计算机的诞生与发展及其特点.pdf

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1、计算机的诞生与发展，及其特点计算机基本常识一、计算机的概念：是种能迅速而高效的自动完成信息处理的电子设备，它能按照程序对信息进行加工、处理、存储。二、计算机的诞生与发展1、诞生：1946年，美国为计算弹道轨迹而研制成功了世界第一台计算机。2、发展：阶段时间逻辑器件应用范围第一代19461958真空电子管科学计算、军事研究第二代195919 6 4 晶体管数据处理、事物处理第三代19651970集成电路包括工业控制的各个领域第四代1971大规模集成电路应用到了各个领域三、计算机的主要应用：1、数值计算：弹道轨迹、天气预报、高能物理等等2、信息管理：企业管理、物资管理、电算化等3、过程控制：工业自

2、动化控制，卫星飞行方向控制4、辅助工程：CAD,CAM、CAT、CAI 等四、计算机分类：1、按规模分：巨、中、小、微2、按用途分：专用机、通用机五、微型机的主要技术指标1、字长：知己算计能够直接处理的二进制数据的位数。单位为位（BIT）2、主频：指计算机主时钟在一秒钟内发出的脉冲数，在很大程度上决定了计算机的运算速度。3、内存容量：是标志计算机处理信息能力强弱的一向技术指标。单位为字节（BYTE）。8BIT=1 BYTE 1024B=1 KB 1024KB=1 MB4、外存容量：一般指软盘、硬盘、光盘。六、计算机的特点计算机的运算速度快、计算精度高、存储功能强、具有逻辑判断能力和自动运行能力

3、。计算机在现代社会中的应用在现代社会，计算机已广泛应用到军事、科研、经济、文化等各个领域，成为人们一个不可缺少的好帮手。在科研领域，人们使用计算机进行各种复杂的运算及大量数据的处理，如卫星飞行的轨迹、天气预报中的数据处理等。由于计算机能高速、准确地进行运算，因此，人们往往需要花费数天、数年时间甚至辈子才能完成的计算任务，计算机只需很短时间就能完成。在学校和政府机关，每天都涉及大量数据的统计与分析，有了计算机，工作效率就大大提高了。在工厂，计算机为工程师们在设计产品时，提供了有效的辅助手段，现在，人们在进行建筑设计时，只要输入有关的原始数据，计算机就能自动处理并绘出各种设计图纸。在生产中，用计算

4、机控制生产过程的自动化操作，如温度控制、电压电流控制等，从而实现自动进料、自动加工产品以及自动包装产品等等。计算机广泛应用于工业生产中，加速了工厂生产的自动化。在国外，有人形象地将工厂自动化（可简称为FA）解释为：FA=数控白动机床+自动装置+计算机辅助设计（简称CAD）+计算机辅助制造（简称CAM）+计算机辅助测试（简称CAT）在企、收，计算机为管理人员提供了办公自动化系统，通过它，企业人员能及时了解每一天的运作情况，并由此调整及制定工作计划。在国外，有人形象地将办公室自动化（英文缩写为0A）解释为：0A=微电子信息处理机+计算机通信系统+其他电子办公设备具体地说，所谓0 A,就是包括以个人

5、计算机为核心的办公室事务处理机、传真机、复印机、智能电话、图象文字处理机等，能使办公室处理实现自动化作业。在许多行业，由计算机控制的机器人代替人类进行劳动，大大减轻了人类的劳动强度，提高了生产效率。计算机正广泛应用于教学领域，计算机辅助教学（简称CAI）正将计算机技术与数学、物理、化学、英语、语文、生物、音乐等各学科教学结合起来，内容丰富、形象生动有趣的教学软件提高了学生们的学习兴趣，增强了教学效果；此外，将课程内容及练习编成软件，计算机还可以成为我们的一位百问不厌的家庭老师。在大商店与超级市场，人们用计算机收款与结帐，迅速而又准确。在银行，人们把计算机用通讯线路联成网络，这样银行就有了通存通

6、兑的服务。人们还可以不用现金而使用信用卡消费，计算机将人们带到了一个“无现金”的时代。由于有了计算机网络，一个称为“无纸贸易 的时代已经到来，被称为EDI（电子数据交换）的技术正风靡全球。现在，人们的交流已越来越多，要求信息的传送速度更快、传送的范围更广，“信息高速公路也就应运而生了。其中，Internet（中文意思是：国际交互网络）已拥有了数千万个用户，用户只要把自己的计算机接到这网络中，就可以与全世界联络，你坐在家中就能获取该系统上的各种信息，如电子新闻、电子图书资料和电子邮件（E-mail）等。计算机正在进入家庭，给人们的生活方式带来了深刻变化，全自动洗衣机（洗衣过程由计算机控制）为人们

