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你了解电子数字计算机的发展吗？人类是如何应用计算机技术的？

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电子计算机是一种能自动地进行高速运算、信息处理和检测控制的电子装置。平常所说的电子计算机，一般是指数字式电子计算机，亦称电子数字计算机。它的特点是以数字形式的量值在机器内部进行操作运算；整个工作过程按人们安排好的步骤自动进行，不需要人直接参与计算过程；计算速度快而且精度高并具有很强的“记忆 ”能力和逻辑判断能力，因面它能模拟人的大脑的一些功能。电子数字计算机功能多，适应性好，应用广泛，远远超过其他各种机械式及电子式的机器。

大型计算机

计算工具的发展经历了漫长的过程。在原始时代，人类生活简单，生产力低下，无需进行计算。随着社会的进步，文化的发展，数值计算问题才逐步提到日程上来。不过早期的计算量小，方法也简单，用纸和笔作工具，依靠人脑和手就能进行。后来由于生产技术的不断提高，计算工作量日趋繁重，为了适应需要，人们便创造了各种计算工具。我国古代就有种种记数和计算器，为其他各国所未见。公元前二、三世纪，算筹的运用已达到相当纯熟的地步；唐朝中叶以后就创造了算盘，而且以其构造简单、价格低廉、计算迅速等优点，受到人们的欢迎，至今盛行不衰。十七世纪以后，欧洲又相继出现了计算尺、手摇计算机和电动计算机等。对一般的计算问题，这些工具足可应付。

我国的电子计算机机房

随着近代大工业生产技术、现代尖端科学技术（如原子物理、宇宙航行、飞机制造、导弹发射等）的发展，特别是第二次世界大战中迅速发展起来的军事技术，提出了大量复杂的计算问题，而且要求快速、精确地算出结果。这样一来，当时的计算工具便远远不能满足需要。到了二十世纪四十年代，由于电子器件、脉冲技术、自动控制技术的发展，为计算工具的进一步改革提供了条件。于是，在一九四六年，世界上第一台电子数字计算机在美国问世了。这台机器命名为“电子数值积分器和计数器 ”，简称 ENIAC，它是为解决复杂的弹道计算而研制的。ENIAC使用了18000多只电子管，重30吨体积为90立方米，占地170平方米，耗电量150千瓦，加法运算速度每秒5000次。

大型计算机

现在看来， ENIAC显然水平不高，但是，由于它采用了电子器件，用电信号代表数码，用电信号控制运算，克服了机械惯性，使其运算速度有了惊人的提高，显示了电子计算机的巨大威力，给电子计算机的发展展现了广阔的前景。所以人们普遍认为，电子计算机的出现，是二十世纪科学技术的卓越成就之一，有力地推动了生产、科学技术及文化事业的发展。三十多年来，计算机技术的发展极为迅速就计算速度面言，已由500次/秒发展到几亿次/秒。一九七三年美国伊里诺斯大学研制成功的 ILLIACIV巨型机 ，速度达一亿五千万次/秒。计算速度的提高在很大程度上是靠器件的改进来实现的。纵观计算机的发展历史，就器件而论，已经历了如下所述的四代更新。

大型计算机的机房

第一代是电子管计算机，大致经历了十年，当时主要应用于科学计算一九五八年，开始用晶体管取代电子管，使电子计算机进入了第二代。这代机器，体积大为缩小，耗电量大幅度下降，稳定可靠性大大提高，速度可达每秒几十万次。应用范围推广到数据处理，并开始用于过程控制。采用集成电路的计算机被称为第三代计算机，是从一九六四年IBM360系列问世开始的在发展大型机的同时，小型，超小型机也飞速发展起来。机种多样化，系列化，广泛应用于科学计算、数据处理和工业控制各个领域。计算机的第四代是指全面采用大规模集成电路的时代。

