第1章+前世今生--計算與計算機

1、第1章 前世今生-計算與計算機學習目標n理解計算和計算機器n理解計算機科學和計算機科學中的經(jīng)典問題n熟悉計算機硬件和軟件發(fā)展的歷史和趨勢n了解計算機用戶角色的轉(zhuǎn)換n了解系統(tǒng)程序員和應(yīng)用程序員n掌握計算機系統(tǒng)的概念n掌握計算機系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)n掌握計算機的特點、分類n理解計算機對生活方式的改變n了解計算機的應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)容提要n認識計算機和計算機科學n計算機的發(fā)展從計算工具到計算機計算機硬件發(fā)展計算機軟件發(fā)展n計算機系統(tǒng)及其抽象分層n計算機的特點及分類n計算機與社會什么是計算？1.1.1 計算與計算機n計算是“數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)”在“運算符運算符”的操作下，按“規(guī)則規(guī)則”進行的數(shù)據(jù)變換3+5=8hrrhrf22

2、),(2hrrhrf22),(2hrrhrf22),(2 各種計算“規(guī)則”越來越復(fù)雜，加減運算、對數(shù)運算、指數(shù)運算、微積分運算. 除了學規(guī)則外，還要應(yīng)用這些“規(guī)則”來求解各種問題n“規(guī)則規(guī)則”可以學習，但是應(yīng)用“規(guī)則規(guī)則”來求解問題有時卻超出了人的計算能力n知道規(guī)則，很難（或者沒有辦法）通過人工計算得到結(jié)果化簡，把復(fù)雜問題化簡為簡單規(guī)則的組合設(shè)計一種機器，代替人工計算用來幫助人們計算的機器稱為計算機用來幫助人們計算的機器稱為計算機等式數(shù)目比未知數(shù)數(shù)目少；要求找出對所有等式都成立的整數(shù)組合問題？n（1）哪些問題可以自動計算？哪些問題可以在有限時間、有限空間內(nèi)自動計算？算法分析n（2）如何低成本、

3、高效地實現(xiàn)自動計算？構(gòu)建計算機器n（3）如何方便有效地利用計算機器進行計算。計算機的應(yīng)用1.1.2 計算機科學n研究計算機器計算機器和可計算系統(tǒng)計算系統(tǒng)的理論方面的學科，包括：計算系統(tǒng)的硬件設(shè)計與構(gòu)造、發(fā)現(xiàn)和提出新的問題、尋找新問題的求解算法、發(fā)現(xiàn)和設(shè)計使用計算機的新方式n圍繞如何構(gòu)造構(gòu)造各種計算機器各種計算機器 和 應(yīng)用應(yīng)用各種計算機器各種計算機器理解計算系統(tǒng)是如何工作的？理解如何利用計算系統(tǒng)來控制和處理現(xiàn)實世界的各種事物？計算思維（Computational Thinking）LearningDoingThinking1.1.3 計算機科學中的經(jīng)典問題n經(jīng)典問題往往以深入淺出的形式來表達深

4、奧的科學規(guī)律和本質(zhì)內(nèi)容，在學科研究中常常用來輔助說明思想、原理、方法和技術(shù)哥尼斯堡七橋問題與圖論哲學家就餐問題與資源管理漢諾塔問題與可計算性證比求易問題與并行計算TSP問題與組合爆炸問題兩軍問題與計算機網(wǎng)絡(luò)圖靈測試與人工智能Story1 哥尼斯堡七橋問題與圖論哥尼斯堡七橋問題與圖論歐拉回路的判定規(guī)則：（1）如果通奇數(shù)橋的地方多于兩個，則不存在歐拉回路；（2）如果只有兩個地方通奇數(shù)橋，可以從這兩個地方之一出發(fā)，找到歐拉回路；（3）如果沒有一個地方是通奇數(shù)橋的，則無論從哪里出發(fā)，都能找到歐拉回路。CADB“七橋七橋”是圖論研究的開始，圖是圖論研究的開始，圖論已廣泛應(yīng)用在計算學科、運籌論已廣泛應(yīng)用在

5、計算學科、運籌學、控制論、信息論等學科中學、控制論、信息論等學科中抽象抽象是提取問題中最本質(zhì)的東西，是提取問題中最本質(zhì)的東西，忽視問題非本質(zhì)的東西忽視問題非本質(zhì)的東西哈密頓回路問題哈密頓回路：要求從一個城市出發(fā)，經(jīng)過每個城市恰好一次，然后回到出發(fā)城市。 1983141202131545679101112161718尚未找到圖G是否存在哈密頓回路的充分必要條件Story2哲學家共餐問題與資源管理 哲學家的生活進程可表示為：哲學家的生活進程可表示為：（1）思考問題；）思考問題；（2）餓了停止思考，左手拿起一只）餓了停止思考，左手拿起一只筷子（如果左側(cè)哲學家已持有它，則筷子（如果左側(cè)哲學家已持有它，

6、則等待）；等待）；（3）右手拿起一只筷子（如果右側(cè)）右手拿起一只筷子（如果右側(cè)哲學家已持有它，則等待）；哲學家已持有它，則等待）；（4）進餐；）進餐；（5）放下左手筷子；）放下左手筷子；（6）放下右手筷子；）放下右手筷子；（7）重新回到狀態(tài)（）重新回到狀態(tài)（1）思考問題；）思考問題； 哲學家共餐問題與資源管理程序并發(fā)執(zhí)行時進程同步的兩個關(guān)鍵問題程序并發(fā)執(zhí)行時進程同步的兩個關(guān)鍵問題死鎖死鎖和資源耗盡資源耗盡：（1）按哲學家的生活進程，當所有的哲學家都同時拿起左手筷子時，則所有哲學家都將拿不到右手筷子，并處于等待狀態(tài)，那么，哲學家都將無法進餐，最終餓死。（2）將哲學家的生活進程修改為當拿不到右手筷

7、子時，就放下左手筷子。但是，可能在一個瞬間，所有的哲學家都同時拿起左手筷子，則自然拿不到右手筷子，于是都同時放下左手筷子，等一會，又同時拿起左手筷子，如此重復(fù)下去，則所有的哲學家都將無法進餐。操作系統(tǒng)操作系統(tǒng) 必須徹底解決由于資源共享而產(chǎn)生的必須徹底解決由于資源共享而產(chǎn)生的-競爭問題！競爭問題！Story3 漢諾塔問題與可計算性漢諾塔問題與可計算性在世界剛被創(chuàng)建的時候有一座鉆石寶塔（塔A），其上有64個金碟。所有碟子按從大到小的次序從塔底堆放至塔頂。緊挨著這座塔有另外兩個鉆石寶塔（塔B和塔C）。從世界創(chuàng)始之日起，婆羅門的牧師們就一直在試圖把塔A上的碟子移動到塔C上去，其間借助于塔B的幫助。每次

