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ENIAC、UNIVCAI、EDVAC、IBM70X系列。
2．第二代（1958—1964年）——晶体管时代
1947年，美国贝尔实验室的肖克利、巴丁和布拉顿组成的研究小组发明了晶体管。
晶体管的问世，是20世纪的一项重大发明，是微电子革命的先声。
同时，它的出现又为后来集成电路的诞生吹响了号角。
晶体管比电子管功耗少、体积小、质量轻、工作电压低、工作可靠性好。
1954年，贝尔实验室制成了第一台晶体管计算机——TRADIC，使计算机体积大大缩小。
1957年，美国研制成功了全部使用晶体管的计算机，第二代计算机诞生了。
第二代计算机的主要特点分别介绍如下。
采用晶体管；
内存储器采用磁芯存储器，外存储器增加了磁盘；
开发了一些外部设备。
出现了监控程序和管理软件；
出现了高级语言，如FORTRAN、Cobol等。
计算机体积减小，成本降低，功能增强，可靠性提高；
运算速度提高到每秒几十万次；
存储容量扩大；
由于程序设计语言的出现，使编程更加方便。
科学计算、数据处理与事务管理。
UNIVACII、IBM7000系列、ATLAS。
3．第三代（1965—1970年）——中、小规模集成电路时代
20世纪60年代初期，美国的基尔比和诺伊斯发明了集成电路，引发了电路设计革命，第三代计算机诞生了。
第三代计算机的主要特点分别介绍如下。
小规模和中等规模集成电路，磁芯存储器容量增加，外部设备大量出现。
出现了操作系统，程序设计语言的种类进一步增多。
体积进一步减小，功能进一步增强，可靠性进一步提高；
运算速度达到每秒几百万次；
存储容量进一步扩大；
计算机向标准化、多样化、通用化与系列化方向发展。
已广泛用于各个领域。
IBMSystem/360、PDP11、NOVA。
4．第四代（1971年至今）——大规模和超大规模集成电路时代
第四代计算机的主要特点分别介绍如下。
采用大规模和超大规模集成电路；
半导体存储器代替了磁芯存储器；
出现了光盘、U盘等存储设备。
操作系统更加完善，种类更加齐全，程序设计语言由非结构化向结构化和面向对象方向转变。
计算机制造和软件生产形成产业化，计算机网络化是这个时代的一大特征。
已经普及、深入到各行各业之中。
IBM4300系列、CRAY系列、微型计算机、网络计算机。
微型计算机是大规模和超大规模集成电路发展的一大成果。
大规模集成电路的一个重要特点是将中央处理器（CPU）制作在一块电路芯片上，这种芯片习惯上称为微处理器。
根据微处理器的集成规模和处理能力，又形成了微型机的不同发展阶段。
5．关于新一代计算机
多年来，许多国家投入了大量的人力、物力研究新一代计算机。
其主要研究内容包括：
新的计算机体系结构；
新的计算机器件，包括新材料、新工艺；
智能化计算机等方面。
尽管对新一代计算机的研究尚未有突破性进展的报道，但可以肯定的是，新一代计算机的研制成功将为人类科学研究带来质的飞跃。
1.1.2 计算机的分类
1．按信息的形式和处理方式划分
（1）电子数字计算机
电子数字计算机处理的是离散的数据，输入是数字量，输出也是数字量。
其基本运算部件是数字逻辑电路，因此运算精度高、通用性强。
（2）电子模拟计算机
电子模拟计算机处理和显示的是连续的物理量，其基本运算部件是由运算放大器构成的各类运算电路。
一般说来，模拟计算机不如数字计算机精确、通用性不强，但解题速度快，主要用于过程控制和模拟仿真。
（3）数模混合计算机
数模混合计算机兼有数字和模拟两种计算机的优点，既能接收、输出和处理模拟量，又能接收、输出和处理数字量。
2．按使用范围划分
（1）通用计算机
通用计算机指适用于各种应用场合，功能齐全、通用性好的计算机。
（2）专用计算机
专用计算机指为解决某种特定问题而专门设计的计算机，一般用在过程控制中，如智能仪表、飞机的自动控制、导弹的导航系统等。
3．按计算机规模和处理能力划分
（1）巨型计算机
巨型计算机是运算速度最快、存储容量最大、性能最好的一类计算机。
目前的巨型机的运算速度可达每秒千万亿次浮点运算，主存容量高达千万亿字节。
这类机器价格相当昂贵，主要用于复杂、尖端的科学研究领域，特别是军事科学计算。
由国防科技大学研制的“银河”和国家智能中心研制的“曙光”都属于这类机器。
（2）大/中型计算机
大/中型计算机是指通用性能好、外部设备负载能力强、处理速度快的一类机器。
它有完善的指令系统、丰富的外部设备和功能齐全的软件系统，并允许多个用户同时使用。
这类机器主要用于科学计算、数据处理或作为网络服务器。
（3）小型计算机
小型计算机具有规模较小、结构简单、成本较低、操作简单、易于维护、与外部设备连接容易等特点，是在20世纪60年代中期发展起来的一类计算机。
