大学计算计算机基础.docx

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大学计算计算机基础

《大学计算计算机基础》综合大作业一

题目：

网络与犯罪

目录

第1章计算机基础知识3

1.1计算机概述3

1.1.1　计算机发展简史3

1.1.2　未来的计算机6

1.1.3计算机的分类和特点8

1.1.4计算机的指标8

第1章计算机基础知识

电子计算机是20世纪40年代人类最伟大的科学技术成就之一，是电子技术和计算技术相结合的产物，是科学图表1技术与生产力发展的结晶，也是现代社会最伟大的科技亮点之一。

计算机的诞生极大地推动了科学技术的发展，对今天的人类生产和生活产生了巨大的影响。

正是由于计算机的普及，才使人类社会进入了信息社会，使人们获得了一种全新的生活方式。

1.1计算机概述

计算机是一种能快速、高效和准确地进行信息处理的数字化电子设备，它能按照人们事先编写的程序自动地对信息进行加工和处理，并输出处理结果，从而为人们的生产和生活服务。

今天的计算机，不仅是狭义的算术和逻辑运算工具，它还帮助人们获取信息、传递信息和处理信息，这些信息是能被计算机识别和使用的所有数据。

1.1.1　计算机发展简史

1．电子计算机的诞生

图1.1ENIAC

世界上第一台电子计算机ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator，电子数字积分计算机，见图1.1）是1946年2月由美国宾夕法尼亚大学物理学家JohnMauchly和工程师J.PresperEckert研制成功的。

它采用电子管作为计算机的基本元件，体积庞大，用了18000多只电子管，1500个继电器，10000只电容，7000个电阻，体积3000ft3，占地170m3，重量30t，每小时耗电150kW。

ENIAC每秒钟可完成5000次加法运算，不具有“机内存储程序”的功能，其计算过程需要在计算机外通过开关和接线来安排。

虽然ENIAC不能与现在的计算机相比，但它的研制成功为以后计算机科学的发展奠定了基础，具有划时代的意义，表明计算机时代的到来。

在之后的历史中每克服它的一个缺点，都对计算机的发展带来很大影响，其中影响最大的就是“存储程序”思想的采用。

这一思想是由美籍匈牙利数学家冯·诺依曼（vonNeumann）提出的，所以又称为“冯·诺依曼原理”。

这一原理在计算机的发展过程中，始终发挥着重要影响，确立了现代电子计算机的基本组成和工作方式，开创了程序设计的时代。

2．第一代计算机（1946年—1955年）

这一时代称为“电子管计算机时代”，计算机主要用于科学计算研究和军事目的。

这一代计算机的特征是采用电子管作为基本物理部件，一部计算机需要几千个电子管，每个电子管都会散发大量的热量，电子管的寿命最长只有3000小时，计算机运行时常常发生由于电子管被烧坏而使计算机死机的现象。

3．第二代计算机（1956年—1963年）

这一时代称为“晶体管计算机时代”，计算机主要用于商业领域、大学和政府部门。

这一代计算机的特征是采用晶体管作为基本物理部件。

它的内存采用磁芯存储器，外存采用磁带，运算速度一般为每秒钟几百万条指令。

4．第三代计算机（1964年—1971年）

这一时代称为“集成电路计算机时代”。

这一代计算机的特征是采用中、小规模集成电路（IntegratedCircuit,IC），在几平方毫米的单晶体硅片上可以集成几十个甚至几百个电子器件组成的逻辑电路，计算机变得更小，功耗更低，速度更快，稳定性更好。