8、只能移動一個碟子，任何時候都不能把一個碟子放在比它小的碟子上面。當牧師們完成任務(wù)時，世界末日也就到了。 漢諾塔問題與可計算性BABCABCAACABC(a)(b)(c)(d)漢諾塔問題與可計算性n個碟子的漢諾塔問題需要移動的碟子數(shù)是n-1第一步 為 ，第二步為1，第三步為 。因此：2121121()2(1)12(2(2)1)12(2)212(0)2221222121nnnnh nh nh nh nh (1)h n(1)h n漢諾塔問題與可計算性 64個碟子的漢諾塔問題，需要移動的碟子數(shù)為： 264118,446,744,073,709,551,615 如果每秒移動一次，一年有31,536,00

9、0秒，則僧侶們一刻不停地來回移動，也需要花費5849億年的時間 假定計算機以每秒1000萬個碟子的速度進行移動，則需要花費58,490年的時間。理論上可以計算的問題，實際上并不一定能行，這屬于計算復(fù)雜性計算復(fù)雜性領(lǐng)域的研究內(nèi)容。將可以在多項式時間內(nèi)求解的問題看作是易解問題易解問題，可以在可接受的時間內(nèi)實現(xiàn)問題求解；將需要指數(shù)時間求解的問題看作是難難解問題解問題，計算時間隨著問題規(guī)模的增長而快速增長計算問題計算問題分為分為可計算可計算（理論上可計算理論上可計算&時時間上可計算間上可計算）與）與不可計算不可計算n從前，有一個酷愛數(shù)學的年輕國王艾述向鄰國一位聰明美麗的公主秋碧貞楠求婚。公主出

10、了這樣一道題：求出48 770 428 433 377 171的一個真因子。若國王能在一天之內(nèi)求出答案，公主便接受他的求婚。n國王回去后立即開始逐個數(shù)地進行計算，他從早到晚，共算了三萬多個數(shù)，最終還是沒有結(jié)果。國王向公主求情，公主將答案相告：233 092 827是它的一個真因子。國王很快就驗證了這個數(shù)確能除盡48 770 428 433 377 171這個數(shù)。公主說：“我再給你一次機會，如果這次你還求不出來，將來你只好做我的證婚人了?！盨tory4 證比求易問題與并行計算證比求易問題與并行計算證比求易問題與并行計算證比求易問題與并行計算n國王立即回國，向時任宰相的大數(shù)學家孔喚石求教，大數(shù)學家

11、在仔細地思考后認為一個17位的數(shù)，其最小的一個真因子不會超過9位，于是，他給國王出了一個主意：按自然數(shù)的順序給全國的老百姓每人編一個號發(fā)下去，等公主給出數(shù)目后，立即將它通報全國，讓每個老百姓用自己的編號去除這個數(shù)，除盡了就立即上報，賞金兩萬。經(jīng)過宰相孔喚石的指點，國王最終求婚成功。證比求易問題證比求易問題 在計算復(fù)雜性領(lǐng)域中，一般認為求解一個問題往往比較困難，但驗證一個問題相對來說就比較容易證比求易證比求易。 求大整數(shù)S=48 770 428 433 377 171的因子是個難解問題，但是驗證a=223,092,871是不是大整數(shù)S的因子卻很容易；求一個線性方程組的解可能很困難，但是驗證一組值

12、是否是方程組的解卻很容易。 當將一個問題分解到多個處理器上解決時，由于算法中不可避免地存在必須串行執(zhí)行的操作，從而大大地限制了并行計算機系統(tǒng)的加速能力。就難解性問題而言，單純地提高計算機系統(tǒng)的速度是遠遠不夠的，而降低算法的復(fù)雜度的數(shù)量級才是最關(guān)鍵的。Story5 TSP問題與組合爆炸問題與組合爆炸nTSP問題（又稱貨郎擔問題、郵遞員問題、售貨員問題）是數(shù)學家克克曼于19世紀初提出的一個數(shù)學問題，是指旅行家要旅行n個城市然后回到出發(fā)城市，要求各個城市經(jīng)歷且僅經(jīng)歷一次，并要求所走的路程最短。由于TSP問題有著貌似簡單的表述、重要的應(yīng)用、以及和其他NP完全問題的重要關(guān)系，它在近200年的時間里強烈地

13、吸引著計算機科學工作者。 TSP問題8abdc23571否否 18adcba6否否 23adbca5是是 11acdba4否否 23acbda3是是 11abdca2否否 18abcda1是否最短是否最短路徑長度路徑長度路徑路徑序號序號 10城市的TSP問題有大約180,000個可能解。 20城市的TSP問題有大約60,000,000,000,000,000個可能解。 50城市的TSP問題有大約1062個可能解，而一個行星上也只有1021升水。 TSP問題對于具有對于具有n個頂點的個頂點的TSP問題，可能的解有：問題，可能的解有： (n-1)!/2個。個。 組合爆炸組合優(yōu)化問題：尋找一個組合對

14、象，比如一個排列或一個組合，這個對象能夠滿足特定的約束條件并使得某個目標函數(shù)取得極值。無論從理論的觀點還是實踐的觀點，組合優(yōu)化問題都是計算領(lǐng)域中最難的問題，其原因是：（1）隨著問題規(guī)模的增大，組合對象的數(shù)量增長產(chǎn)生組合爆炸；（2）還沒有一種已知算法能在可接受的時間內(nèi)，精確地求解絕大多數(shù)這類問題。 Story6 兩軍問題與計算機網(wǎng)絡(luò)兩軍問題與計算機網(wǎng)絡(luò)n一支白軍被圍困在一個山谷中，山谷的兩側(cè)是藍軍。困在山谷中的白軍人數(shù)多于山谷兩側(cè)的任一支藍軍，而少于兩支藍軍的總和。若一支藍軍對白軍單獨發(fā)起進攻，則必敗無疑；但若兩支藍軍同時發(fā)起進攻，則可取勝。兩支藍軍希望同時發(fā)起進攻，這樣他們就要傳遞信息，以確定

