大學計算機基礎 第一章計算機及信息技術(shù)概述

1、計算機科學與工程系計算機科學與工程系 2012年信息學院修讀輔修專業(yè)年信息學院修讀輔修專業(yè)雙學士學位招生雙學士學位招生.doc計算機科學與工程系計算機科學與工程系 李康順李康順 教授、博士后、博士生導教授、博士后、博士生導師師QQ:278828464 大學計算機基礎教學大綱大學計算機基礎教學大綱 大學計算機基礎教學安排大學計算機基礎教學安排計算機科學與工程系計算機科學與工程系計算機科學與工程系計算機科學與工程系教材：教材：大學計算機基礎大學計算機基礎實驗指導實驗指導:大學計算機基礎上機實驗指導大學計算機基礎上機實驗指導計算機科學與工程系計算機科學與工程系 本課程包括理

2、論課學習和上機實驗2大部分?？倢W時數(shù)：56（其中上課32，上機單獨一門課16） 課堂只講理論，要求理解和記憶。(在講課中指定不要求的內(nèi)容可不看) 實驗：按課表按排(一般在理論課教學開始后的第四周進行 )。實驗課以自學為主，有老師指導。實驗指導書中的實驗內(nèi)容基本上要求獨立完成，另外實驗指導書還附有習題庫及期末考試試卷樣題。 成績：理論課100分（期末筆試70%+平時30%），上機實驗100分單獨計分100分（上機內(nèi)容占70%，按時上下實驗室占30%） 教學要求：上課、實驗、紀律 計算機科學與工程系計算機科學與工程系第一章第一章 計算機及信息技術(shù)概述計算機及信息技術(shù)概述 本章主要介紹計算機的發(fā)展史

3、和特點、本章主要介紹計算機的發(fā)展史和特點、類型及應用，以及計算機的未來發(fā)展趨勢；類型及應用，以及計算機的未來發(fā)展趨勢；計算機系統(tǒng)的硬件和軟件系統(tǒng)構(gòu)成；最后介計算機系統(tǒng)的硬件和軟件系統(tǒng)構(gòu)成；最后介紹信息技術(shù)的基本概念。紹信息技術(shù)的基本概念。計算機科學與工程系計算機科學與工程系 計算機發(fā)展歷史上的重要人物和思想計算機發(fā)展歷史上的重要人物和思想 人類從遠古時代就產(chǎn)生了計算的需要。鐘表業(yè)，人類從遠古時代就產(chǎn)生了計算的需要。鐘表業(yè)，特別是齒輪傳動裝置技術(shù)的發(fā)展，誕生了最早的機特別是齒輪傳動裝置技術(shù)的發(fā)展，誕生了最早的機械式計算機。械式計算機。 下面介紹幾位在電子計算機誕生之前對計算機下面介紹幾位在電子計

4、算機誕生之前對計算機發(fā)展有過突出貢獻的幾位早期歷史人物。發(fā)展有過突出貢獻的幾位早期歷史人物。 計算機科學與工程系計算機科學與工程系 法國物理學家帕斯卡法國物理學家帕斯卡(1623-1662)：在：在 1642年發(fā)明了第一臺機械式加法機。該機年發(fā)明了第一臺機械式加法機。該機由齒輪組成，靠發(fā)條驅(qū)動，用專用的鐵筆由齒輪組成，靠發(fā)條驅(qū)動，用專用的鐵筆來撥動轉(zhuǎn)輪以輸入數(shù)字。來撥動轉(zhuǎn)輪以輸入數(shù)字。 當時，當時，19歲的帕斯卡為了幫歲的帕斯卡為了幫助父親計算稅款，開始研究機械助父親計算稅款，開始研究機械計算裝置，最后制成了手搖驅(qū)動計算裝置，最后制成了手搖驅(qū)動的齒輪進位式計算器，可完成六的齒輪進位式計算器，可

