計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論

北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院第一講概述計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論2主講教師：

馬波授課對(duì)象：2011級(jí)計(jì)算機(jī)學(xué)院學(xué)生總學(xué)時(shí)數(shù)：100000學(xué)時(shí)理論教學(xué)學(xué)時(shí)數(shù)：11000學(xué)時(shí)上機(jī)學(xué)時(shí)數(shù)：1000學(xué)時(shí)322483《計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論》教材教材

《計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論》

機(jī)械工業(yè)出版社劉藝等譯4課程目標(biāo)展示計(jì)算機(jī)科學(xué)的全景激發(fā)學(xué)習(xí)興趣為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)做好必要的知識(shí)準(zhǔn)備學(xué)習(xí)要求了解計(jì)算機(jī)科學(xué)的內(nèi)涵與應(yīng)用領(lǐng)域、計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)與組成原理、軟件工程、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與信息安全、多媒體技術(shù)、人工智能等領(lǐng)域的基本知識(shí)；初步掌握計(jì)算機(jī)科學(xué)的基本概念和術(shù)語、操作系統(tǒng)的功能、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫(kù)的基本概念和相關(guān)技術(shù)、計(jì)算機(jī)基本應(yīng)用技能等。56課程安排講授內(nèi)容第1講：概論（第1章）

第2講：數(shù)據(jù)和數(shù)的表示（第2、3、4章）第3講：計(jì)算機(jī)硬件（第5章）第4講：計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)（第7章）第5講：算法（第8章）第6講：計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（第9章）第7講：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全（第6、16章）第8講：軟件工程（第10章）第9講：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（第11，12章）第10講：數(shù)據(jù)庫(kù)（第14章）第11講：人工智能與計(jì)算理論（第17，18章）周次安排周學(xué)時(shí)2熟悉網(wǎng)絡(luò)教室的使用機(jī)房2學(xué)時(shí)練習(xí)通過Internet網(wǎng)檢索文獻(xiàn)資料機(jī)房2學(xué)時(shí)練習(xí)Word/Excel/PowerPoint的使用機(jī)房2學(xué)時(shí)撰寫專題報(bào)告機(jī)房2學(xué)時(shí)7上機(jī)練習(xí)（8學(xué)時(shí)），時(shí)間待通知8作業(yè)

按時(shí)完成并提交教師布置的作業(yè)作業(yè)的發(fā)布、提交和答疑均在“網(wǎng)絡(luò)教學(xué)支撐平臺(tái)”進(jìn)行計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論教學(xué)網(wǎng)站：

/moodle/

“網(wǎng)絡(luò)教學(xué)支撐平臺(tái)”的用法也請(qǐng)登錄：

/moodle/9學(xué)習(xí)建議內(nèi)容多，用系統(tǒng)的思想學(xué)習(xí)，掌握基本概念、基本原理、基本操作；聽講與自學(xué)相結(jié)合，可以快速瀏覽幾本書，有針對(duì)性的上網(wǎng)查閱或圖書查閱；多上機(jī)，多實(shí)踐，提高動(dòng)手能力10考核方法課程成績(jī)百分制：

1．計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)筆試成績(jī)（50%）

2．專題討論報(bào)告（40%）

3.平時(shí)作業(yè)（10%）11專題討論的要求

1.專題討論題目分為兩大類：①計(jì)算機(jī)發(fā)展史方面②計(jì)算機(jī)軟、硬件組成方面2.每位學(xué)生在兩大類題目中各選擇一個(gè)小題目作為自己的討論專題。3.相關(guān)資料通過互聯(lián)網(wǎng)或其他媒體收集，要保證資料的正確和可靠。12專題討論的要求

4.寫專題報(bào)告，報(bào)告不少于2000字。WORD文檔，要求有一定的格式（如標(biāo)題、正文、字體、行距等等）。5.做出專題報(bào)告的演講文稿，不少于10張幻燈片。PPT文檔，要求圖文并茂，并有一定的動(dòng)畫和鏈接。6.對(duì)專題報(bào)告中的數(shù)據(jù)（如果有的話）進(jìn)行處理，做出簡(jiǎn)單的圖表，XLS文檔。7.專題報(bào)告中必須要有個(gè)人的分析和見解。13本講內(nèi)容1.1．計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)1.2．計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史1.3．計(jì)算機(jī)的分類1.4．計(jì)算機(jī)應(yīng)用

