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====== 第一章：计算机发展历史 ======

  * [[#1.1 计算机的起源|1.1 计算机的起源]]
  * [[#1.2 电子计算机的诞生|1.2 电子计算机的诞生]]
  * [[#1.3 计算机的发展历程|1.3 计算机的发展历程]]
  * [[#1.4 练习题|1.4 练习题]]

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===== 章节概述 =====

本章介绍计算机的发展历程，从早期计算工具到现代电子计算机的演变过程。通过本章学习，了解计算机发展的各个阶段、重要里程碑事件以及未来发展趋势。

**本章重点**：
  - 早期计算工具的原理
  - 电子计算机的诞生背景
  - 计算机发展的四个阶段
  - 冯·诺依曼体系结构

**本章难点**：
  - 各代计算机的技术特点对比

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===== 1.1 计算机的起源 =====

====== 1.1.1 早期计算工具 ======

**算筹**：中国古代最早的计算工具之一，起源于春秋战国时期。

**算盘**：在算筹基础上发展而来，采用上二下五的珠算结构。

<code>
算盘结构示意图：

上珠（每个代表5）
  ○  ○  ○  ○  ○
  │  │  │  │  │
==================== 横梁
  │  │  │  │  │
  ○  ○  ○  ○  ○  下珠（每个代表1）
  ○  ○  ○  ○  ○
  ○  ○  ○  ○  ○
</code>

**纳皮尔骨筹**（1617年）：苏格兰数学家约翰·纳皮尔发明的乘法计算工具。

**计算尺**（1622年）：广泛应用于工程和科学计算，直到20世纪70年代。

====== 1.1.2 机械计算机时代 ======

**帕斯卡计算器**（1642年）：法国数学家布莱兹·帕斯卡发明，可以进行加减运算。

**莱布尼茨轮**（1673年）：德国数学家莱布尼茨发明，可以进行乘除运算。

**差分机和分析机**（1830年代）：英国数学家查尔斯·巴贝奇设计，分析机包含了存储、运算、控制等现代计算机的基本组成部分。

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===== 1.2 电子计算机的诞生 ======

====== 1.2.1 第一台电子计算机 ======

**ABC计算机**（1939-1942年）：阿塔纳索夫-贝瑞计算机，使用了二进制和电子管。

**ENIAC**（1945年）：第一台通用电子数字计算机。

<code>
ENIAC技术参数：
  - 电子管数量：17,468个
  - 重量：30吨
  - 占地面积：167平方米
  - 功耗：150千瓦
  - 运算速度：每秒5,000次加法
</code>

====== 1.2.2 存储程序概念 ======

**冯·诺依曼体系结构**（1945年）：
  - 计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部件组成
  - 指令和数据以同等地位存放在存储器中
  - 指令由操作码和地址码组成

<code>
冯·诺依曼体系结构：

    ┌─────────────┐
    │   输入设备   │
    └──────┬──────┘
           ↓
┌─────────────────────────────┐
│      存储器（程序+数据）       │
└─────────────┬───────────────┘
              ↓
    ┌─────────┴─────────┐
    ↓                   ↓
┌─────────┐       ┌─────────┐
│  运算器  │ ←→    │  控制器  │
└────┬────┘       └────┬────┘
     └────────┬────────┘
              ↓
    ┌─────────┴─────────┐
    │      输出设备      │
    └───────────────────┘
</code>

冯·诺依曼体系结构典型设备

📥 输入设备
  - **键盘** - 最基础的字符输入设备
  - **鼠标** - 图形界面指点设备
  - **扫描仪** - 图像/文档输入
  - **摄像头** - 视频输入
  - **麦克风** - 音频输入
  - **磁盘/硬盘** - 程序和数据的批量输入（既是输入也是存储）

 🧠 存储器（程序 + 数据）
  - **主存（内存）** - RAM（DRAM/SRAM）、ROM
  - **辅存（外存）** - 硬盘、SSD、U盘、光盘
  - **高速缓存（Cache）** - 位于CPU内部的快速存储

⚡ 运算器（ALU - 算术逻辑单元）
  - 位于 **CPU内部**
  - 负责算术运算（加减乘除）和逻辑运算（与或非）
  - 配合**累加器（ACC）**、**寄存器组**工作

 🎮 控制器
  - 位于 **CPU内部**
  - **程序计数器（PC）** - 存放下一条指令地址
  - **指令寄存器（IR）** - 存放当前执行指令
  - **控制单元（CU）** - 产生控制信号

 📤 输出设备
  - **显示器** - 图形/文字输出
  - **打印机** - 纸质文档输出
  - **扬声器/音箱** - 音频输出
  - **投影仪** - 大屏幕显示
  - **磁盘/硬盘** - 数据持久化保存

💡 关键特点
> 冯·诺依曼结构的核心思想是 **"存储程序"** —— 程序和数据以**同等地位**存放在**同一存储器**中，由控制器按顺序（或按指令指定方式）读取并执行。

现代计算机通常将 **运算器 + 控制器 + Cache** 集成在一个芯片上，称为 **CPU（中央处理器）**。

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===== 1.3 计算机的发展历程 ======

====== 1.3.1 第一代：电子管计算机（1946-1958）====

  - 使用电子管作为逻辑元件
  - 体积庞大、功耗高、可靠性差
  - 使用机器语言编程

====== 1.3.2 第二代：晶体管计算机（1958-1964）====

  - 使用晶体管代替电子管
  - 体积减小、功耗降低、可靠性提高
  - 使用汇编语言和高级语言

====== 1.3.3 第三代：集成电路计算机（1964-1971）====

  - 使用小规模和中规模集成电路
  - 高级语言普及，分时操作系统出现

====== 1.3.4 第四代：大规模集成电路计算机（1971至今）====

  - 使用大规模和超大规模集成电路
  - 微处理器出现，个人计算机诞生
  - 计算机网络和互联网普及

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===== 1.4 练习题 ======

==== 一、选择题 ====

1. 世界上第一台通用电子数字计算机是（  ）

A. ABC    B. ENIAC    C. EDVAC    D. UNIVAC

2. 冯·诺依曼体系结构的核心思想是（  ）

A. 使用电子管    B. 存储程序    C. 使用二进制    D. 以上都是

3. 第二代计算机采用的主要逻辑元件是（  ）

A. 电子管    B. 晶体管    C. 集成电路    D. 大规模集成电路

==== 二、填空题 ====

1. 计算机的发展按照电子器件可分为_______、_______、_______、_______四代。

2. 冯·诺依曼体系结构包括五大部件：_______、_______、_______、_______、_______。

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**参考答案**：

一、选择题：1.B  2.D  3.B

二、填空题：

1. 电子管、晶体管、集成电路、大规模集成电路

2. 运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备
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