它的内存采用半导体存储器，外存采用磁带、磁盘，运算速度一般为每秒钟几千万条指令。

这一时期的发展还包括使用了操作系统。

5．第四代计算机（1971年）

这一时代称为“大规模集成电路计算机时代”。

这一代计算机的特征是以大规模集成电路为计算机的主要功能部件，大规模集成电路可以在一个芯片上容纳几百个元件。

到了20世纪80年代，超大规模集成电路（VeryLargeScaleIntegratedCircuit，VLSI）在芯片上可容纳几十万个元件，后来的（UltraLargeScaleIntegration）将这一数字扩充到百万级，可以在硬币大小的芯片上容纳如此数量的元件使得计算机的体积和价格不断下降，而功能和可靠性不断增强。

它的内存采用16KB、64KB或集成度更高的半导体存储器，外存采用磁盘、光盘等存储器，计算速度可达每秒钟数亿次。

1.1.2　未来的计算机

未来的计算机将与各种新技术结合，从而开创出更多新的科学领域。

1．光子计算机

光子计算机是用光子代替电子，光互连代替导线互连，光元器件代替电子元器件，光运算代替电运算，使运算速度比现代计算机快千倍。

在光子计算机中，不同波长的光代表不同的数据，这远胜于电子计算机中通过电子“0”、“1”状态变化进行的二进制运算，可以对复杂度高、计算量大的任务实施快速的并行处理。

光子计算机还具有与人脑相似的容错性。

系统中某一元器件损坏或出错时，并不影响最终的计算结果。

2．生物计算机（分子计算机）

生物计算机是将生物工程技术产生的蛋白质分子作为原材料制成生物芯片，而蛋白质分子比硅晶片上电子元件要小得多，彼此相距甚近，因此生物计算机的体积将剧减。

生物计算机完成一项运算，所需的时间仅为10ps，比人的思维速度快100万倍，并且具有惊人的存储容量。

生物计算机消耗的能量非常小，只有电子计算机的十亿分之一左右。

由于生物芯片的原材料是蛋白质分子，所以生物计算机有自我修复、自我调节和自我再生的功能。

3．量子计算机

量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。

当某个装置处理和计算的是量子信息，运行的是量子算法时，它就是量子计算机。

量子计算机中数据用量子位存储。

由于量子的叠加效应，一个量子位可以是0或1，也可以既存储0又存储1。

因此一个量子位可以存储2个数据，同样数量的存储位，量子计算机的存储量比通常计算机大许多。

同时量子计算机能够实施量子并行计算，其运算速度可能比目前个人计算机的PentiumⅢ芯片快10亿倍。

4．纳米计算机

纳米技术是从20世纪80年代初迅速发展起来的前沿科研领域，现在正从MEMS（MicroElectromechanicalSystem，微电子机械系统）起步，把传感器、电动机和各种处理器都放在一个硅芯片上构成一个系统。

