(shè)備和輸出設(shè)備稱為外部設(shè)備。由于外存儲(chǔ)器不能直接與CPU交換信息，而它與主機(jī)的連接方式和信息交換方式與輸出設(shè)備和輸入設(shè)備沒有很大差別，因此，一般地把它列入外部設(shè)備的范疇，外部設(shè)備包括輸入設(shè)備、輸出設(shè)備和外存儲(chǔ)器；但從外存在整個(gè)計(jì)算機(jī)的功能看，它屬于存儲(chǔ)系統(tǒng)的一部分，稱之為外存儲(chǔ)器或輔助存儲(chǔ)器。
計(jì)算機(jī)軟件指的是為了告訴計(jì)算機(jī)做些什么和按什么方法、步驟去做，以計(jì)算機(jī)可以識(shí)別和執(zhí)行的操作表示的處理步驟和有關(guān)文檔。在計(jì)算機(jī)術(shù)語中，計(jì)算機(jī)可以識(shí)別和執(zhí)行的操作表示的處理步驟稱為程序。計(jì)算機(jī)軟件是計(jì)算機(jī)程序和有關(guān)文檔。
在計(jì)算機(jī)中，硬件和軟件的結(jié)合點(diǎn)是計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)的一條指令是計(jì)算機(jī)硬件可以執(zhí)行的一步操作。計(jì)算機(jī)可以執(zhí)行的指令的全體稱為該機(jī)的指令系統(tǒng)。任何程序，必須轉(zhuǎn)換成該機(jī)的硬件能夠執(zhí)行的一系列指令。
現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的基本工作原理（由馮·諾依曼提出）
·計(jì)算機(jī)的指令和數(shù)據(jù)均采用二進(jìn)制表示；
·由指令組成的程序和要處理的數(shù)據(jù)一起存放在存儲(chǔ)器中。機(jī)器一啟動(dòng)，控制器按照程序中指令的邏輯順序，把指令從存儲(chǔ)器中讀出來，逐條執(zhí)行；
·由輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、存儲(chǔ)器、運(yùn)算器、控制器五個(gè)基本部件組成計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)，在控制器的統(tǒng)一控制下，協(xié)調(diào)一致地完成由程序所描述的處理工作。
在計(jì)算機(jī)中，硬件和軟件是不可缺少的兩個(gè)部分。硬件是組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各部件的總稱，它是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)快速、可靠、自動(dòng)工作的物質(zhì)基礎(chǔ)，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的執(zhí)行部分。在這個(gè)意義上講，沒有硬件就沒有計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)軟件也不會(huì)產(chǎn)生任何作用。但是一臺(tái)計(jì)算機(jī)之所以能夠處理各種問題，具有很大的通用性，能夠代替人們進(jìn)行一定的腦力勞動(dòng)，是因?yàn)槿藗儼岩幚磉@些問題的方法，分解成為計(jì)算機(jī)可以識(shí)別和執(zhí)行的步驟，并以計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的形式存儲(chǔ)到了計(jì)算機(jī)中。也就是說，在計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)了解決這些問題的程序。目前所說的計(jì)算機(jī)一般都包括硬件和軟件兩個(gè)部分，而把不包括軟件的計(jì)算機(jī)稱為“*機(jī)”。計(jì)算機(jī)軟件就是計(jì)算機(jī)程序及其有關(guān)文檔。
1．3計(jì)算機(jī)的發(fā)展
電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展，像任何新生事物一樣，也經(jīng)歷了一個(gè)不斷完善的過程。1938年J．阿諾索夫首先制成了電子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算部件。1943年，英國外交部通訊處制成了“巨人”計(jì)算機(jī)專門用于密碼分析。1946年2月美國賓夕法尼亞大學(xué)制成的ENIAC最初也專門用于火炮彈道計(jì)算，后經(jīng)多次改進(jìn)才成為能進(jìn)行各種科學(xué)計(jì)算的通用計(jì)算機(jī)，這就是人們常常提到的世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)。但是，這種計(jì)算機(jī)的程序仍然是外加式的，存儲(chǔ)容量也太小，尚未完全具備現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的主要特征。在計(jì)算機(jī)發(fā)展上再一次重大突破是由數(shù)學(xué)家馮·諾依曼領(lǐng)導(dǎo)的設(shè)計(jì)小組完成的。他們提出的存儲(chǔ)程序原理，即程序由指令組成，并和數(shù)據(jù)一起放在存儲(chǔ)器中，機(jī)器一經(jīng)開動(dòng)，就能按照程序指令的邏輯順序．把指令從存儲(chǔ)器中讀出來，逐條執(zhí)行，自動(dòng)完成由程序所描述的處理工作，這是計(jì)算機(jī)發(fā)展的一個(gè)里程碑，也是計(jì)算機(jī)與—切其它計(jì)算工具的根本區(qū)別。真正實(shí)現(xiàn)內(nèi)存儲(chǔ)程序式原理的第一臺(tái)計(jì)算機(jī)EDSAC于1949年5月在英國制成。
