第1章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 知識(shí)點(diǎn)梳理匯總

第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)本章要點(diǎn)在計(jì)算機(jī)的內(nèi)存，"工廠"相當(dāng)于現(xiàn)在計(jì)算機(jī)的運(yùn)算器，“控制桶”相當(dāng)作了重大改革，提出了用機(jī)電方法而不是純機(jī)械方法來實(shí)現(xiàn)分析機(jī)教，1944年終于制成了改進(jìn)的巴MarkI世界上公認(rèn)的第一臺(tái)數(shù)字式電子計(jì)算機(jī)是1946年由美國賓夕法尼亞大學(xué)任教的物理第二次世界大戰(zhàn)中美國陸軍彈道研究所為了解決彈道問題所涉及的許造的，與現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)相比，它體積龐大，耗電量也特別大，而存儲(chǔ)容度也非常慢。但在當(dāng)時(shí)它的功能確實(shí)出類拔萃。例如，它可以在1秒內(nèi)進(jìn)行5000次加減運(yùn)算，2.8毫秒便可進(jìn)行一次乘法運(yùn)算，比當(dāng)時(shí)IBM公司生產(chǎn)的MarkI計(jì)算機(jī)快1000倍，在的正確結(jié)果，用MarkI做要20分鐘，而用ENIAC只需30秒。但它也明顯地存在著很多缺點(diǎn)，如它體積龐大，重約30噸，整個(gè)機(jī)器占據(jù)了170m2;機(jī)器中用了17468只電子管，約1500只繼電器，10000多只電容器，7000余只電阻及其他各類電氣元件，運(yùn)行時(shí)，耗電量很大，約為150000W。另外，它的存儲(chǔ)容量卻很小，只能存20個(gè)字長為10位的十進(jìn)制數(shù)。假如讓現(xiàn)代的人使用它，最不能容忍的則是編排程序都要靠然而，在ENIAC誕生之前，在美國依阿華大學(xué)數(shù)學(xué)物理系任教的阿塔納索夫于1940年在缺乏資金的情況下，用了300只電子管及電阻、電容等元器件完成了世界上真正的第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)——ABC機(jī)，它能做加減法運(yùn)算，可以存儲(chǔ)300個(gè)數(shù)字。因?yàn)槠涮?jiǎn)陋，校方?jīng)]有看到這個(gè)“怪物”的前景，停止資助了進(jìn)一步的研究工作1940年12月，莫齊利在賓夕法尼亞大學(xué)召開的有關(guān)科學(xué)發(fā)展的美國聯(lián)盟會(huì)議上作了關(guān)于用模擬計(jì)算機(jī)解決氣象難題的使用潛力問題的報(bào)告，會(huì)上幸運(yùn)地遇見了阿塔納索夫并獲知阿塔納索夫的杰出創(chuàng)造，莫齊利驚訝萬分，于是不惜花幾用電子管組成計(jì)算機(jī)的設(shè)想，這一方案得到了美國陸軍彈道研究所的40萬美元的資助。當(dāng)時(shí)正值第二次世界大戰(zhàn)之際，新武器研制中的算已遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了要求，急需自動(dòng)計(jì)算的機(jī)器。于是在美國陸軍部的資科學(xué)家每克服它的一個(gè)缺點(diǎn)，都對(duì)計(jì)算機(jī)的發(fā)展帶來了很大的影響。置存儲(chǔ)器，將符號(hào)化的計(jì)算步驟放在存儲(chǔ)器中，然后依次取出存儲(chǔ)的內(nèi)容1944年9月，馮·諾依曼在獲得官方特許的情況下考察了ENIAC,經(jīng)過存儲(chǔ)程序，也就是現(xiàn)在稱為內(nèi)存的部件；另外還在機(jī)器內(nèi)擯棄了原來的十進(jìn)制編碼而采用齊利為首的技術(shù)界人士之間發(fā)生了嚴(yán)重的意見分歧而使EDVAC的研制擱淺，直到1952年儲(chǔ)方式，運(yùn)算速度為每秒670次加減法，每秒170次乘法，程序和數(shù)據(jù)的輸入采用紙帶，從第一臺(tái)計(jì)算機(jī)的誕生到現(xiàn)在，計(jì)算機(jī)走過了50多年的發(fā)展(1)計(jì)算機(jī)發(fā)展的初期階段這個(gè)階段大約是1946年世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)誕生到20世紀(jì)70年代末個(gè)人計(jì)算機(jī)開始普及應(yīng)用之前的這個(gè)階段。