同濟大學大學計算機基礎課件

1、1第一章第一章 計算機與信息社會計算機與信息社會 1.1 計算機的發(fā)展計算機的發(fā)展 1.2 信息技術概述信息技術概述 1.3 計算機在信息社會中的應用計算機在信息社會中的應用教學安排：以自學為主教學安排：以自學為主2 1.1 計算機的發(fā)展計算機的發(fā)展 n 算算 盤盤 中國唐代中國唐代 第一種手動式計數(shù)器第一種手動式計數(shù)器n 計算尺計算尺 1622年，英國年，英國William Oughtred 手動式手動式、減、乘、除、指數(shù)和三角函數(shù)運算、減、乘、除、指數(shù)和三角函數(shù)運算n 加法器加法器 19421942年，法國年，法國Blaise PascalBlaise Pascal 機械式，機械式，只能做

2、加法只能做加法n 計算器計算器 16731673年，德國年，德國Gottfried LeibnizGottfried Leibniz 機械式，機械式，加、減、乘、除和開方加、減、乘、除和開方n 差分機差分機 18221822年，英國年，英國Charles BabbageCharles Babbagen 分析機分析機 18341834年，英國年，英國Charles BabbageCharles Babbage3 查爾斯查爾斯. .巴貝奇巴貝奇 1822年差分機年差分機 1834年分析機年分析機 1.1.1 近代計算機近代計算機1.1.差分機和分析機差分機和分析機三部分組成：三部分組成：(1)(1

3、)由許多輪子組成的保存數(shù)據(jù)的存儲庫；由許多輪子組成的保存數(shù)據(jù)的存儲庫；(2)(2)運算裝置；運算裝置；(3)(3)能對操作順序進行控制，并選擇所需處理的數(shù)能對操作順序進行控制，并選擇所需處理的數(shù)據(jù)以及輸出結果的裝置。據(jù)以及輸出結果的裝置。史料：史料：查爾斯查爾斯.巴貝奇巴貝奇4 Howard Aiken博士博士發(fā)現(xiàn)了發(fā)現(xiàn)了查爾斯查爾斯.巴貝奇的論文巴貝奇的論文在在IBM的支持下，用機電方式制造了的支持下，用機電方式制造了MARK IMARK II和和 MARK III是電子計算機是電子計算機2. MARK I 1944年年51尺長尺長重重5頓頓750,000部份合并而成部份合并而成有有72個累

4、加器，每一個個累加器，每一個有自己的算術部件，及有自己的算術部件，及23位數(shù)的寄存器。位數(shù)的寄存器。 3. ABC計算機計算機 1941年年 電子管數(shù)字計算機電子管數(shù)字計算機 John V.Atanasoff和和Clifford E.Berry為數(shù)學物理研究研制的，為數(shù)學物理研究研制的，5史料：史料： 阿蘭阿蘭.圖靈圖靈 馮馮諾依曼諾依曼計算機科學奠基人計算機科學奠基人英國科學家英國科學家 阿蘭阿蘭. .圖靈圖靈主要貢獻：主要貢獻： 建立圖靈機模型，奠定了可計算理論的建立圖靈機模型，奠定了可計算理論的基礎基礎 提出圖靈測試，闡述了機器智能的概念提出圖靈測試，闡述了機器智能的概念 電子計算機之父

5、：電子計算機之父：美籍匈牙利數(shù)學家美籍匈牙利數(shù)學家 馮馮. .諾依曼諾依曼4. 阿蘭阿蘭.圖靈和馮圖靈和馮.諾依曼諾依曼美國計算機學會美國計算機學會(ACM)1966(ACM)1966年設立圖靈獎年設立圖靈獎主要貢獻：主要貢獻： 與同事研制人類第二臺計算機與同事研制人類第二臺計算機EDVAC “存儲程序存儲程序”概念概念 馮馮諾依曼計算機諾依曼計算機 奠定了現(xiàn)代計算機體系結構和工作原理奠定了現(xiàn)代計算機體系結構和工作原理61.1.2 電子計算機的問世電子計算機的問世1946年年2月由賓州大學研制的月由賓州大學研制的ENIAC電子計算機時代的到來電子計算機時代的到來 Electronic Nume

6、rical Integrator And Calculator電子數(shù)字積分計算機電子數(shù)字積分計算機重達重達30噸噸占地占地250m2啟動工耗啟動工耗150000瓦瓦18000個電子管個電子管:每秒每秒5千次加減運算千次加減運算:沒有存儲器沒有存儲器:采用十進制采用十進制第一款商用計算機：第一款商用計算機：UNIVAL1947年，莫奇萊和?？颂啬辏嫒R和?？颂厥妨希菏妨希耗嫒R和?？颂啬嫒R和埃克特71.1.3 計算機的分代計算機的分代時代時代年份年份器件器件軟件軟件應用應用一一 46-58電子管電子管機器語言匯編語言機器語言匯編語言 科學計算科學計算二二58-64晶體管晶體管高級語言高級語言