什么是計(jì)算機(jī)科學(xué)14Computerscienceisthestudyofthetheory,design,implementation,andperformanceofcomputersoftwareandcomputersystems,includingthestudyofcomputabilityandcomputationitself.UM-CS15什么是計(jì)算機(jī)輸出計(jì)算機(jī)是數(shù)據(jù)處理器，它根據(jù)事先存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的一組指令的要求，接收輸入的數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并且輸出數(shù)據(jù)。輸入8,12,22,33,8,12,22程序（存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中）馮.諾依曼模型（JohnVonNeumann1903－1957）16現(xiàn)代計(jì)算機(jī)都是基于馮.諾依曼模型4個(gè)子系統(tǒng)程序存儲(chǔ)指令順序執(zhí)行計(jì)算機(jī)硬件計(jì)算機(jī)軟件17計(jì)算機(jī)概述——計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)信息由原始事實(shí)和圖像等各種信息組成通過指令完成計(jì)算和數(shù)據(jù)管理

由物理元器件構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，多臺(tái)計(jì)算機(jī)聯(lián)接在一起，實(shí)現(xiàn)信息交換和資源共享硬件應(yīng)用操作系統(tǒng)管理計(jì)算機(jī)資源在不同領(lǐng)域充分利用計(jì)算機(jī)的能力通信程序18計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)——計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史機(jī)械計(jì)算器時(shí)期(1930以前)電子計(jì)算機(jī)時(shí)期(1930~1950)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)時(shí)期(1950~now)帕斯卡與機(jī)械計(jì)算機(jī)Pascaline，1642萊布尼茲與改進(jìn)的Pascaline，1672巴貝奇與差分引擎，1823霍列瑞斯與卡片穿孔制表機(jī)，1890圖靈與圖靈機(jī)、巨人計(jì)算機(jī)Colossus，1943馮?諾依曼與IAS,1952莫奇利和?？颂嘏cENIAC,1946EDVAC,1950與UNIVAC,195119帕斯卡與機(jī)械計(jì)算機(jī)Pascaline，1642早期最重要的計(jì)算工具是算盤

(abacus)

計(jì)算工具最重要的發(fā)展是帕斯卡機(jī)械計(jì)算機(jī)，也稱“Pascaline”，1642由法國(guó)數(shù)學(xué)家BlaisePascal發(fā)明。可對(duì)所以數(shù)字做加減法運(yùn)算。20萊布尼茲與改進(jìn)的Pascaline，1672德國(guó)數(shù)學(xué)家萊布尼茲1672年對(duì)“Pascaline”進(jìn)行了改進(jìn)，可進(jìn)行四則運(yùn)算和開方。稱之為萊布尼茲輪。21巴貝奇與差分引擎，1823

1823年,設(shè)計(jì)了一臺(tái)自動(dòng)的機(jī)械計(jì)算器，也稱差分引擎“

(DifferenceEngine)”。1833,又開始設(shè)計(jì)可編程的自動(dòng)機(jī)械數(shù)字計(jì)算機(jī)，也稱分析引擎“

(AnalyticalEngine)”。22霍列瑞斯與卡片穿孔制表機(jī)，1890計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)展的重要一步是1890年制表機(jī)的發(fā)明。由霍列瑞斯發(fā)明，首次用于全美的人口普查。

1896年，霍列瑞斯組織了InternationalBusinessMachines(IBM)。

該組織后來在計(jì)算機(jī)發(fā)展中發(fā)揮了重要的作用。23圖靈與圖靈機(jī)、巨人計(jì)算機(jī)Colossus，1943圖靈在1936年發(fā)表的論文中，提出了一種計(jì)算機(jī)抽象模型，利用這種計(jì)算機(jī)可用一些簡(jiǎn)單的機(jī)械動(dòng)作實(shí)現(xiàn)推理。這種計(jì)算機(jī)也稱“圖靈機(jī)”。1943年，圖靈設(shè)計(jì)了“Colossus”(巨人計(jì)算機(jī))，主要用于第二次世界大戰(zhàn)破譯德國(guó)的密碼。24莫奇利、埃克特與ENIAC,1946第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)，ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator(ENIAC),誕生于1946年，由莫奇利與?？颂卦O(shè)計(jì)。25編程:通過插孔和開關(guān)實(shí)現(xiàn)