小型计算机应用范围广泛，如用于工业自动控制大型分析仪器、测量仪器、医疗设备中的数据采集、分析计算等，也用作为大型、巨型计算机系统的辅助机，并广泛运用于企业管理以及大学和研究所的科学计算等。
（4）微型计算机
微型计算机（简称微机，也叫个人计算机）是以运算器和控制器为核心，加上存储器、输入/输出接口和系统总线构成的体积小、结构紧凑、价格低但又具有一定功能的计算机。
如果把这种计算机制作在一块印刷电路板上，就称为单板机。
如果在一块芯片中包含运算器、控制器、存储器和输入/输出接口，就称为单片机。
以微机为核心，再配以相应的外部设备（如键盘、显示器、鼠标、打印机等）、电源、辅助电路和控制微机工作的软件等，就构成了一个完整的微型计算机系统。
从1971年世界上第一台微型机诞生至今，微型计算机已渗透到各行各业和千家万户。
（5）工作站
工作站是一种高档的微型计算机，通常配有高分辨率的大屏幕显示器及容量很大的内存储器和外存储器，并且具有较强的信息处理功能和高性能的图形、图像处理功能以及联网功能在工程设计、动画制作、科学研究、软件开发、金融管理、信息服务、模拟仿真等专业领域得到了广泛的应用。
（6）服务器
服务器是在网络环境下为多用户提供服务的共享设备，一般分为文件服务器、打印服务器、计算服务器和通信服务器等。
该设备连接在网络上，网络用户在通信软件的支持下远程登录，共享各种服务。
目前，微型计算机与工作站、小型计算机乃至中、大型机之间的界限已经愈来愈模糊。
无论按哪一种方法分类，各类计算机之间的主要区别是运算速度、存储容量及机器体积等。
1.1.3 计算机的特点
1．运算速度快
大型、巨型计算机已经由20世纪50年代初的几万次每秒的运算速度发展到1976年1亿次每秒及1985年前后的100亿次每秒；
90年代初达到了1万亿次每秒；
1996年美国推出了2.4万亿次每秒的巨型计算机；
2010年，我国研发的曙光“星云”巨型机的速度已超千万亿次每秒。
2．计算精度高
例如，圆周率的计算，发明计算机前的1500多年中经过数代科学家的人工计算，其精度只能达到小数点后的几百位，当第一台计算机诞生后，利用计算机计算就可达到2000位，目前计算精度已达到上亿位。
3．存储容量大
目前微型计算机的内存储器的容量已达到2～8GB，用若干张光盘甚至可以保存一座图书馆的全部内容。
4．具有逻辑判断功能
计算机不仅能进行计算，还具有逻辑判断能力实现推理和证明，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。
例如，百年数学难题“四色猜想”（任意复杂的地图，使相邻区域的颜色不同，最多只用四种颜色即能完成），1976年美国两位科学家用IBM-370计算机进行了上百亿次的判断连续运算1200小时证明了此难题，当时震惊世界数学界。
5．高度自动化
人们把需要计算机处理的问题编成程序存储在计算机中，当向计算机发出运行指令后，计算机便在该程序的控制下自动按规定步骤完成指定的任务。
1.1.4 计算机的应用
计算机已成为人类现代生活不可分割的一部分，从太空探索到计算机辅助制造，从影视制作到家庭娱乐，计算机的身影无处不在。
计算机的主要应用领域可归纳为以下7个方面。
1．科学计算（或称为数值计算）
早期的计算机主要用于科学计算。
目前，科学计算仍然是计算机应用的重要领域，主要用于计算科学研究和工程技术中提出的复杂计算问题。
60多年来，一些现代尖端科学技术的发展都是建立在计算机的基础上的，如卫星轨迹计算、气象预报等。
2．数据处理
数据处理是目前计算机应用最广泛的一个领域，可以利用计算机来加工、管理与操作任何形式的数据资料，如企业管理、物资管理、报表统计、账目计算和信息情报检索等。
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，如对数控机床和流水线的控制。
在日常生产中，也用计算机来代替人工完成那些繁重或危险的工作，如对核反应堆的控制等。
4．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、理解和问题求解等过程，辅助人类进行决策。
人工智能是计算机科学研究领域最前沿的学科，近几年来已具体应用于机器人、语音识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。
5．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，以提高工作效率和工作质量为目标。
比较典型的有如下几种。
1.计算机辅助设计（Computer-AidedDesign，CAD）技术：
综合地利用计算机的工程计算、逻辑判断、数据处理功能，与人的经验和判断能力相结合，形成一个专门系统，用来进行各种图形设计与绘制，对所设计的部件、构件或系统进行综合分析与模拟仿真实验。