其特點(diǎn)是計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍基本局限于軍事、科學(xué)計(jì)算及工業(yè)大企業(yè)的大量數(shù)據(jù)處理，應(yīng)用的范圍很小，以及傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的劃分中人們根據(jù)計(jì)算機(jī)核心部件所用邏輯元件的種類劃分為第一代機(jī)從第一臺(tái)計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)直至20世紀(jì)50年代后期，這一時(shí)期的計(jì)算機(jī)的主要20世紀(jì)50年代后期～20世紀(jì)60年代中期出現(xiàn)的第二代計(jì)算機(jī)采用晶體管作為基本物理器件，并采用了監(jiān)控程序，這是操作系OSCOBOL與第一代計(jì)算機(jī)相比，晶體管計(jì)算機(jī)體積小，成本低，期，計(jì)算機(jī)不僅應(yīng)用在軍事與尖端技術(shù)上，而且應(yīng)用在工程設(shè)計(jì)1964年4月，IBM公司推出了采用新概念設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)IBM360,宣布了第三代計(jì)算機(jī)的誕生。它分大、中、小型等6個(gè)型號(hào)，具有通用化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化的特點(diǎn)。式等方面保持統(tǒng)一，使用戶在低檔機(jī)上編寫的程序可以不加修改地運(yùn)行在以后性第四代計(jì)算機(jī)從20世紀(jì)70年代初～20世紀(jì)80年代初，其特征是以大規(guī)模集成電路VLSI為計(jì)算機(jī)主要功能部件，用16KB、64KB或集成度更高的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器作為主存儲(chǔ)器，計(jì)算速度可達(dá)每秒幾百萬次至上億次。在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面發(fā)展了并計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等。在軟件方面發(fā)展了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、分布式計(jì)算機(jī)的適用范圍，不斷地增加指令系統(tǒng)中的指令，并考慮盡量縮短系列計(jì)算機(jī)增設(shè)新型號(hào)機(jī)或高檔機(jī)時(shí)，為維護(hù)老用戶在軟件不得不繼承老機(jī)器指令系統(tǒng)中的全部指令，這也使得同一系列雜，后來稱這些計(jì)算機(jī)為"復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)",簡(jiǎn)稱CLSC。指令系統(tǒng)中指令總數(shù)的20%,而占指令總數(shù)20%的最復(fù)雜指令卻差不多占用了控制存儲(chǔ)器容量的80%。1975年IBM的JhonCocke提出精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱RISC)的想法。RISC計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)是通過簡(jiǎn)化指令使計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單合理，從而提超標(biāo)量流水線技術(shù)，以增加指令執(zhí)行的并行度，減少指令的執(zhí)行周期，家早在20世紀(jì)70～80年代就提出了制造非馮·諾依曼式計(jì)算機(jī)以及著手開發(fā)研制第五代智能計(jì)算機(jī)，其目標(biāo)為新一代的計(jì)算機(jī)應(yīng)具有自動(dòng)識(shí)別自的結(jié)構(gòu)模式。但是究竟什么是智能計(jì)算機(jī)呢?這個(gè)問題早在20世紀(jì)30年代電子計(jì)算機(jī)還論，1936年圖靈從數(shù)學(xué)的角度提出了計(jì)算機(jī)的模型之后，又界定了檢驗(yàn)":一個(gè)人在不知情的情況下，通過一種特殊的方式與相互隔開的人和機(jī)器進(jìn)行問答，如果在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)，他分辨不出與他交流的對(duì)象哪一個(gè)是藍(lán)"計(jì)算機(jī)，但都總是無法通過圖靈檢驗(yàn)，人工智能仍然任重道遠(yuǎn)。(2)計(jì)算機(jī)的普及應(yīng)用階段從1975年美國的一個(gè)小公司MITS利用Intel的8080處RAMAltair8800微電腦開始，就掀起了計(jì)算機(jī)微型化和個(gè)人計(jì)算機(jī)普及應(yīng)用的熱潮，直到20世紀(jì)70育時(shí)期。此時(shí)計(jì)算機(jī)的主流產(chǎn)品還是大、中、小型主要生產(chǎn)的為大、中、小型各個(gè)系列的計(jì)算機(jī)，每臺(tái)的售價(jià)都在100萬美元以上，非常昂貴，因此IBM根本沒有把生產(chǎn)1萬美元以內(nèi)的微型機(jī)的利潤看在眼中。