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第1章数值计算与计算机

现代科学计算离不开计算机，计算机科学技术的发展为数值计算技术的发展提供了

基础。计算机的计算是通过计算机软件或程来实现的，具硬件和软件的工作状况影响

计算精度和速度。在计算机硬件、操作系统和计算方法一定的情况下，合理地设计计算

程是提高计算精度和速友的主要途径。

要编写出一种高效率的计算程，需要具备很多知识，既需要掌握一定的编程技术,

也需要对计算机的特点有所认识。同时，还需要了解计算机操作系统以及编程语言的发

展史。只有这样，才能知道如何设计最先进的计算程。

匕）计算机发展史与数值模式

计算工具是在人类生活的实际需要中发展起来的，现代计算机的诞生是人类文明的

必然产物，它的诞生使数值模式的发展和数值天气预报成为可能。

1.计算工具发展史

计算工具简称算具，是帮助人们计算的工具，它的发展是与计算技术发展相联系的。

随着生产的发展和社会的进步，算具经历了从简单到复杂、从低级到高级的发展过程，

其历史可追溯至远古时期，

人的于指是一种天然为计算工具，也是最古老的计算工具之一。远古时期，人们借

助手指计数。可是，人类手指只有10个，不能进行更复杂的计算，于是人们使用G石头、

贝壳、木棍、草绳等作为运算工具。

算筹、算盘是人类最早的手动计算工具。我国春秋时期出现的算筹，是世界上最古

老的算具，例如，春秋战国时期的《老子》中记述了“善数者不用筹策”。根据史书的记

载和考古材料，我国古代的算筹实际上是一根根同样长短和粗细的小棍子，多用竹子制

成，也有用木头、象牙、金属等材料制成的，因此，在英语中，“算筹”被翻译成“Counting

rod”（计数棒）。古代算筹不仅是正、负整数与分数的四则运算和开方的运算工具，而且

还包含着各种特定的演算，算筹促进了中国古代数学的早期发达与持续发展。

在算号之后，随着社会的进步，我国劳动人民又发明了算盘作为运算工具。早在公

元15世纪，算盘已经在我国广泛使用，后来流传到本、朝鲜等国。算盘已经基本具备

了现代计算器的主要结构特征。

在此之后，1642年法国人帕斯卡设计出了机械式加法机，这是世界上第一台机械式

数字计算机。为了制作这台机器，帕斯卡花了3年时间。这分加法机是利用齿轮传动原

理，通过手工操作来实现加、减运算的。帕斯卡的加法机当时在法国引起了轰动。

世界上第一台能够自幼运算的计算器，是1822年由英国数学家巴贝其发明的，是以

蒸汽为动力代替人类进行具体运算\1946年发生了人类历史上一件划时代的大事——世

界上第一台电子数字计算机ENIAC在美国诞生。

2.计算机发展历程

电子计算机在短短的几十年里经过了电子管、晶体管、集成电路（IC）和超大规模

集成电路V（LSI）等阶段的发展，使计算机的体积越来越小、功能越来越强、价格越来

越低、应用越来越广泛，目前正朝着智能化计算机方向发展。

第一代计算机（约从1946年到1958年），体积较大，运算速度较低，存储容量不大，

而且价格昂贵，使用也不方便。为了解决一个问题，所编制的程序的复杂程度难以表述。

这一代计算机主要用于科学计算，只在重要部门或科学研究部门使用。

第二代计