速度:5,000次/秒

輸入/輸出:卡片,指示燈,開關(guān),插孔

空間:1,000平方英尺26EDVAC,1950與UNIVAC,1951EDVAC(ElectronicDiscreteVariableAutomaticComputer)

是第一臺(tái)存儲(chǔ)程序的計(jì)算機(jī)，基于馮?諾依曼思想，誕生于1950年。UNIVAC(UniversalAutomaticComputer),

第一臺(tái)商業(yè)計(jì)算機(jī)，1951年由莫奇利與?？颂卦O(shè)計(jì)制造。27馮?諾依曼與IAS,1952馮?諾依曼的IAS

計(jì)算機(jī)誕生于1952。28計(jì)算機(jī)概述——計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史1電子管時(shí)代（從ENIAC誕生到50年代后期）2晶體管時(shí)代（50年代中期到60年代中期）3集成電路時(shí)代（60年代中期到70年代前期）4大規(guī)模集成電路時(shí)代（70年代初到80年代初）5超大規(guī)模集成電路時(shí)代（80年代以后）6生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)代（人工智能）29第一臺(tái)通用計(jì)算機(jī)國(guó)際商用機(jī)器公司耗資50億美元?dú)v時(shí)5年的IBM360系統(tǒng)計(jì)算機(jī)于1964年問世。器件為晶體管和集成電路混合的。IBM360的貢獻(xiàn)在于通用化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。可用于科學(xué)計(jì)算、商業(yè)數(shù)據(jù)處理。內(nèi)部硬件和其它設(shè)置可適應(yīng)多方面的應(yīng)用。同一程序可在機(jī)器語言一級(jí)上在不同的計(jì)算機(jī)上執(zhí)行。IBM360有大、中、小三大類六個(gè)型號(hào)。從IBM360開始有了計(jì)算機(jī)兼容的概念。30IBM360系列機(jī)31IBM360/2032第一臺(tái)微型計(jì)算機(jī) Intel公司于1971年開發(fā)Intel4004微處理器，在3毫米×4毫米的大規(guī)模集成電路芯片上有2250個(gè)晶體管，每秒運(yùn)算速度6萬次。第一臺(tái)基于Intel微處理器的微型計(jì)算機(jī)有以下說法：Intel公司的MCS-4（1971年）約翰·布蘭肯貝克的Kenbak1（1971年）加拿大自動(dòng)電器系統(tǒng)公司推出商用電腦(有顯示屏、鍵盤、CPU（1972年）法國(guó)Micral公司的Micral（1973年，首次在廣告中使用了Microcomputer一詞）33Intel4004微處理器芯片34微處理芯片和微型計(jì)算機(jī)35第一臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī) 美國(guó)微型儀器和遙感系統(tǒng)公司1972年推出的MITS-816，是世界上第一臺(tái)供個(gè)人使用的數(shù)字微型計(jì)算機(jī)。 1977年蘋果公司推出的“蘋果II型”，是世界上第一臺(tái)有彩色圖形界面的個(gè)人計(jì)算機(jī)，使用摩托羅拉6502芯片，每秒50萬次加法、48K基本內(nèi)存。 1981年8月IBM推出IBM5150個(gè)人計(jì)算機(jī)，使用Intel8088芯片，4.77兆主頻、64K內(nèi)存、MS—DOS操作系統(tǒng)，售價(jià)單色顯示器3000美元、彩色顯示器6000美元。36IBMPC（PersonalComputer)37計(jì)算機(jī)概述——計(jì)算機(jī)的分類

