====== 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。
算盘结构示意图：
上珠（每个代表5）
○ ○ ○ ○ ○
│ │ │ │ │
==================== 横梁
│ │ │ │ │
○ ○ ○ ○ ○ 下珠（每个代表1）
○ ○ ○ ○ ○
○ ○ ○ ○ ○
**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。
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
====== 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
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 │
└───────────────────┘
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