它是近十几年来形成的一个重要的计算机应用领域。
目前在汽车、飞机、船舶、集成电路、大型自动控制系统的设计中，CAD技术有着愈来愈重要的地位。
2.计算机辅助制造（Computer-AidedManufacturing，CAM）技术：
利用计算机对生产设备进行控制和管理，实现无图纸加工。
3.计算机基础教育（CBE）：
主要包括计算机辅助教学（CAI）、计算机辅助测试（CAT）和计算机管理教学（CMI）等。
其中，CAI技术是利用计算机模拟教师的教学行为进行授课，学生通过与计算机的交互进行学习并自测学习效果，是提高教学效率和教学质量的新途径。
近年来由于多媒体技术和网络技术的发展，推动了CBE的发展，网上教学和现代远程教育已在许多学校展开。
4.电子设计自动化（EDA）技术：
利用计算机中安装的专用软件和接口设备，用硬件描述语言开发可编程芯片，将软件进行固化，从而扩充硬件系统的功能，提高系统的可靠性和运行速度。
6．电子商务
电子商务指的是通过计算机和网络进行商务活动，是在Internet与传统信息技术的丰富资源相结合的背景下应运而生的一种网上相互关联的动态商务活动。
电子商务是在1996年开始的，起步虽然不长，但因其高效率、低成本、高收益和全球性等特点，很快受到各国政府和企业的广泛重视，有着广阔的发展前景。
目前，许多公司开始通过Internet进行商业交易，他们通过网络与顾客、批发商和供货商等联系，在网上进行业务往来。
7．娱乐
计算机已经走进了千家万户，工作之余人们可以使用计算机欣赏影视和音乐，进行游戏娱乐等。
1.2 计算机中信息的表示与存储
在介绍计算机中信息的表示与存储之前，先来看看计算机中的存储单位。
1．位（bit）
表示一位二进制信息，可存放一个0或1。
位是计算机中存储信息的最小单位。
2．字节（Byte）
计算机中存储器的一个存储单元，由8个二进制位组成。
字节（B）是存储容量的基本单位，常用的单位有如下。
5.KB：
1KB=1024B=210B。
6.MB：
1MB=1024KB=1024×
1024B=220B。
7.GB：
1GB=1024MB=1024×
1024KB=1024×
1024×
1024B=230B。
8.TB：
1TB=1024GB=1024×
1024MB=1024×
1024B
=240B。
3．字长（word）
计算机进行数据处理时，一次存取、加工和传送的数据长度称为字长。
一个字通常由一个或多个字节构成。
计算机的字长决定了CPU一次操作所能处理的数据的长度。
由此可见，计算机的字长越长，其性能越优越。
1.2.1 数制
数制就是数的表示方法。
在众多的数制中，人类常用的有十进制、六十进制（用于计算时间）等，而计算机使用的是二进制，这就有必要对数制问题进行讨论。
之所以在计算机中采用二进制，是因为在自然界中能用来准确描述两种相反状态的物质有很多，如开关的“开”与“关”、电位的“高”与“低”、晶体管的“导通”与“截止”等，这两种不同的状态正好可以对应二进制的两个基本数码——0和1。
1．基本概念
下面介绍关于数制的一些基本概念。
9.数码：
一种进位计数制各数位上所允许的有限的几个数字符号。
10.基数：
所允许的数字符号的个数就是计数制的基数。
11.权：
人们通常采用有权编码表示数字，即同一个数码处在不同数位时所代表的数值不同。
每个数码所表示的值就等于该数码本身乘以一个与所在数位有关的常数，这个常数就称为位权，简称“权”。
常用的几种进位制（十进制、二进制、八进制和十六进制）的基本特点如表1-1所示。
表1-1 常用的几种进位制的基本特点
进位制
数码
基数
权
规则
十进制
0、1、2、3、4、5、6、7、8、9
10
10n
逢10进1
二进制
0、1
2
2n
逢2进1
八进制
0、1、2、3、4、5、6、7
8
8n
逢8进1
十六进制
0、1、…、9、A、B、C、D、E、F
16
16n
逢16进1
十六进制中的数码使用了符号A、B、C、D、E、F，分别对应十进制中的10、11、12、13、14、15。
在书写时，为了区别不同进制的数，可以使用以下3种书写格式。
10001101
（2）、765（8）、12.7（10）、AB.7（16）
（10001101）2、（765）8、（12.7）10、（AB.7）16
10001101B、765O、12.7D、AB.7H
这里，字母B、O、D、H分别表示二进制、八进制、十进制和十六进制。
2．按权展开式
按权展开式就是将任意进制的数表示成该数每个位置上的数码乘以该位置上的权值。
任何进制的数都可以按其位权进行展开。
例如：
945.7=9×
102+4×
101+5×
100+7×
101
（110.011）2=1×
22+1×
21+0×
20+0×
21+1×
22+1×
