[转帖]计算机发展中的一些概念性问题

翔羽 · 发表于 2006-5-30 08:10:57

1. 1 计算机技术的发展 　　1．1．1 计算机发展简史 　　世界公认的第一台通用电子数字计算机是1946年由美国宾夕法尼亚大学莫尔学院的莫奇利和埃克特领导的科研小组建造的，取名为ENIAC（即电子数字积分计算机的英文缩写）。 　　ENIAC计算速度为5000次／秒，每次至多只能存储20个字长为10位的十进制数。计算程序是通过插件式“外接”线路实现的，尚未采用“程序存储”方式。为了在机器上进行几分钟的数字计算，其准备工作要用几小时甚至1—2天的时间，使用很不方便。 　　计算机发展的分代史，通常是以计算机所采用的逻辑元件作为划分时代的标准的。迄今为止，计算机的发展已经历四代，正向新一代计算机过渡。 1．第一代电子计算机（1946～1958年） 　　其主要特征是采用电子管作为基本逻辑元件。存储器早期采用水银延迟线，后期采用磁鼓或磁芯。由于采用电子管，第一代计算机的体积大、耗电多、价格贵，运行速度低，存储容量小，可靠性差。编程语言使用低级语言，即机器语言或汇编语言，几乎没有什么软件配置，主要用于科学计算。尽管如此，这一代计算机却奠定了计算机的技术基础，如：二进制、自动计算和程序设计等，对以后计算机的发展产生了深远的影响。 　　2．第二代电子计算机（1958～1964年） 　　其主要特征是采用晶体管作为逻辑元件。晶体管与电子管相比，具有体积小、寿命长、开关速度快、省电等优点。内存主要采用磁芯存储器，外存开始使用磁盘。 　　这个时期，计算机的软件也有很大发展，各种早期的高级语言（FORTRAN、COBOL、ALGOL等）相继问世，因而在程序设计中降低了程序设计的复杂性。由于采用了晶体管，第二代计算机的体积大大减小，运算速度及可靠性等各项性能大为提高。计算机的应用已由科学计算拓展到数据处理、过程控制等领域。 　3．第三代电子计算机（1964~1974年） 　　其主要特征是采用半导体中小规模集成电路作为逻辑元件，半导体存储器取代了沿用多年的磁芯存储器。这一时期的中、小规模集成电路技术，可将数十个、成百个分离的电子元件集中做在一块硅片上。集成电路体积更小，耗电更省，寿命更长，可靠性更高，这使得第三代计算机的总体性能较之第二代计算机有了大幅度的跃升。计算机系统结构有了很大改进，在商品计算机设计上出现了标准化、通用化、系列化的局面。软件技术也日趋完善，并有了操作系统。此外，计算机的应用进入到许多科学技术领域。 　　4．第四代电子计算机（1974年以后） 　　采用大规模集成电路作为逻辑元件是第四代计算机的主要特征。这个时期是计算机发展最快、技术成果最多、应用空前普及的时期。 　　自进入第四代计算机以来，计算机的硬件与软件技术都获得了惊人的发展。计算机系统向微型化、巨型化、网络化和智能化的方向发展，计算机的系统软件的功能日趋完善，规模越来越大、应用软件的开发日趋简便。多媒体技术的兴起引起计算机应用领域的革命，人们利用声音、符号、图形、图像即可开发计算机的应用。在网络技术的支持下，信息表达工具（电话、电视、终端）、信息处理工具（计算机）和信息传输工具（有线通讯、无线通讯及卫星通讯）已经趋于一体化，为人类方便地处理信息开辟了更广阔的前景。1．1．2 计算机的特点及分类 　　一、计算机的特点 　　计算机之所以发展如此迅速，有如此广泛的应用，主要是由于有以下几个方面的特点： 　　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，通用性强 　　二、计算机的分类 　　电子计算机发展到今天，可谓品种繁多，门类齐全，功能各异，争奇斗妍。通常从三个不同的角度对电子计算机分类。 　　1. 按工作原理分类 　　根据计算机的工作原理可分为： 　　• 电子数字计算机（采用数字技术，处理离散量） 　　• 电子模拟计算机（采用模拟技术，处理连续量） 　　其中，使用得最多的是电子数字计算机，而电子模拟计算机用得很少。由于当今使用的计算机绝大多数都是电子数字计算机，故将其简称为电子计算机。 2．按应用分类 　　根据计算机的用途和适用领域，可分为： 　　• 通用计算机 　　• 专用计算机 　　通用计算机的用途广泛，功能齐全，可适用于各个领域。专用计算机是为某一特定用途设计的计算机。其中，通用计算机数量最大，应用最广。 　　3．按规模分类 　　根据计算机的规模（主要指硬件性能指标及软件配置）大小，可分为： 　　• 巨型机 　　• 大型机 　　• 中型机（在国外也称为主机） 　　• 小型机 　　• 微型机 当今计算机的发展呈现出多极化的趋势，而微型化和巨型化则是其中的两个重要方向。多极化是指巨、大、中、小、微各机种，均在发展，它们在计算机家族中都占有一席之地，拥有各自的应用领域。其中，微型机发展最快，数量最多，应用最普及。 　　以上是计算机的传统分类法，事实上，随着计算机科学技术的发展，各机种之间的界限已不是很分明。例如，大型机与中型机的界限比较模糊，而当今使用的某些超级微型机的功能已超过了当年的中、小型机，甚至可以与大型机匹敌。1．2 计算机系统的组成 　　计算机系统由计算机硬件系统和计算机软件系统两大部分组成。硬件系统和软件系统组成一个完整的系统，是计算机系统中缺一不可的两个方面。其中，硬件是软件的基础，软件是硬件功能的完善和扩充，它们相互依存，相互渗透，相互促进。 　　1．2．1 计算机硬件系统 　　计算机硬件系统实际是由各种物理部件组成的，直观上看，计算机硬件系统就是一大堆物理设备，是看得见、摸得着的那些东西，硬件系统是计算机的物质基础。 　　我们将组成计算机系统的所有电子和机械装置称为硬件（Hardware）。计算机的硬件系统包括计算机的全部硬设备和功能部件。 详细的全文阅读请打开本附件