然而1976年21歲的喬布斯(StevenJobs)和26歲的StephenWozniak在汽車庫里組裝個(gè)人計(jì)算機(jī)，并成立了一家蘋果公司以及開始向市場(chǎng)推出紅極一時(shí)的apple個(gè)人計(jì)算機(jī)，售價(jià)僅為每臺(tái)1350美元的appleⅡ在短短的四年中，銷售額由1977年的100萬美元急速攀升至1980年的1.17億美元，極大地震撼了IBM公司在計(jì)算機(jī)界"龍頭老大"的地位，為此IBM公司才在1980另外從軟件方面的發(fā)展來說，20世紀(jì)70年代微型機(jī)才出現(xiàn)，各生產(chǎn)商生產(chǎn)的機(jī)型很單用戶的微型機(jī)編寫了世界上第PLIMKB茨(BillGates)的微軟公司以5萬美元買下并重寫成為了后來的MS-DOS(PC-DOS)操作人計(jì)算機(jī)市場(chǎng)，便將PC機(jī)的機(jī)器架構(gòu)公諸于世，于是在IBM公司PC機(jī)推出并急劇占領(lǐng)成，同時(shí)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用也隨著廉價(jià)的以DOS為操作系統(tǒng)的PC兼容機(jī)而逐漸普及。常稱為NovellLAN,在此系統(tǒng)下的每一臺(tái)工作站的操作的界面及DOSNovellLAN發(fā)展迅猛，幾經(jīng)升級(jí)并一直延續(xù)到20世紀(jì)90年代中期都是組建微機(jī)局域網(wǎng)的低了計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)使用的成本，從而極大地加速了計(jì)算機(jī)的普及應(yīng)用，對(duì)從上述計(jì)算機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷不難看出，計(jì)算機(jī)的普及應(yīng)用是計(jì)共同發(fā)展，并且相輔相成、相互推動(dòng)、相互適應(yīng)而發(fā)展起來的。這個(gè)階(3)計(jì)算機(jī)文化階段計(jì)算機(jī)作為一種文化提出來是在1981年瑞士洛桑召開的第三次世界計(jì)算機(jī)教育大會(huì)上由前蘇聯(lián)學(xué)者伊爾肖夫首次提出的，雖然伊爾肖夫提出的是“計(jì)二文化",與現(xiàn)在所講到的計(jì)算機(jī)文化有本質(zhì)的區(qū)別，但其不同致使人類在思維方式、行為方式、生活方式等人類生存方式的方方面計(jì)算機(jī)文化階段是計(jì)算機(jī)普及應(yīng)用發(fā)展到一定的程度才出現(xiàn)的，計(jì)算機(jī)軟硬件的發(fā)展不斷拓展應(yīng)用空間，使其逐步覆蓋人類活動(dòng)的各從20世紀(jì)70年代開始，微機(jī)在美國逐漸普及，特別是apple機(jī)的出現(xiàn)，應(yīng)用微機(jī)辦公成了必然趨勢(shì)，因此在1978—1979兩年間，幾乎同時(shí)鐘能計(jì)算50個(gè)格子，比手工計(jì)算機(jī)快得多，更為奇妙的是在某一格行列的相應(yīng)數(shù)據(jù)還能自動(dòng)調(diào)整改變。到19VisiCalc分別于1982年和1983年斥巨資向兩個(gè)軟件方向進(jìn)軍，雖然幾經(jīng)周折，但最后都因微軟的規(guī)模經(jīng)濟(jì)逐漸占了上風(fēng)，特別是在微軟推出Windows操作系統(tǒng)后以及1993年微軟把字處共享數(shù)據(jù)，極大地方便了用戶的使用，更使其他辦公軟件望塵莫及。辦1981年8月12日，IBM公司的PC機(jī)橫空出世，其優(yōu)良的性能使蘋果機(jī)相形見絀，蘋果公司的喬布斯也不甘心，立即組織人員投入了新產(chǎn)品的研究工作，分別于1983年初和創(chuàng)了第一臺(tái)圖形用戶界面的機(jī)器，而且還在電腦上第一次采用了鼠標(biāo)是性能絕倫，其配置為摩托羅拉32位、主頻8MHz的68000微處理器芯片，內(nèi)存為128KB,金托斯電腦的用戶界面為大眾型的圖形用戶平臺(tái)并且可以像人一樣1985年11月，微軟公司推出了Windows1.0版本，由于微機(jī)硬件性能跟不上和欠缺應(yīng)加大力度開發(fā)Windows的應(yīng)用軟件。1989年Intel公司發(fā)布486芯片后，在微機(jī)的硬件性能大幅度提高的同時(shí)，微軟公司的辦公應(yīng)用軟件也漸成氣候，1987年10月推出全新的Windows版本的電子表格Excel;1990年完成Word的視窗1.0版本的字處理軟件后微軟的業(yè)績(jī)便扶搖直上：1990年5月22日，Windows3.0推出，5個(gè)星期內(nèi)賣出38萬套，到年底銷售總量超過200萬套；1992年4月6日，Windows3.1推出，年內(nèi)賣出2700萬套，個(gè)人計(jì)算機(jī)的硬件及軟件相互牽制且相輔相成地發(fā)展到20世紀(jì)90年代，已經(jīng)為多媒體計(jì)算機(jī)的誕生打下了良好的基礎(chǔ)，在人類步入20世紀(jì)90年代之時(shí)個(gè)人計(jì)算機(jī)就僅僅剩下不會(huì)說話唱歌而已了。