7、免去了洗衣的烦恼，空调器与电冰箱（由计算机根据温度的变化控制其运作）为人们带来 个清凉的世界。在些先进国家的家庭中，各种家用电器用网络连接起来，人们通过声控、遥控实现了家务劳动自动化，使人们的生活质量有了很大的提高。计算机还可以充当人们生活中的好帮手，如储存朋友们的电话和地址、管理家庭里的收支帐目等等。计算机还能为人们提供文字处理的工具，这样人们可以直接使用计算机写文章和写信。现在，有不少的作家与记者都是使用计算机写作的，有不少机关和公司的文员使用计算机起草文件、打印报表、编写各种业务报告。在今天的报社和出版社，已经采用以计算机为主要工具的电子排版系统，取代了有近千年历史的活字印刷技术。计算机

8、还能把家里的视听设备连接起来形成多媒体计算机，利用它人们不仅可以听音乐、看电影，还能够把其中的声音和画面剪辑下来，然后按照自己的意愿加工与处理，形成自己的音像“产品”供自己或家人欣赏。计算机的基本组成及其相互联系计算机系统的组成计算机系统由硬件系统和软件系统组成，结构如图:一、计算机硬件系统结构：1、采用二进制形式表示数据指令2、将程序事先存入计算机内存中，使计算机在工作时能够自动高速的顺序从存储器中取出指令加以执行。3、由运算器、存储器、控制器、输入、输出设备五大基本部件组成计算机硬件系统，工作流程如图：外存储器程序数据f 输入设备f 内存储器 J运算器输入命令指令荏取命令输出设备，控 制操

9、作命令结果 输出命令计算机的工作原理半个世纪以来，计算机已发展成为一个庞大的家族，尽管各种类型的性能、结构、应用等方面存在着差别，但是它们的基本组成结构却是相同的。现在我们所使用的计算机硬件系统的结构一直沿用了由美籍著名数学家冯诺依曼提出的模型，它由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大功能部件组成。随着信息技术的发展，各种各样的信息，例如：文字、图像、声音等经过编码处理，都可以变成数据。于是，计算机就能够实现多媒体信息的处理，如图2-7 所示。Personal Computer间称PC机011011101011101.图2-7 图象、文字、声音等信息转成数据的示意图各种各样的信息，通

10、过输入设备，进入计算机的存储器，然后送到运算器，运算完毕把结果送到存储器存储，最后逋过输出设备显示出来。整个过程由控制器进行控制。计算机的整个工作过程及基本硬件结构如图2-8 所示:图2-8 计算机系统的基本硬件组成及工作原理计算机中的数的表示计算机能够处理数值、文字、声音、图像等信息，同学们可能会问：为什么作为电子设备的计算机能处理那么多复杂的信息呢？实际上，当把这些信息转换成计算机能识别的形式就能进行处理。目前计算机中所有的信息都用“0”和“1”两个数字符号组合的二进制数来表示。数值、图形、文字等各种形式的信息，需要计算机加工处理时，首先必须按定的法则转换成二进制数。然而，日常生活中使用的

11、数是十进制数，它的特征是：(1)有 10 个数字：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9。(2)运算时逢十进一。(3)每个数字在不同的数位上，其值的大小是不同的。数位：个 十 百 千 万.数值：100 101 102 103 104.二进制数的特征是：(1)有 2 个数字：0,1。(2)运算时逢二进一。(3)每个数字在不同数位上，其值以2 的倍数递增。即20,21,22,23,24.用二进制数表示一个数值时，位数比较长，不便书写和记忆。由于又有下面的关系：23=8及 2 4=1 6,所以人们常用八进制数或十六进制数来表示二进制数。八进制数的特征：(1)有八个数字：0,1,2,3,4,5,6,7

12、。(2)运算时逢八进-o十六进制数的特征：(1)有十六个数字：0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F。(2)运算时逢十六进一。在十六进制中，分别用A、B、C、D,E和 F 来表示十进制数的10、11、12、13、1 4 和15。由此可得出；：进制、八进制、十进制与十六进制的特征对照表如表2-2 所示。进制个位数字运 题 则数槐示方法二0、1逢二i s 一(1111),A口、1、2、3、4 5、6、7逢J 一（17）十0、1、2、3、4 工 6、7、8、9逢十进一（15）10十六6 1、2、3、4 5、6、7s 8、9、A、R C、D、E、F逢十六进一（F）I 6表 2-

