• 1.1 计算机的起源
• 1.2 电子计算机的诞生
• 1.3 计算机的发展历程
• 1.4 练习题

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：

1. 早期计算工具的原理
2. 电子计算机的诞生背景
3. 计算机发展的四个阶段
4. 冯·诺依曼体系结构

本章难点：

1. 各代计算机的技术特点对比

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。

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。

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

冯·诺依曼体系结构（1945年）：

1. 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
2. 指令和数据以同等地位存放在存储器中
3. 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

1. 键盘 - 最基础的字符输入设备
2. 鼠标 - 图形界面指点设备
3. 扫描仪 - 图像/文档输入
4. 摄像头 - 视频输入
5. 麦克风 - 音频输入
6. 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）

1. 主存（内存） - RAM（DRAM/SRAM）、ROM
2. 辅存（外存） - 硬盘、SSD、U盘、光盘
3. 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）

1. 位于 CPU内部
2. 负责算术运算（加减乘除）和逻辑运算（与或非）
3. 配合累加器（ACC）、寄存器组工作

🎮 控制器

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

📤 输出设备

1. 显示器 - 图形/文字输出
2. 打印机 - 纸质文档输出
3. 扬声器/音箱 - 音频输出
4. 投影仪 - 大屏幕显示
5. 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）。

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

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

1. 使用小规模和中规模集成电路
2. 高级语言普及，分时操作系统出现

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

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

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：_、_、_、_、___。

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