8_講座2_機(jī)器魅力

1、11. 目錄1. 改變?nèi)祟惷\(yùn)的第三次技術(shù)革命。改變?nèi)祟惷\(yùn)的第三次技術(shù)革命。2. 計(jì)算機(jī)的三大特點(diǎn)。計(jì)算機(jī)的三大特點(diǎn)。3. 計(jì)算機(jī)三個(gè)計(jì)算機(jī)三個(gè)( (四個(gè)四個(gè)) )組成部分。組成部分。4. 計(jì)算機(jī)超凡能力因何而來。計(jì)算機(jī)超凡能力因何而來。6. 計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)史和未來。計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)史和未來。5. 電腦電腦 ？人腦和電腦。？人腦和電腦。2 計(jì)算機(jī)引出一場(chǎng)技術(shù)革命計(jì)算機(jī)引出一場(chǎng)技術(shù)革命, ,因?yàn)椋阂驗(yàn)椋?. . 信息數(shù)字化有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力；信息數(shù)字化有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力； . . 它可在程序指揮下自動(dòng)連續(xù)地工作它可在程序指揮下自動(dòng)連續(xù)地工作； . . 它的運(yùn)算速度極快它的運(yùn)算速度極快( ( 12億次運(yùn)算

2、億次運(yùn)算/ /秒秒) )； . . 它的運(yùn)算精度極高它的運(yùn)算精度極高( ( 10 - - 100) )。 . . 它有極大的信息存儲(chǔ)能力它有極大的信息存儲(chǔ)能力( (內(nèi)存可內(nèi)存可 達(dá)達(dá) G 數(shù)量級(jí)數(shù)量級(jí), , 外存達(dá)外存達(dá) T 數(shù)量級(jí)數(shù)量級(jí)) )； . . 通用性強(qiáng)通用性強(qiáng), ,幾乎適用一切信息處理。幾乎適用一切信息處理。2. 革命因?yàn)?3. . 圖靈圖靈 在在 20 世紀(jì)世紀(jì) 30 年代提出存儲(chǔ)程序工作年代提出存儲(chǔ)程序工作 方式方式圖靈機(jī)圖靈機(jī), 當(dāng)代計(jì)算機(jī)的模型。當(dāng)代計(jì)算機(jī)的模型。. . 布爾布爾 創(chuàng)立的布爾代數(shù)創(chuàng)立的布爾代數(shù), 以兩個(gè)邏輯變量來以兩個(gè)邏輯變量來 描述客觀世界描述客觀世界。為

3、使用邏輯電路實(shí)現(xiàn)計(jì)算為使用邏輯電路實(shí)現(xiàn)計(jì)算 機(jī)二進(jìn)制運(yùn)算打下硬件理論基礎(chǔ)。機(jī)二進(jìn)制運(yùn)算打下硬件理論基礎(chǔ)。. . 馮馮 諾依曼諾依曼 在在1945 年年設(shè)計(jì)出設(shè)計(jì)出第一臺(tái)存儲(chǔ)程第一臺(tái)存儲(chǔ)程 序工作方式電子數(shù)字計(jì)算機(jī)序工作方式電子數(shù)字計(jì)算機(jī), 并于不久制并于不久制 造成功造成功I AS。I AS 是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的原型是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的原型. . Turing, Boolean & V. Neumann3. Turing等人4. . 計(jì)算機(jī)不過是人役使的工具計(jì)算機(jī)不過是人役使的工具, , 做什么做什么 和和怎么做怎么做必須全由人來告知必須全由人來告知。歷來的歷來的 計(jì)算工具都是如此。計(jì)算工具都是如

4、此。. . 制造機(jī)器目的是減輕人的勞動(dòng)制造機(jī)器目的是減輕人的勞動(dòng)。代替代替 人的勞動(dòng)越多的機(jī)器越是好機(jī)器。人的勞動(dòng)越多的機(jī)器越是好機(jī)器。. . 圖靈圖靈和和馮馮 諾依曼諾依曼認(rèn)為認(rèn)為 存儲(chǔ)程序工作存儲(chǔ)程序工作 方式方式 的計(jì)算機(jī)是最好的計(jì)算機(jī)。的計(jì)算機(jī)是最好的計(jì)算機(jī)。 存儲(chǔ)程序工作方式存儲(chǔ)程序工作方式4. 存儲(chǔ)程序工作方式55. 超能何來 電腦超強(qiáng)能力的根本來源：電腦超強(qiáng)能力的根本來源：1. 電子電路對(duì)布爾計(jì)算的成功模擬。電子電路對(duì)布爾計(jì)算的成功模擬。2. 連續(xù)世界的離散化。連續(xù)世界的離散化。3. 存儲(chǔ)程序工作方式。存儲(chǔ)程序工作方式。4. 優(yōu)秀的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和優(yōu)秀的算法。優(yōu)秀的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和優(yōu)秀的算法