15、發(fā)起攻擊的具體時間。假設(shè)他們只能派譴士兵穿越白軍所在的山谷（惟一的通信信道）來傳遞信息，那么在穿越山谷時，士兵有可能被俘，從而造成消息的丟失?，F(xiàn)在的問題是：如何通信，以便藍軍必勝。n不存在使藍軍必勝的不存在使藍軍必勝的通信約定（協(xié)議）通信約定（協(xié)議）兩軍問題與計算機網(wǎng)絡(luò)兩軍問題與計算機網(wǎng)絡(luò)n網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（簡稱協(xié)議），是為網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標準或約定的集合互聯(lián)互聯(lián)網(wǎng)軟網(wǎng)軟件的件的分層分層結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 計算機網(wǎng)絡(luò)計算機網(wǎng)絡(luò)云服務(wù)Story7 圖靈測試與人工智能提問者提問者回答者回答者A 回答者回答者B“機器能思考嗎？機器能思考嗎？”人工智能分布式的控制系統(tǒng)將很多模式的識別和決策分配給了現(xiàn)場的控

16、制設(shè)備，這些控制設(shè)備對生產(chǎn)過程所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)以及背后的模式會有深刻的了解，進而做出代替人腦的智能判斷我們雖然可以對語言進行準確的識別，但是人類表達中那些微妙語意，以及語言背后的情感和雙關(guān)語是機器今天無法理解的，關(guān)于語意的識別需要構(gòu)建更新的類似人腦的模式分辨方式和新的學習系統(tǒng)人工智能研究方向一n在人工智能方面，有兩個主要的研究方向：n一種是采用傳統(tǒng)的編程技術(shù)，使系統(tǒng)呈現(xiàn)智能的效果，而不考慮所用方法是否與人或動物機體所用的方法相同，這種方法叫工程學方法，這一方面的成果是極其顯著的。包括科大訊飛的語音識別，還有IBM的人機大戰(zhàn)的成功，都屬于工程學的方法。人工智能研究方向二n另一種是模擬法，與人類或生物

17、機體所用的方法相同或類似：原則是編程者為每一個角色設(shè)計一個智能系統(tǒng)來進行控制，這個智能系統(tǒng)可能開始時候什么也不懂，就像出生嬰兒一樣，但是它能夠快速學習，逐漸適應(yīng)環(huán)境，甚至通過犯錯不斷吸取教訓，下一次運行的時候就能改正，至少不會永遠錯下去遺傳算法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，都屬于這個范疇。因為第一種工程學的方法會占用大量的計算資源，而當我們考察人腦的運行方式的時候，會發(fā)現(xiàn)它更接近模型法。其實在實時處理龐大的數(shù)據(jù)方面，雖然人腦略遜一籌，而且運行速度也比較慢，也不夠精確，但是在識別、解釋和根據(jù)模式做出反應(yīng)方面，人腦卻是當前的計算機根本無法代替的。而且整個大腦耗費的能源與一個20W的燈泡相當，所占體積也不足2L，

18、但是在大規(guī)模計算機系統(tǒng)，99%的系統(tǒng)分給了供電和降溫，僅用1%來處理信息。因此科學家們一直試圖模擬人腦工作的芯片，IBM在這方面已經(jīng)獲得了關(guān)鍵突破，2014年8月，IBM對外宣稱，他們開發(fā)的新一代芯片TrueNorth,采用模擬人腦結(jié)構(gòu)中的神經(jīng)突觸內(nèi)核，其芯片采用了54億個晶體管。是傳統(tǒng)PC處理的4倍以上，其效果相當于100萬個神經(jīng)元和2.56億個突觸。每一個結(jié)構(gòu)都能使用一種名叫Crossbar的通信模式來存儲處理，并向其他結(jié)構(gòu)傳輸數(shù)據(jù)，每一個這樣的內(nèi)核都使用了事件驅(qū)動設(shè)計，也就是說它不會一直運行，只有在需要的時候次才會啟動，從而使得芯片運行更節(jié)能。1.2 計算機的發(fā)展 n了解歷史可以了解技術(shù)

19、的進步、解釋為什么計算機是今天這個樣子，對我們有什么啟示，為進一步發(fā)展奠定了基礎(chǔ)n計算涉及到數(shù)據(jù)、規(guī)則和規(guī)則的執(zhí)行，計算機器必須解決的問題數(shù)據(jù)如何表示數(shù)據(jù)如何表示、如何存儲及自動存儲；如何存儲及自動存儲；計算規(guī)則如何表示、如何執(zhí)行及自動執(zhí)行計算規(guī)則如何表示、如何執(zhí)行及自動執(zhí)行n不同的發(fā)展階段體現(xiàn)了對這些問題的解決方式計算輔助工具Pascal機械計算機: 自動計算-固定的計算規(guī)則Babbage機械計算機: (特定)程序 -可有限變化的計算規(guī)則現(xiàn)代計算機：一般程序-任意可變的計算規(guī)則計算機器的簡要發(fā)展歷程u從表示-自動存儲-自動執(zhí)行計算機的發(fā)展歷史（年代）手動式計算工具手動式計算工具20世紀世紀6

20、0年代年代機械式計算工具機械式計算工具1642年年1886年年機電式計算機機電式計算機20世紀世紀30年代年代電子計算機電子計算機元代元代1300年年算盤算盤遠古遠古1832年年分析機分析機計算器計算器計算機的硬件發(fā)展n計算機的前世手工計算工具機械式計算工具機電式計算機n計算機的今生電子計算機是一種電子設(shè)備數(shù)字計算機內(nèi)部是二進制數(shù)字世界n計算機的未來 中國：結(jié)繩記事中國：結(jié)繩記事算籌算籌算盤算盤 英國：英國：Napier算籌算籌計算尺計算尺 計算計算工具：工具：手指手指算籌算籌 運算：加減運算運算：加減運算乘除運算乘除運算乘方、開方、三乘方、開方、三角函數(shù)角函數(shù)算盤算盤計算尺計算尺早期歷史手工

21、計算工具跳過詳細內(nèi)容到機械式計算工具早期歷史手工計算工具n英國的巨石柱群(Stonehenge)：多年來，科學家與考古學家對于在西歐許多地區(qū)發(fā)現(xiàn)的由石塊圍成的圓圈非常感興趣其中英國的巨石柱群是最典型的例子，其石塊位置與太陽位置之間的關(guān)聯(lián)使得有人將巨石柱群描繪成一部天文電腦。早期歷史手工計算工具n算籌：第一個人造計算工具。 我國古代勞動人民最先創(chuàng)造和使用了這種簡單的計算工具。 南北朝時期，祖沖之用算籌作為計算工具將圓周率精確到3.1415926和3.1415927之間。 春秋戰(zhàn)國時期春秋戰(zhàn)國時期 祖沖之(429500年)n 算盤：計算工具發(fā)展史上第一次重大改革。 我國古代勞動人民創(chuàng)造的。我國古代