5、完成六位數(shù)字的加減法。位數(shù)字的加減法。 計算機科學與工程系計算機科學與工程系 德國數(shù)學家萊布尼茨：在德國數(shù)學家萊布尼茨：在1673年發(fā)明了機械式乘年發(fā)明了機械式乘除法器?；驹砝^承于帕斯卡的加法機，也是由一除法器。基本原理繼承于帕斯卡的加法機，也是由一系列齒輪組成，但它能夠連續(xù)重復地做加減法，從而系列齒輪組成，但它能夠連續(xù)重復地做加減法，從而實現(xiàn)了乘除運算。實現(xiàn)了乘除運算。 計算機科學與工程系計算機科學與工程系 英國數(shù)學家巴貝奇：英國數(shù)學家巴貝奇：1822年，在歷經(jīng)年，在歷經(jīng)10年努力終于發(fā)明了年努力終于發(fā)明了“差分機差分機”。它有。它有3個齒個齒輪式寄存器，可以保存輪式寄存器，可以保存3個

6、個5位數(shù)字，計算精位數(shù)字，計算精度可以達到度可以達到6位小數(shù)。位小數(shù)。 巴貝奇試圖發(fā)明功能更好的通用計算機巴貝奇試圖發(fā)明功能更好的通用計算機分析機，但最終失敗。分析機，但最終失敗。 英國女數(shù)學家愛達英國女數(shù)學家愛達 (1815-1852)：巴貝奇：巴貝奇的合作伙伴。她用穿孔卡片設計了世界上的合作伙伴。她用穿孔卡片設計了世界上“第一件計算機程序第一件計算機程序”。她還建議分析機用。她還建議分析機用二進制存儲。預言分析機能唱歌、繪畫。二進制存儲。預言分析機能唱歌、繪畫。英國詩人拜倫的女兒英國詩人拜倫的女兒計算機科學與工程系計算機科學與工程系圖靈機：這個在當時看來是紙上談兵的簡單圖靈機：這個在當時看

7、來是紙上談兵的簡單機器，隱含了現(xiàn)代計算機中機器，隱含了現(xiàn)代計算機中“存儲程序存儲程序”的的基本思想。半個世紀以來，數(shù)學家們提出的基本思想。半個世紀以來，數(shù)學家們提出的各種各樣的計算模型都被證明是和圖靈機等各種各樣的計算模型都被證明是和圖靈機等價的。價的。 英國科學家阿蘭英國科學家阿蘭 圖靈圖靈(理論計算機的奠基人理論計算機的奠基人1912-1954) 控制器（含運算功能）控制器（含運算功能）這種可在紙帶上左右移動的讀寫這種可在紙帶上左右移動的讀寫頭，用于讀寫數(shù)據(jù)頭，用于讀寫數(shù)據(jù)(輸入輸出設輸入輸出設備備)，斜線方格代表，斜線方格代表1，否則代表，否則代表0。任何可計算問題都認為是與。任何可計算

8、問題都認為是與圖靈機等價的圖靈機等價的可無限延伸的紙帶。用于可無限延伸的紙帶。用于存儲程序和數(shù)據(jù)（存儲器）存儲程序和數(shù)據(jù)（存儲器）姚期智：姚期智：20002000年年首位獲獎圖靈獎首位獲獎圖靈獎的華裔學者的華裔學者 計算機科學與工程系計算機科學與工程系七十多年來，現(xiàn)代計算機基本結(jié)構(gòu)仍然是七十多年來，現(xiàn)代計算機基本結(jié)構(gòu)仍然是“馮馮諾依曼計算機諾依曼計算機”。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( (計算機鼻祖計算機鼻祖) ) 計算機應由運算器、控制器、存儲器、計算機應由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備五大部件組成；輸入設備和輸出設備五大部件組成； 應采用二進制簡化機器的電

9、路設計；應采用二進制簡化機器的電路設計； 采用采用“存儲程序存儲程序”技術(shù)技術(shù), ,以便計算機能保以便計算機能保存和自動依次執(zhí)行指令。存和自動依次執(zhí)行指令。 馮馮諾依曼：諾依曼： “如果不考慮巴貝奇、愛達和其他人早先提出的如果不考慮巴貝奇、愛達和其他人早先提出的有關(guān)思想，計算機基本概念只能屬于阿蘭有關(guān)思想，計算機基本概念只能屬于阿蘭圖靈圖靈”計算機科學與工程系計算機科學與工程系1946年年2月由賓夕法尼亞大學月由賓夕法尼亞大學研制成功的研制成功的ENIAC是世界上是世界上第一臺電子數(shù)字計算機。第一臺電子數(shù)字計算機。Electronic Numerical Integrator And Calc