13、2 二进制、八进制、十进制与十六进制的特征对照表二进制数、八进制数、卜进制数与十六进制数的对应关系表如表2-3所示。十渊!1 数二谢擞八 避!1 数十六进制数一些对应规律0000（2）2=（1）?（2）10）2（2?）I D=100）,（2）廿（）2n个0八进制的一个数字与一个 3 位的二进制徽对应.十六进制的一个数字与一 个 4 位的二进制数对应.1(20)1112 CMMI(Capability Maturity Model Integration)；国际标准化组织 ISO 发布的 IS09000(质量管理体系标准)、ISO15504(信息技术一软件过程评价)：以及其他如TickIT,Bo

14、ot strap,SPICE等。预计21世纪初，软件过程技术将得到进步的重视和发展。软件过程的质量改进通常包括如卜步骤：(1)了解开发过程的现状；(2)期望的开发过程的目标；(3)按优先级确定所需的改进工作：(4)形成完成改进工作的计划；(5)分配执行计划的资源；(6)执行和完成计划。以上循环。收发电子邮件（OUTLOOK）的相关设置Outlook Express 4.x 5.x在“工具”菜单上，单击 帐号”；单击 添加，选择 邮件 选项卡；在 显示名称“输入框内填写您的名字并单击“下 步”；在”电子邮件地址”输入框内填写您在鞍山电子邮局上的邮件地址，如,然后单击 下一步；在服务器类型列表中选

15、择“POP3”；在”邮件接收服务器 栏内填写；在”邮件发送服务器 栏内填写mail.0412.n et,单击 下一步;如果Outlook Express告诉您所填写的POP3/SMTP服务器可能不是有效的服务器名，并提示您是否使用该服务器，请单击 是，然后单击“下一步；选择 登录方式，并在POP帐号名 输入栏内填写您的鞍山电子邮局邮件地址，如。注意：如果只输入您的用户名，如goodluck，可能会发生错误；在“密码”栏内填写您设定的密码。如果您不填写，Outlook Express将在每次连接到鞍山电子邮局收取信件时，都会提示您输入。单击 下一步；在Internet Mail帐号名 内填写适当

16、的用以区分不同帐号的标识，如goodluck-等，单击 下一步；选择您与Internet的连接方式，并单击 下 步：（关于这部分操作，请参考OutlookExpress中的相关帮助）单击 完成;构成计算机主机板的主要部件当我们打开计算机的机箱时，可以看到主机板，它是主机中的基础部件，在它上面密集地安装着CPU、内存储器、集成电路芯片、总线接口、配件的插槽等。计算机的主机内部结构如图2-9所示。那么，计算机的主板是什么模样的呢？可以在它上面连接哪些配件，如图2-1 0所示：图2-9主机内部结构示意图主机箱内部实物图软 盘 驱 动 器 光 盘 驱 动 错1MML二驱接口 8iIDE8D央处理(CP

17、U)图2-1 0主机板及其部分配件图2-1 1 犷展卡的插法总线(bus)是数据传送的公共通道，如图2-12所示。按所传输的信号来划分，有数据总线、地址总线和控制总线等。按总线接口类型来划分，有 ISA总线、PCI总线和AGP总线等。图2-1 2 总线示意图 译A总线是单期加 总 线，数据传输飙 度 较 慢。如图2-%3所示图2-13 ISA总线示意图PCI总线是目前计算机常用的标准总线结构，它使图形显示、硬盘驱动器、网络适配器等需要高速性能的外设的速度进一步得到提高。其传输方式如图2-14所示。图2-14 PCI总线示意图ACP总线是图形加速接口的独立的一兼1线.传 输 速 度 莺映。如图2

18、-15所示图2-15 AGP总线示意图计算机系统电源提供计算机所有部件所需要的电能，其类型可分成AT和ATX两种，ATX类电源除提供AT类电源的5V、12V输出电压外、还向主板提供3.3 的输出电压。此外，它支持软件关机的功能。如图2-16所示。图2-1 6 计算机系统电源ASCI I 码计算机内部采用二进制的方式计数，那么它为什么又能识别卜进制数和各种字符、图形呢？其实，不论是数值数据还是文字、图形等，在计算机内部都采用了一种编码标准。通过编码标准可以把它转换成二进制数来进行处理，计算机将这些信息处理完毕再转换成可视的信息显示出来。常用的字符代码是ASCII码，它原来是美国的国家标准，196

19、7年被定为国际标准。ASCII码由8位二进制数组成，其中最高位为较验位，用于传输过程检验数据正确性。其余7位二进制数表示一个字符,共有128种组合。如回车的ASCII码为0001101(1 3),空格的ASCII码为0100000(32),0 的 ASCII 码为 0110000(48),A 的 ASCII 码为 1 000001(65)，a的 ASCII 码为 1100001(9 7).中央处理器和存储器1.中央处理器中央处理器（简称为CPU）,一般是由控制器和运算器两个部件构成并集成在一块芯片上，它是计算机的核心部分。控制器负责指挥和控制其它各个部件协同工作。运算器是计算机的执行机构，它负