根據(jù)計(jì)算機(jī)所采用的物理器件，一般把電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展分成幾個(gè)時(shí)期，也稱為幾代，分別代表了時(shí)間順序發(fā)展過程。
第一代計(jì)算機(jī)是采用電子管作為邏輯元件，用陰極射線管或汞延遲線作主存儲(chǔ)器，外存主要使用紙帶、卡片等，程序設(shè)計(jì)主要使用機(jī)器指令或符號(hào)指令，應(yīng)用領(lǐng)域主要是科學(xué)計(jì)算。
第二代計(jì)算機(jī)用晶體管代替了電子管，主存儲(chǔ)器均采用磁芯存儲(chǔ)器，磁鼓和磁盤開始用作主要的外存儲(chǔ)器，程序設(shè)計(jì)使用了更接近于人類自然語言的高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域也從科學(xué)計(jì)算擴(kuò)展到了事務(wù)處理、工程設(shè)計(jì)等多個(gè)方面。
第三代計(jì)算機(jī)采用中小規(guī)模的集成電路塊代替了晶體管等分立元件，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器逐步取代了磁芯存儲(chǔ)器的主存儲(chǔ)器地位，磁盤成了不可缺少的輔助存儲(chǔ)器，計(jì)算機(jī)也進(jìn)入了產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、系列化的發(fā)展時(shí)期，計(jì)算機(jī)的管理、使用方式也由手工操作完全改變?yōu)樽詣?dòng)管理，使計(jì)算機(jī)的使用效率顯著提高。
第四代計(jì)算機(jī)采用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路。70年代以后，計(jì)算機(jī)使用的集成電路迅速從中、小規(guī)模發(fā)展到大規(guī)模、超大規(guī)模的水平，大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路應(yīng)用的一個(gè)直接結(jié)果是微處理器和微型計(jì)算機(jī)的誕生。微處理器是將傳統(tǒng)的運(yùn)算器和控制器集成在一塊大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路芯片上，作為中央處理單元(CPU)。以微處理器為核心，再加上存儲(chǔ)器和接口等芯片以及輸入輸出設(shè)備便構(gòu)成了微型計(jì)算機(jī)。微處理器自1971年誕生以來幾乎每隔二至三年就要更新?lián)Q代，以高檔微處理器為核心構(gòu)成的高檔微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)已達(dá)到和超過了傳統(tǒng)超級(jí)小型計(jì)算機(jī)水平，其運(yùn)算速度可以達(dá)到每秒數(shù)億次。由于微型計(jì)算機(jī)體積小、功耗低、成本低，其性能價(jià)格比占有很大優(yōu)勢(shì)，因而得到了廣泛的應(yīng)用。微處理器和微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)不僅深刻地影響著計(jì)算機(jī)技術(shù)本身的發(fā)展，同時(shí)也使計(jì)算機(jī)技術(shù)滲透到了社會(huì)生活的各個(gè)方面，極大地推動(dòng)了計(jì)算機(jī)的普及。隨著微電子、計(jì)算機(jī)和數(shù)字化聲像技術(shù)的發(fā)展，多媒體技術(shù)也得到了迅速發(fā)展。這里所說的媒體是指表示和傳播信息的載體，例如文字、聲音、圖像都是媒體。在80年代以前人們使用計(jì)算機(jī)處理的主要是文字信息，80年代開始用于處理圖形和圖像。隨著數(shù)字化音頻和視頻技術(shù)的突破，逐步形成了集聲、文、圖、像一體化的多媒體計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它不僅使計(jì)算機(jī)應(yīng)用更接近人類習(xí)慣的信息交流方式，而且將開拓許多新的應(yīng)用領(lǐng)域。計(jì)算機(jī)與通訊技術(shù)的結(jié)合使計(jì)算機(jī)應(yīng)用從單機(jī)走向網(wǎng)絡(luò)，由獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)走向互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。