大型计算机的机房

第四代计算机在软件与硬件方面将有更多的结合，在应用方面则出现了多机结合，形成综合信息处理网络，进入了以网络为特征的时代。人们预见，研究具有摹仿人的思维和学习能力的智能机将是今后发展的方向。自从进入六十年代以来，计算机明显地呈现出向两极发展的趋势：大型、巨型机的发展突飞猛进，小型、微型机也如同雨后春笋，迅速发展起来。大型、巨型机以容量大，速度高及系统复杂庞大为其特点，适用于军事部门、计算中心及尖端技术领域中。小型机最早出现于六十年代中期（从美国生产的PDP-8系列 开始，一般性能可满足工业控制和数据处理的需要。小型机也逐渐呈现出向高档和低档两极分化：低档机趋于微型化，向微型机靠拢；高档机则向多功能、复杂化发展，逐步采用大型机的一些先进技术。目前，国际上小型机占有相当的地位。

大型计算机的机房

微型机是一九七一年出现的，它是大规模集成电路的产物。它比小型机小得多，结构与传统的计算机相似。优越之处是：它的中央处理机（也称微处理器或微处理机） 是由一片或几片大规模集成电路所组成的。微处理机加上其它部件，如脉冲发生器、存贮器及设备接口电路等便构成微型计算机。微型机目前国外已有几百个品种，产品已系列化，其功能已达到或接近于小型机的水平，是很有前途的机种之一。计算机事业在我国还属新兴事业，仅有二十多年的历史一九五八年，我国研制成功第一台电子管计算机，一九六四年又研制成晶体管计算机速度7万次/秒一九七零年以后制造了第三代计算机，七十年代末又研制成微型计算机目前我国大、中、小及微型机都已批量生产。小型机产量最多，功能较强，性能也比较稳定可靠。为适应我国国民经济发展的需要，我们还要大力发展计算机事业，提高研制水平，扩大生产能力，尤其要加强应用方面的研究，以便推广和普及。

微型计算机

电子计算机经三十多年的发展，功能不断增强，应用范围越来越广，已深入到国民经济的各个领域。（1）科学计算在现代科学技术中，有大量繁杂的数值计算问题，必须靠计算机帮助解决。如以往的化学是一门经验科学，研究材料药物等许多工作都凭经验摸索。随着量子化学的推广和应用，人们能根据理论计算去“计 ”新材料，新药物，这叫“分子设计 ”对于一个含25个碳、14个氢，4个氮、7个氧的分子进行量子化学计算，就要一百亿个积分计算，这类新奇的化学实验不能用化学试剂，而要用微观结构参数，不使用计算机是无法进行的。

老一代电子计算机

近年来，计算机应用于数学，解决数学难题，突出的例子是“四色问题 ”。人们知道，绘制地图要用不同的颜色区分国家。早在十九世纪四十年代和五十年代，德国、英国都有人提出：为什么绘制任何一张地图，至少用四种颜色就够了呢？这就是被后人们视为著名的“四色问题 ”。一百多年来，许多学者花费了巨大精力去证明它都没有成功。直到1976年，美国伊里诺斯大学的阿沛尔和黑肯用高速计算机作了二百亿个逻辑判断，证明了上千个引理，花了1200个小时才攻克了它。这一成果使很多人大为震惊。

计算机应用示意图

它的意义不仅在于解决“四色问题 ”本身，更重要的是使人们看到理论问题的证明可以机械化它能将数学家从冗长繁琐的证明中解放出来，去从事更富有创造性的劳动开辟了人和机器合作解决理论问题的途径。计算机参与气象预报工作是较早的应用项目之一。天气预报是个时间性很强的工作，用计算机能算得准确，报得及时（2）数据处理会计、统计、试验数据的整理工作，数据量庞大，计算却很简单。整理出的数据，常常要列出表格或绘出图形，作为文件存贮或分析的依据，这类性质的工作就叫数据处理。计算机应用数据处理，在世界上占最大的比重。