22、勞動人民創(chuàng)造的。 在英語中，算盤有兩種拼法：在英語中，算盤有兩種拼法：abacus 和和 Suan-Pan。 算盤由算籌演變而來，并且和算籌并算盤由算籌演變而來，并且和算籌并存競爭了一個時期，終于在元代后期取存競爭了一個時期，終于在元代后期取代了算籌。代了算籌。 元代后期元代后期早期歷史手工計算工具早期歷史手工計算工具n 納皮爾Napier算籌：英國人發(fā)明。 用加法操作來實現(xiàn)乘法操作。用加法操作來實現(xiàn)乘法操作。 1617 年年數(shù)學原理：根據(jù)對數(shù)原理，在兩個圓盤的邊緣標注對數(shù)數(shù)學原理：根據(jù)對數(shù)原理，在兩個圓盤的邊緣標注對數(shù)刻度，然后讓它們相對轉(zhuǎn)動，基于對數(shù)原理用加減法來實刻度，然后讓它們相對轉(zhuǎn)動

23、，基于對數(shù)原理用加減法來實現(xiàn)乘除運算?，F(xiàn)乘除運算。 18世紀末，瓦特在尺座上添置了一個滑標。世紀末，瓦特在尺座上添置了一個滑標。1621 年年n 對數(shù)計算尺：英國人發(fā)明。早期歷史手工計算工具早期歷史機械式計算工具n1623年，德國科學家契克卡德（W.Schickard）為天文學家開普勒(Kepler)制作了一臺機械計算機。這臺機械計算機能做6位數(shù)加減法，還能做乘法運算n 帕斯卡加法器：法國人發(fā)明。背景：鐘表技術(shù)、齒輪技術(shù)。帕斯卡加法器由齒輪組成、以發(fā)條為動力、通過轉(zhuǎn)動齒輪來實現(xiàn)加減運算、用連桿實現(xiàn)進位。 1642 年年啟示：可以用機械工啟示：可以用機械工具來模擬人的思維活具來模擬人的思維活動。

24、動。早期歷史機械式計算工具n 萊布尼茨四則運算器：德國人發(fā)明。萊布尼茨四則運算器：德國人發(fā)明。工作原理同帕斯卡加法器，能進行工作原理同帕斯卡加法器，能進行四則運算。四則運算。乘法運算采用進位乘法運算采用進位-加，后來演化為加，后來演化為二進制，被現(xiàn)代計算機采用。二進制，被現(xiàn)代計算機采用。 1673 年年需要手動上發(fā)條，然后就可需要手動上發(fā)條，然后就可以機械地實現(xiàn)計算以機械地實現(xiàn)計算手動手動機械。機械。早期歷史機械式計算工具n Jacquard織布機：法國人發(fā)明。用穿孔卡片控制紡織圖案Joseph Jacquard（杰卡德）發(fā)明，可編程織布機，通過讀取穿孔卡片上的編碼信息來自動控制織布機的編織圖

25、案。不是計算設(shè)備，第一次使用了穿孔，為輸入設(shè)備的出現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)20 世紀 70 年代還在普遍使用。1804 年年早期歷史機械式計算工具0 1 0 1 0 0 1 00 0 1 1 0 1 0 00 1 1 0 0 1 0 11822 年年n 差分機：英國人（巴貝奇）發(fā)明。背景：英國工業(yè)革命，航海和天文計算。原理：任何連續(xù)函數(shù)都可以用多項式嚴格地逼近，例如： ! 7! 5! 3)sin(753xxxxx早期歷史機械式計算工具采用寄存器（齒輪式裝置）來存儲數(shù)據(jù)，使計算工具從手動機械躍入自動機械。 第一次出現(xiàn)內(nèi)存。第一次出現(xiàn)內(nèi)存。不僅輸入信息需要機械化，不僅輸入信息需要機械化，而且操作信息也要機械化

26、。而且操作信息也要機械化。n分析機：英國人（巴貝奇）發(fā)明。背景：瓦特發(fā)明了蒸氣機。以齒輪為元件、以蒸汽為動力。雖然沒有實現(xiàn)沒有實現(xiàn)，但意義重大，采用了具有現(xiàn)代意義的裝置：（1）存儲裝置（2）運算裝置（3）控制裝置（4）輸入和輸出裝置1832 年年早期歷史機械式計算工具采用了與采用了與Jacquard織布機類似的卡片輸入 英國著名詩人拜倫的獨生女愛達奧古斯塔為分析機編制了人類歷史上第一批計算機程序第一批計算機程序。 歷史上第一位程序員。 愛達和巴貝奇為計算機的發(fā)展創(chuàng)造了不朽的功勛，他們對計算機的預(yù)見超前了一個多世紀，正是他們的辛勤努力，為后來計算機的出現(xiàn)奠定了堅實的基礎(chǔ)。 愛達（愛達（Ada）早

27、期歷史機械式計算工具n 制表機：美國人發(fā)明。 背景：機電技術(shù)、美國人口普查，參與了美國1890年的人口普查工作第一臺自動進行加減乘除運算、累計存檔、制作報表的機電式計算工具。輸入、輸出、存儲均用穿孔卡片。人類歷史上第一次利用計算工具進行大規(guī)模數(shù)據(jù)的自動處理。Hollerith被稱為“信息處理之父”雇傭第一批“數(shù)據(jù)錄入員” 來處理穿孔卡Hollerith創(chuàng)建了IBM公司1886 年年早期歷史機電式計算機機械和電子設(shè)備的總稱機械和電子設(shè)備的總稱n布爾：英國數(shù)學家。他的最大發(fā)現(xiàn)就是用一套符號來進行邏輯演算，即布爾代數(shù)。n布爾代數(shù)：關(guān)于0和1的代數(shù)系統(tǒng)，用基礎(chǔ)的邏輯符號系統(tǒng)描述物體和概念，這為今后數(shù)字

28、計算機開關(guān)電路設(shè)計提供了最重要的數(shù)學方法。早期歷史數(shù)字計算機的萌芽n香農(nóng)：1938年在MIT獲得電氣工程碩士學位，碩士論文題目是繼電器與開關(guān)電路的符號分析。在布爾代數(shù)和繼電器開關(guān)電路之間架起了橋梁。n把布爾代數(shù)的“真”與“假”和電路系統(tǒng)的“開”與“關(guān)”對應(yīng)起來，并用1和0表示。于是他用布爾代數(shù)分析并優(yōu)化開關(guān)電路，這就奠定了數(shù)字電路的理論基礎(chǔ)。早期歷史數(shù)字計算機的萌芽n用于復(fù)數(shù)計算的全電磁式計算機用于復(fù)數(shù)計算的全電磁式計算機model-K：美國斯蒂比茲（G. Stibitz）制造n將電傳打字機用電話線連接上遠在紐約的計算機，異地操作進行復(fù)數(shù)計算，實現(xiàn)了計算機的遠程通信。n是實現(xiàn)計算機遠程遙控的第

