計算機導論第一章：計算機的基本概念

計算機導論第一章：計算機的基本概念

計算機的發(fā)展歷程01機械計算機的起源帕斯卡計算器：法國科學家帕斯卡于1642年發(fā)明了帕斯卡計算器，這是世界上第一臺機械計算器。萊布尼茨計算器：德國科學家萊布尼茨于1671年發(fā)明了萊布尼茨計算器，這是一種可以進行乘除運算的機械計算器。機械計算機的演變巴貝奇分析機：英國科學家巴貝奇于19世紀40年代設計了巴貝奇分析機，這是一臺用于進行復雜數(shù)學運算的機械計算機。埃尼阿克計算機：美國科學家?？颂睾湍胬?946年共同發(fā)明了埃尼阿克計算機，這是世界上第一臺通用電子計算機。機械計算機的起源與演變埃尼阿克計算機：美國科學家?？颂睾湍胬?946年共同發(fā)明了埃尼阿克計算機，這是世界上第一臺通用電子計算機。ENIAC計算機：美國科學家普雷斯珀·埃克特和約翰·莫奇利于1946年共同發(fā)明了ENIAC計算機，這是世界上第一臺通用電子計算機。電子計算機的誕生第二代計算機：20世紀50年代，第二代計算機誕生，其主要特點是采用晶體管作為電子器件。第三代計算機：20世紀60年代，第三代計算機誕生，其主要特點是采用集成電路作為電子器件。第四代計算機：20世紀70年代，第四代計算機誕生，其主要特點是采用大規(guī)模集成電路作為電子器件。電子計算機的發(fā)展電子計算機的誕生與發(fā)展量子計算機量子比特：量子計算機使用量子比特作為信息存儲和處理單元，其特點是具有量子疊加和量子糾纏等量子力學特性。量子算法：量子計算機使用量子算法進行信息處理，其計算速度比傳統(tǒng)計算機快得多。人工智能機器學習：人工智能技術中的機器學習算法可以讓計算機通過大量數(shù)據(jù)自動學習和改進。深度學習：深度學習是機器學習的一個分支，其特點是使用多層神經(jīng)網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)表示和處理。物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術：物聯(lián)網(wǎng)中的傳感器技術可以讓計算機感知周圍環(huán)境的各種信息。通信技術：物聯(lián)網(wǎng)中的通信技術可以讓計算機與周圍設備進行數(shù)據(jù)交換和控制。計算機的未來發(fā)展趨勢計算機的基本組成與原理02計算機硬件系統(tǒng)的組成中央處理器（CPU）運算器：負責進行各種算術和邏輯運算?？刂破鳎贺撠熆刂朴嬎銠C各部件的工作。內存隨機存取存儲器（RAM）：用于臨時存儲數(shù)據(jù)和程序。只讀存儲器（ROM）：用于永久存儲數(shù)據(jù)和程序。輸入輸出設備輸入設備：如鍵盤、鼠標等，用于將外部信息輸入計算機。輸出設備：如顯示器、打印機等，用于將計算機內部信息輸出到外部。操作系統(tǒng)系統(tǒng)調用：操作系統(tǒng)提供的用于與硬件通信的接口。進程管理：操作系統(tǒng)對計算機資源的分配和管理。01程序設計語言編譯器：將高級語言程序轉換為機器語言程序的工具。解釋器：逐行解釋和執(zhí)行高級語言程序的工具。02數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲：數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)用于存儲和管理數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)查詢：數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供用于查詢和管理數(shù)據(jù)的接口。03計算機軟件系統(tǒng)的組成指令執(zhí)行取指令：CPU從內存中取出指令。解碼指令：CPU對取出的指令進行解碼。執(zhí)行指令：CPU執(zhí)行解碼后的指令。寫回結果：CPU將執(zhí)行結果寫回內存或寄存器。程序運行加載程序：操作系統(tǒng)將程序加載到內存中。啟動程序：操作系統(tǒng)啟動程序，使程序開始運行。程序執(zhí)行：程序在CPU上運行，進行各種計算和處理。程序結束：程序運行完畢，釋放資源。計算機的工作原理計算機的分類與性能指標03按使用領域分類通用計算機：適用于各種領域的計算機。專用計算機：針對特定領域設計的計算機。按規(guī)模分類巨型計算機：用于大規(guī)模科學計算和數(shù)據(jù)處理的大型計算機。大型計算機：用于中型規(guī)模科學計算和數(shù)據(jù)處理的中型計算機。微型計算機：用于個人和小型企業(yè)應用的微型計算機。嵌入式計算機：用于嵌入式系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)設備的嵌入式計算機。計算機的分類方法字長位數(shù)：計算機中用于表示數(shù)據(jù)的最小單位。字長：計算機中一次能處理的最大數(shù)據(jù)位數(shù)。運算速度時鐘頻率：計算機CPU每秒鐘執(zhí)行的時鐘周期數(shù)。FLOPS：每秒浮點運算次數(shù)，用于衡量計算機的運算速度。存儲容量主存儲器容量：計算機中用于存儲數(shù)據(jù)和程序的主存儲器的大小。外存容量：計算機中用于永久存儲數(shù)據(jù)和程序的外部存儲設備的大小。計算機的主要性能指標??????字長越長，計算機一次能處理的數(shù)據(jù)位數(shù)越多，運算速度越快。字長與運算速度字長越長，計算機存儲數(shù)據(jù)和程序所需的存儲空間越大。字長與存儲容量運算速度越快，計算機處理數(shù)據(jù)的能力越強，對存儲容量的需求也越大。運算速度與存儲容量??????性能指標間的相互關系計算機的應用領域與社會影響04數(shù)學計算數(shù)值分析：使用計算機進行數(shù)值計算和分析。符號計算：使用計算機進行符號運算和推理。01物理模擬分子模擬：使用計算機模擬分子的結構和行為。流體模擬：使用計算機模擬流體的流動和熱傳導。02天文觀測宇宙觀測：使用計算機分析宇宙中的物質和能量分布。行星觀測：使用計算機分析行星的表面特征和大氣環(huán)境。03計算機在科學計算領域的應用數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)清洗：使用計算機對數(shù)據(jù)進行預處理，去除噪聲和異常值。數(shù)據(jù)分析：使用計算機對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和分析，提取有用信息。文檔處理文字處理：使用計算機進行文字輸入、編輯和排版。表格處理：使用計算機進行表格的創(chuàng)建、編輯和計算。圖像處理圖像識別：使用計算機對圖像進行識別和分類。圖像合成：使用計算機對圖像進行合成和編輯。計算機在信息處理領域的應用電子郵件：使用計算機發(fā)送和接收電子郵件，實現(xiàn)遠程溝通。即時通訊：使用計算機進行實時語音和視頻通話，提高溝通效率。交流與溝通在線教育：使用計算機進行遠程教育和培訓，拓寬學習渠道。虛擬實驗室：使用計算機進行虛擬實驗，提高實驗效果和學習體驗。教育與培