總之，計(jì)算機(jī)從第一代發(fā)展到第四代，已由僅僅包含硬件的系統(tǒng)發(fā)展到包括硬件和軟件兩大部分的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)的種類也一再分化，發(fā)展成微型計(jì)算機(jī)、小型計(jì)算機(jī)、通用計(jì)算機(jī)(包括巨型、大型、中型計(jì)算機(jī))以及各種專用機(jī)等。由于技術(shù)的更新和應(yīng)用的推動(dòng)，計(jì)算機(jī)一直處在飛速發(fā)展之中。依據(jù)信息技術(shù)發(fā)展功能價(jià)格比的莫爾定律（Moore’Law）,計(jì)算機(jī)芯片的功能每18個(gè)月翻一番，而價(jià)格減一半。該定律的作用從60年代以來，已持續(xù)30多年，預(yù)計(jì)還會(huì)持續(xù)近20年。集處理文字、圖形、圖像、聲音為一體的多媒體計(jì)算機(jī)的發(fā)展正方興未艾。各國都在計(jì)劃建設(shè)自己的“信息高速公路”。通過各種通信渠道，包括有線網(wǎng)和無線網(wǎng)，把各種計(jì)算機(jī)互聯(lián)起來，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了信息在全球范圍內(nèi)的傳遞。用計(jì)算機(jī)來模仿人的智能，包括聽覺、視覺和觸覺以及自學(xué)習(xí)和推理能力是當(dāng)前計(jì)算機(jī)科學(xué)研究的一個(gè)重要方向。與此同時(shí)，計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)將會(huì)突破傳統(tǒng)的馮.諾依曼提出的原理，實(shí)現(xiàn)高度的并行處理。為了解決軟件發(fā)展方面出現(xiàn)的復(fù)雜程度高、研制周期長(zhǎng)和正確性難于保證的“軟件危機(jī)”而產(chǎn)生的軟件工程也出現(xiàn)新的突破。新一代計(jì)算機(jī)的發(fā)展將與人工智能、知識(shí)工程和專家系統(tǒng)等研究緊密相聯(lián)，并為其發(fā)展提供新的基礎(chǔ)。
表1-1 計(jì)算機(jī)發(fā)展階段示意表
年代
器件
第一代
1946-1957
第二代
1958-1964
第三代
1965-1969
第四代
1970-至今
電子器件
電子管
晶體管
中、小規(guī)模集成電路
大規(guī)模和超大
規(guī)模集成電路
主存儲(chǔ)器
磁芯、磁鼓
磁芯、磁鼓
磁芯、磁鼓、
半導(dǎo)體存儲(chǔ)器
半導(dǎo)體存儲(chǔ)器
外部輔助存儲(chǔ)器
磁帶、磁鼓
磁帶、磁鼓
磁帶、磁鼓、磁盤
磁帶、磁盤、光盤
處理方式
機(jī)器語言
匯編語言
監(jiān)控程序
連續(xù)處理作業(yè)
高級(jí)語言編譯
多道程序
實(shí)時(shí)處理
實(shí)時(shí)、分時(shí)處理
網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)
運(yùn)算速度
5千-3萬次/秒
幾十萬-百萬次/秒
百萬-幾百萬次/秒
幾百萬-千億次/秒
1．4計(jì)算機(jī)與社會(huì)
在人類歷，以生產(chǎn)工具為標(biāo)志的技術(shù)進(jìn)步已經(jīng)經(jīng)歷了手工工具和大機(jī)器生產(chǎn)兩個(gè)時(shí)期。自從能源代替人成為機(jī)器動(dòng)力以后，人類的體力勞動(dòng)得到了解放。電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)不但使人類的技術(shù)進(jìn)步開始向自動(dòng)化過渡，擴(kuò)大了人類的智力，而且使用機(jī)器代替人的部分腦力勞動(dòng)的愿望成為現(xiàn)實(shí)，為人類智力解放的時(shí)代揭開了序幕。
在計(jì)算機(jī)誕生初期，計(jì)算機(jī)主要用于科學(xué)計(jì)算，在彈道計(jì)算上顯示了它的巨大威力：當(dāng)時(shí)，用ENIAC計(jì)算炮彈從發(fā)射到彈道軌道40個(gè)點(diǎn)的位置只用了3秒，代替了7個(gè)小時(shí)的人工計(jì)算，速度提高了8400倍。到了60年代，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用從科學(xué)計(jì)算擴(kuò)展到了生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制和事務(wù)處理，科學(xué)計(jì)算、過程控制、事務(wù)處理成為計(jì)算機(jī)應(yīng)用的三個(gè)主要領(lǐng)域。70年代以后，隨著微處理器和微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)遍及科學(xué)技術(shù)、工業(yè)、交通、財(cái)貿(mào)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生、軍事以及人們?nèi)粘Ｉ畹雀鱾€(gè)方面。從解決數(shù)學(xué)難題到譜寫樂曲，從宇宙飛船的上天到電子游戲機(jī)，從軍事指揮系統(tǒng)到電冰箱的自動(dòng)控制，從銀行自動(dòng)取款機(jī)到電視、電影中的特技畫面，從氣象預(yù)報(bào)到機(jī)器人，到處都可以看到計(jì)算機(jī)的應(yīng)用蹤跡。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)、計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)、計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試(CAT)、計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)(CAI)等計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的應(yīng)用和計(jì)算機(jī)在金融、保險(xiǎn)、公共交通、商業(yè)、服務(wù)業(yè)的應(yīng)用，正在對(duì)人類社會(huì)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、就業(yè)結(jié)構(gòu)，乃至家庭生活和教育等各個(gè)方面產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。