計(jì)算機(jī)要完成多媒體化，除了在20世紀(jì)90年代以前，計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)容量一直是限制計(jì)算機(jī)發(fā)展的瓶頸之一，90年代~90年代中期，個(gè)人計(jì)算機(jī)的外存儲(chǔ)器——硬盤容量只有MB分辨率為352×240、24位/像素)大約7.5MB,500MB容量的硬盤也只能存一分多鐘的視頻文件，由此看來在90年代解決多媒體問題比較困難了。可喜的是從60年代起一家總部位于歐洲荷蘭的著名電器設(shè)備公司——飛利浦(PHILIPS)公司為研制高畫質(zhì)電影和高保并采用數(shù)字信號(hào)的記錄方式CDCompactDisk公司一起攜起手來進(jìn)一步完善CD技術(shù)，1981年在薩爾斯堡復(fù)活節(jié)音樂會(huì)上，第一CD播放的《合唱》交響曲清脆悅耳，令專門請(qǐng)來的德國柏林愛樂交響揚(yáng)先生和在場(chǎng)的音樂評(píng)論家為之傾倒，CD取得了巨大的成功!1985年，飛利浦公本的索尼公司再度合作發(fā)表只讀光盤的標(biāo)準(zhǔn)命名為CD-ROM,之后CD-ROM便漸漸走進(jìn)了個(gè)人計(jì)算機(jī)的機(jī)箱內(nèi)，從90年代PCCDROM它在微機(jī)的配件中被稱為"光盤驅(qū)動(dòng)器",簡(jiǎn)稱為光驅(qū)，每張光盤的存儲(chǔ)容量為640MB,但這在90年代初已算是海量了。就更不可能。這當(dāng)中的3個(gè)限制，即存儲(chǔ)容量限制、計(jì)算機(jī)處理速度限制和傳輸帶寬的限制都要求媒體信息量減少，因此就不得不考慮對(duì)媒體信息數(shù)據(jù)的壓活動(dòng)圖像及伴音壓縮的有關(guān)研究及制定壓縮編碼的標(biāo)準(zhǔn)，簡(jiǎn)稱MPEG,19MPEG成為國際標(biāo)準(zhǔn)，要求在可接受的質(zhì)量下，把視頻及其伴音壓縮到速率大約為1.2MB/s~1.5MB/s的單一的數(shù)據(jù)流，這樣用CD-ROM驅(qū)動(dòng)器來播放每秒30幀的全活動(dòng)電影就可以-IV為國際標(biāo)準(zhǔn)，傳輸率最大為64MB/s。90年代CD-ROM正好解決了大容量存儲(chǔ)介質(zhì)的要個(gè)人電腦說話，實(shí)際上早在1984年蘋果公司的麥金托斯Mac雖然它發(fā)出的聲音比較粗糙，但為了這一點(diǎn)粗糙的聲音喬布斯在它的主板上內(nèi)置了一個(gè)8位的數(shù)字音效裝置，應(yīng)該說他就是聲卡的雛形。假如喬布斯能很敏銳個(gè)類似于聲卡的裝置的商業(yè)前景的話，也許個(gè)人計(jì)算機(jī)的歷史將又是聲卡之父則是一位名叫沈望傅的新加坡的華人，從小特別喜愛鋼琴的沈望傅1981年成立了他的創(chuàng)新科技公司，為了圓兒時(shí)的夢(mèng)想，創(chuàng)新公司幾經(jīng)磨難，在1984年研制的CUBIC99型電腦也終于能夠開口說話了，1987年創(chuàng)新公司的第沈望傅向他的“電腦鋼琴”一步一步地逼進(jìn)，1989年創(chuàng)新公司在原卡”,1991年創(chuàng)新公司又經(jīng)改進(jìn)推出具有20復(fù)音立體聲音效的“超級(jí)聲霸卡”(SBPro),談到計(jì)算機(jī)的多媒體不得不講到多媒體的創(chuàng)始人尼葛洛龐帝先生。19帝教授在麻省理工學(xué)院院長魏斯納的積極支持下創(chuàng)辦了媒工作并不被人們理解，甚至還受到電腦科學(xué)界的排斥，但經(jīng)過十驗(yàn)室的多媒體電腦的概念及其創(chuàng)新的思想終于被1991年推出的多媒體個(gè)人電腦得以證實(shí)。定“思維”的工具并采用了“數(shù)字化”的手段去征服人類大量信息的傳遞只有以光盤為載體通過市場(chǎng)傳播，其速度慢、成本高這種信息的傳播和接收的方式就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，那是美國國防部高級(jí)研究計(jì)劃局建成的跨越美國東西部的名為ARPANET的網(wǎng)絡(luò)，最初只有4臺(tái)，到1973年已經(jīng)發(fā)展到了40臺(tái)，1983年為100多臺(tái)，并且跨越了美洲大陸，連通了美國的許多高等院校，甚至于通過衛(wèi)星與歐洲等地的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互相聯(lián)通。但ARPANET值凸現(xiàn)，于是美國政府同意在ARPANET的基礎(chǔ)上建設(shè)全國的信息高速公路，取名為說到Internet,我們不得不講到一位計(jì)算機(jī)界最值得尊敬的英國科學(xué)家蒂姆·伯1991年初伯納斯·李便將自己發(fā)明的全球信息網(wǎng)毫無保留地放到了互聯(lián)網(wǎng)上，于是很快為了使Internet大眾化，1993年4月，在美國伊利諾州立大學(xué)國家超級(jí)電腦應(yīng)用中心 出市場(chǎng)，這引起了1998年美國司法部及19個(gè)州的政府聯(lián)合控告其利用操作系統(tǒng)的市場(chǎng)優(yōu)一個(gè)不可或缺的部分：工作、學(xué)習(xí)、娛樂、休閑都離不開網(wǎng)絡(luò)也都成了網(wǎng)絡(luò)的一部分；生產(chǎn)、管理、決策、投資也無一不成了戰(zhàn)爭(zhēng)幫兇，衛(wèi)星、飛機(jī)、導(dǎo)彈、坦克都成了網(wǎng)絡(luò)控制的武器，帶有與網(wǎng)絡(luò)隨時(shí)聯(lián)系的計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)文化正是由這些使具并借助信息的“高速公路”高速傳播信息而使人們感覺到年夏研制成功運(yùn)行速度為每秒1萬次的104機(jī)，這是我國研制的第一臺(tái)大型通用電子管數(shù)字計(jì)算機(jī)。