第1章計算機基礎

大學計算機基礎

第一章計算機基礎知識

計算機科學與技術學院2計算機學科特點發(fā)展迅速工具學科、必修課程理論聯系實際、要求動手能力計算機科學與技術學院3第1章計算機基礎知識學習目標12了解發(fā)展歷史與未來了解分類與特點了解應用領域計算機科學與技術學院4

計算機是一種能夠高速運算、具有內部存儲能力、由程序控制其操作過程的電子裝置。

什么是計算機?什么是計算機？家居生活工業(yè)控制計算機科學與技術學院61.1計算機發(fā)展歷史與未來未來新型計算機321計算機史前史現代計算機的發(fā)展計算機科學與技術學院7計算機史前史Pascal加法器1822差分機Charles

Babbage1834分析機MARKI美國艾肯電子計算機時代算盤計算機史前史計算機科學與技術學院91.1計算機發(fā)展歷史未來新型計算機321計算機史前史現代計算機的發(fā)展計算機科學與技術學院10電子計算機原理AB輸入輸出ABL000011101L計算機科學與技術學院11現代計算機的發(fā)展電子計算機的誕生

1946年2月，美國賓夕法尼亞大學研制成功了世界上第一臺大型通用數字電子計算機ENIAC(埃尼亞克)。體重30多噸占地170m218000多只電子管1500個繼電器功率150KW5000次加法/秒不能存儲程序用布線板控制計算機科學與技術學院12現代計算機的發(fā)展計算機發(fā)展進程中的四個主要時代第1代1946—1955電子管使用機器或匯編語言高級語言相繼推出操作系統(tǒng)形成軟件配置更加豐富計算機科學與技術學院13現代計算機的發(fā)展什么是電子管?

電子管是一種在氣密性封閉容器（一般為玻璃管）中產生電流傳導，以獲得信號放大或振蕩的電子器件.德?福雷斯特帕洛阿托小鎮(zhèn)計算機科學與技術學院14現代計算機的發(fā)展計算機發(fā)展進程中的四個主要時代第1代1946—1955電子管1956—1963晶體管第2代使用機器或匯編語言高級語言相繼推出操作系統(tǒng)形成軟件配置更加豐富計算機科學與技術學院15現代計算機的發(fā)展晶體管的革命!

1947年12月23日，貝爾實驗室兩位科學家用一些金箔、一些半導體材料和一個彎曲的別針實現了一個能使電流放大并能控制電流開關的東西---晶體管.晶體管的優(yōu)點:體積小耗能低性能穩(wěn)定電子管的缺點：體積大；耗能高、散熱量大。計算機科學與技術學院16晶體管計算機（

TRADIC

）現代計算機的發(fā)展1953年：貝爾實驗室使用800只晶體管組裝了世界上第一臺晶體管計算機TRADIC1956年：IBM向世界展示了第一臺磁盤存儲系統(tǒng)IBM350RAMAC（RandomAccessMethodofAccountingandControl）1963年：控制數據公司(CDC)的西蒙.克雷(S.Cray)博士研制成功CDC6600巨型機，共安裝了35萬個晶體管。晶體管時代的計算機器現代計算機的發(fā)展計算機科學與技術學院18現代計算機的發(fā)展計算機發(fā)展進程中的四個主要時代第1代1946—1955電子管1956—1963晶體管第2代1964—1971中小規(guī)模集成電路第3代使用機器或匯編語言高級語言相繼推出操作系統(tǒng)形成軟件配置更加豐富計算機科學與技術學院19現代計算機的發(fā)展什么是集成電路?

