第1讲计算机工作原理

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1、计算机文化基础计算机学院曹弘1教材：计算机应用基础作者：李向、戴光明出版社：中国电力出版社2计算机的产生、发展及趋势计算机中的数及表示、存储与运算计算机的定义与特点计算中的逻辑运算第一讲计算机工作原理3一、计算机的产生、发展与趋势1642BlaisePascal加法器计算机发展史我们的祖先早在史前时期就已经知道了用石块和贝壳计数。随着文化的发展，人类创造了简单的计算工具。我国在唐朝就开始使用算盘，17世纪出现了计算尺，这些都是著名的手动计算工具。1642年，法国数学家帕斯卡（Pascal）创造了第一台能完成加

2、、减运算的机械计算器，用来计算税收，取得了很大的成功。1673年德国莱布尼兹（Leibnitz）改进了帕斯卡的设计，增加了乘、除运算。手工到机械自动？没有突破手工操作的局限。6/14/20214CharlesBabbage1822差分机1833分析机19世纪20年代，英国数学家巴贝奇（Babbage）才取得突破，从手动机械跃入机械自动时代，巴贝奇提出了自动计算机的基本概念：要使计算机能自动进行计算，必须把计算步骤和原始数据预先地存放在机器内，并使计算机能取出这些数据，在必要时能进行一些简单的判断，决定自己下一

3、步的计算顺序。他还分别于1823年和1834年设计了一台差分机和一台分析机，提出了一些创造性的建议，从而奠定了现代数字计算机的基础。18世纪末，法国数学界调集大批数学家人工编制完成了17卷《数学用表》。尽管数学家们付出了很多努力，但该数学用表还是存在着大量的计算错误。为了得到正确的数学用表，英国数学家巴贝奇于1822年研制出了世界上第一台差分机，成功解决了这个问题。同时期巴贝奇设计了一台分析机，这台机器具备了输入、处理、存储、输出及控制五个基本部分。5MARKI机械计算到电动计算1884年，美国工程师赫尔曼·

4、霍雷斯（HermanHollerith）制造了第一台电动计算机，采用穿孔卡和弱电流技术进行数据处理，在美国人口普查中大显身手。美国哈佛大学应用数学教授霍华德·阿肯受巴贝奇思想启发，在1937年得到美国海军部的经费支持，开始设计“马克1号”（由IBM承建），于1944年交付使用。“马克1号”采用全继电器，长51英尺、高8英尺，看上去像一节列车，有750000个零部件，里面的各种导线加起来总长500英里。总耗资四五十万美元。“马克1号”做乘法运算一次最多需要6秒，除法10多秒。运算速度不算太快，但精确度很高（小数

5、点后23位）。6ENIAC电子计算机时代机电全自动到电子数字虽然“马克1号”与ENIAC建成时间相距很近，但在技术的采用上相距甚远，ENIAC采用了电子管技术。ENIAC的出现，使人类社会从此进入了电子计算机时代，在此之前的计算机都是机械式计算机，而ENIAC则采用了电子管作为主要元件，开创了电子计算机的新纪元，因此，人们视其为电子计算机的鼻祖。ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator7第一台电子计算机（ENIAC）5000次加法/秒体重28吨占地170m21880

6、0只电子管1500个继电器功率150KW计算机发展史ENIAC则采用了电子管作为主要元件，开创了电子计算机的新纪元ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator8ENIAC的由来世界上第一台数字式电子计算机是由美国宾夕法尼亚大学的物理学家约翰·莫克利（JohnMauchly）和工程师普雷斯伯·埃克特（J–PresperEckert）领导研制的取名为ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator）的计算机。1942年在宾夕法

7、尼亚大学任教的莫克利提出了用电子管组成计算机的设想，这一方案得到了美国陆军弹道研究所高尔斯特丹（Goldstine）的关注。当时正值第二次世界大战之际，新武器研制中的弹道问题涉及许多复杂的计算，单靠手工计算已远远满足不了要求，急需自动计算的机器。于是在美国陆军部的资助下，1943年开始了ENIAC的研制，并于1946年完成。当时它的功能确实出类拔萃，例如它可以在一秒钟内进行5000次加法运算，3毫秒便可进行一次乘法运算，与手工计算相比速度要大大加快，60秒钟射程的弹道计算时间由原来的20分钟缩短到30秒。但它

8、也明显存在着缺点。它体积庞大，机器中约有18800只电子管，1500个继电器，70000只电阻及其他各类电气元件，运行时耗电量很大。另外，它的存储容量很小，只能存20个字长为10位的十进位数，而且是用线路连接的方法来编排程序，因此每次解题都要靠人工改接连线，准备时间大大超过实际计算时间。9计算机发展史继电器与电子管在电子管内，每秒钟内电子流可开关100万次，在继电器中，每秒中只能达到100次，两者相