10、ulator電子數(shù)字積分計算機電子數(shù)字積分計算機重重30噸，占地噸，占地167m2，耗電，耗電150千瓦千瓦18800個電子管，個電子管，1500個繼電器，保個繼電器，保存存80個字節(jié)，每秒鐘可做個字節(jié)，每秒鐘可做5000次加減次加減法或法或400次乘法運算。次乘法運算?！罢Q生了一個電子的大腦誕生了一個電子的大腦”致命缺陷：沒有存儲程序。致命缺陷：沒有存儲程序。計算機科學與工程系計算機科學與工程系q 第一代計算機第一代計算機 19461958年年 以電子管為主要元件以電子管為主要元件 代表機型：代表機型：ENIACq 第二代計算機第二代計算機 19581964年年 以晶體管為主要元件以晶體管為

11、主要元件采用晶體管的第二代采用晶體管的第二代電子計算機電子計算機IBM7090IBM7090型型即：電子數(shù)字積分計算機即：電子數(shù)字積分計算機計算機科學與工程系計算機科學與工程系q 第四代計算機第四代計算機 1971年至今年至今 以大規(guī)模以大規(guī)模/超大集成電路為主要元件超大集成電路為主要元件 巨型機、大型機、小型機、微型機以及便攜機巨型機、大型機、小型機、微型機以及便攜機 q 未來的第五代計算機是智能計算機未來的第五代計算機是智能計算機q 第三代計算機第三代計算機 19641971年年 以集成電路為主要元件以集成電路為主要元件采用集成采用集成電路的第電路的第一臺電子一臺電子計算機計算機IBM36

12、0IBM360型型電子技術(shù)的發(fā)展促進了電子計算機的更新?lián)Q代。電子技術(shù)的發(fā)展促進了電子計算機的更新?lián)Q代。計算機科學與工程系計算機科學與工程系巨型機P7P7大型機小型機微型機工作站服務器嵌入式計算機按計算機規(guī)模分類按計算機規(guī)模分類計算機類型計算機類型按計算機用途分類按計算機用途分類通用計算機專用計算機按計算機處理的數(shù)據(jù)分類按計算機處理的數(shù)據(jù)分類數(shù)字計算機模擬計算機數(shù)字模擬混數(shù)字模擬混合計算機合計算機計算機科學與工程系計算機科學與工程系 計算機是一種能按照事先存儲的程序，自動、計算機是一種能按照事先存儲的程序，自動、高速地進行大量數(shù)值計算和各種信息處理的現(xiàn)代化高速地進行大量數(shù)值計算和各種信息處理的現(xiàn)

13、代化智能電子設備。智能電子設備。運算速度快運算速度快計算精度高計算精度高存儲容量大存儲容量大具有邏輯判斷能力具有邏輯判斷能力按照程序自動運行按照程序自動運行計算機特點計算機特點計算機科學與工程系計算機科學與工程系科學計算科學計算數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理過程與實時控制過程與實時控制人工智能人工智能計算機輔助設計與制造計算機輔助設計與制造計算機應用領域計算機應用領域遠程通信與網(wǎng)絡應用遠程通信與網(wǎng)絡應用多媒體與虛擬現(xiàn)實多媒體與虛擬現(xiàn)實計算機科學與工程系計算機科學與工程系 計算機發(fā)展趨勢計算機發(fā)展趨勢巨型化巨型化存儲容量更大、運算速度更快。存儲容量更大、運算速度更快。運算速度達每秒千億、萬億次運算。主要應用：