在幾平方毫米的單晶體硅片上集成幾十個甚至幾百個電子器件組成的邏輯電路.優(yōu)點：

比分離元器件具有更高的可靠性提高電子線路裝配密度減少信息傳輸的延遲時間計算機科學與技術學院20集成電路計算機（IntegratedCircuit，IC）現代計算機的發(fā)展1964年：IBM360計算機問世，標志著第三代計算機的全面登場，這也是IBM歷史上最為成功的機型。1965年：DEC公司推出了PDP-8型計算機，標志著小型機時代的到來。集成電路時代的計算機器現代計算機的發(fā)展計算機科學與技術學院22現代計算機的發(fā)展計算機發(fā)展進程中的四個主要時代第1代1946—1955電子管1956—1963晶體管第2代1964—1971中小規(guī)模集成電路第3代1971—1980大規(guī)模集成電路第4代使用機器或匯編語言高級語言相繼推出操作系統(tǒng)形成軟件配置更加豐富計算機科學與技術學院23現代計算機的發(fā)展大規(guī)模集成電路計算機（1971年，微處理器4004）2250個晶體管計算機科學與技術學院24AppleⅡ

第四代電子計算機發(fā)展期間的代表機型1977年，蘋果推出第一臺真正的電腦-appleII,成為當時主流的電腦機型1983年，蘋果推出LISA電腦，世界上第一臺商品化的計算機，第一次采用了鼠標1984年，推出了劃時代的Macintosh計算機，不僅首次采用了圖形界面的操作系統(tǒng)，并且第一次使個人計算機具有了多媒體處理能力第四代電子計算機發(fā)展期間的代表機型IBMPC（InternationalBusinessMachinesCorporation）在1980年，一臺IBM計算機采用主頻為8MHz的Intel8088，操作系統(tǒng)是微軟的MS-DOS。IBM把這臺機器命名為PC（PersonalComputer）。PC時代由此產生。計算機分代時代年份器件軟件應用一1946-1955電子管機器語言與匯編語言科學計算二1956-1963晶體管高級語言數據處理工業(yè)控制三1964-1971集成電路操作系統(tǒng)文字處理圖形處理四1971-1980大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路數據庫、網絡等社會的各個領域劃分標準：根據計算機制造過程中各邏輯功能部件采用的電子器件的不同進行劃分。計算機科學與技術學院27

中國計算機發(fā)展-巨型機1958電子管通用計算機103機銀河I1995曙光10002001龍芯2009天河1號2013.6超級計算機排行NO.1天河二號3,120,000個計算核心的三個至強處理器，每秒3.39億億次NO.2泰坦使用261,632個的NVIDIAK20x加速器核心，取得了持續(xù)計算速度每秒1.76億億次的記錄。泰坦是名單上最節(jié)能的系統(tǒng)之一，共消耗8.21兆瓦，并提供2,143MFLOPS/W。NO.3紅杉使用1572864核心并已取得了持續(xù)計算速度每秒1.72億億次的性能記錄。紅杉也是名單上最節(jié)能的系統(tǒng)之一，共消耗7.84兆瓦，提供2,031.6MFLOPS/W。NO.4K計算機富士通的“K計算機”安裝在日本神戶的理化學研究所高級計算科學研究院（AICS），現在以持續(xù)計算速度每秒1.05億億次的記錄位列第四，使用705,024SPARC64處理核心。NO.5米拉米拉是第二個IBM藍色基因/Q系統(tǒng)的超級計算機，持續(xù)計算速度每秒8.59千萬億次，使用786,432核心。計算機科學與技術學院29現代計算機的發(fā)展近代計算機的發(fā)展方向巨型化計算機科學與技術學院30現代計算機的發(fā)展——巨型化計算能力越強大的計算機，計算時間越短計算能力越強大的計算機，計算精度越高計算能力越強大的計算機，能解決更復雜的問題中國超級計算機：國防科技大學研制的“銀河1號”、“銀河2號”和“銀河3號”國家智能計算機中心推出的“曙光1000”和“曙光200I”聯想集團獨立研制的“深騰6800”在2003年11月公布前500臺超級計算機名單中，排在第14位。銀河Ⅰ銀河Ⅱ計算機科學與技術學院31現代計算機的發(fā)展近代計算機的發(fā)展方向巨型化微型化計算機科學與技術學院32現代計算機的發(fā)展——微型化計算機不再是單一的計算機器，而是一種信息機器，一種個人的信息機器.“嵌入式系統(tǒng)”還廣泛地滲透到儀器儀表、導彈彈頭、醫(yī)療儀器、汽車、手機、家用電器等機電設備中去，實現了機電一體化。計算機科學與技術學院33現代計算機的發(fā)展近代計算機的發(fā)展方向巨型化微型化網絡化計算機科學與技術學院34現代計算機的發(fā)展——網絡化計算機網絡：計算機技術與通信技術結合的產物。計算機網絡的發(fā)展動力：使用遠程資源，共享程序、數據和信息資源，網絡用戶的通訊和合作。計算機科學與技術學院35現代計算機的發(fā)展近代計算機的發(fā)展方向巨型化微型化網絡化智能化計算機科學與技術學院36現代計算機的發(fā)展——智能化