計(jì)算機(jī)在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用和發(fā)展，將使傳統(tǒng)的機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)從數(shù)控機(jī)床、智能機(jī)器人的局部應(yīng)用，發(fā)展到全面高度自動(dòng)化的計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)，使社會(huì)生產(chǎn)力實(shí)現(xiàn)巨大飛躍；計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、輔助制造、輔助測(cè)試技術(shù)的構(gòu)成和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的建立，將使企業(yè)規(guī)模的小型化和生產(chǎn)布局的分散化成為可能；計(jì)算機(jī)在工業(yè)企業(yè)的廣泛使用將使眾多的勞動(dòng)密集型和資本密集型的產(chǎn)業(yè)逐步轉(zhuǎn)變成知識(shí)密集型和技術(shù)密集型的產(chǎn)業(yè)；伴隨著企業(yè)類型的轉(zhuǎn)變，社會(huì)勞動(dòng)結(jié)構(gòu)也將發(fā)生變化，從事第一產(chǎn)業(yè)和第二產(chǎn)業(yè)的人數(shù)將會(huì)相對(duì)減少，信息產(chǎn)業(yè)將會(huì)從第三產(chǎn)業(yè)中分化出來而在未來社會(huì)中占據(jù)主導(dǎo)地位。
計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，也為社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的管理和決策提供了新的技術(shù)手段，使辦公自動(dòng)化這一門綜合的科學(xué)技術(shù)提高到了一個(gè)新的水平。它將大大提高行政部門的辦公效率，提高領(lǐng)導(dǎo)部門的決策水平。在國家、部門、地區(qū)、企業(yè)范圍內(nèi)建立起來的計(jì)算機(jī)管理信息系統(tǒng)(MIS)將會(huì)使管理部門及時(shí)、準(zhǔn)確、全面地得到有關(guān)信息，使政府、企業(yè)的管理從定性管理進(jìn)入定量管理，輔助各級(jí)管理部門做出預(yù)測(cè)和控制。能夠綜合利用各種數(shù)據(jù)、信息、知識(shí)、人工智能、模擬技術(shù)建立起的決策支持系統(tǒng)(DSS)，將會(huì)為決策部門解決各種復(fù)雜問題提供一個(gè)方便有效的工具。它們的實(shí)現(xiàn)和廣泛使用將會(huì)打破許多傳統(tǒng)的辦公方式。
今天在發(fā)達(dá)國家，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)普及到了社會(huì)和家庭。到銀行存款、取款可以使用現(xiàn)金卡，到商店購物可以使用信用卡，到醫(yī)院看病可以使用醫(yī)療卡；人們可以在家庭終端上了解哪些商品有貨和在不同商店的售價(jià)，然后通過終端定購；記者將新聞送入計(jì)算機(jī)，讀者可以在家中通過網(wǎng)絡(luò)終端閱讀；人們攜帶著筆記本計(jì)算機(jī)，可以走到哪里就在哪里“辦公”；一部小說，它的文字、插圖，乃至改編的電影都可以存入計(jì)算機(jī)，供你閱讀、觀看；國際互聯(lián)網(wǎng) Internet和多媒體技術(shù)的發(fā)展已使人們能夠以光的速度在全球范圍相互傳輸信息，敖游廣闊的世界，它將極大地推動(dòng)全球范圍科技、文化的交流，推動(dòng)金融、電子商務(wù)的發(fā)展，促使傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)生巨大的變化，人們將生存在一個(gè)無所不在的數(shù)字化世界中。計(jì)算機(jī)的應(yīng)用已從少數(shù)專家掌握的技術(shù)變成了普通人可以參與的活動(dòng)。沒有計(jì)算機(jī)知識(shí)、不會(huì)使用計(jì)算機(jī)的人將很難適應(yīng)信息社會(huì)的要求。
計(jì)算機(jī)作為輔助人類進(jìn)行腦力勞動(dòng)的工具，已經(jīng)對(duì)人類社會(huì)發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1982年美國200萬臺(tái)計(jì)算機(jī)在1年內(nèi)完成的工作量相當(dāng)于4千億人年的工作量。目前的計(jì)算機(jī)雖然已具有計(jì)算、記憶、通訊的能力，但識(shí)別事物和邏輯判斷的能力還很不完善，人們正在設(shè)法研制具有更強(qiáng)智能能力的計(jì)算機(jī)。如果說過去人類技術(shù)的進(jìn)步在很大程度上依賴于生產(chǎn)工具的材料和能源的變革，那么今天將在很大程度上依賴于知識(shí)和信息。計(jì)算機(jī)將會(huì)在信息與知識(shí)社會(huì)中發(fā)揮更大的作用。