大學(xué)計算機基礎(chǔ)導(dǎo)論課件

2024年12月26日課程介紹本課程是本科專業(yè)必修計算機基礎(chǔ)課程；目標——通過本課程的學(xué)習(xí)：全面了解計算機科學(xué)領(lǐng)域的知識、發(fā)展趨勢；掌握基本操作技能；熟悉常用軟件的使用；培養(yǎng)計算機意識，以能更好地學(xué)習(xí)、生活和工作；為后繼計算機及相關(guān)課程的學(xué)習(xí)打基礎(chǔ)。2024/12/262共42頁課程設(shè)置與成績評定本課程大學(xué)本科通識課程，是全校建設(shè)四統(tǒng)一課程：統(tǒng)一大綱，統(tǒng)一要求，統(tǒng)一教材和統(tǒng)一考試。課程設(shè)置：沒有實驗課時，安排自主學(xué)習(xí)；實驗課以自學(xué)為主；2024/12/263共42頁成績評定總評=筆試*55%+上機實驗*30%+平時*15%（合格要求筆試成績必須≥55）。實驗成績：平時加上課程最后要求的課程論文或者課程學(xué)習(xí)實驗綜合報告；平時成績：到課情況，作業(yè)提交等筆試成績：期終（冬學(xué)期結(jié)束）書面理論考試的成績。2024/12/264共42頁為什么要學(xué)計算機計算機是一種好工具；計算機成為各行業(yè)應(yīng)用不可缺重要組成部分；計算機已與我們的社會與日常生活密切相關(guān)；計算機幫我們解決非常人能解決的問題；計算機使我們找到一份好工作；。。。。。。俗話說：學(xué)好數(shù)理化，走遍天下都不怕———學(xué)好計算機，？？？？？2024/12/265共42頁怎么學(xué)課前預(yù)習(xí)聽講仔細課后復(fù)習(xí)多多練習(xí)多多上機多多提問作業(yè)和答疑100作業(yè)網(wǎng)站：答疑：2024/12/266共42頁參考書和教材教材：《大學(xué)計算機基礎(chǔ)教程》陸漢權(quán)等編著浙江大學(xué)出版社《大學(xué)計算機基礎(chǔ)》陳根才主編浙江大學(xué)出版社參考書：《大學(xué)計算機基礎(chǔ)教程學(xué)習(xí)與實驗指導(dǎo)》馮曉霞方紅光編著浙江大學(xué)出版社《計算機科學(xué)導(dǎo)論習(xí)題與實驗指導(dǎo)》陸漢權(quán)主編浙江大學(xué)出版社2024/12/267共42頁Questions1）計算機是什么？能幫你做什么？怎么用？2）與電腦是否有區(qū)別？3）電腦聰明還是人腦聰明？……2024/12/268共42頁課程內(nèi)容概覽引言計算機的數(shù)據(jù)信息、數(shù)字邏輯計算機硬件計算機軟件操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)組織存儲應(yīng)用軟件數(shù)據(jù)庫語言、算法和程序設(shè)計方法計算機網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)連接網(wǎng)絡(luò)與通信網(wǎng)絡(luò)互連因特網(wǎng)及其資源高級主題信息時代與問題2024/12/269共42頁Chapter1

IntroductionOverview計算機是什么馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)計算機的歷史計算機的特點和用途計算機的類型計算機科學(xué)和計算機工具2024/12/2611共42頁1.1計算機是什么計算（Computation）計算機（Computer）理解計算機作為：信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理機具有程序能力的數(shù)據(jù)處理機2024/12/2612共42頁2024/12/2613共42頁1.1.1信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)信息系統(tǒng)（InformationSystem）是基于計算機的——6個組成要素，它們是：硬件。主要指計算機及其相關(guān)的設(shè)備，是物理部分。軟件。使用特定語言編寫的有關(guān)的程序。數(shù)據(jù)/信息。人。處理過程中必須有人參與，“用戶”（User）。過程或稱為處理——歸納為操作步驟。通信。以上這些概念涵蓋了本課程全部的知識點2024/12/2614共42頁