7、數(shù)據(jù)處理工業(yè)控制數(shù)據(jù)處理工業(yè)控制 三三64-71集成電路集成電路操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)文字處理圖形處理文字處理圖形處理四四71年迄今年迄今大規(guī)模集成電路大規(guī)模集成電路數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡等數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡等社會的各個領域社會的各個領域電子管電子管晶體管晶體管集成電路集成電路大規(guī)模集成電路大規(guī)模集成電路史料：史料： IBMIBM的發(fā)展史的發(fā)展史 硅谷人才搖籃仙童半導體公司硅谷人才搖籃仙童半導體公司 HPHP的發(fā)展史的發(fā)展史 比爾比爾. .蓋茨蓋茨81.1.4 計算機的分類計算機的分類 按綜合性能按綜合性能指標分類指標分類高性能計算機（高性能計算機（巨型機或大型機巨型機或大型機）：）： 速度最快、處理能力最強、速度

8、最快、處理能力最強、 最快：最快：NEC Earth Simulator NEC Earth Simulator 每秒每秒3535萬億次浮點運算，峰值萬億次浮點運算，峰值4040萬億次萬億次 中國：中國：曙光曙光4000A 25604000A 2560顆顆6464位位AMD OpteronAMD Opteron處理器處理器 每秒每秒8萬億次浮點運算，全球排名第萬億次浮點運算，全球排名第10工作站工作站：介于介于PCPC與小型機之間高檔微機系統(tǒng)與小型機之間高檔微機系統(tǒng) 高分辨率、大容量內(nèi)外存，圖形功能較強高分辨率、大容量內(nèi)外存，圖形功能較強微型計算機微型計算機： 臺式機、筆記本和個人數(shù)字助量臺式

9、機、筆記本和個人數(shù)字助量(PDA)(PDA)服務器服務器：網(wǎng)絡環(huán)境中為多個用戶提供服務的：網(wǎng)絡環(huán)境中為多個用戶提供服務的 計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)按用途分類按用途分類通用機通用機專用機專用機91.1.5 計算機的新技術計算機的新技術1嵌入式技術嵌入式技術 將計算機作為一個信息處理部件，嵌入到應用系統(tǒng)之中的一將計算機作為一個信息處理部件，嵌入到應用系統(tǒng)之中的一種技術。種技術。系統(tǒng)和功能軟件固化起來，類似系統(tǒng)和功能軟件固化起來，類似BIOS的工作方式。的工作方式。 應用：各種家電、數(shù)碼相機等應用：各種家電、數(shù)碼相機等2網(wǎng)格計算網(wǎng)格計算 利用互聯(lián)網(wǎng)把分散在不同地理位置的電腦組織成一個利用互聯(lián)網(wǎng)把分散在不

10、同地理位置的電腦組織成一個“虛擬的虛擬的超級計算機超級計算機”，其中每一臺的計算機就是一個，其中每一臺的計算機就是一個“節(jié)點節(jié)點”，而整個計算，而整個計算是由成千上萬個是由成千上萬個“節(jié)點節(jié)點”組成的組成的“一張網(wǎng)格一張網(wǎng)格”。 優(yōu)點：數(shù)據(jù)處理能力超強；充分利用網(wǎng)上的閑置處理能力。優(yōu)點：數(shù)據(jù)處理能力超強；充分利用網(wǎng)上的閑置處理能力。 示例：示例：圖1.1.6 D2OL網(wǎng)格計算103中間件技術中間件技術 中間件是介于應用軟件和操作系統(tǒng)之間的系統(tǒng)軟件中間件是介于應用軟件和操作系統(tǒng)之間的系統(tǒng)軟件 111.1.6 未來新型計算機未來新型計算機1光計算機光計算機 利用光子取代電子進行利用光子取代電子進行

11、數(shù)據(jù)運算、傳輸和存儲。數(shù)據(jù)運算、傳輸和存儲。 不同波長的表示不同的不同波長的表示不同的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 優(yōu)點：超高速優(yōu)點：超高速 缺點：體積龐大缺點：體積龐大2生物計算機（分子計算機）生物計算機（分子計算機） 2020世紀世紀8080年代中期開始研制年代中期開始研制 采用了生物芯片采用了生物芯片3量子計算機量子計算機 利用處于多現(xiàn)實態(tài)下的原子進行運算的計算機，利用處于多現(xiàn)實態(tài)下的原子進行運算的計算機， 這種多現(xiàn)實態(tài)是量子力學的標志。這種多現(xiàn)實態(tài)是量子力學的標志。 121.2 信息技術概述信息技術概述1.2.1 信息技術基礎知識信息技術基礎知識 1. 1. 信息與數(shù)據(jù)信息與數(shù)據(jù) 病歷卡上記載病人的體溫病

