Unit1计算机与计算机科学

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1、第一单元 课文A:计算机概览 ー、引言 计算机是ー种电子设备,它能接收ー套指令或ー个程序,然后通过对数值数据进 行运算或者对其他形式的信息进行处理来执行该程序。 如果没有计算机的发展,现代的高科技世界是不可能产生的。在整个社会,不同 型号和不同大小的计算机被用于存储和处理各种数据,从政府保密文件、银行交 易到私人家庭账目。计算机通过自动化技术开辟了制造业的新纪元,而且它们也 增强了现代通信系统的性能。在几乎每ー个研究和应用技术领域,从构建宇宙模 型到产生明天的气象报告,计算机无不是必要的工具,并且它们的应用本身就开 辟了人们推测的新领域。数据库服务和计算机网络使各种各样的信息源可供使用

2、。 同样的先进技术也使侵犯个人隐私和商业秘密成为可能。计算机犯罪已经成为作 为现代技术代价组成部分的许多风险之ー。 二、历史 第一台加法机,数字计算机的先驱,是1642年由法国科学家、数学家兼哲学家布 莱斯?帕斯卡设计的。这个装置使用了一系列有!0个齿的轮子,每个齿代表从〇 到9的ー个数字。轮子互相连接,从而通过按照正确的齿数向前移动轮子,就可 以将数字彼此相加。在17世纪70年代,德国哲学家兼数学家戈特弗里德?威廉? 莱布尼兹对这台机器进行了改良,设计了一台也能做乘法的机器。 法国发明家约瑟夫ー玛丽?雅卡尔,在设计自动织机时,使用了穿孔的薄木板来控 制复杂图案的编织。在19世纪80年代

3、期间,美国统计学家赫尔曼?何勒里斯,想 出了使用类似雅卡尔的木板那样的穿孔卡片来处理数据的主义。通过使用ー种将 穿孔卡片从电触点上移过的系统,他得以为1890年的美国人口普查汇编统计信息。 1、分析机 也是在19世纪,英国数学家兼发明家查尔斯?巴比奇,提出了现代数字计算机的 原理。他构想出旨在处理复杂数学题的若干机器,如差分机。许多历史学家认为 巴比奇及其合伙人,数学家奥古斯塔?埃达?拜伦,是现代数字计算机的真正先驱。 巴比奇的设计之一,分析机,具有现代计算机的许多特征。它有一个以一叠穿孔 卡片的形式存在的输入流、ー个储存数据的“仓库”、ー个进行算术运算的“工厂” 和一个产生永久纪录的打印

4、机。巴比奇未能将这个想法付诸实践,尽管在那个时 代它在技术上很可能是可行的。 2、早期的计算机 模拟计算机是在19世纪末期开始制造的。早期型号是靠转动的轴和齿轮来进行计 算的。用任何其他方法都难以解答的方程,可以用这样的机器来求其近似数值。 开尔文勋爵制造了一台机械潮汐预报器,这实际上就是一台专用模拟计算机。第 一次和第二次世界大战期间,机械模拟计算系统以及后来的电动模拟计算系统, 被用作潜艇上的鱼雷航线预测器和飞机上的轰炸瞄准具的控制器。人们还设计了 另ー个系统,用于预测密西西比河流域春天的洪水。 3、电子计算机 第二次世界大战期间,以伦敦北面的布莱切利公园为工作地点的ー组科学家和数

5、 学家,制造了最早的全电子数字计算机之一:“巨人”。到1943年12月,这个包 含了 1500个真空管的“巨人”开始运转了。它被以艾伦?图灵为首的小组用于破 译德国用恩尼格码加密的无线电报,他们的尝试大部分是成功的。 除此而外,在美国,约翰?阿塔纳索夫和克利福德?贝里早在1939年就在艾奥瓦州 立学院制造了一台原型电子机。这台原型机和后来的研究工作都是悄悄完成的, 而且后来因1945年电子数字积分计算机（ENI AC）的研制而显得相形见细。ENI AC 计算机被授予了专利。但是,数十年后,在1973年,当该机被揭露吸收了在阿塔 纳索夫ー贝里计算机中首次使用的原理后,这项专利被废除。 ENI