应用纳米技术研制的计算机内存芯片，其体积不过数百个原子大小，相当于人的头发丝直径的千分之一。

纳米计算机不仅几乎不需要耗费任何能源，而且其性能要比今天的计算机强大许多倍。

虽然分子、光子、量子和纳米计算机的研究还处在实验和研究阶段。

但由于它们具有很高的应用价值，美国、欧洲各国和日本政府一直投入巨资资助相关研究，预计在未来一二十年内，这几种新型计算机可取得突破性进展。

1.1.3计算机的分类和特点

计算机是一种具有计算功能、记忆功能和逻辑判断功能的机器设备。

现在的计算机已经不再仅仅是一种计算工具，而是能够接收、发送、处理和保存信息的机器。

无论是什么级别的计算机，其基本组成大致相同，都是由输入设备、存储器、控制器、运算器及输出设备组成的。

1．计算机的分类

从不同的角度可以对计算机进行不同的分类，其分类如下：

①按使用范围分类，可以把计算机分为专用计算机和通用计算机。

专用计算机是指为了满足某种特殊需要而设计的计算机，如图形处理机，配有大容量的内存和大屏幕的显示器，它具有强大的图形处理能力。

通用计算机是指通用性好、综合处理能力强、适用于各种领域的计算机。

②按性能分类，可以把计算机分为巨型计算机、大型计算机、小型计算机、微型计算机和工作站。

③按处理数据的形态分类，可以把计算机分为数字计算机、模拟计算机和混合计算机。

数字计算机处理的是非连续变化的数据，这些数据在时间上是离散的。

模拟计算机处理的是连续的物理量，是连续变化的如电流、电压这样的模拟数据。

模拟计算机是把模拟计算机与数字计算机联合在一起应用于系统仿真的计算机系统。

④按CPU芯片分类，可以将计算机分为286机、386机、486机、Pentium机、PentiumⅡ机、PentiumⅢ机、P4机等。

⑤按现实中的计算机分类，可以把计算机分为服务器（Server）、工作站（Workstation）、台式机（DesktopPC）、笔记本（Notebook）、掌上电脑（HandheldPC）。

2．计算机的特点

（1）运算速度快

运算速度是标志计算机的重要性能指标之一，巨型计算机的主机频率已超过了每秒几十亿次，甚至上万亿次。

如我国2000年研制的由1024个CPU组成的“银河-Ⅳ”巨型计算机系统，峰值性能达到每秒1.0647万亿次浮点运算，其各项指标均达到当时国际先进水平，它使我国高端计算机系统的研制水平再上一个新台阶。

2004年我国的曙光4000A成功研制，使中国成为继美国、日本之后第三个能研制10万亿次商品化高性能计算机的国家。

2008年我国又研制成功了曙光5000A——“魔方”超级计算机，这些高性能巨型计算机的应用，对我国的国防、经济建设和科学技术的发展产生了重大的推动作用。

（2）计算精度高

计算机能表示的数字可以大到比现今已知有意义的最大的天文数字还大，也可以小到比现今已知有意义的最小的数据还小。

故计算机可表示的数字的有效位数几乎可以是无限的。

（3）具有记忆和逻辑判断能力

计算机不仅能计算，而且可以把原始数据、中间结果、计算指令等信息存储起来，以备调用。

它还能进行各种逻辑判断，并根据判断的结果自行决定以后执行的命令。

（4）通用性强

在计算机中运行不同的程序，即可完成不同的任务，这就是说，计算机可适用于各种领域，通用性强。

（5）计算机内部的运行过程是自动的

使用者只需事先把所需的数据、程序输入计算机，计算机就会自动、连续地工作，完成预定的任务，在程序运行过程中不需人工干预，就会把运算结果计算出来。

1.1.4计算机的指标

计算机的指标包括位数、速度、容量、带宽和可靠性等。

1．位（Bit）

计算机有8位、16位、32位和64位之分，例如奔腾是32位的，安腾是64位的。

这里的位是指CPU能够存储多少位的数据，位数越多，CPU一次能够处理的信息量就越大。

通常8位二进制数称为一个字节（Byte），简称B。

16位是一个字（Word），32位是一个汉字长。

2．速度

计算机CPU的处理速度可以用每秒钟处理的指令数来表示，也可以用每秒钟处理的事务数来表示，例如经典奔腾的处理速度可达300MIPS（MillionInstructionsPerSecond每秒执行一百万条指令）。

由于运算快慢与处理器的时钟紧密相关，所以人们也用主频来表示CPU的处理速度。

3．容量

存储容量的单位是字节（Byte，缩写为B）。

常用的单位还有千字节KB，兆字节MB和千兆（吉）字节或千兆字节GB，千千兆字节TB。

其中：

1KB=210B=1024B

1MB=1024KB

1GB=1024MB

1TB=1024GB

为什么不取整数1000，而取一个如此难记的1024B来表示1KB呢？

细心的读者一定会发现：

210=1024。

计算机采用的是二进制数，用1000来表示1KB反而会很麻烦。

对于640KB的内存，其实际容量为：

640×1024B=655360B

对于一个存储容量为80GB硬磁盘，其实际存储量为：

80×1024×1024×1024B=85899345920B

4．带宽