第01章计算机和程序设计语言初步

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1、M1章计算机和程序设计语言初步开始学习计算机程序设计z前,我们在这个选修的一章中介绍计算机与程序设计语言方而的背景知识。木章介绍从早期计算机到现代计算机发展的简明历史，说明现代计算机的纽.成，还介绍程序设计语言的简明历史，从低级的机器语言到现在的而向对象的语言。1.1计算机发展历史人类通过不断发明和使用工具，才从原始社会走进现代社会。石器、火药、机械以及其他发明戏剧性地改变了人类的生活方式。在现代历史中，计算机无疑是最重要的发明。在如今非常先进的社会小，计算机影响着我们一天生活的每一刻：课程安排由

2、计算机制定，学生档案由计算机保存，考试成绩由计算机评分，宿舍安全系统由计算机监控，还有众多影响我们生活的其他功能也是由计算机控制的。虽然第1台真正的计算机发明于2()世纪4()年代，但计算机的概念却已经有一百六十多年的历史。查尔斯•巴贝奇被认为是发明现代计算机的先驱，1823年他应英国政府的要求设计查分机(DifferenceEngine),用來计算和处理数学用表。差分机建立在转动齿轮的基础上,由单曲柄操作。遗憾的是由于技术条件的限制，他陷入困境而最终放弃了这个计划。但是，一个更加宏伟的计划在他的

3、头脑中产生。事实上，放弃差分机的原因之一也是为了用新的概念发明更好的机器。他把这个新机器称Z为分析机(AnalyticalEngine),但是分析机也同样没有制造岀来。因为巴贝奇的思想超越了他所处的吋代，当吋还不存在使分析机成为现实的技术。尽管如此，分析机还是取得了非凡的成就，因为其设计原理与现代计算机相同，它的突出之处是可编程序。差分机只能计算数学用表，而分析机通过打孔卡片输入可以执行任何计算。用打孔卡片的方法输入程序后來被用到真正的计算机，直到二十世纪七十年代仍广泛使用。虽然分析机从未建成，但

4、其演示程序却BillAdaLovelace写好，她是诗人拜伦的女儿。Adam设计语言就是为了向Lovelace女丄•表示敬意而命名的，她是第1个计算机程序员。1930年底，衣阿华州立人学的JohnAtanasoff与其研究生cifrordBerry制造了第1个机电式计算机。他们的一项创新是使用了二进制数(我们将在下一节讨论)。大约在同一时期，美国哈佛大学的数学教授崔华德・艾肯在IBM公司和美国海军的支持卜•一直致力于研究口动程序控制计算机，就是人们通常所说的MARKIoMARKI在设计上与分析机非

5、常接近，所以被艾肯教授说为：“巴贝奇梦想的实现”。MARKI也是机电式计算札它依靠的是继电器。山于继电器的速度不够快，因而MAKE1很快就被棊于电了管的计算机取代。笫1个真正意义上的电了计算机是ENIAC1(电了数值积分和计算机)，在JOhnW・Mauchly和J・PresperEckert的领导下，诞生于美国宾夕法尼亚大学。他们的设计思想受到JohnAtansoff的影响和启发。ENIACI的程序编制是通过导线插头在控制板上的插拔实现的，如同老式电话的接线台。程序编制要耗费工程师人最的时间，明怕

6、程序做出简单修改也要花费很长的时间。在程序设计的过程中，昂贵的计算机空闲坐等。为了提高效率，普林斯顿大学的冯•诺依曼建议将程序保存计算机的存储器中。这种存储程序的方案不仅提高了计算速度，而J1允许用更灵活的方法编写程序。例如，山于程序保存在存储器中，计算机可以改变程序指令，从而改变程序执行的顺序，因此由一个单独的程序得到不同的结果成为可能。我们把这些以电子管为特征的早期计算机称为“第一代计算机”，第2代计算机在二十世纪五十年代后期开始出现，由晶体管代替电子管。存储器设备的改进同样进一步提高了处理速

7、度。到了六十年代初期，品体管被集成电路代替，从而出现了第3代计算机。此时的单片集成电路集成了数百个晶体管，使小型机的制造成为可能。小型机可以放置到个人办公室或实验室。而早期的计算机大到轻易地就占满整幢大楼的地F室。集成电路的进步是非凡的，大规模集成电路，通常被称为“计算机芯片”或“硅片”，英容虽相当于数干只晶体管，并H•使“单片机”成为现实。使用大规模集成电路的微型计算机出现于二十世纪七十年代中期。今天所说的个人计算机就是七十年代微型计算机的后代。如今个人计算机中使用的计算机芯片封装了和当于儿百万

8、个品体管。个人计算机属于笫4代计算机，最初的微型计算机是孤立、独立的机器，单词personal把计算机形容为个人单独使用的设备。然而没过多久，人们就认识到需要共享计算机的资源。例如，早期的微型计算机需要专用的打印机。使许多台计算机共享一台打印机不是更冇意义吗?在计算机Z间共厚数据，而不是在单台计算机上复制相同的数据不是也很冇意义吗?在计算机Z间发送电了信息不是很好吗?网络计算机的概念为满足这些需要而发展起来。各种计算机被连接到一个网络。在一个单独的建筑物或几个相邻建筑物连接计算机的