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翔羽 · 发表于 2006-5-30 08:12:39

程序设计概述 　　2．1 程序设计的基本过程和原则 　　程序设计的基本过程一般由分析所求解的问题、抽象数学模型、选择合适算法、编写程序、调试通过直至得到正确结果等几个阶段所组成。其设计步骤可以分为（书P23）： 　　（1）确定要解决的问题。 　　（2）分析问题，建立数学模型。 　　（3）选择计算方法。 　　（4）确定数据结构和算法。 　　（5）绘制流程图。 　　（6）编写程序。 　　（7）调试程序。 　　（8）整理资料，交付使用。

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翔羽 · 发表于 2006-5-30 08:13:18

程序设计语言简述 　　3．1 高级程序设计语言的实现 　　从程序设计语言的发展可以看到，计算机只能根据机器语言指令来执行程序，高级语言程序必须通过翻译变成机器语言程序，这个工作一般是由翻译程序自动完成的。把一种语言翻译成另一种语言的程序叫做翻译器。把高级语言程序翻译成机器语言程序一般有两种做法：编译和解释，相应的翻译工具也分别叫做编译程序和解释程序。 3．1．1 编译程序的工作原理 　　一个高级语言程序当采用编译程序处理时，输入到编译程序的高级语言源程序经编译后得到目标码程序，但目标代码还不能立即装入机器执行，因为一般情况下它是不够完整的。 　　所以，编译后得到的目标模块还需进行连接。连接程序找出需要连接的外部模块并到模块库中找出被调用的模块，调入内存并连接到目标模块上，形成可执行程序。 　　执行时，把可执行程序加载到内存中合适的位置（此时得到的是内存中的绝对地址），就可执行了。