23
1.2.2 数制之间的转换
1．非十进制数转换为十进制数
非十进制数转换为十进制数的方法就是按权展开。
23=（6.625）10
（123）8=1×
82+2×
81+3×
80=（83）10
（2A）16=2×
161+10×
160=（42）10
2．十进制数转换为非十进制数
十进制数转换为非十进制数的方法：
整数部分采用除基数取余法、小数部分采用乘基数取整法，分别转换后组合得到。
12.除基数取余法：
逐次除以基数，每次求得的余数即为转换后的数的整数部分各位的数码，直到商为0。
13.乘基数取整法：
逐次乘以基数，每次乘积的整数部分即为转换后的数的小数各位的数码。
例如，把十进制数13.25转换为二进制数，可对整数部分13进行转换，对小数部分0.25进行转换。
商余数整数部分
13/2=61
6/2=300.25×
2=0.50
3/2=110.5×
2=11
1/2=01
因此，（13.25）10=（1101.01）2。
并非所有的十进制小数都能用有限位的非十进制小数来表示，在这种情况下通常取其近似值。
3．二进制与八进制、十六进制的转换
（1）二进制与八进制的转换
二进制数转换成八进制数的方法是：
将二进制数从小数点开始分别向左（整数部分）和向右（小数部分）每3位分成一组，不足3位时补0，分别转换成八进制数码中的一个数字，然后连接起来。
例如10110.01，按3位分组为010110.010，分别转换成八进制数26.2，因此，（10110.01）2=（26.2）8。
八进制数转换成二进制数的方法正好相反，只需将每一位八进制数写成相应的3位二进制数，再按顺序组合起来即可。
例如，（71.1）8=111001.001=（111001.001）2。
二进制与八进制数码转换如表1-2所示。
表1-2 二进制与八进制数码转换
1位八进制数
1
3
4
5
6
7
3位二进制数
000
001
010
011
100
101
110
111
（2）二进制与十六进制的转换
二进制数与十六进制数互相转换的方法与上面介绍的二进制数与八进制数的转换方法类似，只是十六进制数的1位与二进制数的4位数相对应。
例如，（100101.011）2=00100101.0110=（25.6）16。
二进制与十六进制数码转换如表1-3所示。
表1-3 二进制与十六进制数码转换
1位十六进制数
4位二进制数
0000
0001
0010
0011
0100
0101
0110
0111
9
A
B
C
D
E
F
1000
1001
1010
1011
1100
1101
1110
1111
（3）八进制与十六进制的转换
八进制与十六进制之间的转换没有直接的方法，中间要以二进制为过渡。
1.2.3 二进制的运算
在计算机中，二进制数可进行算术运算和逻辑运算。
1．算术运算
（1）加法：
0+0=01+0=0+1=11+1=10（1为进位）
（2）减法：
00=0101=1（借位1）10=111=0
（3）乘法：
0×
0=00×
1=1×
0=01×
1=1
（4）除法：
0/1=01/1=1
2．逻辑运算
14.或（“∨”或“+”）：
或运算中，两个逻辑值只要有一个为1，结果就为1，否则为0。
0∨0=0，0∨1=1，1∨0=1，1∨1=1。
15.与（“∧”或“·
”）：
与运算中，只有两个逻辑值都为1时，结果才为1，其余都为0。
0∧0=0，0∧1=0，1∧0=0，1∧1=1。
16.非（“ˉ”）：
非运算中，对每位的逻辑值取反。
1.2.4 计算机信息编码
1．字符数据的编码
ASCII码（AmericanStandardCodeforInformationInterchange）是美国信息交换标准代码的简称。
ASCII码占1个字节，有7位ASCII码和8位ASCII码两种，7位ASCII码称为标准ASCII码（规定最高位为0），8位ASCII码称为扩充ASCII码。
7位二进制数给出了128种不同的组合，表示128个不同的字符。
其中，95个字符可以显示，包括大小写英文字母、数字、运算符号和标点符号等；
另外33个字符是不可见的控制码，编码值为0～31和127。
例如回车符（CR），编码为13。
ASCII码如表1-4所示。
表1-4 美国信息交换标准代码（ASCII）
ASCII值
控制字符
NUT
DLE
32
（space）
48
SOH
17
DCI
33
！
49
STX
18
DC2
34
”
50
ETX
19
DC3
35
#
51
EOT
20
DC4
36
$
52
ENQ
21
NAK
37
%
53
ACK
22
SYN
38
&
54
BEL
23
TB
39
，
55
BS
24
CA
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