第4章 为图形填充色彩.docx

《第4章 为图形填充色彩.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第4章 为图形填充色彩.docx（41页珍藏版）》请在优知文库上搜索。

1、计算机基础知识本堂学习要求：Ca了解计算机的发展与分类。掌握计算机的硬件培构与工作原理.1.a掌握微型计算机的配量结构。o了解信息在计算机内的存储形式及数制的转换.3了解安全使用计算机的常识。3了解智能手机与平板电脑的特点、发展及应用。1.1 现代计算机概述计算机的诞生源于人类对“计算”的需求.在人类文明发展的历史长河中,人类对计算方法和计算工具的探索、研究从来没有停止过,从远古的“结绳记事”到使用“贪盘”进行简单的计尊，一百.到现代的“电子计算机”.无一不渗透着人类在计算科学领域的资M1.计算机是20世纪人类最伟大的发明之一.从第一台电子计算机问世到今天，短短60多年，人类从生产到生活都发生

2、了巨大变化，以计筑机为核心的信息技术作为一种崭新的生产力，正在向社会的各个领域渗透。可以这样说，没有计算机就没有现代化。1.1.1 现代计算机的发展世界上第台宾正的电子计算机ENlAC(ElectnMiicNumericalIntegratorAndCalculator)于I946年在美国宾夕法尼亚大学(IMNeiSilyofPeMaIVania)诞生，如图11所示。ENlAC共用/18(XX)多个电子管,重达30吨,占地170平方米，运算速改为500()次加法/杪。尽管这台计算机方许多不足，如存储容属小、体积大、耗电多、可靠性整、使用不便等，可是当时人们对它的速度相当满意。它的诞生宣布了电子

3、计舞机时代的到来。【右；右g*sfl体金税材x也余；C】图1-1世界上第一台电千计JMl自从笫一台计前机问世以来，其发展极为迅速，至今虽然不过60余年，却己经历了4代.1 .一代一电子计算机(19419S8隼)在ENlAC研制成功后,相继出现了一批电子管计算机,主要用于科学计算，采用电子管作为设轿元件是第一代计算机的标忐。1950年一世的计算机一离散变壮门动计算机ElectronicDiscreteVariableAutomaticComputer.EDVAO,首次实现了冯诺依她(如图l2所示)体系的两个也要设想(其一是电子计蚌机应该以二进制为运算基础：其二是电子计和机应采用“存储程序”方式工

4、作).并且进一步明确指出了整个计算机的结构应由5个部分蛆成即运算器、作制器、存储器、输入装附.和输出装置(如图l3所示),冯诺依曼的这些理论的提出，解决了计算机的运以自动化问麹和逑度配合问题.对后来计算机的发展起到了决定性的作用。a至今天绝大部分的计算机还是采用冯诺依些方式工作.M1-2冯诺依曼H1-3冷诺依城体系廿构把这5个部分中的运算器和控制器里合在一3,称为中央处理器(CCntralProCCSinSUnit,cpu).，台计峰机的性能在很大程度上取决rCPU的性能,2 .第二代一体计算机(1951964隼)1948年,贝尔实验室发明了晶体管,如图1-4所示.相比电子管，晶体管体积小、S

5、.汆轻、寿命长、发热少、功耗低,由于晶体管殂成的电子线路的结构大大改观，运算速度得到了大惭度提高.它就像颗重磅炸弹,在电子计亢机领域引发了一场晶体管革命,电子计算机从此踏进了第二代的门槛.采用晶体管代替电子管成为了第二代计算机的标志.1954年，贝尔实缝室研制成功了第一台使用晶体管的第IUtM1.TRADIC,如图1-5所示,TRADlC奘有M)O个晶体管,功率仪100w.占地也只行3疏.相比采用定点运算的第一代计算机，第二代计算机普遍增加了浮点运兑，计算能力实现了一次飞跋.Itl1-4晶体管图IS力体将计。机3 .三代集成第计算机(1964-1970隼)1958年第一块集成电路诞生以后,集成