20、责对数据进行各种运算。现在流行的CPU主要有Intel、AMD、Cyrix等商标的产品，图2-17为他们生产出来可供选择的一些型号的CPU。图2-17 Intel、AMD、Cyrix等品牌的部分CPU型号通常我们所说的奔腾、P6、奔腾1 1 1、奔腾IV等，都是指CPU的型号，如图2-18所示。CPU型号决定计算机的型号和性能。口 I图2-1 8 奔腾系列CPU的部分型号CPU的工作频率（又称主频）是计算机性能的重要标志之一，主频以数字表示，如奔腾IV1.7G表示主频为1.7 GHz。CPU的主频越高运算速度就越快。目前,主频为1.7 GHz以上的CPU已问世了。CPU的插法有多种，图2-19

21、为其中的一种。图2-19 CPU的一种插法2.内存储器计算机通过什么来保存计算机当前工作所需的程序和数据呢？就是内存，也称为“主存储器”。它安装在计算机的主板上。内存分为随机存储器（简称RAM）和只读存储器（简称ROM）,通常我们说的内存或内存条是指R AM,各种常见内存条如图2-20所示。便携式计算机的扩展内荐条72线内存条168线内存条图2-2 0 各种常见的内存条随机存储器中的数据可以由用户进行修改。关闭计算机电源，随机存储器中存储的数据将全部消失,类似于写在黑板上的字，可写可擦。我们平常所说的内存容量就是随机存储器的容量。只读存储器中存储的数据由计算机生产厂家写入，只能读取而不能修改，

22、断电后保存在只读存储器内的数据不会消失。在计算机的内存容量单位里，1个二进制的位是bit,8个二进制位称为 个字节B(B yte)。字节是计量内存容量的基本单位，其它的单位还有KB,MB,GB,T B,它们的转换公式如卜.：字节 1 B=8 bit千字节1 KB=1024 B兆字节 1 MB=1024 KB=1024x 1 024 B吉字节 1 GB=1 024 MB=1 024x 1 024 KB太字节 1 TB=1 024 GB=1024x 1 024 MB内存的容量直接影响计算机的性能,PC系列机的内存容量由早期的640KB发展到1MB、4MB、8MB、16MB、32MB、64MB、12

23、8MB 和 256MB,有的甚至超过 1GB。计算机技术发展的一个新方向一量子计算机计算机技术把我们带入了一个崭新的“信息时代”，给我们的工作和生活带来了巨大变化。发明计算机的先辈们没有料到计算机能成为人们生活中不可或缺的工具；他们也难以想象计算机诞生以来发生的惊人变化。计算机芯片的集成度以大约每十八个月就提高一倍的速度指数增长(摩尔定律)，计算机芯片的集成度在不久的将来就有望达到原子分子量级(10-10m)o但是量子力学告诉我们，在这样的微观领域内，量子效应会影响甚至完全破坏芯片功能。量子力学是本世纪自然科学的最重要的成就之一。量子力学的观念同我们日常生活的经验有很大的不同。根据量子力学的原

24、理，一个量子微观体系的状态是由一个波函数描写，而不再是由粒子的位置和动量描述。这个波函数决定了粒子出现在空间某一点或者具有某一动量的儿率。对一个体系进行某一力学量的测量时，不再象经典粒子那样具有确定的值，而只能取某些特定的值。在经典力学中，对体系的测量不会改变体系的状态，至少在理论上可以构造理想测量实验，使得体系的状态在测量前后不发生变化。而在量子力学中，测量一般要改变体系的波函数，即体系的状态。经典体系的状态随时间的变化遵从牛顿定律，而量子体系的状态随时间的变化遵从Schroedinger方程。根据量子力学中的海森堡测不准原理，当位置定的很准时，粒子的动量就不会定准。Dx.Dph/2p,h是

25、PLANCK常数，其数值 为6.6260755(40)10-34j.s。将海森堡测不准原理应用于计算机的芯片问题中，当密度很大时，D x很小时，D p就会很大，电子就不再被束缚，就会有量子干涉效应。这种量子干涉效应会完全破坏芯片的功能。是不是说量子力学就一定是计算机技术的大敌呢？对于现有计算机技术，量子力学的限制确实是一个障碍。但是应用量子力学的原理直接进行计算，不但可以越过量子力学的障碍，而且可以开辟新的方向。量子计算机就是以量子力学原理直接进行计算的计算机。1982年美国的R.Feynman提出了把量子力学和计算机结合起来的可能性。1985年英国牛津大学的D.Deutsch进一步阐述了量子