103機(jī)和104機(jī)的研制成功，填補(bǔ)了我國在計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域的空白，為促進(jìn)我國計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。1964年研制成功晶體管計(jì)算機(jī)，1971路為主要器件的DJS系列機(jī)。在微型計(jì)算機(jī)方面，研制開發(fā)了長城系列、紫金系列、聯(lián)想在國際高科技競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的今天，高性能計(jì)算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用水平億次巨型電子計(jì)算機(jī)銀河一Ⅱ研制成功。1997年6月，每秒130億浮點(diǎn)運(yùn)算，全系統(tǒng)內(nèi)存1995年5月曙光1000研制完成，這是我國獨(dú)立研制的第一套大規(guī)模并行機(jī)系統(tǒng)，打破了國外在大規(guī)模并行機(jī)技術(shù)方面的封鎖和壟斷。1998年，曙光2000-I誕生，它的峰值運(yùn)算速度為每秒200億次浮點(diǎn)運(yùn)算。1999年9月，曙光2000-Ⅱ超級(jí)系統(tǒng)問世，它是國家863計(jì)劃的重大成果，峰值速度達(dá)到每秒1117億次，內(nèi)存高達(dá)50GB。1999年9月，江澤民主席親筆題名“神威”的并行計(jì)算機(jī)研制成功并投入運(yùn)行，其峰值運(yùn)算速度可高達(dá)系統(tǒng)科學(xué)3840億浮點(diǎn)運(yùn)算，位居當(dāng)今全世界已投入商業(yè)運(yùn)行的前500位高性能計(jì)算機(jī)的第48位。體，包括知識(shí)、信仰、藝術(shù)、道德、法律、習(xí)慣以及作為社會(huì)一份子組織結(jié)構(gòu)和精神產(chǎn)品，是人類在幾千年的文明進(jìn)化過程中積累起計(jì)算機(jī)從問世直至發(fā)展到今天，才短短五十多年時(shí)間，但計(jì)算機(jī)生活方式、交往方式等都在發(fā)生巨大的變化，計(jì)算機(jī)已不再是單純著地提高了生產(chǎn)、工作、生活的效率和節(jié)奏與水平，在軟科學(xué)作用，因此它已被公認(rèn)為是現(xiàn)代技術(shù)的神經(jīng)中樞，是未來信息社會(huì)背景下，從對(duì)計(jì)算機(jī)的技術(shù)研究，又上升到了對(duì)計(jì)算機(jī)的科學(xué)盡管在1946年世界第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)ENIAC就已經(jīng)問世，但是直到1963年美國斯坦關(guān)于算法的學(xué)問，主要涉及研究算法的理論、執(zhí)行算法的機(jī)器具體算法的分析。這種提法大體反映了20世紀(jì)50年代計(jì)算機(jī)硬、軟件取得的成就，包括核心作用的是‘能量’;在計(jì)算機(jī)革命中它將被‘信息’取代"。是研究信息結(jié)構(gòu)的表示、變換、傳輸、利用，這是很大的進(jìn)步息處理之內(nèi)涵，強(qiáng)調(diào)了計(jì)算機(jī)科學(xué)的數(shù)學(xué)統(tǒng)一性。20世紀(jì)60年代對(duì)自動(dòng)機(jī)理論、形式語言理論、運(yùn)算語義和數(shù)學(xué)語義理論進(jìn)行了抽象研20世紀(jì)70年代后，人們又提出計(jì)算機(jī)科學(xué)是計(jì)算機(jī)工程技術(shù)的理論基礎(chǔ)的觀點(diǎn)。例如對(duì)軟件工程的理論研究；對(duì)知識(shí)表示、存儲(chǔ)和利用的研究等近年來，人們逐漸意識(shí)到“計(jì)算機(jī)科學(xué)”一詞不能概括社會(huì)信息化提出過窄，而“信息學(xué)”才是在計(jì)算機(jī)不斷創(chuàng)新的環(huán)境中發(fā)展起來的，到20世紀(jì)末，人們?cè)谶M(jìn)行算法分析時(shí)發(fā)現(xiàn)之前并不要求設(shè)計(jì)程序，而在實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)被引入之前就介紹類庫，把它作為編寫軟件的虛擬機(jī)，理論通過證明的形式與經(jīng)典工程學(xué)科相比具有共同的學(xué)科架構(gòu)。