12、歷卡上記載病人的體溫39oC是數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)39oC本身本身是沒有意義的。當數(shù)據(jù)以某種形式經(jīng)過處理、描述或與其是沒有意義的。當數(shù)據(jù)以某種形式經(jīng)過處理、描述或與其它數(shù)據(jù)比較時，才能成為信息。某個病人的體溫是它數(shù)據(jù)比較時，才能成為信息。某個病人的體溫是39oC，這才是信息，信息是有意義的。這才是信息，信息是有意義的。 信息信息 各種事物的變化和特征的反映各種事物的變化和特征的反映 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 信息的載體。信息的載體。 例如：數(shù)值、文字、語言、圖形、圖像等。例如：數(shù)值、文字、語言、圖形、圖像等。 132. 2. 信息技術信息技術(Information Technology，IT)聯(lián)合國教科文

13、組織的定義聯(lián)合國教科文組織的定義 應用在信息加工和處理中的科學、技術與工程的訓應用在信息加工和處理中的科學、技術與工程的訓練方法和管理技巧；上述方面和技巧和應用；計算機及練方法和管理技巧；上述方面和技巧和應用；計算機及其與人、機的相互作用；與之相應的社會、經(jīng)濟和文化其與人、機的相互作用；與之相應的社會、經(jīng)濟和文化等諸種事物。等諸種事物。 141.2.2 現(xiàn)代信息技術的內(nèi)容現(xiàn)代信息技術的內(nèi)容 1. 信息基礎技術信息基礎技術 微電子技術微電子技術 當今世界新技術革命的基石當今世界新技術革命的基石 光電子技術光電子技術 采用光子作為信息的載體采用光子作為信息的載體 2. 信息系統(tǒng)技術信息系統(tǒng)技術 信

14、息獲取技術信息獲取技術 傳感技術、遙測技術和遙感技術傳感技術、遙測技術和遙感技術 信息處理技術信息處理技術 計算機技術成為現(xiàn)代信息技術的核心計算機技術成為現(xiàn)代信息技術的核心 信息傳輸技術信息傳輸技術 光纖通信技術、衛(wèi)星通信技術等光纖通信技術、衛(wèi)星通信技術等 信息控制技術信息控制技術 利用信息傳遞和反饋來實現(xiàn)利用信息傳遞和反饋來實現(xiàn) 信息存貯技術信息存貯技術 縮微品、磁盤、光盤縮微品、磁盤、光盤 通信技術通信技術( (Communication) )、計算機技術、計算機技術( (Computer) )和控和控制技術制技術( (Control) )合稱為合稱為3C3C。3. 信息應用技術信息應用技

15、術如信息管理、信息控制、信息決策如信息管理、信息控制、信息決策 151.2.3 現(xiàn)代信息技術的特點現(xiàn)代信息技術的特點 數(shù)字化數(shù)字化 大量信息可以被壓縮，并以光速進行傳輸。大量信息可以被壓縮，并以光速進行傳輸。 多媒體化多媒體化 文字、聲音、圖形、圖像、視頻等信息媒體與計算機集成在文字、聲音、圖形、圖像、視頻等信息媒體與計算機集成在一起，以接近于人類的工作方式和思考方式來設計與操作。一起，以接近于人類的工作方式和思考方式來設計與操作。 高速度、網(wǎng)絡化、寬頻帶高速度、網(wǎng)絡化、寬頻帶 下一代的下一代的InternetInternet技術。技術。 智能化智能化 在超媒體的世界里，軟件代理收集任何可能想

16、要在網(wǎng)絡上取在超媒體的世界里，軟件代理收集任何可能想要在網(wǎng)絡上取得的信息。得的信息。161.3 計算機在信息社會中的應用計算機在信息社會中的應用 計算機的應用類型計算機的應用類型1. 科學計算科學計算2. 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理3. 電子商務電子商務4. 過程控制過程控制5. CAD/CAM/CIMS6. 多媒體技術多媒體技術 7. .虛擬現(xiàn)實虛擬現(xiàn)實8. 人工智能人工智能 計算機的主要應用領域計算機的主要應用領域1. 工商：工商：電子商務、電子商務、CAD/CAM2. 教育：教育：多媒體教育、遠程教育多媒體教育、遠程教育3. 醫(yī)藥：醫(yī)藥：CAT、MRI、遠程醫(yī)療、遠程醫(yī)療4. 政府：政府：電子政府電子政府5. 娛樂：娛樂：虛擬現(xiàn)實、電影特技虛擬現(xiàn)實、電影特技 6. 科研：科研：數(shù)據(jù)采集、計算分析數(shù)據(jù)采集、計算分析7. 家庭：家庭：家庭信息化家庭信息化 17思考題思考題1. 計算機的發(fā)展經(jīng)歷了哪