29、一人，而且也是舉世公認的“數(shù)字計算機之父”。早期歷史機電式計算機n Z系列計算機系列計算機：德國人發(fā)明朱斯(K.Zuse)：第一個采用電器元件制造計算機 先后研制出Z-1、 Z-2、Z-3、Z-4 第一臺采用二進制和繼電器的通用程序計算機。二進制、浮點記數(shù)法、帶存儲地址的指令等思想已經(jīng)有人提出，但朱斯第一次將這些思想具體實現(xiàn)。成立了朱斯計算機公司1938 年年早期歷史數(shù)字計算機的萌芽n巨人計算機：英國人制造 1941年，朱斯向德國政府申請基金用來建造計算機，用于破譯敵人的密碼，德國政府沒有批準。與此同時，英國政府秘密組建一個由科學家和工程師組成的絕密小組，他參與了世界上最早的電子計算機的研制工

30、作。1943年，圖靈圖靈等人研制成功Colossus（巨人計算機），使得英國軍方能夠竊取并破譯德國的軍事情報。1943 年年早期歷史數(shù)字計算機的萌芽n 圖靈：英國著名的數(shù)學家和邏輯學家，被稱為計算機科學之父、人工智能之父，是計算機邏輯的奠基者。人們?yōu)榧o念其在計算機領(lǐng)域的卓越貢獻而設(shè)立“圖靈獎”。1945年，提出了通用計算機的概念1947年，提出自動程序設(shè)計的思想 1950年，提出關(guān)于機器思維的問題，他的論文“機器能夠思維嗎？引起了廣泛的注意和深遠的影響。1952年，寫了一個國際象棋程序。早期歷史數(shù)字計算機的萌芽n控制論之父：維納n一戰(zhàn)期間，在阿貝丁試炮場，為高射炮編制射程表n1940年，維納提

31、出：現(xiàn)代計算機應(yīng)該是數(shù)字式的、由電子元件構(gòu)成、采用二進制、內(nèi)部存儲數(shù)據(jù)n1948年，維納發(fā)表控制論早期歷史數(shù)字計算機的萌芽n MARK-I：美國人1944年研制成功。是世界上第一臺大型通用自動數(shù)字計算機哈佛大學數(shù)學教授霍華德艾肯在讀過巴貝奇和愛達的筆記后，被巴貝奇的遠見卓識所震驚，提出用機電的方法，而不是純機械的方法來實現(xiàn)分析機。 在IBM的資助下完成的1936 年年早期歷史數(shù)字計算機的出現(xiàn)MARK-I部分繼電器，部分繼電器， MARK-II全部采用繼電器全部采用繼電器 MARK-III采用電子管采用電子管早期歷史數(shù)字計算機的出現(xiàn)nENAIC：1946年，第一臺真正運轉(zhuǎn)的數(shù)字計算機，馮.諾伊曼

32、做顧問ENIAC致命的缺陷有兩個：一是沒有存儲器；二是用布線接板進行控制 馮馮.諾伊曼開始致力于另一臺著諾伊曼開始致力于另一臺著名機器名機器EDVAC的建造，通常稱的建造，通常稱為馮為馮.諾伊曼機諾伊曼機 此時，此時，明確提出計算機的五大明確提出計算機的五大部件，并用二進制代替十進制部件，并用二進制代替十進制運算運算1.2.2 計算機的今生計算機是用來進行高速計算的電子計算機器計算機要解決的幾個問題u“控制與計算”-微處理器，又稱CPU（Central Processing Unit）u“輸入”-如何將外部信息輸入到計算機中?u“輸出”-如何將計算機中信息輸出到外界(顯示或打印)?u “永久存

33、儲與臨時存儲”-如何將計算機中的信息永久保存或臨時保存?計算機的發(fā)展是伴隨著構(gòu)成計算機的元器件和各個構(gòu)成部件的發(fā)展而發(fā)展電子管: 可自動控制0和1變化的元件晶體管集成電路: 可自動實現(xiàn)一定變換的元件超大規(guī)模集成電路(VLSI)元器件的發(fā)展u計算的控制l體積越來越小；l可靠性越來越高；l電路規(guī)模越來越大；l速度越來越快；l功能越來越強大；元器件的發(fā)展對我們的啟示從輸入變換到輸出從單個到復(fù)雜系統(tǒng)微處理器l 字長字長。CPU一次操作所能處理的二進制數(shù)據(jù)的位數(shù)稱為字長。微處理器的字長從早期的4位、8位、16位發(fā)展到現(xiàn)在的32位、64位和128位等。l 主頻主頻。CPU每秒所能完成操作的次數(shù)稱為主頻，是

34、CPU工作的時鐘頻率。第一臺計算機主頻只有4.77MHz，發(fā)展到幾十MHz、幾百MHz、幾GHz，現(xiàn)在已經(jīng)達到幾十GHz。l 晶體管數(shù)量晶體管數(shù)量。由于光刻技術(shù)、納刻技術(shù)的發(fā)展，微處理器芯片上晶體管的數(shù)目不斷增多，第一臺計算機有18000個電子管，發(fā)展為幾十萬只、幾百萬只、幾千萬只、幾億只，現(xiàn)在已經(jīng)超過幾十億只。微處理器：將運算和執(zhí)行部件集成在一塊芯片上，稱微處理器：將運算和執(zhí)行部件集成在一塊芯片上，稱為中央處理單元（為中央處理單元（Central Processing Unit，CPU） 輸入設(shè)備輸入設(shè)備n穿孔卡片(0和1的輸入)n鍵盤（文字符號的輸入）n鼠標（點輸入）n掃描儀（紙質(zhì)文檔/圖