14、天運算速度達每秒千億、萬億次運算。主要應用：天氣預報、地震機理研究、石油和地質(zhì)勘探，衛(wèi)星圖氣預報、地震機理研究、石油和地質(zhì)勘探，衛(wèi)星圖像處理等的高科技領域。像處理等的高科技領域。CRAY-銀河銀河 計算機發(fā)展趨勢計算機發(fā)展趨勢微型化微型化 計算機不再是單一的計算機器，而是一種個人的信息計算機不再是單一的計算機器，而是一種個人的信息機器。機器。計算機科學與工程系計算機科學與工程系 計算機發(fā)展趨勢計算機發(fā)展趨勢網(wǎng)絡化網(wǎng)絡化 通過計算機網(wǎng)絡可共享遠程資源，實現(xiàn)通信和合作。通過計算機網(wǎng)絡可共享遠程資源，實現(xiàn)通信和合作。 計算機發(fā)展趨勢計算機發(fā)展趨勢智能化智能化 智能計算機將是一種具有類似于人的思維能力

15、，能聽會智能計算機將是一種具有類似于人的思維能力，能聽會說，能想會做，能代替人的體力勞動以及腦力勞動的智能機說，能想會做，能代替人的體力勞動以及腦力勞動的智能機器人。器人。 DeepblueGarry Kasparov1996年年2月月10日，卡斯帕羅夫戰(zhàn)勝日，卡斯帕羅夫戰(zhàn)勝“深藍深藍”（國際象棋）（國際象棋）1997年年5月月12日，卡斯帕羅夫負于日，卡斯帕羅夫負于“更深的藍更深的藍”（改進的國際象棋）（改進的國際象棋）計算機科學與工程系計算機科學與工程系 光計算機光計算機 生物計算機生物計算機 量子計算機量子計算機計算機科學與工程系計算機科學與工程系計算機系統(tǒng)構(gòu)成計算機系統(tǒng)構(gòu)成馮諾依曼計算

16、機結(jié)構(gòu) 計算機由運算器、控制器、存儲器、輸入設備、計算機由運算器、控制器、存儲器、輸入設備、輸出設備五大部分組成。輸出設備五大部分組成?？刂菩盘柫鲾?shù)據(jù)流計算機科學與工程系計算機科學與工程系計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)硬件硬件軟件軟件中央處理器中央處理器運算器運算器控制器控制器存儲器存儲器內(nèi)存內(nèi)存外存外存ROMRAM輸出設備輸出設備系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件應用軟件應用軟件磁盤磁盤光盤光盤 U盤盤軟盤軟盤硬盤硬盤鍵盤、鼠標、掃描儀鍵盤、鼠標、掃描儀等顯示器、打印機等等顯示器、打印機等計算機系統(tǒng)構(gòu)成計算機系統(tǒng)構(gòu)成輸入設備輸入設備計算機科學與工程系計算機科學與工程系用戶程序或文檔用戶程序或文檔其它系統(tǒng)軟其它系統(tǒng)軟件件

17、操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)硬硬 件件 應用軟件是指用戶利用計算機及其提供的系統(tǒng)軟件為解決應用軟件是指用戶利用計算機及其提供的系統(tǒng)軟件為解決各種實際問題而編寫的程序。各種實際問題而編寫的程序。應用軟件可分為應用軟件可分為2類：一類是針類：一類是針對某個應用領域的具體問題開發(fā)的程序，第二類是一些大型專對某個應用領域的具體問題開發(fā)的程序，第二類是一些大型專業(yè)軟件公司開發(fā)的通用型應用軟件。業(yè)軟件公司開發(fā)的通用型應用軟件。 系統(tǒng)軟件位于計算機系統(tǒng)最系統(tǒng)軟件位于計算機系統(tǒng)最靠近硬件的一層，其他軟件一般靠近硬件的一層，其他軟件一般都通過系統(tǒng)軟件發(fā)揮作用，系統(tǒng)都通過系統(tǒng)軟件發(fā)揮作用，系統(tǒng)軟件主要包括：軟件主要包括： (1) 操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)。 (2) 語言處理程序。語言處理程序。 (3) 監(jiān)控管理程序、調(diào)試程監(jiān)控管理程序、調(diào)試程序、故障檢查和診斷程序等。序、故障檢查和診斷程序等。 計算機軟件系統(tǒng)計算機軟件系統(tǒng)計算機系統(tǒng)構(gòu)成計算