26、计算机的概念，并且证明了量子计算机比经典图灵计算机具有更强大的功能。Shor证明了量子计算机会对现有的社会和国民经济以及国防产生潜在的威胁。目前大量的网络保密是使用“RSA公开码”的密码技术。想要破译这种密码，就要对大数分解质因子。分 解 一个大数的质因子是极其困难的。按照现有的理论计算，分解一个400位数的质因子，用目前最先进的巨型计算机也需要用10亿年的时间，而人类的历史才不过儿百万年。然而量子计算机概念的出世，严重动摇了 RSA公共码的安全性。1994年，美国的P.W.Shor利用量子计算机理论证明，一 个N位大数的质因子分解只需用N的多项式的时间而不是以前所认为的N的指数次的时间。利用

27、量子计算机分解一个400位大数仅仅需要不到一年的时间！Shor的工作引起了科学家们巨大的热情和兴趣。1995年，美国Grover证明在搜索问题上量子计算机比经典计算机优越。从没有排序的含N个数据的数据库中搜索一个确定的数据，用经典计算机平均需用N/2次运算，利用量子平行计算方法，只需“历 次 运算。科学家还证明了 BPPi B Q P i/，即任何在经典计算机上多项式可解的问题在量子计算机上也必定只需多项式次操作就可以完成。也就是说量子计算机解决任何问题上都至少不比经典计算机差。什么使得量子计算机会有如此优越的性质呢？量子计算机和经典计算机有什么区别呢？量子计算机也由存储器和逻辑门网络组成。但

28、是量子计算机的存储内容和逻辑门与经典计算机却有所不同。对经典图灵计算机来说，信息或者数据由二进制数据位存储，每一个二进制数据位由0或1表示。在量子力学中，我们可以用自旋或者:能级态构造量子计算机中的数据位。与经典计算机相区别，我们称之为量子位(qubit)。在经典计算机中，每一个数据位要么是0,要么是1,二者必取其一。与经典计算机数据位不同的是，量子位可以是0或者1,也可以同时是。和1。也就是说，在量子计算机中，数据位的存储内容可以是。和1的迭加态：H )P|现代物理学发展表明，量子纠缠态之间的关联效应不受任何局域性假设限制。如果体系的波函数不能写成构成该体系的粒子的的波函数的乘积，则该体系的

29、状态就出处在一个纠缠态，即体系的粒子的状态是相互纠缠在一起的。如果两个粒子处在纠缠态上，不管它们离开有多么遥远，对其中 个粒子进行测量(作 用)，必然会同时影响到另外一个粒子。正是由于量子纠缠态之间的神奇的关联效应，使得量子计算机可以实现量子平行算法，从而在许多问题上可以比经典计算机大大减少操作次数。从另一个角度讲，在经典计算机里，一个二进制位(bit)只能存储一个数据，n个二进制位只能存储n个一位二进制数或者1个n位二进制数，而在量子计算机里，个量子位可以存储两个数据，n个量子位可以同时存储2.个 数据，从而大大提高了存储能力。经典计算机中的基本逻辑门是与门和非门。对于量子计算机，由量子力学

30、可知，所在操作必需是可逆的，因此基本逻辑门也必需是可逆的。但是与门是不可逆的 输出和输入不对应，如果输出是0,我们无法确定输入是(0,0),(0,1)还是(1,0)。同样，或门、异或门、与非门和或非门也是不可逆的。所以在量子计算机中，与门、或门、异或门、与非门和或非门都不能用。我们考察卜面真值表：我们称之为控制非门。第一位a位叫做控制位，第：位b位叫做目标位。显然，控制非门可以实现加法运算，有时又称之为量子异或门。利用控制非门和一位旋转操作，可以组成所有的可逆操作，实现各种各样的运算。有了量子逻辑门和存储信息的量子位，就可以建造量子计算机了。但是量子计算机的实现还有许多技术I:的问题。量子计算

31、机的优越性主要体现在量子送加态的关联效应。然而由量子力学可知，环境对迭加态的影响以及迭加态之间的相互作用会使这种关联效应减弱甚至丧失。这就是所谓的量子力学去相干效应。为了防止或避免去相干效应，我们应尽量减少环境对量子态的作用。同时，万一由于由去相干效应引入了错误信息，我们必需能及时改正%这一点尤为重要，因为我们无法把量子态和环境绝对隔离起来，而且其它因素，如逻辑门，也会引入错误信息。经典计算机中也存在数据信息的纠错问题，但是由于量子计算机的特殊性%(1).根据量子力学基本假设，在量子计算机计算过程中我们不能对量子态测量，因为这种测量会改变量子态，而且这种改变是不可恢复的。（2）量子态不能简单复