35、像的輸入）n觸摸屏（人對屏幕上圖形的直接控制）n語言輸入（自動識別人的語音）n體感設(shè)備（感知人體的動作輸入）n物聯(lián)網(wǎng)（感知周圍環(huán)境變化的輸入）輸輸出出設(shè)備設(shè)備n顯示器CRT光柵掃描顯示器數(shù)字光柵掃描顯示器液晶顯示器等離子顯示器三維顯示器觸控顯示器等n打印機存儲設(shè)備存儲設(shè)備n汞延遲線n磁芯、磁帶和磁鼓n“溫徹斯特”硬盤nSerial ATA接口的硬盤nCD-ROM光盤驅(qū)動器nDVD光盤nFlash RAM、Multimedia Card、USB removable disk、固態(tài)硬盤、納米存儲、量子存儲等。從微處理器使用的元器件可以把計算機分為4代，同時伴隨的是各部件的發(fā)展由于計算機仍然在使用電

36、路板，仍然在使用微處理器，仍由于計算機仍然在使用電路板，仍然在使用微處理器，仍然沒有突破馮然沒有突破馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)，所以，我們還不能為這一諾依曼體系結(jié)構(gòu)，所以，我們還不能為這一代計算機畫上休止符。代計算機畫上休止符。1946年年 1959年年 1965年年 1971年年第一代計算機第一代計算機第二代計算機第二代計算機第三代計算機第三代計算機第四代計算機第四代計算機計算機的發(fā)展n標志：1946年ENIAC。n電子元件：電子管。n主存儲器：磁鼓，輔助存儲設(shè)備：磁帶n外設(shè)：輸入設(shè)備：穿孔卡片 輸出設(shè)備：穿孔卡片或行式打印機n所需環(huán)境：可控制溫度的機房。n重大事件：1951年問世的UNIVAC準確預(yù)

37、測了1952年美國大選艾森豪威爾獲勝；1952年IBM生產(chǎn)第一批商業(yè)化計算機IBM701。n用戶：政府和銀行，主要用于科學計算第一代計算機（第一代計算機（19461959） nUNIVAC計算機：第一款商用計算機n奠定了計算機工業(yè)的基礎(chǔ)n用于美國人口普查局、美國總統(tǒng)大選莫克利莫克利?？颂匕？颂氐谝淮嬎銠C（第一代計算機（19461959） n 標志：1959年菲爾克公司研制成功晶體管計算機。n 電子元件：晶體管（1948年美國貝爾實驗室發(fā)明）n 主存儲器：磁芯，輔助存儲器：磁盤n 引進編址寄存器和浮點運算硬件n 典型的計算機：IBM7094，CDC1640等。n 用戶：科學計算、數(shù)據(jù)處理和工業(yè)

38、控制。計算機的發(fā)展第二代計算機（第二代計算機（19591964） IBM：International Business Machines，國際商業(yè)機器公司，國際商業(yè)機器公司 CDC：Control Data Corporation，控制數(shù)據(jù)公司，控制數(shù)據(jù)公司 n 標志：IBM360系列計算機n 電子元件：集成電路n 主存儲器：半導(dǎo)體存儲器n 用戶：政府機構(gòu)、中小企業(yè)等n 重大事件：1965年DEC公司推出小型計算機PDP-8n 開始使用微程序設(shè)計技術(shù)，出現(xiàn)了終端計算機的發(fā)展第三代計算機（第三代計算機（19651971） DEC：Digital Equipment Corporation, 數(shù)字

39、設(shè)備公司數(shù)字設(shè)備公司摩爾定律摩爾定律：一個集成電路板上能夠容納的電路的數(shù)量一個集成電路板上能夠容納的電路的數(shù)量每年增長一倍。每年增長一倍。集成電路：將大量的晶體管和電子線路集成在一塊硅集成電路：將大量的晶體管和電子線路集成在一塊硅片上，因此也稱芯片。片上，因此也稱芯片。n 標志：Intel公司研制的微處理器Intel 4004n 電子元件：大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路n 重大事件：微型計算機 PC機的出現(xiàn)工作站Sun公司推出Risc工作站，使用unix巨型計算機“銀河”億次巨型計算機。n 用戶：各行各業(yè)，男女老少。計算機的發(fā)展第四代計算機（第四代計算機（1971至今）至今） n70年代末，出現(xiàn)了個

40、人計算機：nIBM PC是1981年面世n1976年蘋果公司成立，推出APPLE I；n1977年推出非常受歡迎的的APPLE II；性能好、價格低，時價相當于一臺高檔家電。微型計算機的發(fā)展微型計算機的誕生微型計算機的誕生n1984年， Macintosh問世，第一部正式上市的圖形界面和桌面概念的計算機，開創(chuàng)了圖形界面的先河！ n后來逐步推出iPod音樂播放器、 iTunes音樂商店、iPhone手機以及最新推出的iPad平板計算機等知名產(chǎn)品1.2.3 計算機的未來計算機的未來n現(xiàn)在看來，70年前的ENIAC非常原始，將來也會覺得今天最好的計算機很原始。n未來的計算機是什么樣子的，觀察目前實驗

41、室里的研究成果可見一般計算機的發(fā)展趨勢計算機的發(fā)展趨勢1. 高性能計算高性能計算無所不能的計算無所不能的計算v發(fā)展高速度、大容量、功能強的超級計算機，用于處理龐大而復(fù)雜的問題。v制超級計算機的技術(shù)水平體現(xiàn)了一個國家的綜合國力，因此，超級計算機的研制是各國在高技術(shù)領(lǐng)域競爭的熱點。 v在市場驅(qū)動下，超級計算機正從科學計算向經(jīng)濟和商業(yè)各個領(lǐng)域擴展，用于商業(yè)的超級計算機，其數(shù)量急劇增加，最高性能已突破萬億次。v應(yīng)用：航天工程、基因工程、石油勘探等。應(yīng)用：航天工程、基因工程、石油勘探等。n普適計算（Pervasive Computing）是指任何時間任何地點都可以進行計算，強調(diào)和環(huán)境融為一體的計算，而計

42、算機本身則從人們的視線里消失。n普適計算徹底改變了“人使用計算機”的傳統(tǒng)方式，讓人與計算環(huán)境更好地融合在一起，在不知不覺中達到“計算機為人服務(wù)”的目的。n實現(xiàn)普適計算需要解決的問題包括：隨時隨地的聯(lián)網(wǎng)問題；各種設(shè)備、設(shè)施的感知和控制問題，即嵌入式技術(shù)；普適計算模型問題，眾多設(shè)備、設(shè)施聯(lián)網(wǎng)后，如何進行控制：統(tǒng)一控制、分布控制、自治控制還是遠程控制等。計算機的發(fā)展趨勢計算機的發(fā)展趨勢2. 普適計算普適計算無所不在的計算無所不在的計算n服務(wù)屬于商業(yè)范疇，計算屬于技術(shù)范疇，服務(wù)計算是商業(yè)與技術(shù)的融合。服務(wù)計算就是把計算當成一種服務(wù)提供給用戶。n傳統(tǒng)的計算模式需要購置必要的計算設(shè)備和軟件，不計算的時候，