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翔羽 · 发表于 2006-5-30 08:14:36

程序基本结构 　　前面章节介绍了有关程序设计的基本概念、问题求解过程和常用的程序设计语言的特点及分类等，使大家对程序设计有一个概念性的了解。本章通过介绍一种具体的程序设计语言——C语言，说明如何用C语言编写简单的程序，求解简单的问题，从而引导大家更深入、更具体的理解程序设计的概念。 　　C语言是计算机软件开发领域中最流行的程序设计语言之一，它具有丰富的数据类型、灵活方便的多种运算符、新颖的控制流程和数据结构，以及简洁的表达式。它的处理能力强、运算速度快、目标效率高，具有完善的结构化、模块化程序结构，在软件开发领域深受人们的重视。 　　本章介绍C语言的最基本部分，主要内容包括C语言的基本组成、数据类型、运算符及表达式、流程控制语句及函数。

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翔羽 · 发表于 2006-5-30 08:14:58

数据结构基础概念 　　本章我们将介绍有关数据结构的基础知识，要求大家熟悉数据结构中常用的名词、术语，掌握基本概念，分清逻辑结构和存储结构的性质；了解线性表的逻辑结构特性及其在计算机中的表示。 　　掌握线性表的顺序存储结构及其插入和删除操作的基本思想；掌握栈和队列的特点，能根据实际问题正确地选用它们，掌握栈满、栈空、队满、队空的判别方法；熟悉树型结构的描述方法，了解图的术语和概念。 　　5．1 数据结构基本概念 　　1．数据结构是怎样产生的？ 　　我们知道计算机已经不仅仅是用于科学计算了，早期的计算机确实主要用于数值处理，用于科学计算，随着计算机技术的飞速发展，计算机的应用范围不断扩大，已不再局限于单纯的数值计算，更多地应用于控制、管理及数据处理等非数值计算的处理工作。 　　非数值型的问题在我们日常生活中是非常多的，也需要我们使用计算机来处理这些非数值问题。 　　例如：在城市交通运输中，从A点到B点有很多条道路，每条道路的长度不同，拥挤程度不同，我们要选择一条最快的线路到达目的地，该如何选择？再比如：图书馆有成千上万的图书资料，我们该如何进行管理才能使我们可以快速查找到需要的资料。 　　北京市有上千万的人口，我们应该怎样保存这些人口的资料信息，才能使我们可以快速查找到所需要查找的人。 　　象这样的问题都是典型的非数值问题。 　　要用计算机处理这些非数值问题，就为我们提出了一个课题：如何在计算机内部描述这些非数值问题，采用什么样的算法可以快速、有效地完成问题的求解。随着计算机技术的发展，于是就产生了数据结构。 　　进一步，对于不同的处理对象，要想设计出高质量的程序，就必须研究，如何组织数据和处理数据，根据问题的要求及数据元素之间的特性，确定相应的存储结构和算法，这些都是数据结构研究的内容。　　我们可以通过下面的例子来认识数据结构。 　　电话是我们通讯联络必不可少的工具。如何用计算机来实现自动查询电话号码呢？要求对于给定的任意姓名，如果该人有电话号码，则迅速给出电话号码，否则，给出查找不到该人电话号码的信息。 　　对于这样的问题，我们可以按照客户向电信局申请电话号码的先后次序建立电话号码表，存储到计算机中。在这种情况下，由于电话号码表是没有任何规律的，查找时只能从第一个号码开始逐一进行，这样的逐一按顺序进行查找效率非常低。为了提高查询的效率，我们可以根据每个用户姓名的第一个拼音字母，按照26个英文字母的顺序进行排列，这样根据姓名的第一个字母就可以迅速地进行查找，从而极大地减少了查找所需的时间。