32、制或“克隆”%我们不能把经典计算机中已经发展很完善的纠错方法直接移植到量子计算机中 来.Shor在1996年克服了这个曾一度被认为不可解决的疑难问题，扫清了量子计算机发展道路上巨大的原则上隙碍，量子计算机的研制也由此走向实验阶段。1998年美国和英国的牛津大学小组已在实验室里制造出了最简单的量子计算机。这种计算机与以往的计算机不同，与我们现在办公桌上“庞大的”机器相比，它更象放在机器旁边的咖啡杯。我们现在还无法确定未来的量子计算机究竟是什么样的，目前科学家们提出了儿种方案。第种方案，也就是前面提到的“咖啡杯”量子计算机是核磁共振计算机。我们可以用自旋向上或向下表示量子位的0和1两种状态，那么怎

33、么实现自旋状态的控制非操作呢？在许多有机分子中，当其中一个原子的自旋处于不同状态时，另外一个原子的自旋翻转所需的能量或者说共振频率也不同。如果我们把其中一个原子的自旋状态当作控制位，另一个原子的自旋当作目标位，控制不同的共振频率，就可以实现控制非操作。而它之所以更象 个咖啡杯，是由于这些有机分子（例如氯仿）被溶解于另外的有机溶液里。这些有机溶液与氯仿几乎没有相互作用，从而保证了量子态和环境的较好1隔离。第二种方案是离子阱计算机。在这种计算机中，一系列自旋为二的冷离子被禁锢在线性量子势阱里，组成一个相对稳定的绝热系统。与核磁共振计算机不同，这种量子计算机由激光来实现自旋翻转的控制非操作。由于在这

34、种系统中，去相干效应在整个计算中几乎可以忽略，而且很容易在任意离子之间实现n位量子门。还1有一种方案是硅基半导体量子计算机。在高纯度硅中掺杂自旋为工的离子实现存储信息的量子位，由绝缘物质实现量子态的隔绝，硅基半导体量子计算机与经典计算机一样建立在半导体技术的发展基础上，因此有着巨大的诱惑力。此外还有线性光学方案，腔量子动力学方案等。量子计算机的运作过程也必需由时序控制，而目前的量子逻辑门的运算速度比经典计算机逻辑门运算速度慢得多。为了获得最快的运算速度，未来的计算机可能要把两种计算机联合起来：经典计算机控制时钟序列，量子计算机控制运算部分。无论采用哪 种方案，也不管未来量子计算机到底会是什么样

35、子，量子计算机的研制都需要把当今最前导的微观物理技术%如激光、生物物理、单个原子探测与控制、半导体技术%和计算机技术结合起来。因此，量子计算机的研制和发展必定会对现代物理技术和计算机技术起推动作用。同时，由于量子计算机强大的模拟功能和运算能力，量子计算机的出现必然会使我们对量子力学理论和微观世界的本质有更深刻的了解。目前世界各个发达国家都投入了大量的人力和物力进行量子计算机的研究。量子计算机不但于未来的计算机产业的发展紧密相关，更重要的是它与国家的保密、电子银行、军事和通讯等重要领域密切相关。量子计算机结合了二十世记许多杰出的发现和成果，实现量子计算机是二十世纪科学技术的最重要的目标之二进制及

36、十、八、十六进制数1 .十进制数十进制数的两个主要特点：有十个不同的数字：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9;逢十进一的进位法，1 0是十进制数的基数（进制中所用不同数字的个数）。（1 9 9 3）1 0=1 X 1 0：i+9 X 1 02+9 X 1 0+3 X 1 0（每位上的系数只在 09 中取用）2 .二进制数二进制数的两个主要特点：有两个不同的数字：0、1；逢二进一的进位法,2 是二进制数的基数。（1 01 1）2=1 X 23+0X 22+1 X 24 1 X 2（每位上的系数只在0、1 中取用）3 .八进制数八进制数的两个主要特点：采用八个不同的数字：0、1、2、3、4、5

37、、6、7;逢八进一的进位法,8是八进制数的基数。（1 7 25）8=1 X 8 3+7 X 8 2+2X 6+5 X 8（每位上的系数只在07中取用）4 .十六进制十六进制数的两个主要特点：有十六个不同的数字：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F（其中后六个数字符号其值对应于十进制的1 0,1 1,1 2,1 3,1 4,1 5；也有选用 S,T,U,V,W,X 的记法）;逢十六进一的进位法，1 6 是十六进制数的基数。(B56E)16=B X 163+5 X 162+6 X 16+EX 16=11 X 163+5 X 162+6 X 16+14X 16表1.2.1给