5、。5. 微電子和光通信技術(shù)的輝煌成就。微電子和光通信技術(shù)的輝煌成就。6. 存儲(chǔ)技術(shù)的高水平發(fā)展。存儲(chǔ)技術(shù)的高水平發(fā)展。6 連續(xù)世界的離散化舉例連續(xù)世界的離散化舉例6.連續(xù)離散tV語音信號(hào)電壓語音信號(hào)電壓V V是時(shí)間的函數(shù)是時(shí)間的函數(shù), ,只取有限個(gè)語音只取有限個(gè)語音信號(hào)來描寫全部語音信息，如果取樣的時(shí)間間信號(hào)來描寫全部語音信息，如果取樣的時(shí)間間隔足夠密，則黃色矩形的總面積所表的能量信隔足夠密，則黃色矩形的總面積所表的能量信息息, ,可近似代表語音可近似代表語音 V = f( (t) ) 的全部能量信息。的全部能量信息。V = f( (t) )7MOV AX, A ; MOV DX, BADD

6、AX, DXMOV Z, AX(DX)0 ?SUB AX, DXyesNoXA, YB, Z?START求：求：A +| |B| | 程序段的流程框圖程序段的流程框圖 A +| |B| | 程序段程序段 MOV AX,A MOV AX,A MOV DX,B MOV DX,B JS JS K1K1 ADD AX,DX ADD AX,DX JMP JMP K2K2K1:K1: SUB AX,DX SUB AX,DXK2: K2: MOV Z,AX MOV Z,AXA+|B|88.階乘15！選取框圖語言選取框圖語言 FLS/ /1，用存儲(chǔ)程序工作方式，用存儲(chǔ)程序工作方式, 配合算配合算法解決計(jì)算問題

7、法解決計(jì)算問題. 循環(huán)算法循環(huán)算法例：例：求求 8! ! 框圖框圖 程序段程序段 begin int N=0, F(0)=1, P=8 while N P N = N+1; F(N)=N*F(N-1); endbeginN=0,F(0)=1,P= 8End N=N+1, F(N)= N*F(N-1)N Pno yes 遞歸算法編程能遞歸算法編程能能程序更加精簡(jiǎn)能程序更加精簡(jiǎn)99.金幣算法 算法舉例：算法舉例： 八八枚金幣中有一枚假幣枚金幣中有一枚假幣, , 假幣輕于真假幣輕于真幣。今以天平稱量查出假幣。在最不利的情況下幣。今以天平稱量查出假幣。在最不利的情況下, ,至至少要使用天平幾次？有多種

8、方法，如：少要使用天平幾次？有多種方法，如：1.1. 任取金幣二枚置天平兩端。在最不任取金幣二枚置天平兩端。在最不利情況下，這兩枚皆為真幣。此時(shí)，可利情況下，這兩枚皆為真幣。此時(shí)，可將其中一枚當(dāng)作砝碼，一一比較余六枚將其中一枚當(dāng)作砝碼，一一比較余六枚, , 在最不利情況下，最后一次才能稱出假在最不利情況下，最后一次才能稱出假幣。此法使用天平幣。此法使用天平 7 7 次。次。2.2. 將金幣分成四組將金幣分成四組, ,每組兩枚，用天平每組兩枚，用天平逐組比較逐組比較, , 最不利情況下使用天平最不利情況下使用天平 4 4 次，次，最后一次可以鑒出假幣。最后一次可以鑒出假幣。3.3. 天平兩端各置

9、天平兩端各置4 枚枚, , 則較輕端含有假則較輕端含有假幣。將此較輕的四枚再對(duì)分稱；同理較輕幣。將此較輕的四枚再對(duì)分稱；同理較輕一端的兩枚中有一枚假幣；再稱一次，便一端的兩枚中有一枚假幣；再稱一次，便可鑒出假幣。最不利情況使用天平可鑒出假幣。最不利情況使用天平 3 次。次。4. 將金幣分三份，各份的枚數(shù)分別是將金幣分三份，各份的枚數(shù)分別是 3，3，2。第一次在天平兩端各置三枚。第一次在天平兩端各置三枚, , 最不利情況天平不平衡最不利情況天平不平衡, , 則較輕端的三則較輕端的三枚中含有假幣。在這三枚中任取兩枚再枚中含有假幣。在這三枚中任取兩枚再上天平便可鑒出假幣。上天平便可鑒出假幣。此法僅用