计算机应用数据处理

计算机用于企业管理是数据处理的典型之一现代化企业的资源之一是信息。计算机能把企业生产活动中的各种信息，如资金、人力、物力、生产、销售和库存等信息进行收集、存贮和处理，并能进行生产调度，安排生产计划，从而可缩短生产周期，加速资金周转，提高生产效率和经济效益。计算机用于地质勘探，也是进行数据处理。

计算机应用数据处理

（3）工业控制与尖端科学计算机应用于工业控制较为普遍。计算机可以控制一台或数台机床，也可控制一个生产工段或整个工厂计算机能分配机床之间的零件加工工序，选择合理的加工规范；同时，计算机还能承担设计、计算等工作，可建立综合自动化系统。在尖端科学技术方面，计算机的地位显得尤为重要，其高速工作的特点在这里得到了充分的发挥。人造地球卫星及洲际导弹的飞行速度极快，要想掌握它们的飞行情况，只有用计算机及时算出它们的运行轨迹，以便跟踪才能做到。在现代国防上，没有速度是谈不上自卫的。

计算机控制系统

1981年美国哥伦比亚号航天飞机的飞行成功，就是通过一个航天史上最大的机上和地面计算机群进行控制的。除以上介绍的几个主要方面外，计算机还用于数据通讯、辅助设计，辅助教学及医学上的临床诊断。当代计算机用于医疗诊断方面的辉煌成就是CT技术。普通的X射线能有效地透视骨情况，但拍摄内脏器官的照片就模糊不清。采用CT扫描机进行检查，是通过X射线光束对人体某一截面从不同角度多次扫描，由计算机接收、存贮某截面上的投影讯号，并作快速准确地计算处理，使人体各部位的横断面在几秒钟内就展现在电视荧光屏上，一目了然。同时还避免了外科检查给病人带来的痛苦和伤害CT技术是继X射线之后，医学物理上的最大发明。

计算机CT技术

电子计算机系统可分两大部分：一为机器系统，就是通常人们所说的硬件或称硬设备，是构成计算机的元器件、部件和设备等二为程序系统，就是人们常说的软件或称软设备是管理机器和使用机器的智能部分，其中包括系统软件、应用软件、程序设计语言等。两者间的关系，可打个通俗的比方，硬件相当于钢琴，软件相当于乐谱，有谱无琴发不出声音，有琴无谱也弹不出优美动听的曲调。两者相辅相成，给合为一体，方可活跃在人类社会的各个领域，展示才能，成为人类实践活动的得力助手。一台计算机主要由运算器、存贮器、控制器和外部设备四大部件组成。

计算机体系结构

（1）运算器是运算部件，类似于算盘。它能进行加、减、乘、除四则运算，也能对数据进行比较、移位等逻辑运算。运算过程中受控制器统一指挥，不断得到存贮器提供的数据，并将运算结果送回存贮器保存。（2）存贮器是记忆部件。它相当于人的大脑能记忆信息。当使用时，可根据需要把记忆的内容取出来（但不破坏原记忆的内容）不需要的内容还可抹去，再记忆新的内容。存贮器中存有数据和程序。它将不断地向控制器输送指令以供分析，决定机器作什么操作。同时在控制器控制下将所需数据送往运算器参加运算，并接收运算器送来的运算结果，加以存贮。

计算机硬盘存贮器

（3）控制器是全机的指挥机关，相当于人的中枢神经系统。计算机的工作就是执行程序，控制器就是通过程序控制全机协调工作的。以上介绍的运算器、存贮器、控制器三者的组合体称为主机中的运算器和控制器称为中央处理机（英文缩写CPU）。（4）外部设备包括输入、输出设备和外存贮器。输入设备的任务是将程序和数据输入至内存贮器中输出设备的任务是把运算结果记录或显示出来。外存贮器是为扩大计算机存贮容量而设置的。目前主要有磁带、磁鼓和磁盘，其特点是存贮容量大。它可与内存贮器成批地交换信息。除了以上介绍的四大部分以外，一般计算机还设有控制台，小机器则设控制面板，功能基本相似，它是通过人工操作来控制机器的装置。