6、AC计算机（见图1A-1 ）含有18,000个真空管,具有每分钟几百次的运算速 度,但是最初程序是通过导线传送到处理器内的,必须由人工更改。根据美籍匈 牙利数学家约翰?冯?诺伊曼的想法,后来制造的机器带有一个程序存储器。指令 像数据ー样存储在“存储器”中,使计算机在执行过程中摆脱了纸带阅读器的速 度限制,并使问题在不给计算机重新接线的情况下得以解决。 20世纪50年代末,晶体管在计算机中的应用,标志着比真空管机器更小、更快、 更通用的逻辑元件的出现。由于晶体管使用的功率小得多,寿命也长得多,仅这 项发展本身就导致了被称之为第二代计算机的改良机器的产生。元件变小了,元 件的间距也变小了,而且系

7、统的制造成本也变得低得多。 4、集成电路 20世纪60年代末,集成电路得到采用,从而有可能将许多晶体管制作在ー块硅衬 底上,集体管之间以覆镀固定的导线相连接。集成电路导致价格、尺寸和故障率 的进ー步降低。20世纪70年代中期,随着大规模集成电路和后来的超大规模集成 电路（微芯片）的采用,成千上万个彼此相连的晶体管被蚀刻在ー块硅衬底上, 于是微处理器成为现实。 那么,再回过头来看看现代计算机处理开关值的能力:20世纪70年代的计算机ー 般一次能够处理8个开关值。也就是说,在每个循环中,它们能处理8个二进制 数字或比特的数据。8个比特为ー组,称为ー个字节;每个字节包含着256个开与 关（或。

8、与1）的可能模式。每个模式相当于一条指令、一条指令的一部分或者ー 个特定的数据类型,如ー个数字、ー个字符或者ー个图形符号。例如,11010010 这个模式可能是二进制数据ーー在这种情况下,代表210这个十进制数字ーー或 者它可能是一条指令,告诉计算机将存储在其交换设备中的数据与存储在存储芯 片某个位置的数据进行比较。 一次能处理16、32和64比特数据的处理器的研制,提高了计算机的速度。一台 计算机能够处理的全部可识别模式ーー操作总清单ーー被称为其指令集。随着现 代数字计算机的不断发展,这两个因素ーー能够同时处理的比特数和指令集的大 d 在继续增长。 三、硬件 不论尺寸大小,现代数字计算

9、机在概念上都是类似的。然而,根据成本与性能, 它们可分为几类:个人计算机或微型计算机,一种成本相当低的机器,通常只有 桌面大小（尽管“膝上型计算机,,小到能够放入公文包,而“掌上型计算机）,能 够放入口袋）;工作站,ー种具有增强的图形与通信能力、从而使其对于办公室エ 作特别有用的微型计算机;小型计算机,一般就个人使用而言太昂贵,其性能适 合于工商企业、学校或实验室;以及大型机,ー种大型的昂贵机器,具有满足大 规模工商企业、政府部门、科研机构或者诸如此类机构需要的能力（其中体积最 大、速度最快的称为巨型计算机）。 ー台数字计算机不是单ー的机器。确切地说,它是由5个不同的要素组成的系统: （1）

10、中央处理器；（2）输入设备；（3）存储设备;（4）榆出设备；以及（5）被 称作总线的通信网络,它将系统的所有要素连接起来并将系统与外界连接起来。 四、编程 ー个程序就是一系列指令,告诉计算机硬件对数据执行什么样的操作。程序可以 内嵌在硬件本身里,或以软件的形式独立存在。在ー些专业或“专用”计算机中, 操作指令被嵌入其电路里;常见的例子有计算器、手表、汽车发动机和微波炉中 的微型计算机。另一方面,通用计算机尽管含有一些内嵌的程序（在只读存储器 中）或者指令（在处理器芯片中）,但依靠外部程序来执行有用的任务。计算机ー 旦被编程,就只能做在任何特定时间控制它的软件所允许它做的事情。广泛使用 的软