38、出了上述四种进制数表示方式的对照表:表1.2.1四种进制数表示方式对照表0 1 2345678910111213141516I-进制0 1 2345678910111213141516二进制0 1 10 11 100 101 110 111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 10000八进制0 1 234567101112131415161720I-六出网0 1 23456789ABCDEF10二进制及十、八、十六进制数1 .十进制数十进制数的两个主要特点：有十个不同的数字：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9;逢十进一的进位法，1 0是十进制数

39、的基数（进制中所用不同数字的个数）。（1 9 9 3）1 0=1 X 1 0：i+9 X 1 02+9 X 1 0+3 X 1 0（每位上的系数只在 09 中取用）2 .二进制数二进制数的两个主要特点：有两个不同的数字：0、1；逢二进一的进位法,2 是二进制数的基数。（1 01 1）2=1 X 23+0X 22+1 X 24 1 X 2（每位上的系数只在0、1 中取用）3 .八进制数八进制数的两个主要特点：采用八个不同的数字：0、1、2、3、4、5、6、7;逢八进一的进位法,8是八进制数的基数。（1 7 25）8=1 X 8 3+7 X 8 2+2X 6+5 X 8（每位上的系数只在07中取用

40、）4 .十六进制十六进制数的两个主要特点：有十六个不同的数字：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F（其中后六个数字符号其值对应于十进制的1 0,1 1,1 2,1 3,1 4,1 5；也有选用 S,T,U,V,W,X 的记法）;逢十六进一的进位法，1 6 是十六进制数的基数。(B56E)16=B X 163+5 X 162+6 X 16+EX 16=11 X 163+5 X 162+6 X 16+14X 16表1.2.1给出了上述四种进制数表示方式的对照表:表1.2.1四种进制数表示方式对照表0 1 2345678910111213141516I-进制0 1 2345

41、678910111213141516二进制0 1 10 11 100 101 110 111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 10000八进制0 1 234567101112131415161720I-六出网0 1 23456789ABCDEF10位、字节和字及内存容量计算机所处理的数据信息，是以二进制数编码表示的，其二进制数字“0”和“1”是构成信息的最小单位，称作“位”或比特（bit）。在计算机中，由若干个位组成一个“字节”（byte）。字节由多少个位组成，取决于计算机的自身结构。通常，微型计算机的CPU多用8位组成一个字节,用以表示一个字符

42、的代码。构成一个字节的8个位被看作一个整体。字节是电子计算机存储信息的基本单位。在计算机的存储器中占据个单独的地址（内存单元的编号）并作为个单元（由多个字节组合而成）处理的组二进制数位称为“字”（Word）。字,指的是数据字，它由若干个位或字节所组成。对计算机的运算器和内存储器来说，一个字或儿个字是个数据;对控制器来说，个字或儿个字是条指令。在电子计算机内部，字是被当做个整值而被处理的整体。一个字所包含的二进制位数称字长。字长是CPU的重要标志之一。字长越长,说明计算机数值的有效位越多，精确度就越高。低档微型机的字长为8位（一个字节），高档微型机的字长有16位（两个字节）、3 2位（四个字节）

43、等。计算机个内存储器包括多少个字节数，就是这个内存储器的容量，一般采用KB（千字节）为单位来表示。1KB=210个字节=1024个字节。例如,64KB=1 024x64字节=65536个字节。对容量大的计算机,也常用MB（兆字节）或GB作单位表示存储器容量。1M B=210 x210个字节=1024字节x 1 024=1 048576个字节,1 GB=1 024MB计算机语言计算机是进行科学计算和信息处理的工具，其工作过程可简述为：第一步：接通电源启动计算机的外设和主机；第二步：由输入设备将程序送入内存储器；第三步：当计算机接到操作人员的运行命令后，控制器便将程序从内存储器中逐条取出，经分析加

44、以执行；第四步：在控制器指挥下，由输出设备将处理结果显示或打印；第五步：程序执行完毕，控制器发出信号，计算机自动停机。在整个处理过程中，计算机完全按照人们的“意愿”去办事。所以能够如此，是因为输入计算机的“程序”起着关键性的作用。程序由会写程序的操作人员事先编制。编制程序的过程称程序设计。书写程序用的“语言”，叫做程序设计语言即计算机语言。计算机语言通常是一个能完整、准确和规则地表达人们的意图，并用以指挥或控制计算机工作的“符号系统”。一般的计算机目前还不能在人类的自然语言上直接操作，用计算机解决实际问题，必须对所要解决的问题周密考虑个明确的处理方法（算法），再使用计算机能理解的计算机语言编制

