計(jì)算機(jī)導(dǎo)論課件

1、計(jì) 算 機(jī) 導(dǎo) 論主講教師：張奕韜 E-mail: QQ:934447748/5/20221軟件學(xué)院 張奕韜 教材 新編計(jì)算機(jī)導(dǎo)論 周蘇 編著（機(jī)械工業(yè)出版社）參考書目 計(jì)算機(jī)導(dǎo)論 袁方、王兵、李繼民 編著 （清華大學(xué)出版社） 計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)基礎(chǔ) 徐士良、葛兵 編著 （清華大學(xué)出版社） 軟件技術(shù)基礎(chǔ)教程 周肆清、曹岳輝、李利明 編著 （清華大學(xué)出版社） 計(jì)算機(jī)導(dǎo)論 甘嵐 等 編著 （人民郵電出版社）8/5/20222軟件學(xué)院 張奕韜 總評成績由學(xué)習(xí)過程中的各項(xiàng)考核指標(biāo)綜合評定。上課考勤：20%平時作業(yè)及平時表現(xiàn)：20%上機(jī)實(shí)驗(yàn)：30%測試：30% 關(guān)于考勤： 曠課一次-5， 遲到、早退每次-2

2、，請假次數(shù)多者酌情扣分，扣完為止。 缺勤3次及以上，成績?yōu)?。記住總評成績構(gòu)成8/5/20223軟件學(xué)院 張奕韜第一章 計(jì)算機(jī)的發(fā)展簡史電子數(shù)字計(jì)算機(jī)是20世紀(jì)人類最偉大的發(fā)明之一。短短幾十年，這臺機(jī)器以迅猛磅礴之勢，用非凡的滲透力和親和力，徹底改變了我們這個星球的模樣，融進(jìn)每個人的工作、學(xué)習(xí)和生活中，已在世界范圍內(nèi)形成一種新的文化，構(gòu)造了一種嶄新的文明。8/5/20224軟件學(xué)院 張奕韜計(jì)算機(jī)發(fā)展史-發(fā)展篇自從1946年世界上第一臺電子數(shù)字計(jì)算機(jī)誕生以來，計(jì)算機(jī)得到了迅速的發(fā)展和應(yīng)用，著名的摩爾定理很好地說明了這一點(diǎn)：平均每18個月計(jì)算機(jī)的性能要提高一倍，而價格要下降一半。.material

3、s計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生和發(fā)展-320 x240.Flv8/5/20225軟件學(xué)院 張奕韜計(jì)算機(jī)發(fā)展史人類最早的“計(jì)算機(jī)”是手指， “digit”既表示“手指”又表示“整數(shù)數(shù)字”。新石器時代早期,“計(jì)算機(jī)”是結(jié)繩，即用繩子打結(jié)的多少來表示數(shù)的概念?！斑\(yùn)籌策于帷幄之中，決勝于千里之外”。人類最早有實(shí)物作證的計(jì)算工具誕生在中國。祖沖之借助算籌，成功地將圓周率值計(jì)算到小數(shù)點(diǎn)后的第7位。珠算盤是中國古代在計(jì)算工具領(lǐng)域的另一項(xiàng)發(fā)明，直到今天，它仍然是許多人鐘愛的“計(jì)算機(jī)”。8/5/20226軟件學(xué)院 張奕韜17世紀(jì)初，英國數(shù)學(xué)家納皮爾提出了對數(shù)的概念，并制作了“納皮爾算籌”，它只需要做簡單的加法就能計(jì)算出乘積，從

4、而大大簡化了數(shù)值計(jì)算的過程。計(jì)算機(jī)發(fā)展史-計(jì)算的機(jī)械時代英國牧師奧鍥得創(chuàng)造了原始的對數(shù)計(jì)算尺，它不僅能做加減乘除，乘方，開方運(yùn)算，甚至可以計(jì)算三角函數(shù)、指數(shù)函數(shù)和對數(shù)函數(shù)，它一直使用到袖珍電子計(jì)算器面世為止。8/5/20227軟件學(xué)院 張奕韜計(jì)算機(jī)發(fā)展史-計(jì)算的機(jī)械時代17世紀(jì)最值得稱頌的計(jì)算機(jī)發(fā)明當(dāng)然屬于法國科學(xué)家布萊斯帕斯卡，帕斯卡為了幫助父親計(jì)算稅款制造了加法器，它第一次確立了計(jì)算機(jī)器的概念。德國偉大的數(shù)學(xué)家萊布尼茨，因獨(dú)立發(fā)明微積分而與牛頓齊名，受加法器的啟發(fā)，在1674年制造出一臺更完善的機(jī)械計(jì)算機(jī)-”乘法器“。萊布尼茨對計(jì)算機(jī)的貢獻(xiàn)不僅在于乘法器，公元1700年左右，萊布尼茨從中國

