1.1       计算机基础

    计算机是20世纪人类最伟大的发明之一，计算机已经成为人们日常工作和生活中不可缺少的重要组成部分，计算机正以迅猛的速度渗入到社会的各个角落，在不同的领域见证着它的辉煌。

1.1.1      计算机的特点及应用

1.计算机的基本概念

计算机是一种能高速度、高精度及自动完成信息处理的电子设备。

2.计算机的特点

    计算机之所以具有很强的生命力，能够飞速的发展，并得到广泛的应用，是因为计算机本身具有许多特点，具体体现在以下几个方面。

    （1）运算速度快

    计算机的运算速度（也称处理速度）是标志计算机性能的重要指标之一，衡量计算机处理速度的尺度一般是用计算机一秒钟时间内所能执行加法运算的次数，常用MIPS（中文含义是每秒百万条机器语言指令）来表示。

    （2）计算精度高

    由于计算机内部采用二进制数进行运算，数值在计算机内部是用二进制数表示的，数的精度由二进制编码的位数决定，可以通过增加二进制位数来提高精度，位数越多精度就越高，计算机运算的有效位数远远超过了以往的任何计算工具，使数值计算非常精确。

    （3）存储能力强

    计算机的存储设备可以把原始数据、中间结果、计算结果、程序等信息存储起来以备使用。

    （4）具有逻辑判断能力

    计算机不仅能进行算术运算，同时也能进行各种逻辑运算，具有逻辑判断能力，并能根据判断的结果自动决定以后执行的命令，因而能解决各种各样的问题。布尔代数是建立计算机的逻辑基础，或者说计算机就是一个逻辑机。

    （5）高度自动化又支持人机交互

    由于完成任务的程序和数据存储在计算机中，一旦向计算机发出运行命令，计算机就能在程序的控制下、按事先规定的步骤一步一步地执行，直到完成指定的任务为止。

    3.计算机的应用

    总体来说，计算机主要有如下几个方面的应用。

    （1）科学计算

    计算机是为科学计算的需要而发明的，科学计算也称为数值计算，是指用于完成科学研究和工程技术中提出的数学问题的计算，是计算机最早也是最基本的应用领域。

    （2）数据处理

    数据处理也称为非数值处理或事务处理，是指对大量信息进行存储、加工、分类、统计、查询及报表等操作。

    （3）过程控制

    过程控制也称为实时控制，是指利用计算机及时采集检测数据，按最佳值迅速地对控制对象进行自动控制或自动调节，如对数控机床和生产流水线的控制。

    （4）计算机辅助工程

    计算机辅助工程是以计算机为工具，配备专用软件辅助人们完成特定任务的工作，以提高工作效率和工作质量为目标。

    （5）通信

    计算机网络是计算机技术与通信技术相结合的产物。

    （6）人工智能

    人工智能是用计算机模拟人类的智能活动，如模拟人脑学习、推理、判断、理解、问题求解等过程，辅助人类进行决策，如专家系统。

    （7）电子商务

    电子商务（Electronic Commerce），通常是指在全球各地广泛的商业贸易活动中，在因特网开放的网络环境下，基于浏览器/服务器应用方式，买卖双方不谋面地进行各种商贸活动，实现消费者的网上购物、商户之间的网上交易和在线电子支付以及各种商务活动、交易活动、金融活动和相关的综合服务活动的一种新型的商业运营模式。

    （8）文化教育

利用信息高速公路实现远距离双向交互式教学和多媒体结合的网上教学方式，为教育带动经济发展创造了良好的条件。

    （9）娱乐

    计算机已经走进家庭，在工作之余人们可以使用计算机欣赏VCD影碟和音乐，进行游戏娱乐等活动。从这一点标志着计算机的应用已经普及到人类生活的方方面面，使人类具有更高品味的生活。

1.1.2      计算机的发展历程和趋势

        1946年2月15日，美国费城大学“莫尔小组”的四位科学家和工程师研制出了世界上第一台通用数字电子计算机ENIAC（ElectronicNumerical Integrator and Calculator），它才是真正具有现代意义的计算机。