计算机输入设备键盘

用计算机算题，大体可分两步：第一，上机前的准备工作编制程序。在解题之前，人们要根据题目内容规划算法，将此算法分解成机器所能执行的基本操作，再按机器所能识别的一定格式编制好整个计算步骤，通常叫编制程序。第二，输入程序，启动机器执行程序。这一步骤是将编制好的程序和原始数据通过输入设备送入内存贮器中，然后启动机器工作，计算机就按编排好的程序步骤一步步地执行程序，直到算出结果，通过输出设备将结果输出。下面通过具体例题，来进一步说明计算机的工作过程。

计算机运算内部执行图

例计算（a＋bc）/d，（a，b，c，d）代表数据人工计算这个题目，首先是通过眼睛把题目输入给大脑，大脑依据算法规则知道：先算括号内，后算括号外；括号内先算乘，后算加；最后算除。于是计算步骤为：计算bc，计算a＋bc，计算（a＋bc）/d，那么计算机如何计算呢？可以说，与人的计算过程大体相同，只是把大脑的计算步骤转化成机器所能识别的程序。上述计算步骤可归纳为：取数（取b）；乘法b×c；加法a＋bc；除法（a＋bc）/d；存贮结果；将结果（a＋bc）/d打印输出。这就是计算机进行计算的计算程序。其中每一步骤叫做一条指令。如取数指令、乘法指令、加法指令、存贮、打印指令等等。下面给出计算机的工作过程。首先，在计算机的控制器控制下，将原始数据a，bc，d及上述计算程序通过输入设备输入到内存贮器（以下简称内存）保存起来。

计算机程序执行流程图

然后，按照程序安排，启动机器执行程序：（1）控制器首先将“取数（取b）指令 ”由内存取到控制器，在“取数指令 ”作用下将数据b取到运算器来。（2）控制器将“乘法指令 ”由内存取到控制器，在该指令作用下将数据c取到运算器，并在运算器中实现乘法运算（计算bc），且保存结果。（3）控制器再将“加法指令 ”由内存取到控制器，在该指令作用下将a取到运算器，并实现a＋bc的加法运算且保存结果。（4）控制器将“除法指令 ”由内存取到控制器，在该指令作用下，将d取到运算器作除法运算，计算（a＋bc）＋d，并保存结果（5）控制器再将“存数指令 ”由内存取到控制器在存数指令作用下，将运算结果（a＋bc）d存入内存中。（6）最后，控制器将“输出指令 ”由内存取到控制器，在此指令作用下将运算结果打印输出。运算到此结束。

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应用数字电子技术的优势

1.1、传输安全性好

　　在如今的开放性网络环境中, 如何保证信息在传递过程中的安全可靠是很重要的问题。而在通信网络应用了数字电子技术后, 信息的数字化处理使得原本复杂的加密解密操作变得简单可靠, 大大提升了通信网络的安全性, 这在目前的网络环境中是十分实用的一个方面。

　　1.2、抗干扰性能强

　　在信号安全有保障的前提下, 通信网络还有很重要的一个职能就是让信号准确无误的传输到接收者处, 这就要求信号具备较强的抗干扰能力。数字电子技术在数据处理上具备明显的离散性特征, 因此数字信号受外界的干扰较小, 由此实现了信号的长途运输, 有效的避免了信号在传输过程中受到干扰导致信号传输不完整、错误或者直接失败的现象。因此在通信网络中应用数字电子技术使得信号传输具有很强的抗干扰能力。

　　1.3、设备集成化

　　数字电子技术的应用, 实现了信息传输、交换、存储的便捷性。这样一来, 硬件设施将得到很好的优化, 大幅减少了信息容量和设备运行功率, 实现了硬件的集成化, 有效的减少了空间占用。