計(jì)算機(jī)的分類：根據(jù)體積大小、計(jì)算速度、處理能力、價(jià)格等特性來分類。巨型計(jì)算機(jī)(Supercomputer)大型計(jì)算機(jī)(Mainframecomputer)小型計(jì)算機(jī)(Minicomputer)微型計(jì)算機(jī)(Microcomputer)38計(jì)算機(jī)的分類——巨型計(jì)算機(jī)最快速的、最昂貴的計(jì)算機(jī)，每秒能處理一萬億多條指令。巨型計(jì)算機(jī)的典型應(yīng)用包括世界范圍的天氣預(yù)報(bào)、核爆炸的仿真等。39計(jì)算機(jī)的分類——巨型計(jì)算機(jī)40計(jì)算機(jī)的分類——大型計(jì)算機(jī)

大型的、快速的、昂貴的計(jì)算機(jī)，一般用來為商業(yè)或政府機(jī)構(gòu)提供中心存儲(chǔ)處理或大量數(shù)據(jù)的管理。41計(jì)算機(jī)的分類——大型計(jì)算機(jī)42計(jì)算機(jī)的分類——小型計(jì)算機(jī)

中規(guī)模、較便宜、功耗小于大型計(jì)算機(jī)，能為小型商業(yè)提供適當(dāng)?shù)挠?jì)算能力。43計(jì)算機(jī)的分類——微型計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)的分類——微型計(jì)算機(jī)這些是什么???微型計(jì)算機(jī)!!!44計(jì)算機(jī)的分類——微型計(jì)算機(jī)

一種建立在單處理器芯片上的計(jì)算機(jī)，也叫個(gè)人計(jì)算機(jī)或PC機(jī)。

桌面型計(jì)算機(jī)筆記本式計(jì)算機(jī)個(gè)人數(shù)字助理(PDA)45計(jì)算機(jī)的分類——微型計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)的分類——微型計(jì)算機(jī)桌面型計(jì)算機(jī)筆記本式計(jì)算機(jī)：膝上型計(jì)算機(jī)46計(jì)算機(jī)的分類——微型計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)的分類——微型計(jì)算機(jī)個(gè)人數(shù)字助理(Personaldigitalassistant)掌上型計(jì)算機(jī)47計(jì)算機(jī)無處不在48輔助教學(xué)（CAI）Computer-assistedinstruction通過教師、學(xué)生與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的對(duì)話，實(shí)現(xiàn)教學(xué)的技術(shù)。計(jì)算機(jī)概述——計(jì)算機(jī)應(yīng)用49遠(yuǎn)程教育50遠(yuǎn)程健康護(hù)理51網(wǎng)絡(luò)交易5253數(shù)值計(jì)算工程計(jì)算、地震預(yù)測(cè)、氣象預(yù)報(bào)、火箭發(fā)射等要求高速度、高精度的科學(xué)計(jì)算都需要計(jì)算機(jī)氣象預(yù)報(bào)由什么工具來計(jì)算？計(jì)算機(jī)改變了一些學(xué)科傳統(tǒng)的研究方法，促成了計(jì)算力學(xué)、計(jì)算物理、計(jì)算化學(xué)、生物控制論等新學(xué)科的出現(xiàn)。計(jì)算機(jī)的應(yīng)用（續(xù)）54數(shù)據(jù)處理這是數(shù)值計(jì)算嗎？區(qū)別？

數(shù)據(jù)處理包括：信息的收集、轉(zhuǎn)換、組織、存儲(chǔ)、計(jì)算、檢索、排序等多項(xiàng)內(nèi)容。

數(shù)據(jù)處理應(yīng)用于：人口統(tǒng)計(jì)、檔案管理、銀行業(yè)務(wù)、情報(bào)檢索、企業(yè)管理。計(jì)算機(jī)的應(yīng)用（續(xù)）55計(jì)算機(jī)對(duì)無人駕駛飛機(jī)做實(shí)時(shí)控制計(jì)算機(jī)越來越多地應(yīng)用于生產(chǎn)自動(dòng)化。它在計(jì)算復(fù)雜的多變量控制問題和自動(dòng)控制系統(tǒng)的組織上