10、天平此法僅用天平 2 2 次！次！為最佳算法。為最佳算法。10 微電子技術(shù)的輝煌成就微電子技術(shù)的輝煌成就 : IC： 一個(gè)芯片上集成一個(gè)芯片上集成1000級(jí)個(gè)級(jí)個(gè) TTL MSIC： 一個(gè)芯片上集成一個(gè)芯片上集成10000級(jí)個(gè)級(jí)個(gè) TTL LSIC： 一個(gè)芯片上集成一個(gè)芯片上集成10萬級(jí)個(gè)萬級(jí)個(gè) TTL VLSI： 一個(gè)芯片上集成一個(gè)芯片上集成100萬級(jí)個(gè)萬級(jí)個(gè) TTL 數(shù)字芯片運(yùn)算速度達(dá)數(shù)字芯片運(yùn)算速度達(dá) 20億次億次/ /s 以上以上 光纖技術(shù)的輝煌成就光纖技術(shù)的輝煌成就 : 高質(zhì)高質(zhì), 高效高效, 超大容量的單模光纖速率達(dá)超大容量的單模光纖速率達(dá) 2.5 Gbit/ /s （相當(dāng)每秒傳送

11、（相當(dāng)每秒傳送 1.5 億個(gè)漢字）億個(gè)漢字）IC與光纖成就11 網(wǎng)絡(luò)交換方式網(wǎng)絡(luò)交換方式A結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn)1結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn)5結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn)2結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn)3結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn)4BCD11網(wǎng)絡(luò)交換方式12 2121 世紀(jì)世紀(jì) 是一個(gè)以網(wǎng)絡(luò)為核心的信息時(shí)是一個(gè)以網(wǎng)絡(luò)為核心的信息時(shí) 代代, 網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)改變了且正在改變著社會(huì)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)改變了且正在改變著社會(huì) 生活的各的個(gè)方面。生活的各的個(gè)方面。 這里所指的網(wǎng)絡(luò)包括這里所指的網(wǎng)絡(luò)包括電信電信網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò), 電視電視網(wǎng)網(wǎng) 絡(luò)絡(luò)和和計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò), ,即所謂的即所謂的 “三網(wǎng)”。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是以 Internet 為代表的高速為代表的高速 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)數(shù)據(jù)通信網(wǎng), 它給人類帶來了巨大

12、的經(jīng)它給人類帶來了巨大的經(jīng) 濟(jì)效益和精神享受濟(jì)效益和精神享受(當(dāng)然也有負(fù)面影響當(dāng)然也有負(fù)面影響) )。網(wǎng)絡(luò)13 Internet 是計(jì)算機(jī)和通信結(jié)合的產(chǎn)物。是計(jì)算機(jī)和通信結(jié)合的產(chǎn)物。 通信為計(jì)算機(jī)提供數(shù)據(jù)傳送的物質(zhì)基礎(chǔ)通信為計(jì)算機(jī)提供數(shù)據(jù)傳送的物質(zhì)基礎(chǔ) 網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò), 計(jì)算機(jī)為通信提供數(shù)字和數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)為通信提供數(shù)字和數(shù)據(jù) 處理技術(shù)處理技術(shù), 促成通信革命性的飛躍促成通信革命性的飛躍 上述進(jìn)展離不開人們?cè)谏鲜鲞M(jìn)展離不開人們?cè)赩LSI和和光纖技術(shù)光纖技術(shù) 上的輝煌成就上的輝煌成就, VLSI 賜給電子設(shè)備超高賜給電子設(shè)備超高 速度和超小體積；速度和超小體積； 光纖技術(shù)光纖技術(shù)賜給通信網(wǎng)賜給通信網(wǎng) 高質(zhì)

13、量高質(zhì)量, 高效率和超大容量傳輸能力。高效率和超大容量傳輸能力。計(jì)算機(jī)與通信結(jié)合14發(fā)送器信宿接收器信源傳輸系統(tǒng)發(fā)送系統(tǒng)工作站線路設(shè)備通信網(wǎng)絡(luò)線路設(shè)備服務(wù)器接收系統(tǒng)系統(tǒng)通信示意圖15接點(diǎn)交換機(jī)1 15 5 可能的通信路徑：可能的通信路徑：1BE51BCE5，1BDE5 DABC E12345616路徑1用戶用戶1 1用戶用戶5 5 可能路徑：可能路徑： DA123456BCE EBC1 B C E 517路徑1 DA123456BCE EBC用戶用戶1 1用戶用戶5 5 可能路徑：可能路徑：1 B C E 518路徑2 DA123456BCE EB用戶用戶1 1用戶用戶5 5 可能路徑：可能路徑：1 B E 519路徑3 DA123456BCE EBD用戶用戶1 1用戶用戶5 5 可能路徑：可能路徑：1 B D E 520接點(diǎn)交換機(jī)1 15 5 可能路徑可能路徑：第第1 1條：條：1 1 B E B E 5 5第第2 2條：條：1 1 B C E B C E 5 5第第3 3條：條：1 1 B D E B D E 5 5 DABC E123456211.