进一步，我们可以按照用户的中文姓名的汉语拼音顺序进行排序，这样就可以进一步提高查询效率了。　　在上述例子中，我们感兴趣的是如何提高查找效率。为了解决这个问题，就必须了解待处理对象之间的关系，以及如何存储和表示这些数据。 　　在电话号码查询的例子中，每一个电话号码就是一个要处理的数据对象，我们也称为数据元素，在数据结构中为了抽象地表示不同的数据元素，为了研究对于具有相同性质的数据元素的共同特点和操作，我们将数据元素又称为数据结点，简称为结点。 　　电话号码经过处理，按照拼音排好了顺序，每个电话号码之间的先后次序就是数据元素之间的关系。 　　数据结构就是研究这类非数值处理的程序设计问题。　　2．数据结构研究什么内容？ 　　数据结构一般包含三个方面的内容：数据的逻辑结构、数据的存储结构和数据的运算。 　　• 数据的逻辑结构是指数据元素之间的逻辑关系，与数据的在计算机内部是如何存储无关，数据的逻辑结构独立于计算机。 　　例如在城市交通中，两个地点之间就存在一种逻辑关系，两个地点之间的逻辑关系分为三种：第一种是：两个地点之间有公共汽车可以直达；第二种是：两个地点之间没有公共汽车可以直达，但可以通过中途换乘其他公共汽车而到达；第三种逻辑关系就是：两个地点之间没有公共汽车可以达到。 　　又如在电话号码本中，电话号码如何进行分类，按照什么顺序进行排列等都是数据之间的逻辑关系。　　• 数据的存储结构是指数据元素在计算机存储设备中的存储方式，可以用顺序存储方式，也可以用链式存储方式。 　　例如在城市交通的例子中，我们就要研究如何在计算机中表示1个地点，任何在计算机中表示两个地点之间存在一条公共汽车线路，该线路有多长等。 　　又如对于电话号码资料信息在计算机中如何保存，如何表示资料的分类，如何表示排好顺序的电话号码之间的先后次序关系。 　　• 数据的运算主要包括：插入、删除、检索和排序等与问题相关的处理。 　　例如在城市交通问题中，我们就要设计求两点之间最短线路的算法，要能够判断从城市的任一点出发乘坐公共汽车是否可以达到城市的任何地方。 　　在电话号码问题中，我们就要设计如何插入一个新的电话号码信息，如何删除一个作废的电话号码信息，如何对电话号码进行快速整理排序，如何高效快速查找资料等算法。 　　为了进一步研究数据的逻辑结构，我们可以将数据的逻辑结构分为线性结构和非线性结构两大类。 　　线性结构包括：线性表、栈和队列等。其主要特征为各个数据之间有明确的、唯一的“先后”顺序。在现实生活中具有线性结构的实例非常多，例如我们在日常生活中的排队购物，队列中的每个人都有一个明确先后次序关系。 　非线性结构包括树和图型结构。 　　树型结构的主要特征是结点之间存在着一种层次的关系，每一个结点对应着下一层的多个结点，也就是说，数据元素之间的关系是“一对多”的关系。例如：我们一所学校下面有好几个系，每个系下面有好多班，每个班下面有好多学生。我们说：学校—系—班—学生，每一层之间都是一个一对多的关系，这就是一个典型的树型结构。 　　而在图型结构中，任何两个结点之间都可能存在着联系，数据元素之间存在着多对多的关系。典型的图型结构就是城市交通。如果城市中有单行线路，则从城市中的一个地点A出发，可以到达N个不同的地方，从城市的M个不同的地方出发又可以到达地点A。城市交通就是一个典型的“多对多”的图型结构。 　　数据结构通常具有下列一些基本操作： 　　1．插入：在数据结构的指定位置上添加一个新结点。 　　2．删除：删去数据结构中指定位置的结点。 　　3．更新：修改数据结构中某个结点的值。 　　4．查找：在数据结构中寻找满足指定条件的结点及其位置。 　　5．排序：按照指定的顺序，使结点重新排列。