45、成程序，然后通过输入设备才能告诉计算机该怎么去做。计算机语言通常分为三类，即机器语言，汇编语言和高级语言。1.机器语言机器语言是用二进制代码表示的计算机能直接识别和执行的一种机器指令的集合。它是计算机的设计者通过计算机的硬件结构赋予计算机的操作功能。机器语言具有灵活、直接执行和速度快等特点。不同型号的计算机其机器语言是不相通的，按着一种计算机的机器指令编制的程序，不能在另一种计算机上执行。用机器语言编写程序，编程人员要首先熟记所用计算机的全部指令代码和代码的涵义。手编程序时,程序员得自己处理每条指令和每数据的存储分配和输入输出，还得记住编程过程中每步所使用的工作单元处在何种状态。这是一件十分繁

46、琐的工作，编写程序花费的时间往往是实际运行时间的儿十倍或几百倍。而且，编出的程序全是些0和1的指令代码，直观性差,还容易出错。现在,除了计算机生产厂家的专业人员外，绝大多数程序员已经不再去学习机器语言了。2.汇编语言为了克服机器语言难读、难编、难记和易出错的缺点，人们就用与代码指令实际含义相近的英文缩写词、字母和数字等符号来取代指令代码（如用ADD表示运算符号“+”的机器代码），于是就产生了汇编语言。所以说，汇编语言是一种用助记符表示的仍然面向机器的计算机语言。汇编语言亦称符号语言。汇编语言由于是采用了助记符号来编写程序,比用机器语言的二进制代码编程要方便些，在一定程度上简化了编程过程。汇编语

47、言的特点是用符号代替了机器指令代码，而且助记符与指令代码一一对应，基本保留了机器语言的灵活性。使用汇编语言能面向机器并较好地发挥机器的特性，得到质量较高的程序。汇编语言是面向具体机型的，仍离不开具体计算机的指令系统，因此，对于不同型号的计算机，有着不同的结构的汇编语言，而且，对于同一问题所编制的汇编语言程序在不同种类的计算机间是互不相通的。汇编语言中由于使用了助记符号，用汇编语言编制的程序送入计算机,计算机不能象用机器语言编写的程序一样直接识别和执行,必须通过预先放入计算机的“汇编程序”的加工和翻译，才能变成能够被计算机识别和处理的二进制代码程序。用汇编语言等非机翳语言书写好的符号程序称源程序

48、,运行时汇编程序要将源程序翻译成目标程序。目标程序是机器语言程序,它一经被安置在内存的预定位置上，就能被计算机的CPU处理和执行。汇编语言像机器指令一样，是硬件操作的控制信息,因而仍然是面向机器的语言，使用起来还是比较繁琐费时,通用性也差。汇编语言是低级语言。但是，汇编语言用来编制系统软件和过程控制软件，其目标程序占用内存空间少，运行速度快，有着高级语言不可替代的用途。3.高级语言不论是机器语言还是汇编语言都是面向硬件的具体操作的，语言对机器的过分依赖,要求使用者必须对硬件结构及其工作原理都卜分熟悉,这对非计算机专业人员是难以做到的,对于计算机的推广应用是不利的。计算机事业的发展，促使人们去寻

49、求些与人类自然语言相接近且能为计算机所接受的语意确定、规则明确、自然直观和通用易学的计算机语言。这种与自然语言相近并为计算机所接受和执行的计算机语言称高级语言。高级语言是面向用户的语言。无论何种机型的计算机，只要配备上相应的高级语言的编译或解释程序,则用该高级语言编写的程序就可以通用。目前被广泛使用的高级语言有BASIC、PASCAL、C,COBOL.LISP和PROLOG等。计算机并不能直接地接受和执行用高级语言编写的源程序，源程序在输入计算机时，通过“翻译程序”翻译成机器语言形式的目标程序，计算机才能识别和执行。这种“翻译”通常有两种方式,即编译方式和解释方式。编译方式是：事先编好一个称为

50、编译程序的机器语言程序,作为系统软件存放在计算机内，当用户由高级语言编写的源程序输入计算机后，编译程序便把源程序整个地翻译成用机器语言表示的与之等价的目标程序，然后计算机再执行该目标程序，以完成源程序要处理的运算并取得结果。解释方式是：源程序进入计算机时，解释程序边扫描边解释作逐句输入逐句翻译,计算机一句句执行,并不产生目标程序。PASCAL,FORTRAN.COBOL等高级语言执行编译方式;BASIC语言则以执行解释方式为主;而PASCAL、C语言是能书写编译程序的高级程序设计语言。每一种高级（程序设计）语言，都有自己人为规定的专用符号、英文单词、语法规则和语句结构（书写格式）。高级语言与自