11、件包括一系列各种各样的应用程序ーー告诉计算机如何执行各种任务的指 令。 五、未来的发展 计算机发展的一个持续不断的趋势是微小型化,亦即将更多的电路元件压缩在越 来越小的芯片空间上的努力。研究人员也在设法利用超导性来提高电路的功能速 度。超导性是在超低温条件下在某些材料中观察到的电阻减少现象。 计算机发展的另一个趋势是“第五代”计算机的研制工作,亦即研制可以解决复 杂问题而且其解决方法或许最终会与“创造性的”这一形容名副其实的计算机, 理想的目标是真正的人工智能。正在积极探索的一条道路是并行处理计算,亦即 利用许多芯片来同时执行数个不同的任务。一种重要的并行处理方法是模仿神经 系统结构的神

12、经网络。另ー个持续不断的趋势是计算机联网的增加。计算机联网 现在使用由卫星和电缆链路构成的世界范围的数据通信系统,来将全球的计算机 连在ー起。此外,大量的研究工作还投入在探索“光”计算机的可能性上ーー这 种硬件处理的不是电脉冲而是快得多的光脉冲。 练习答案 (The Answers) Unit 1 My Computer Section A I. Fill in the blanks with the information given in the text: 1. Charles Babbage; Augusta Ada Byron 2. input; output 3.

13、VLSI 4. workstations; mainframes 5. vacuum; transistors 6. instructions; software 7. digit; eight; byte 8. microminiaturization; chip II. Translate the following terms or phrases from English into Chinese and vice versa: 1. artificial intelligence 人工智能 2. paper-tape reader 纸空阅读机 3. optical

14、computer 光学计算机 4. neural network 神经网络 5. instruction set 指令集 6. parallel processing 平行处理 7. difference engine 差分机 8. versatile logical element 通用逻辑器件 9. silicon substrate 硅基 10. vacuum tube真空管(电子管) 11. the storage and handling of data 数据的存储与处理 12. very large-scale integrated circuit 超大规模集成电

15、路 13. central processing unit 中央处理器 14. personal computer 个人计算机 15. analogue computer 模拟计算机 16. digital computer 数字计算机 17. general-purpose computer 通用计算机 18. processor chip 处理器芯片 19. operating instructions 操作指令 20. input device 榆入设备 III. Fill in each of the blanks with one of the words give

16、n in the following list, making changes if necessary: We can define a computer as a device that accepts input, processes data, stores data, and produces output. According to the mode of processing, computers are either analog or digital. They can be classified as mainframes, minicomputers, workstat

17、ions, or microcomputers. All else (for example, the age of the machine) being equal, this categorization provides some indication of the computer's speed, size, cost, and abilities. Ever since the advent of computers, there have been constant changes. First-generation computers of historic signific

18、ance, such as UNIVAC, introduced in the early 1950s, were based on vacuum tubes. Second-generation computers, appearing in the early 1960s, were those in which transistors replaced vacuum tubes. In third-generation computers, dating from the 1960s, integrated circuits replaced transistors. In fourth

19、-generation computers such as microcomputers, which first appeared in the mid-1970s, large-scale integration enabled thousands of circuits to be incorporated on one chip. Fifth-generation computers are expected to combine very-large-scale integration with sophisticated approaches to computing, inclu

20、ding artificial intelligence and true distributed processing. Section B I. Fill in the blanks with the information given in the text: 1. display 2. underwater; GUI 3. intranet 4. functionality II. Translate the following terms or phrases from English into Chinese and vice versa: 1. circuit bo

21、ard 电路板 2. beta testing。测试 3. thin-client computer 瘦客户机电脑 4. cell phone蜂窝电话（移动电话） 5. digital video数码摄像机,数码影视 6. Pentium processor 奔腾处理器 7. virtual screen 虚拟屏幕 8. desktop computer specifications 台式计算机规格 9. radio frequency 射频 10. wearable computer可佩带式计算机 Section C I. Fill in the blanks with

22、 the information given in the text: 1. loading 2. 100MB 3. Add/Remove Programs; Control Panel 4. Shut Down; Start Menu II. Translate the following terms or phrases from English into Chinese and vice versa: 1. Windows Registry 视窗注册表 2. swap file交换文件 3. TMP file临时文件 4. power plug电源插头 5. free disk space可用磁盘空间 6. Control Pane! 控制面板 7. Start Menu开始菜单 8. Add/Remove Programs option 添加/删除程序选项