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翔羽 · 发表于 2006-5-30 08:15:38

算法和问题求解<span style="FONT-SIZE: 11pt; COLOR: black; FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: ˎ̥; mso-hansi-font-family: ˎ̥; mso-bidi-font-family: 'Times New Roman'; mso-font-kerning: 1.0pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA;">　　本章我们来学习算法的基本概念。首先我们要了解算法，掌握算法的描述方法，进一步我们要学习算法的三种基本结构，然后要了解常见的、典型的算法，并要学习如何设计自己的简单算法。　<span lang="EN-US" style="FONT-SIZE: 11pt; COLOR: black; FONT-FAMILY: ˎ̥; mso-bidi-font-family: 'Times New Roman'; mso-fareast-font-family: 宋体; mso-font-kerning: 1.0pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA;"> <span style="FONT-SIZE: 11pt; COLOR: black; FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: ˎ̥; mso-hansi-font-family: ˎ̥; mso-font-kerning: 1.0pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA;">　　<span lang="EN-US" style="FONT-SIZE: 11pt; COLOR: black; FONT-FAMILY: ˎ̥; mso-fareast-font-family: 宋体; mso-font-kerning: 1.0pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA;">6<span style="FONT-SIZE: 11pt; COLOR: black; FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: ˎ̥; mso-hansi-font-family: ˎ̥; mso-font-kerning: 1.0pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA;">．<span lang="EN-US" style="FONT-SIZE: 11pt; COLOR: black; FONT-FAMILY: ˎ̥; mso-fareast-font-family: 宋体; mso-font-kerning: 1.0pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA;">1 <span style="FONT-SIZE: 11pt; COLOR: black; FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: ˎ̥; mso-hansi-font-family: ˎ̥; mso-font-kerning: 1.0pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA;">算法的描述方法<span lang="EN-US" style="FONT-SIZE: 11pt; COLOR: black; FONT-FAMILY: ˎ̥; mso-bidi-font-family: 'Times New Roman'; mso-fareast-font-family: 宋体; mso-font-kerning: 1.0pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA;"> <span style="FONT-SIZE: 11pt; COLOR: black; FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: ˎ̥; mso-hansi-font-family: ˎ̥; mso-bidi-font-family: 'Times New Roman'; mso-font-kerning: 1.0pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA;">　　<span lang="EN-US" style="FONT-SIZE: 11pt; COLOR: black; FONT-FAMILY: ˎ̥; mso-bidi-font-family: 'Times New Roman'; mso-fareast-font-family: 宋体; mso-font-kerning: 1.0pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA;">1<span style="FONT-SIZE: 11pt; COLOR: black; FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: ˎ̥; mso-hansi-font-family: ˎ̥; mso-bidi-font-family: 'Times New Roman'; mso-font-kerning: 1.0pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA;">．用自然语言表达<span lang="EN-US" style="FONT-SIZE: 11pt; COLOR: black; FONT-FAMILY: ˎ̥; mso-bidi-font-family: 'Times New Roman'; mso-fareast-font-family: 宋体; mso-font-kerning: 1.0pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA;"> <span style="FONT-SIZE: 11pt; COLOR: black; FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: ˎ̥; mso-hansi-font-family: ˎ̥; mso-bidi-font-family: 'Times New Roman'; mso-font-kerning: 1.0pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA;">　　所谓的<span lang="EN-US" style="FONT-SIZE: 11pt; COLOR: black; FONT-FAMILY: ˎ̥; mso-bidi-font-family: 'Times New Roman'; mso-fareast-font-family: 宋体; mso-font-kerning: 1.0pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA;">“<span style="FONT-SIZE: 11pt; COLOR: black; FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: ˎ̥; mso-hansi-font-family: ˎ̥; mso-bidi-font-family: 'Times New Roman'; mso-font-kerning: 1.0pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA;">自然语言<span lang="EN-US" style="FONT-SIZE: 11pt; COLOR: black; FONT-FAMILY: ˎ̥; mso-bidi-font-family: 'Times New Roman'; mso-fareast-font-family: 宋体; mso-font-kerning: 1.0pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA;">”<span style="FONT-SIZE: 11pt; COLOR: black; FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: ˎ̥; mso-hansi-font-family: ˎ̥; mso-bidi-font-family: 'Times New Roman'; mso-font-kerning: 1.0pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA;">指的是日常生活中使用的语言，如汉语、英语或数学语言。

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