43、設(shè)備和軟件就處于閑置狀態(tài)。n如果將計算資源，如計算節(jié)點、存儲節(jié)點、軟件等集中起來，提供給需要的用戶使用，用戶可以按需定制、按需使用資源，這就是云計算（Cloud Computing）的概念。n按計算資源的類型，云計算可以分為3種模式：n基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)：將硬件部分，如計算節(jié)點、存儲節(jié)點等按服務(wù)提供；n平臺即服務(wù)：將操作系統(tǒng)、中間件等按服務(wù)提供；n軟件即服務(wù)：將應(yīng)用軟件按服務(wù)提供。計算機的發(fā)展趨勢計算機的發(fā)展趨勢3. 服務(wù)計算與云計算：萬事皆服務(wù)的計算服務(wù)計算與云計算：萬事皆服務(wù)的計算n物聯(lián)網(wǎng)相當于帶有神經(jīng)系統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)，通過各種傳感器感知物體的各種信息，傳送到互聯(lián)網(wǎng)上，供人們訪問，使得物體與物體、

44、物體與人、人與人相互連接。計算機的發(fā)展趨勢計算機的發(fā)展趨勢4. 物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)n計算機的發(fā)展趨勢：手動機械化自動化智能化；n 計算機在很多方面，如復(fù)雜、量大的計算方面比人更快，在哪些方面不如人類：模式識別、聯(lián)想、推理等？n如何讓計算機具有人腦的智能，模擬人的推理、聯(lián)想和思維等功能，研制出具有某些情感和智力的計算機，使計算機在人類生活中扮演著更加重要的角色。n應(yīng)用：人和計算機無障礙交流，例如寫程序。n智能計算機是把信息采集、存儲、處理、通信和人工智能結(jié)合在一起的計算機系統(tǒng)，由以處理數(shù)據(jù)信息為主，轉(zhuǎn)向以處理知識信息為主，并有推理、聯(lián)想和學習人工智能方面的能力，能幫助人類開拓未來的知識領(lǐng)域和獲取新的知

45、識。 n情感計算機，能理解人類嗎？ 計算機的發(fā)展趨勢計算機的發(fā)展趨勢5. 智能計算智能計算n背景：集成電路的發(fā)展正在（或已經(jīng)）接近理論極限。新型計算機可能會突破現(xiàn)有計算機的體系結(jié)構(gòu)。n新一代計算機是微電子技術(shù)、光學技術(shù)、超導(dǎo)技術(shù)、電子仿生技術(shù)等多學科相結(jié)合的產(chǎn)物。 能進行知識處理、自動編程、測試和排錯，以及用自然語言、圖形、聲音和文字進行輸入和輸出。 生物計算機生物計算機用蛋白分子做芯片；用蛋白分子做芯片；光計算機光計算機用光作為信息的載體；用光作為信息的載體；量子計算機量子計算機用量子來表示信息；用量子來表示信息；計算機的發(fā)展趨勢計算機的發(fā)展趨勢6. 新型計算計算機軟件的發(fā)展n自計算機誕生之

46、日起，人們探索的重點不僅在于建造運算速度更快、處理能力更強的計算機n還在于開發(fā)能讓人們更有效地使用這種計算設(shè)備的各種軟件n軟件使計算機硬件富有生命力n在硬件上面加上一層又一層的軟件（即控制機器處理不同問題的程序），功能就得到擴展和延伸。n有了軟件，人們能夠以更簡單的方法來解決更復(fù)雜的問題。n了解軟件發(fā)展的歷史，可以理解如何構(gòu)造軟件、軟件如何運行計算機軟件發(fā)展 n第一代程序是用機器語言編寫的機器語言就是內(nèi)置在計算機電路中的指令，由0和1組成程序設(shè)計人員必須記住每種二進制數(shù)字的組合表示什么使用機器語言的程序設(shè)計人員要對數(shù)字非常敏感，而且要非常細心。n缺點：用機器語言進行程序設(shè)計不僅耗時，而且容易出

47、錯第一代軟件（第一代軟件（1951-1959）計算機硬件計算機硬件 硬件硬件軟件軟件機器語言機器語言 n出現(xiàn)了匯編語言n使用助記符表示每條機器語言指令n出現(xiàn)了系統(tǒng)程序員和應(yīng)用程序員第一代軟件（第一代軟件（1951-1959）計算機硬件計算機硬件 硬件硬件軟件軟件語言翻譯程序語言翻譯程序 匯編語言匯編語言 機器語言機器語言計算機軟件發(fā)展 n第二代軟件是由高級語言編寫的指令類似于英語句子和算術(shù)表達式，使編程更容易最早的兩種語言：FORTRAN（為數(shù)學應(yīng)用程序設(shè)計的語言）和COBOL（為商業(yè)應(yīng)用程序設(shè)計的語言）第二代軟件（第二代軟件（1959-1965）n優(yōu)點：高級語言的出現(xiàn)使得在多臺計算機上運行同

48、一個程序稱為可能 n缺點：隨著在硬件層上附件的軟件變得越來越復(fù)雜，應(yīng)用程序員離計算機硬件越來越遠了FORTRAN第一個高級語言n1954年，約翰年，約翰巴克斯領(lǐng)導(dǎo)巴克斯領(lǐng)導(dǎo)的小組開發(fā)出第一個高級程的小組開發(fā)出第一個高級程序設(shè)計語言序設(shè)計語言Fortran，大大提，大大提高了程序開發(fā)效率高了程序開發(fā)效率nFortran推動推動IBM704走向世走向世界，成為當時最成功的計算界，成為當時最成功的計算機，也使機，也使IBM成為計算機產(chǎn)成為計算機產(chǎn)業(yè)的老大業(yè)的老大計算機軟件發(fā)展 n計算機的高速處理得不到充分發(fā)揮，經(jīng)常處于等待狀態(tài)n第三代軟件不再使用實用程序來處理頻繁執(zhí)行的任務(wù)，而是讓操作系操作系統(tǒng)統(tǒng)進