5、”易圖“（八卦）里受到啟發(fā)，最終悟出了二進(jìn)制數(shù)之真諦。8/5/20228軟件學(xué)院 張奕韜無論是契克卡德、帕斯卡，還是萊布尼茨，他們發(fā)明的機(jī)器都缺乏程序控制的功能。工業(yè)社會首次大規(guī)模應(yīng)用程序控制的機(jī)器不是計(jì)算機(jī)，而是紡織行業(yè)中的提花編織機(jī)。然而，它對計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)的思想產(chǎn)生過巨大的影響力。計(jì)算機(jī)發(fā)展史-計(jì)算的機(jī)械時代18世紀(jì)末，法國數(shù)學(xué)界調(diào)集大批數(shù)學(xué)家，組成人工手算的流水線，經(jīng)過長期艱苦奮斗，終于完成了17卷數(shù)學(xué)用表的編制，但是，手工計(jì)算出的數(shù)據(jù)出現(xiàn)了大量錯誤。這件事情強(qiáng)烈刺激了巴貝奇制作了差分機(jī)。8/5/20229軟件學(xué)院 張奕韜計(jì)算機(jī)發(fā)展史-電子數(shù)字計(jì)算機(jī)的誕生電子管誕生為通訊、廣播、電視等

6、技術(shù)的發(fā)展鋪平了道路?？墒牵婵杖龢O管不僅具有方法功能，還可充當(dāng)開關(guān)器件，其速度要比繼電器快成千上萬倍。計(jì)算機(jī)的歷史也由此跨進(jìn)電子的紀(jì)元。二次世界大戰(zhàn)關(guān)鍵時期，戰(zhàn)爭需要給電腦的誕生鋪平了道路。第一臺數(shù)字計(jì)算機(jī)ENIAC，誕生在美國馬里蘭州阿貝丁陸軍試炮場。8/5/202210軟件學(xué)院 張奕韜1946年2月14日，世界上第一臺電子計(jì)算機(jī)研制成功。這臺機(jī)器的名字叫”ENIAC“（埃尼阿克），即”電子數(shù)值積分和計(jì)算機(jī)“的英文縮寫。在ENIAC內(nèi)部，總共安裝了17468只電子管，電子管平均每隔7分鐘就要燒壞一只。ENIAC的運(yùn)算速度達(dá)到每秒鐘5000次加法，可以在3/1000秒時間內(nèi)做完兩個10位數(shù)乘

7、法。一條炮彈的軌跡，20秒鐘就能被它算完。ENIAC標(biāo)志著電子計(jì)算機(jī)的創(chuàng)世，人類社會從此大步邁進(jìn)了電腦時代門檻。計(jì)算機(jī)發(fā)展史-電子數(shù)字計(jì)算機(jī)的誕生8/5/202211軟件學(xué)院 張奕韜計(jì)算機(jī)發(fā)展史-晶體管計(jì)算機(jī)1947年12月23日，美國科學(xué)家巴丁博士、布萊頓博士和肖克萊博士，在導(dǎo)體電路中進(jìn)行用半導(dǎo)體晶體把聲音信號放大的實(shí)驗(yàn)時，發(fā)明了科技史上具有劃時代意義的成果-晶體管。晶體管推動了全球范圍內(nèi)的半導(dǎo)體電子工業(yè)。作為主要部件，它及時、普遍地首先在通訊工具方面得到應(yīng)用，并產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。由于晶體管徹底改變了電子線路的結(jié)構(gòu)，集成電路以及大規(guī)模集成電路應(yīng)運(yùn)而生，這樣制造像高速電子計(jì)算機(jī)之類的高精密