從而逐步認(rèn)識(shí)到事實(shí)上，這時(shí)人們對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)本身的認(rèn)識(shí)才頗為深刻，計(jì)算機(jī)學(xué)和工程居中，從研究的范疇上統(tǒng)稱為計(jì)算學(xué)科。而計(jì)算學(xué)目前，計(jì)算機(jī)科學(xué)的研究領(lǐng)域可以概括為以下7個(gè)方面。質(zhì)量無法保證，生產(chǎn)率無法提高。因此，對(duì)新一代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)智能計(jì)算機(jī)以及其他新型計(jì)算機(jī)的研究也具有深遠(yuǎn)的缺少必要的數(shù)學(xué)性質(zhì)。新一代語言要從面向數(shù)值計(jì)算轉(zhuǎn)向知識(shí)處理，軟件復(fù)雜性無法控制的主要原因在于軟件開發(fā)的非形式化。維護(hù)效率，程序的開發(fā)過程應(yīng)是一種基于形式推理的形式化構(gòu)描述出發(fā)，應(yīng)用形式規(guī)范導(dǎo)出算法版本，逐步求精，直至得到面向執(zhí)行程序。由于形式規(guī)范是對(duì)求解問題的抽象描述，信息高度集中，顯然，形式化軟件構(gòu)造方法必須以科學(xué)的程序設(shè)計(jì)理計(jì)環(huán)境為支持。近年來這些方面雖取得不少進(jìn)展，但距離形式化軟件人工智能的研究正將計(jì)算機(jī)技術(shù)從邏輯處理的領(lǐng)域推向現(xiàn)實(shí)世提高解決問題的綜合能力，以啟發(fā)式知識(shí)表達(dá)為基礎(chǔ)的程序語言和人工智能還包括許多分支領(lǐng)域，如人工視覺、聽覺、觸覺以及與圖像處理的研究，自然語言理解與語音合成的研究，計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋面的日趨擴(kuò)大，各行業(yè)數(shù)據(jù)庫的深入開發(fā)，如CAD、CAM、CAT、CAE、CIM(計(jì)算機(jī)集成化制造)等的廣泛使用，也為計(jì)算機(jī)科學(xué)提出許多值得研究的問題。如編碼理論，數(shù)據(jù)庫的安全與保密、異機(jī)科學(xué)使用的數(shù)學(xué)工具主要是信息論、排隊(duì)論、圖論、符號(hào)邏輯等，這技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)的容量越來越大。目前一般的微機(jī)內(nèi)存容量已達(dá)64MB~家庭信息管理，特別是隨著國際互聯(lián)網(wǎng)的廣泛普及，人們可以在家戲、多媒體娛樂豐富了人們的生活；計(jì)算機(jī)教學(xué)軟件使得人們可在家里(1)數(shù)字計(jì)算機(jī)數(shù)字計(jì)算機(jī)所處理的數(shù)據(jù)是以0和1表示的二進(jìn)制數(shù)字，是不連續(xù)的數(shù)字的數(shù)字量。數(shù)字計(jì)算機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是精度高、存儲(chǔ)量大、通用性強(qiáng)。目前，常用的計(jì)算機(jī)大都是數(shù)字計(jì)(2)模擬計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算機(jī)所處理的數(shù)據(jù)是連續(xù)的，稱為模擬量。模擬量以電信號(hào)(3)混合計(jì)算機(jī)(1)通用計(jì)算機(jī)能適用于一般科技運(yùn)算、學(xué)術(shù)研究、工程設(shè)計(jì)(2)專用計(jì)算機(jī)這是為適應(yīng)某種特殊應(yīng)用而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)，其運(yùn)行程序不變，度較好。但不宜作它用。如飛機(jī)的自動(dòng)駕駛儀，坦克上的火控系統(tǒng)中用這是最常用的分類方法，所依據(jù)的性能主要包括字長、存儲(chǔ)容備、允許同時(shí)使用一臺(tái)計(jì)算機(jī)的用戶量和價(jià)格等。根據(jù)這些性能機(jī)、大型計(jì)算機(jī)、小型計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)和工作站5類。(1)超級(jí)計(jì)算機(jī)(supercomputer)于解決諸如氣象、太空、能源、醫(yī)藥等尖端科學(xué)研究和戰(zhàn)略武器研制中的復(fù)雜計(jì)算。它們安裝在國家高級(jí)研究機(jī)關(guān)中，可供幾百個(gè)用戶同時(shí)使用。這和Cray-3都是著名的巨型機(jī)。我國自主生產(chǎn)的銀河-Ⅲ型百億次機(jī)、曙光-2000型機(jī)和“神威”千億次機(jī)都屬于巨型機(jī)。