6、电路技术的发展日建成熟，集成电路的问世假生了微电子产业,采用集成电路作为逻辑元件成为第三代计算机的最重要特征,并且开始使用半导体存储器作为主存储器。此外，系列兼容和采用微程序设计也是第一:代计期机的重要特点.IBM于1964年研制出计算机历史上最成功的机型之IBMS/360,如图1-6所示。借助于S7360的成功.IBM进一步巩固f自己在业界的地位,“收色巨人”几乎成为计算机的代名词。图1-6IBM360京族【右；右g*sfl体金税材x也余；C】IBMS/360计算机的研制过程为计算机发展做出了型大的贡献.首先,它提出了“兼容性”的概念.“兼容性”意味若IBM计算机不管型号上有多大区别,都必须

7、能够用相同的方式处理相同的指令，共享相同的软件，配置相同的外设，并能够相互连接一起工作。其次它开创了软件研发的新纪元.为了让软件能纺适用于所有计算机,必须编制几百万条计豫机指令,为此投入编写程序的软件工程师多达2000多人，第一次使软件开发的出用超过了硬件,IBMS/360共有6个里号的大、中、小型计算机，具有通用化、系列化、标准化的特点，这对全世界计算机产业的发展产生了深远而巨大的影响.4 .薛口代一计算机（1970年至今）从1970年至今的计算机基本上都属于笫四代计算机,它们都采用大规模和超大规模集成电路,随行技术的发展，计算机按规模、速度和功能等开始分化成巨型机、通用大型机、小型机和微型

8、机。它们之间的鹤本区别通常在于体积大小、结构复杂程度、功率消耗、性能指标、数据存储容放、指令系统和设招软件配置等方向的不同.为了争夺世界范围内信息技术的制高点，20世纪80年代初期，各国展开了研制第五代计算机的激解竞争.第九代计笄机的研制推动了专家系统、知识工程、语音合成与语音识别、自然语言理解、自动推理和智能机器人等方面的研咒,取得了大批成果.1.1.2 计算机的分类计算机的分类方法大致有如下几种：1 .按倒息的我承制处方式划分按侑息的表示和处理方式划分,计。机可分为数字电子计算机、模拟电子计算机及数字模拟混合电子计算机.2 .按计算机的用途划分按计算机的用途划分,可分为专用计算机与通用计算

9、机.3 .坡计算机的H4住分按计算机的规模大小与性能高低划分，可分为巨型机,大型机、中型机、小型机与微型机5大类.这种划分是综合了计算机的运算速度、字长、存储挣玳、输入与怆出能力、价格等指标而得到的.其中，巨型机又称为超级计算机，是计算机中性能以高、功能最强的：而微型机以使用微处理器、结构器凄为特征.是计算机中价格最低，应用品广、发展最快、装机肽最多的。常见的微型机有IBM-PC（及其兼容机）系列和APPle公司的MaCingSh系列.两个系列的计算机互不兼容.1.1.3 计算机的主要指标如何评价il噂机系统的性Ife呢？衡此计算机系统性能的主要指标有运算速度、字长和主频等。运豫速段:是衡状计

10、修机性能的一项或要指标。通附所说的计算机运算速度是指绿秒钟所能执行的指令条数，一般用“百万条指令/杪”（MIPS）来描述.2 .字长字长以：进制为单位，其大小是CPU，次操作所能处理的数据的：诳制位数，它宜接关系到计算机的计算精度、功能和速度。CPU的字长一般有16位、32位和64位,现在的主流产乩挪为64位.字长越长，CPU一次能检处理的数据位数越多，性能也越好.3 .主主频就是时钟频率，是指CPU在冷位时间（秒内发出的脉冲数.通常，时钟婉率以兆赫（MHz）为单位。时钟期率越高，其运行速度就越快.，4 .主存储主存储泄（简称主存是计停机用来存储数据和程序的设备，其容埴大小和性能在很大程度上影

11、响整个计算机的性能.存储器中最基本的单（是位bil）,在计算机中最小的数据单位是一个二进制数位，即二进制的“0”和“I”,计算机中的直接、最基本的操作就是对二进制位的操作.我们把二进制数的好一位称为一个字位，或叫一个bkbit是计算机中最驻本的存储值元。不过，在计算存储器容量时通常采用字节（BylC或B）为单位,一个81的二进制数单元叫做一个字节,或称为BytC.字节是计算机中最小的存谛单元。以下是存储单位之间的换律关系；!B=8bitsIKB=2l*B=IO24BIMB=220B=1024KB【右；去专步-休东现叙材x也余；1GB=2*B=1O24MBITB=2*,B=I()24GBS.寓蕙