8、裝置就變成了現(xiàn)實(shí)。8/5/202212軟件學(xué)院 張奕韜1954年美國電報電話公司（AT&T）貝爾實(shí)驗(yàn)室研制成功了第一臺半導(dǎo)體計(jì)算機(jī)（TRADIC）。1960年IBM全面推進(jìn)晶體管化的7000系列電腦。以晶體管為主要器件的IBM7090型電腦，換下了誕生不過一年的IBM7090電子管計(jì)算機(jī)，從1960年到1964年一直統(tǒng)治著科學(xué)計(jì)算的領(lǐng)域，并作為第二代電子計(jì)算機(jī)的典型代表，被永遠(yuǎn)載入電腦的史冊里。計(jì)算機(jī)發(fā)展史-晶體管計(jì)算機(jī)8/5/202213軟件學(xué)院 張奕韜計(jì)算機(jī)發(fā)展史-集成電路計(jì)算機(jī)1959年7月30日，仙童半導(dǎo)體公司采用先進(jìn)的平面處理技術(shù)研制出集成電路，也申請到一項(xiàng)發(fā)明專利。1964年仙童公

9、司”八叛逆“之一的摩爾（G.Moore）博士，以三頁紙的短小篇幅，發(fā)表了一個奇特的理論。摩爾天才地預(yù)言說道，集成電路上能被集成的晶體管數(shù)目，將以每18個月翻一番的速度穩(wěn)定增長，并在今后數(shù)十年內(nèi)保持這種勢頭。摩爾的這個預(yù)言，因集成電路芯片后來的發(fā)展曲線得到證實(shí)，并在較長時期保持著有效性，被人譽(yù)為”摩爾定律“?；鶢柋饶悄?5歲，在不超過4平方毫米的面積上，大約集成了20余個原件。1959年2月6日，基爾比向美國專利局申報專利，這種由半導(dǎo)體元件構(gòu)成的微型固體組合件，從此被命名為”集成電路“（IC）。8/5/202214軟件學(xué)院 張奕韜1964年4月7日，IBM公司宣布了一項(xiàng)最新成就：IBM公司投資5

10、0億美元研制出的通用計(jì)算機(jī)-IBM360系統(tǒng)。IBM360系統(tǒng)是首次使用集成電路作為元件構(gòu)造的通用計(jì)算機(jī)。系統(tǒng)用360為名，表示一圈360度，即代表著360系統(tǒng)從工商業(yè)到科學(xué)界的全方位應(yīng)用，也表示IBM的宗旨：為用戶全方位服務(wù)。計(jì)算機(jī)發(fā)展史-集成電路計(jì)算機(jī)8/5/202215軟件學(xué)院 張奕韜計(jì)算機(jī)發(fā)展史-巨型機(jī)集成電路的發(fā)明，為制高速運(yùn)行的超級電腦創(chuàng)造了條件。1960年，剛成立三年的控制數(shù)據(jù)公司（CDC），接受美國原子能委員會的委托，涉足萬難之險的巨型機(jī)領(lǐng)域。先后”克雷1號“（CRAY-1）、 ”克雷2號“（CRAY-2）和”克雷3號“（CRAY-3）巨型機(jī)相繼問世，并行結(jié)構(gòu)使運(yùn)算速度分別達(dá)到

11、每秒12億次和每秒160億次。8/5/202216軟件學(xué)院 張奕韜計(jì)算機(jī)發(fā)展史-微處理器1971年，英特爾公司宣稱，他們首創(chuàng)了一種”開啟集成電路新紀(jì)元“的半導(dǎo)體芯片，根據(jù)該公司第一塊微處理器芯片已屬大規(guī)模集成電路范疇。英特爾命名它為4004，第一個4表示它可以一次處理4位數(shù)據(jù)，第二個4代表它是這類芯片的第4種型號。這種數(shù)字代號沿用至今，就是現(xiàn)代所謂”386“、”486“等計(jì)算機(jī)俗稱的最早源頭。1972年4月，霍夫小組研制出另一種型號的微處理器8008。在做了小許改進(jìn)后，1975年又推出有史以來最成功的8位微處理器8080。8080集成了約4800個晶體管，每秒鐘執(zhí)行29萬條指令。這種芯片及其仿

12、制品后來共賣掉數(shù)以百萬計(jì)，引發(fā)了洶涌澎湃的微電腦熱潮。8/5/202217軟件學(xué)院 張奕韜 Pentium Pro( 高能奔騰) 64位的數(shù)據(jù)總線，典型是Pentium 8位微處理器，典型是8080 4位微處理器，典型是4004計(jì)算機(jī)發(fā)展史-微處理器第二代第一代 32位微處理器，典型是80386 16位微處理器，典型是8086第四代第三代第六代第五代8/5/202218軟件學(xué)院 張奕韜計(jì)算機(jī)發(fā)展史-個人計(jì)算機(jī)1981年8月12日，IBM公司在紐約宣布IBM PC個人電腦出世，個人電腦以前所未有的廣度和速度面向大眾普及，人類社會從此跨進(jìn)個人電腦新紀(jì)元。IBM PC主機(jī)板上配置著64KB存儲器，另