巨型機(jī)的研制開發(fā)是一個(gè)國家綜合國力和國防實(shí)力的(2)大型計(jì)算機(jī)(mainframe)這種機(jī)器也有很高的運(yùn)算速度和很大的存儲(chǔ)容量，并允許相當(dāng)為軟件兼容。這類機(jī)器通常用于大型企業(yè)、商業(yè)管理或大型數(shù)據(jù)(3)小型計(jì)算機(jī)(minicomputer)其規(guī)模比大型機(jī)要小，但仍能支持十幾個(gè)用戶同時(shí)使用。這類(4)微型計(jì)算機(jī)(microcomputer)其最主要的特點(diǎn)是小巧、靈活、便宜。不過通常一次只能供一微型計(jì)算機(jī)還可按字長分為8位機(jī)、16位機(jī)、32位機(jī)和64位機(jī)；按結(jié)構(gòu)分為單片機(jī)、它與功能較強(qiáng)的高檔微機(jī)之間差別并不十分明顯。通常量和較快的運(yùn)算速度，而且配備大屏幕顯示器。主要用于圖像處理和域。不過，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，包括前幾類機(jī)器在內(nèi)，各類機(jī)再是那么明顯了。如，現(xiàn)在高檔微機(jī)的內(nèi)存容量比前幾年小型機(jī)甚在我們的日常生活中，數(shù)字編號(hào)為大家最熟悉：學(xué)生進(jìn)學(xué)校后每個(gè)房啟用前每套房屋要編樓號(hào)等，實(shí)際上，它就是我們?nèi)粘Ｉ钪械囊?編碼"一詞，就同我們?nèi)粘Ｉ钪械臄?shù)字編號(hào)一樣。然而計(jì)算機(jī)中的“編碼”又與日常生活中的數(shù)字編號(hào)有區(qū)別，日常生活中的數(shù)字編號(hào)采用眾所周知，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的虛擬世界中，數(shù)、文字、符號(hào)、聲音彩的信息令人目不暇接，那么這些紛繁多彩的信息在計(jì)算機(jī)中是如接收的呢?實(shí)際上，在計(jì)算機(jī)中上述所有信息的表示、存儲(chǔ)、傳送、接收等一系列的處理都必須采用二進(jìn)制編碼，這個(gè)由信息轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制編碼的過程就被稱為基2碼。是什么原因使我們放棄了原有的信息表達(dá)方式而非要采用這個(gè)叫“基2碼”的方法來表達(dá)信息呢?原來在機(jī)器內(nèi)部，信息的表示依賴于機(jī)器硬件電路的狀態(tài)，信(1)易于物理實(shí)現(xiàn)(可行性)與不舉手，它們都恰好可以對(duì)應(yīng)表示為1和0兩個(gè)符號(hào)。因而用物理器件來實(shí)現(xiàn)就相對(duì)容易，如門電路，其導(dǎo)通與截止兩種穩(wěn)定的物理狀態(tài)就代表了1和0兩個(gè)數(shù)學(xué)的符號(hào)。假如采用十進(jìn)制，要制造具有10種穩(wěn)定狀態(tài)的物理電路，那是非常困難的。因此“基2碼”易(2)二進(jìn)制數(shù)運(yùn)算簡(jiǎn)單(簡(jiǎn)易性)有55種求和與求積的運(yùn)算規(guī)則；而二進(jìn)制僅各有3種，因而其運(yùn)算法則相當(dāng)簡(jiǎn)單，用物理(3)機(jī)器可靠性高(可靠性)由于電壓的高低、電流的有無等都是一種質(zhì)的變化，兩種狀態(tài)十分分明。所以“基2碼"在傳遞的過程中抗干擾能力強(qiáng)，鑒別信息的可靠性就高。(4)通用性強(qiáng)(邏輯性)"基2碼"不僅成功地運(yùn)用于數(shù)值信息編碼，而且適用于各種非數(shù)值信息的數(shù)字化編碼。特別是僅有的兩個(gè)符號(hào)0和1正好與邏輯命題的兩個(gè)值“真”與“假”相對(duì)應(yīng)，從而由于"基2碼”有上述的優(yōu)點(diǎn)，因此計(jì)算機(jī)中采用"基2碼"來表示信息，明顯地優(yōu)于其他編碼形式。"基2碼"的優(yōu)點(diǎn)不僅在于信息的表示方面，包括信息的存儲(chǔ)、信息的傳送、接收等對(duì)信息的處理，都同樣具有其他編碼所不及的優(yōu)勢(shì)，因此現(xiàn)在雖然計(jì)算機(jī)內(nèi)部均用“基2碼”來表示各種信息，但計(jì)算機(jī)與外部交往仍采用人們熟悉和便于閱讀的形式，如鍵盤的輸入仍為十進(jìn)制數(shù)據(jù)、顯示來實(shí)現(xiàn)的。通過這些轉(zhuǎn)換，人們似乎感覺不到計(jì)算機(jī)內(nèi)部“基2碼”的存在。