12、存主存的存取速度有限,而CPU的速度很快，所以当CPU从主存中读取或写入数据时常常需要等待。为了提裔CPU的效率，产生了高速谖存(CaChe)技术。高速缓存位于CPU和主存之间，用于例调CPU与主存之间的数据传输,即耗存CPU最常用的部分数据指令.高速缓存的存取速度高于主存，能够大大提系统性能，但其价格一般较高,容ht较小.现代计算机,般使用：级缓存技术,其中一级缓存与CPU集成在一起,速度接近CPU；二姒缓存插在主板上，Ur扩展，域存容地越大，系统的性能越好.1.1.4计算机的发展趋势许多科学家认为以半导体为基础的集成技术会日益走向它的物理板眼.要解决这个矛麻.必须开发新的材料采用新的技术.

13、于足,人的努力探索新的计算机材料和计算机技术,致力于研制新一代的计算机，如生物计算机、光学计算机和圻子计算机等.从目前的研究方向看，未来计算机将向以下几个方面发展.1 .寓述计算机浮出水H科学家们最近发明了种利用空气的绝缘性能来成倍地提高计算机运行速度的新技术，并且已经生产出,食新型计算机修电跖。该电跖的芯片或晶体管之间由胶滞体包夔的导线连接.这种胶滞体中90%的物质是空气,而空气是不导电的.是一种非常优良的绝摩体.研究发明，计号机运行速度的快慢与芯片之间伯号传输的速度宜接相关.目前普遍使用的硅：笈化物在传输信号的过程中会吸收部分信号，从而延长了信息传输的时间。由于这种“空气胶海体”导线几乎不

14、吸收任何信号.因而能峪更迅速地传输各种信息。此外,它还可以降低电耗，而且不噩要对计算机的芯片进行任何改造，只能换上“空气胶滞体”导战,就可以成倍地提制计算机的运行速度。2 .生tm机的兴Ia20世纪70年代以来，人们发现脱乳核脑核酸(DNA)处在不同的状态下可产生有信息和无信息的变化。联想到信辑电路中的。与I、品体管的导通或被止、电的口或低、瞅冲信号的有或无等,科学家们产生了研制生物元件的灵感.1995年，来自世界各国的200多位专家共同探讨了生物计算机的可行性,他们认为生物计算机是以牛.物电子元件恂建的计豫机，而不是模仿生物大H而和神经系统中信息传递、处理等相关原理来设计的计算机.目前研制的

15、生物计算机鼠大的特点是采用了生物芯片，它由生物工程技术产生的蛋白柄分子构成。在这种芯片中，信息以波的形式传播，运算速度比当今最新一代的计算机快IO万倍，能麻带耗仅相当于普通计算机的十分之一，并且拥有巨大的存储能力.由于蛋臼桢分子能够自我组合，再生新的母型电路，使得生物计豫机具有生物体的一些特点，如能发挥生物体本身的调节机能自动修立芯片发生的故障.还能模仿人脑的思考机制。科学家们在生物计驾机研究领域已经有了新的进展，预计在不久的将来就能制造出分子元件，即通过在分子水平的物理、化学作用对信息进行检测、处理、传输和存储。目前,科学家们已经在超他技术领域取得了某些突破,制造出了微型机器人.他们的长远目标是让这种微型机器人成为部微小的生物计算机，不仅小巧玲珑，而且可以像生物那样自我复制和繁殖，可以钻进人体里杀死标毒，修双血管、心脏和肾脏等内部器官的损伤，或者使引起痛变的DNA突变发生逆转，从而使人们延年益寿,如图1-7所示为DNA计算机.3 .光学甘算机光光学计修机利用光作为信息的传输介质。与电子相比，光子具有许多独特的优点,它的速度水远等于光速、具有电子所不具备的领率及偏振特征，从而大大提高了传教佶息的能力,此外，光信号传输根本不需要导雄，即使在光线交汇时也不会互相干扰、互相影响,一块直径仅为2cm的光棱镜可通过的信息比特率可以超过全世界现行全