第1章计算机系统概述
主要知识点：
(1) 计算机的概念、特点与分类
(2) 计算机的应用领域
(3) 计算机系统的构成
(4) 计算机的发展
本章重点：
计算机的概念与特点，计算机系统的构成
本章难点：
计算机的概念，计算机系统的构成
教学时数：2学时
思维导论：
1.1 计算机的概念
1.1.1 认识计算机
1．无处不在的计算机
计算机是信息社会必不可少的工具，它给人类带来的不仅仅是生活方式上的改变，甚至给一些传统行业带来了颠覆性的改革，成为经济增长的重要产业，并带动了全球范围的技术进步，在促进社会发展和改善人们生活水平与提高生活质量等方面做出巨大的贡献。
2．计算机是什么
一般对计算机的描述是：计算机是一种能够按照指令对各种数据和信息进行自动加工和处理的电子设备，擅长完成快速计算、大型数据库分类和检索等规模较大且重复性较强的任务，能够在现有指令的引导下有条不紊地完成各种各样的工作。
计算机的3大特征：
（1）只有有限的能力。
（2）只能进行简单的工作。
（3）必须由指令来引导它完成工作。
3．计算机的特点
（1）运算速度快。
（2）计算精度高。
（3）存储容量大。
（4）具有逻辑判断功能。
（5）自动化程度高。
（6）通用性强，使用容易。
4．计算机的局限性
（1）不具备自己的思想。
（2）没有很好的直觉和想象能力。
（3）运算速度和存储容量依然不能满足需要。
1.1.2 计算机的类型
1．不同数据表示方式的计算机类型
根据计算机表示数据的不同，可以将计算机分为数字计算机、模拟计算机和数模混合计算机3种类型。
2．不同应用范围的计算机类型
根据应用范围可以将计算机分为通用计算机与专用计算机两大类型。
3．不同规模和性能的计算机类型
通用计算机又可分为超级计算机（supercomputer）、大型机（mainframe）、服务器（server）、工作站（workstation）、微型机（microcomputer）和单片机（single-chip computer）6类，它们的区别在于体积、复杂度、功耗、性能指标、数据存储容量、指令系统规模和价格，如图1-2所示。
图1-2 通用计算机的分类
1．计算机应用的研究
计算机应用分为数值计算和非数值应用两大领域。
2．计算机的应用范围
（1）科学计算。
（2）自动控制。
（3）测量测试。
（4）信息处理。
（5）辅助工程。
（6）教育卫生。
（7）电子电器。
（8）人工智能。
1.2 计算机系统
计算机系统由硬件系统和软件系统组成。
1.2.1 计算机硬件系统
1．计算机硬件的概念
计算机硬件（computer hardware）是指计算机系统中由电子、机械和光电元件等组成的各种物理装置的总称。这些物理装置按系统结构的要求构成一个有机整体为计算机软件运行提供物质基础。
2．计算机硬件的基本组成
（1）运算器。运算器（arithmetic unit）是计算机的执行部件，主要功能是执行算术运算和逻辑运算。
（2）控制器。控制器（controller）是计算机的指挥控制中心，用来协调和指挥整个计算机系统的工作，它本身不具有运算功能，而是通过读取各种指令，并对其进行翻译、分析，而后对各部件做出相应的控制。
（3）存储器。存储器（memory）是计算机的记忆设备，用来存放程序和数据。
（4）输入设备。输入设备（input device）将要加工处理的外部信息转换成计算机能够识别和处理的内部表示形式即二进制代码，输送到计算机中。
（5）输出设备。输出设备（output device）将计算机内部以二进制代码形式表示的信息转换为用户所需要并能识别的形式，输送出来。
1．软件的概念
计算机软件是指与计算机系统的操作有关的计算机程序、数据、规程、规则以及任何与之有关的文件。
软件与硬件有着诸多的不同点。表现形式不同，生产方式不同，要求不同。
2．软件的分类
按照不同的原则和标准，可以将软件划分为不同的种类。从应用的角度划分，计算机软件通常分为系统软件和应用软件两大类。
1.2.3 计算机系统的组织结构
1．软件与硬件的关系
计算机系统软件与硬件的界限已经变得十分模糊。任何操作可以由软件来实现，也可以由硬件来实现；任何指令的执行可以由硬件完成，也可以由软件来完成。
2．计算机系统的多层次结构
图1-4 计算机系统的多级层次结构
1.3 计算机的发展
1.3.1 计算机的发展阶段
计算机孕育于英国，诞生于美国，成长并遍布于全世界。对于它的历史，可以分三个阶段描述，即近代计算机、现代计算机与当代计算机三个阶段。
1.3.2 我国计算机的发展
我国计算机产业的发展起步较晚，计算机产业体系的发展大致经历了四个发展阶段。即
1956年至1965年的萌芽阶段；1966年至1977年的曲折发展阶段；1978年至20世纪80年代末产业化发展阶段；20世纪90年代计算机进入快速发展阶段。此后，计算机产业和市场的规模逐年扩大，成为国民经济的重要产业之一。
图1-5 中国超级计算机“天河一号”
图1-6 中国超级计算机“神威·太湖之光”
1.3.3 影响计算机发展的人物
1．图灵与图灵奖
艾伦·麦席森·图灵（Alan Mathison Turing，1912－1954），英国著名的数学家和逻辑学家，计算机逻辑的奠基者。图灵提出了“图灵机”和“图灵测试”等重要概念，被称为计算机科学之父、人工智能之父。
2．冯•诺依曼体系结构
约翰·冯·诺伊曼（John V on Neumann，1903－1957）是20世纪最杰出的数学家之一，于1945年提出了“程序内存式”计算机的设计思想。这一卓越的思想为电子计算机的逻辑结构设计奠定了基础，已成为计算机设计的基本原则。由于他在计算机逻辑结构设计上的伟大贡献，他被誉为“计算机之父”。
3．香农和信息论
克劳德·艾尔伍德·香农（Claude Elwood Shannon，1916－2001），现代信息论的著名创始人，信息论及数字通信时代的奠基人。
4．布尔与逻辑运算
乔治•布尔（George Boole，1815－1864），19世纪最重要的数学家之一。1847年，布尔出版了《逻辑的数学分析》（The Mathematical Analysis of Logic），这是它对符号逻辑诸多贡献中的第一次。由于布尔在符号逻辑运算中的特殊贡献，很多计算机语言中将逻辑运算称为