13、有5個插槽供增加內(nèi)存或鏈接其他外部設(shè)備。它還裝備著顯示器、鍵盤和兩個軟磁盤驅(qū)動器。它把過去一個大型電腦機(jī)房的全套裝置統(tǒng)統(tǒng)搬到個人的書房上。8/5/202219軟件學(xué)院 張奕韜計(jì)算機(jī)發(fā)展史-多媒體計(jì)算機(jī)1985年出現(xiàn)了第一臺多媒體計(jì)算機(jī)，其主要功能是指可以把音頻視頻、圖形圖像和計(jì)算機(jī)交互式控制結(jié)合起來，進(jìn)行綜合的處理。多媒體計(jì)算機(jī)一般由四個部分構(gòu)成：多媒體硬件平臺(包括計(jì)算機(jī)硬件、聲像等多種媒體的輸入輸出設(shè)備和裝置)、多媒體操作系統(tǒng)(MPCOS)、圖形用戶接口(GUI)和支持多媒體數(shù)據(jù)開發(fā)的應(yīng)用工具軟件。隨著多媒體計(jì)算機(jī)應(yīng)用越來越廣泛，在辦公自動化領(lǐng)域、計(jì)算機(jī)輔助工作、多媒體開發(fā)和教育宣傳等領(lǐng)域

14、發(fā)揮了重要作用。 8/5/202220軟件學(xué)院 張奕韜計(jì)算機(jī)發(fā)展史-計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和Internet計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是通過電纜、電話線、或無線通訊互連的計(jì)算機(jī)的集合。按計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)的區(qū)域大小，可以把網(wǎng)絡(luò)分為局域網(wǎng)（LAN，Local Area Network）和廣域網(wǎng)（WAN，Wide Area Network）。如在一個房間、一座大樓或是在一個小范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)就稱為局域網(wǎng)，而跨省市、跨國家的網(wǎng)絡(luò)則是廣域網(wǎng)，Internet就是最大最典型的廣域網(wǎng)。8/5/202221軟件學(xué)院 張奕韜計(jì)算機(jī)發(fā)展史 -人物篇8/5/202222軟件學(xué)院 張奕韜計(jì)算機(jī)發(fā)展史-數(shù)字化生存的開拓者數(shù)字計(jì)算機(jī)首先來源于理論突破，是邏輯

15、代數(shù)為開關(guān)電路設(shè)計(jì)奠定了的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。邏輯代數(shù)又稱布爾代數(shù)，正是以它的創(chuàng)立者-英國數(shù)學(xué)家布爾（G.Boole）而命名。1938年，美國數(shù)學(xué)家香農(nóng)（C.Shannon），第一次在布爾代數(shù)和繼電器開關(guān)電路之間架起了橋梁。著名的論文繼電器和開關(guān)電路的分析，被認(rèn)為是通訊歷史上最杰出的理論之一。8/5/202223軟件學(xué)院 張奕韜計(jì)算機(jī)發(fā)展史-電子計(jì)算機(jī)之父“電子計(jì)算機(jī)之父”的桂冠被戴在數(shù)學(xué)家馮諾依曼（J. Von Neumann）頭上，而不是ENIAC的兩位實(shí)際研究者，這是因?yàn)轳T諾依曼提出了現(xiàn)代電腦的體系結(jié)構(gòu)。1945年6月，馮諾依曼與戈德斯坦、勃克斯等人，聯(lián)名發(fā)表了一篇長達(dá)101頁紙的報告，即計(jì)算機(jī)史

16、上著名的“101頁報告”，直到今天，仍然被認(rèn)為是現(xiàn)代電腦科學(xué)里程碑式的文獻(xiàn)。報告明確規(guī)定除計(jì)算機(jī)的五大部件，并用二進(jìn)制代替十進(jìn)制運(yùn)算使用“存儲程序”，以便電腦自動依次執(zhí)行指令。人們后來把這種“存儲程序”體系結(jié)構(gòu)的機(jī)器統(tǒng)稱為“諾依曼機(jī)”。8/5/202224軟件學(xué)院 張奕韜計(jì)算機(jī)發(fā)展史-阿蘭圖林8歲時，他開始嘗試寫作了一部科學(xué)著作，題名關(guān)于一種顯微鏡。1931年，他考入劍橋皇家學(xué)院。1936年，圖林發(fā)表了一篇劃時代的論文-論可計(jì)算數(shù)及其在判定問題中的應(yīng)用，后來被改稱理想計(jì)算機(jī)。論文里論述了一種“圖林機(jī)”，只要為它編好程序，它就可以承擔(dān)其他機(jī)器能做的任何工作。1950年10月，圖林的一篇論文機(jī)器能