A,B,C,D,E,F21572157余數(shù) 1低位 0 0 1 1高位十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換成R進(jìn)制數(shù)時(shí)，可連續(xù)地乘以R;直到小數(shù)部分為0,或達(dá)到所要求的精度為止(小數(shù)部分可能永不為零),得到的整數(shù)即組成R進(jìn)制的小數(shù)部分，此法稱為“乘要注意的是，十進(jìn)制小數(shù)常常不能準(zhǔn)確地?fù)Q算為等值的二進(jìn)制小數(shù)(或其他R進(jìn)制數(shù)),此過程會(huì)不斷進(jìn)行下去(小數(shù)位達(dá)不到0),因此只能取到一定精度：以上十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制采用的是通用的方法，不便于記憶且容易搞錯(cuò)，實(shí)際上用二進(jìn)制的位權(quán)數(shù)與十進(jìn)制數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系來進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換的過程中就不容易出錯(cuò)，這種方法第1步：57這個(gè)十進(jìn)制數(shù)，比二進(jìn)制位權(quán)數(shù)中2?=32大，而比2?=64要小，因此57中必然包含了一個(gè)32,用57-32=25;第2步：又對(duì)剩下的25重復(fù)以上的處理，可以看出25中必然包含一個(gè)2?=16,用第3步：對(duì)剩下的9以重復(fù)以上的處理，9中必然包含一個(gè)23=8,用9-8=1;第4步：剩下的1正好是2°。 當(dāng)然，實(shí)際的處理比書寫出來要簡(jiǎn)單，其中的一、二、三、四寫出如下式所示的連減式，就可以通過此連減式直接得到式(1),轉(zhuǎn)換也就隨之完成。9對(duì)于小數(shù)的轉(zhuǎn)換，需注意的是二進(jìn)制小數(shù)與十進(jìn)制小數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如表1-1所示。0.0010.1250(1)二進(jìn)制加法(2)二進(jìn)制減法(3)二進(jìn)制乘除法(4)二進(jìn)制邏輯加運(yùn)算(或)Z000011101111(5)二進(jìn)制邏輯乘運(yùn)算(與)XYZ000010100111 所以XAY=(6)二進(jìn)制邏輯非運(yùn)算一位二進(jìn)制數(shù)的邏輯非運(yùn)算規(guī)則如表1-4所示。0110例：X=,求又。前面討論到，在計(jì)算機(jī)內(nèi)部，各種信息都是以“基2碼”的形式出現(xiàn)的。因此存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)的信息必然是以二進(jìn)制編碼形式存儲(chǔ)，而這些信息在計(jì)算機(jī)●字節(jié)(byte,縮寫為B):一個(gè)字節(jié)由八位二進(jìn)制數(shù)字組成(1byte=8bit)。字節(jié)計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器(不管是內(nèi)存還是外存)通常都是以多少字節(jié)來表示它的容量。常用×1024字節(jié))。機(jī)字，它的含義取決于機(jī)器的類型、字長以及使用者的要求。8位、16位、32位等。器字長。機(jī)器字長一般是指參加運(yùn)算的寄存器所含有的二進(jìn)制為保證足夠的精度，需要較長的字長，如32位、64位等。而小型機(jī)、微機(jī)一般字長為16位、32位等。在計(jì)算機(jī)內(nèi)部，除了數(shù)值信息外的其他信息，如文字、聲音、圖形頻等信息都稱為非數(shù)值信息。顯然，這些非數(shù)值信息也是采用0和1兩個(gè)符號(hào)來進(jìn)行編碼ASCII碼是“美國信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼”的簡(jiǎn)稱，是目前國際上碼方案。ASCⅡI碼包括0～9共10個(gè)數(shù)字，大小寫英文字母及專用符號(hào)等95種可打印字符，還有33種控制字符(如回車、換行等)。一個(gè)字符的ASCⅡ碼通常占一個(gè)字節(jié)，用七位二進(jìn)制數(shù)編碼ASC可表示128個(gè)不同的符號(hào)。例如數(shù)字0～9用ASCIⅡI編碼表示為30H～39H,H指明是十六進(jìn)制形式。30H轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制為，這就是機(jī)器內(nèi)數(shù)字0的ASCI碼表示。一個(gè)字符的EBCDIC碼占用一個(gè)字符，用八位二進(jìn)制碼表示信息，最多可以表示出256個(gè)不同代碼。例如，數(shù)字0的EBCDIC碼為FOH,字母A的編碼為C1H,即漢字屬象形文字，與拼音文字有很大的區(qū)別，在拼音文字中少文字詞語，如英語、俄語等就屬這一類，其編碼就相對(duì)容易得多(只用一個(gè)字節(jié)),而漢字就像ASCⅡI這樣只用一個(gè)字節(jié)(八位編碼)必然是不夠的。那么漢字在計(jì)算機(jī)內(nèi)究竟如何三個(gè)字節(jié)，實(shí)際的國標(biāo)碼(GB2312-80標(biāo)準(zhǔn))就是用兩個(gè)字節(jié)編碼的。第1字節(jié)第2字節(jié)節(jié)最高位保持0,然后由軟件(或硬件)根據(jù)字節(jié)最高位來作出判斷。(1)用戶在鍵盤上先后