        1.计算机的发展历程

根据计算机所采用的逻辑元器件，人们将计算机的发展划分成4个阶段，每一阶段在技术上都是一次新突破，在性能上都是一次质的飞跃。

    （1）第一代，电子管计算机（1946－1953）

第一代计算机采用电子真空管及继电器作为逻辑元件，构成处理器和存储器，并用绝缘导线将它们互连在一起。

    （2）第二代，晶体管计算机（1954－1964）

    1947年，贝尔实验室的两位科学家布拉顿（w.Brattain） 和巴丁（J.Bardeen）发明了点触型晶体管，1950年另一位科学家肖克利（w.Shockley）又发明了面结型晶体管。

    （3）第三代，集成电路计算机（1964－1969）

    1958年，美国物理学家基尔比（J.kilby）和诺伊斯（N.noyce）发明了集成电路。集成电路把多个电子元件组成的逻辑电路集中在几平方毫米的基片上。此后，集成电路的集成度以每3～4年提高一个数量级的速度增长。

    （4）大规模、超大规模集成电路计算机（1970至今）

    从1970年以后，计算机的逻辑元件采用大规模集成电路，在一个4mm²的硅片上，至少可以容纳相当于2000个晶体管的电子元件。

        2.计算机的未来发展趋势

    在新的世纪里，计算机技术的发展又会沿着一条什么样的轨道前进呢？

    （1）电子计算机的发展方向

    从功能、性能和体积方面，计算机技术正在向巨型化、微型化、网络化和智能化四个方向发展。

    ①巨型化

    巨型化指具有运算速度高、存储容量大、综合处理功能更加完善等特点的计算机系统。

    ②微型化

    微型化指计算机的集成度进一步提高，利用高性能的超大规模集成电路研制出质量更加可靠，性能更加优良、价格更加低廉、体积更加小巧的计算机系统。

    ③网络化

网络技术在20世纪后期得到快速发展，尤其是Internet的迅猛发展，众多计算机通过相互联接，形成了一个规模庞大、功能多样的全球性网络系统，从而实现信息的相互传递和资源共享。

④智能化

计算机的智能化就是要求计算机具有类似人的智能，即让计算机能够进行图像识别、定理证明、研究学习、探索、联想、启发和理解人的语言等，它是新一代计算机要实现的日标。

（2）未来的新型计算机

哪些技术有可能引发下一次的计算机技术革命呢?

①光计算机

计算机将以大量的透镜、棱镜和反射镜将数据从一个芯片传送到另一个芯片。这种传送方式称为自由空间光学技术。

②生物计算机

生物系统的信息处理过程是基于生物分子的计算和通信过程，因此生物计算又常称为生物分子计算，其主要特点是大规模并行处理及分布式存储。

③量子计算机

量子计算机目前尚处于理论与现实之间。大多数专家认为量子计算机会在今后的几十年间出现。量子计算机是一种采用基于量子力学原理的、深层次计算模式的计算机。

④神经网络计算机

神经网络计算机与生物计算机有异曲同工之妙，神经网络计算机顾名思义其需要将计算机的运行结构模拟成为人脑的运行模式，再将其与传统计算机的运行模式相结合，可以使其既具有计算机的运行能力，又具有人的思维方式，如此可以有效提升计算机整体的运行速度，并且若将神经元结构引入到计算机中，则可以更大程度上提升其运行速度和运算速度，对计算机今后的发展来说是非常必要的。

⑤化学计算机

化学计算机的广泛应用可以使碳基制品在信息传输过程中产生的影响减少，甚至完全避免其产生的影响，另外化学计算机的运行速度较快，信息存储也较为方便快捷，其最大的优点在于信息载体体积小，能够使计算机在运行过程中消耗较少的能量，从而加快计算机自身的运行速度，如今我国已经在进行化学计算机的研究，并且根据其目前显露出的特点而言，其今后的发展前景和应用范围势必会更广，因此其也已经成为我国计算机未来的发展趋势之一。