17、思考嗎首次提出檢驗(yàn)機(jī)器智能的“圖林試驗(yàn)”，從而奠定了人工智能的基礎(chǔ)，使他再次榮膺“人工智能之父”稱號。1954年，42歲的阿蘭圖林英年早逝。為了紀(jì)念他在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域奠基性的貢獻(xiàn)，美國計(jì)算機(jī)學(xué)會決定設(shè)立“圖林獎”，從1956年開始頒發(fā)給最優(yōu)秀的電腦科學(xué)家，它就像科學(xué)界的諾貝爾獎那樣，是電腦領(lǐng)域的最高榮譽(yù)。8/5/202225軟件學(xué)院 張奕韜計(jì)算機(jī)發(fā)展史-巨型機(jī)之父克雷西蒙克雷1925年9月出生在美國威斯康星州的工程師世家。在參加陸軍做了幾年電工后，克雷到威斯康星大學(xué)和明尼蘇達(dá)大學(xué)繼續(xù)深造。1950年獲電氣工程學(xué)士，又用了一年攻下碩士學(xué)位。克雷先后在工程研究學(xué)會和雷明頓蘭德公司從事開創(chuàng)性的計(jì)算機(jī)研究

18、。在那里，他設(shè)計(jì)出他的第一臺計(jì)算機(jī)ERA1101。1957年，克雷跟隨威廉諾瑞斯創(chuàng)立CDC公司；1972年自行創(chuàng)辦克雷研究公司，從此開始了他漫長的“巨型機(jī)”研究生涯。克雷的名字很長時期一直與巨型機(jī)想聯(lián)系，巨型機(jī)基本上按照他創(chuàng)造的模式建立。財富雜志曾引用他的話說：“毋庸置疑，在這一領(lǐng)域需要天才，天才是杰出的象征。”克雷不僅是真正的天才，他還是舉世公認(rèn)的“巨型機(jī)之父”。8/5/202226軟件學(xué)院 張奕韜計(jì)算機(jī)發(fā)展史-PC機(jī)之父唐埃斯特奇埃斯特奇1937年出生于美國佛羅里達(dá)州杰克遜維爾，佛羅里達(dá)大學(xué)工程學(xué)士，加入IBM后參與了集中防空計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。70年代末在IBM公司擔(dān)任中級技術(shù)經(jīng)理，負(fù)責(zé)軟件

19、開發(fā)業(yè)務(wù)。1980年，他領(lǐng)導(dǎo)著博卡雷敦實(shí)驗(yàn)室“十三人小組”，頂著IBM官僚體系的重重壓力，以“開放”的思想努力創(chuàng)新，一年之內(nèi)開發(fā)出影響電腦發(fā)展前途的IBM PC個人電腦，并推出IBM PC/XT和IBM PC/AT等后續(xù)產(chǎn)品，使其成為個人電腦史上的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。在IBM公司內(nèi)部，埃斯特奇被尊稱為“PC機(jī)之父”，成為該公司最富有個人魅力的傳奇英雄。8/5/202227軟件學(xué)院 張奕韜計(jì)算機(jī)發(fā)展史-比爾蓋茨和微軟比爾蓋茨1955年10月28日出生在西雅圖，13歲就開始編寫計(jì)算機(jī)程序。1973年進(jìn)入哈佛大學(xué)法律系，19歲退學(xué)，與同伴創(chuàng)辦電腦公司。后改名微軟公司，自任董事長、總裁兼首席執(zhí)行官。1988年1月，將總裁一職讓給史蒂夫鮑爾默。比爾蓋茨被譽(yù)為電腦奇才，20世紀(jì)最偉大的計(jì)算機(jī)軟件行業(yè)巨人。36歲成為世界最年輕的億萬富翁。1999年福布斯評選，蓋茨居世界億萬富翁首位，純資產(chǎn)850億美元，被時代周刊配位在數(shù)字技術(shù)領(lǐng)域影響重大的50人之一。8/5/202228軟件學(xué)院 張奕韜IB