49、行管理出現(xiàn)了多用途的應(yīng)用程序 出現(xiàn)了計算機用戶的概念計算機的管家計算機的管家 n缺點：雖然語言層還在加深，但是程序設(shè)計員們?nèi)匀辉谑褂靡恍┳顑?nèi)層的語言。 第三代軟件（第三代軟件（1965-1971） 操作系統(tǒng)方便用戶 更好、更強大的操作系統(tǒng)被開發(fā)出來 引入了鼠標的概念和點擊式的圖形界面 DOS（字符界面）Windows（圖形界面）美國加利福尼亞大學的道格.英格爾伯特（Doug Engelbart）博士發(fā)明了世界上第一只鼠標。1968年鼠標在舊金山聯(lián)合計算機會議上首次亮相，直到1981年才出現(xiàn)第一臺使用鼠標的商用計算機計算機軟件發(fā)展 n出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法，出現(xiàn)了Pascal、Modula-2

50、、C、C+n工具軟件（應(yīng)用程序軟件包）開始出現(xiàn)，可以讓一個沒有計算機經(jīng)驗的人員實現(xiàn)一些特定的任務(wù)n更好、更強大的操作系統(tǒng)也開發(fā)出來了第四代軟件（第四代軟件（1971-1989） 計算機軟件發(fā)展 n微軟公司的崛起：Windows在PC市場上占有顯著優(yōu)勢，微軟辦公套件成為主流n面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法成為大型程序設(shè)計項目的首選：改變了結(jié)構(gòu)化設(shè)計基于任務(wù)的層次劃分，面向?qū)ο蟮脑O(shè)計則基于數(shù)據(jù)對象的劃分，出現(xiàn)了JAVA語言nInternet的出現(xiàn)，萬維網(wǎng)的普及，使得用戶用戶概念發(fā)生了改變HTML瀏覽器n出現(xiàn)了中間件第五代軟件（第五代軟件（1990-今天）今天） 計算機軟件發(fā)展 n快速批量地構(gòu)造更復(fù)雜的程序

51、n構(gòu)件：常用對象，可重復(fù)使用n軟件架構(gòu)：構(gòu)建之間的連接.NETJAVAEECORBAn面向服務(wù)的軟件第六代軟件（新一代）第六代軟件（新一代） 軟件的發(fā)展（總結(jié)）計算機用戶概念的變化n 起初，計算機用戶和程序員是一體的；n 20世紀50年代，出現(xiàn)了系統(tǒng)程序員和應(yīng)用程序員的區(qū)分，但計算機用戶仍然是程序員；n 20世紀70年代，計算機用戶不僅是程序員，還包括使用應(yīng)用軟件的非專業(yè)人員； n 應(yīng)用程序員離計算機硬件也越來越遠應(yīng)用程序員離計算機硬件也越來越遠n 今天，所有使用計算機的人都是計算機用戶。 1.3 計算機系統(tǒng)及其抽象分層n計算機系統(tǒng)由計算機硬件、計算機軟件、數(shù)據(jù)構(gòu)成計算機硬件：構(gòu)成計算機系統(tǒng)的

52、所有物理器件、部件和設(shè)備的集合；計算機軟件：提供計算機執(zhí)行的指令的集合；數(shù)據(jù)是計算機系統(tǒng)的核心計算機系統(tǒng)的抽象分層n計算機系統(tǒng)非常復(fù)雜，如何認識它呢？n按照各部分在計算機中的作用，可以將計算機系統(tǒng)抽象地看成一個層次結(jié)構(gòu)，由許多層構(gòu)成。n將每個分層逐個地從計算機系統(tǒng)中剝離出來，每次只探討一個分層。這樣每個分層自身就顯得清晰簡單。n下一次對上一層起支撐作用。計算機系統(tǒng)的分層重點：讓計算機能重點：讓計算機能夠良好地運轉(zhuǎn)起來夠良好地運轉(zhuǎn)起來重點：用計算機解重點：用計算機解決真實世界的問題決真實世界的問題各種應(yīng)用：各種應(yīng)用：QQ、電子郵件、電子郵件、辦公軟件、財務(wù)軟件、辦公軟件、財務(wù)軟件、Google計

53、算機的管家計算機的管家 windows、Unix、Mac OS等計算機成為一種文化，計算計算機成為一種文化，計算機網(wǎng)絡(luò)正在日益改變著人們機網(wǎng)絡(luò)正在日益改變著人們的生活、工作和學習習慣的生活、工作和學習習慣信息（數(shù)據(jù)、指令）如何編碼信息（數(shù)據(jù)、指令）如何編碼各種類型的程序設(shè)計語言及程序設(shè)計方法如何由門組成邏輯如何由門組成邏輯電路，再組成集成電路，再組成集成電路，構(gòu)成計算機電路，構(gòu)成計算機的部件的部件 人們很容易掌握細節(jié)，卻容易失去全局觀念。請記住計算機系人們很容易掌握細節(jié)，卻容易失去全局觀念。請記住計算機系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)，接下來會依次介紹每一個分層統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)，接下來會依次介紹每一個分層信息表示層

54、反映了在計算機上表示信息的方式，它是一個純概念層。計算機上的所有信息都采用二進制數(shù)字1和0表示。要理解計算機處理信息的方式和相關(guān)技術(shù)，首先必須理解二進制數(shù)制以及它與其他數(shù)制的關(guān)系。硬件層n探討計算機系統(tǒng)的物理硬件組成。n計算機硬件由最基本的門和電路構(gòu)成，它們按照某些基本原理控制電流。n核心電路和門構(gòu)成較復(fù)雜的具有一定功能的專用部件。n多個部件按照一定方式構(gòu)成計算機硬件系統(tǒng)。程序設(shè)計層n程序設(shè)計層負責解決人們的一些問題、用于實現(xiàn)計算的指令以及管理數(shù)據(jù)。n程序由各種語言實現(xiàn)。n計算機如何解決問題。n如何更好地用各種語言編制程序。操作系統(tǒng)層n操作系統(tǒng)OS用來管理計算機的各種資源，提供人與計算機交互的接口。n如Window XP、Linux或Mac OS等操作系統(tǒng)讓我們與計算機系統(tǒng)進行交互，管理硬件設(shè)備、程序和數(shù)據(jù)。n了解操作系統(tǒng)的功能是理解計算機系統(tǒng)的關(guān)鍵。網(wǎng)絡(luò)通信層n計算機系統(tǒng)運行的基礎(chǔ)。n使計算機不再是獨立運行的終端。n計算機連接到網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)資源共享和信息交換的途徑。應(yīng)用軟件層n計算機與一個實際應(yīng)用領(lǐng)域相結(jié)合，使計算機成為一個多功能的設(shè)備。n通過運行應(yīng)用軟件來發(fā)揮計算機在各領(lǐng)域中的作用。1.4 計算機的特點n運算速度快快n存儲容量大大，存儲時間長久久n計算機精精度高