“總有一天，人類會造出一些舉止跟人一樣的‘沒有靈魂的機械’來”。

——笛卡爾（1637）

Deepblue

模擬人類的感覺、行為、思維過程；使計算機具有“視覺”、“聽覺”、“說話”、“行為”、“思維”、“推理”、“學習”、“定理證明”、“語言翻譯”等的能力。機器人技術、計算機對奕和專家系統(tǒng)等就是計算機智能化的具體應用。計算機的智能化催化著第五代計算機的孕育和誕生。水下機器人汽車生產線上的機器人娛樂機器人現代計算機的發(fā)展——智能化計算機科學與技術學院381.1計算機發(fā)展歷史與未來未來新型計算機321計算機史前史現代計算機的發(fā)展未來新型計算機光計算機光元器件，光互連，光運算生物計算機生物芯片量子計算機量子信息，量子算法處理和計算納米計算機納米級芯片光子計算機優(yōu)勢：無電磁干擾傳輸無阻力同一光纖能傳輸多個頻率信號1.1計算機發(fā)展歷史與未來生物計算機優(yōu)勢：耗能少信息存儲量大1.1計算機發(fā)展歷史與未來量子計算機優(yōu)勢：計算速度快信息存儲量大量子計算機障礙耗能過大1.1計算機發(fā)展歷史與未來十大最不可思議計算機1、光子計算機2、量子計算機3、DNA計算機4、可逆計算機5、撞球計算機6、神經細胞計算機7、磁共振計算機8、Glooper計算機9、霉變計算機10、水波計算機計算機科學與技術學院44第1章計算機基礎知識學習目標12了解發(fā)展歷史與未來了解分類與特點了解應用領域計算機科學與技術學院451.2計算機分類與特點按用途分類按CPU分類386、486PentiumPentiumⅡPentiumⅢPentiumⅣ酷睿i3i5i7數字計算機模擬計算機混合計算機按處理對象分類巨型機大型機小型機工作站微型機按性能分類◆計算機分類專用計算機通用計算機計算機科學與技術學院46第1章計算機基礎知識學習目標12了解發(fā)展歷史與未來了解分類與特點了解應用領域計算機科學與技術學院471.3計算機的應用領域科學計算：航空航天,天氣預報數據處理：電子數據處理，管理信息系統(tǒng)，決策支持系統(tǒng)過程控制：機械，石油，化工等計算機輔助設計/制造/教學(CAD/CAM/CAI)人工智能：圖像識別，語言識別，機器人，專家系統(tǒng)等網絡應用：Internet，電子商務等虛擬現實科學計算科學計算也稱為數值計算,對科學研究和工程技術中提出的數學模型進行求解計算。數學模型：幾十階微分方程組、幾百個線性聯立方程組、大型矩陣等依據衛(wèi)星云圖進行氣象預報1.3計算機的應用領域產品構成示意物料清單(BOM)物料需求計算數據庫系統(tǒng)數據/信息處理：利用計算機技術解決企業(yè)內部、企業(yè)之間的業(yè)務管理與協(xié)同問題。基本內容包括：企業(yè)資源規(guī)劃(ERP)供應鏈管理(SCM)物流管理(Logistics)人力資源管理(HRM)項目管理(PM)客戶關系管理(CRM)重要基礎：數據庫系統(tǒng)(DataBase)軟件工程(SoftwareEngineering)1.3計算機的應用領域CAD/CAE：ComputerAidedDesign/Engineering利用計算機的強大功能來支持人們進行產品開發(fā)與