構(gòu)成計算過程的信息系統(tǒng)有6個要素：（1）硬件（2）軟件（3）數(shù)據(jù)/信息（4）人（User）（5）過程或稱為處理（6）通信2024/12/2615共42頁1.1.2數(shù)據(jù)處理機數(shù)據(jù)處理機模型是計算機原理的經(jīng)典模型，是按照計算機功能定義計算機的該模型指出：計算機在數(shù)據(jù)處理過程中，給出的數(shù)據(jù)相同，那么輸出結(jié)果將能夠重現(xiàn)；不同的輸入數(shù)據(jù)，輸出結(jié)果也能夠隨之改變數(shù)據(jù)處理器模型——反映了計算機系統(tǒng)的基本屬性2024/12/2616共42頁1.1.3具有程序能力的數(shù)據(jù)處理機在這個模型中，計算機的數(shù)據(jù)處理所得到的輸出，除了需要輸入數(shù)據(jù)還取決于程序程序不同，即使輸入的數(shù)據(jù)相同可能輸出數(shù)據(jù)也不同，同樣的，對不同的數(shù)據(jù)采用不同的程序也可能產(chǎn)生相同的輸出“程序功能”——計算機的處理數(shù)據(jù)的能力大大提高了——計算機處理能力的一致性和可靠性2024/12/2617共42頁定義計算機計算機是一種能按照事先存儲的程序，自動、高速地進行大量數(shù)值計算和各種信息處理的現(xiàn)代化智能電子裝置一般中文文獻中使用“計算機”作為正式名稱，但更為形象的一個詞是“電腦”

BackOverview2024/12/2618共42頁1.2馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)計算機有多種模型，馮·諾依曼（JohnvonNeumann，計算機之父）體系結(jié)構(gòu)（圖1.3）——現(xiàn)代計算機的基礎(chǔ)馮·諾依曼模型主要可歸納為以下三點（1）計算機有五個組成部分：輸入、存儲、處理（運算）、控制和輸出（2）程序和數(shù)據(jù)以二進制形式存放在計算機存儲器中（3）計算機根據(jù)程序的指令序列進行，即程序存儲（Stored-Program）的概念2024/12/2619共42頁1.2.1計算機的五個組成部分圖1.3馮·諾依曼結(jié)構(gòu)計算機的組成2024/12/2620共42頁1.2.2程序存儲的概念在馮·諾依曼體系中，程序被要求在執(zhí)行之前放到計算機存儲器中，還要求程序和數(shù)據(jù)采用同樣的格式——存儲器只接收二進制數(shù)據(jù)程序必須是有限的指令數(shù)量組成的。按照一般的理解，計算機指令是進行基本操作的機器代碼程序的編制早期的計算機沒有“編程(Programming)”這個概念編制程序是指在實際處理數(shù)據(jù)之前，確定處理這些數(shù)據(jù)的方法和過程方法和過程——和計算機本身的能力結(jié)合2024/12/2621共42頁1.2.3數(shù)據(jù)的存儲形式在計算機中怎樣存儲數(shù)據(jù)馮·諾依曼并沒明確多種數(shù)據(jù)類型最基本的就是整數(shù)、實數(shù)以及符號存儲數(shù)據(jù)以二進制方式存儲到計算機內(nèi)部計算機的數(shù)據(jù)組織將計算機外部各種類型的數(shù)據(jù)變換為計算機二進制模式，并且能夠有效地表達這些數(shù)據(jù)類型，就是計算機研究的重要方面2024/12/2622共42頁更多的話題最早提出“程序存儲”：賓西法尼亞大學(xué)Moore電子工程學(xué)院的J·P·Eckert“哈佛體系結(jié)構(gòu)”（HarvardArchitecture）數(shù)據(jù)和程序分開存放在現(xiàn)代計算機中，這兩種結(jié)構(gòu)都在使用基本原理類似的其他模型：多處理器的流水線結(jié)構(gòu)、并行結(jié)構(gòu)等.2024/12/2623共42頁1.3計算機的歷史計算的概念和人類文明歷史是同步的計算是基于數(shù)字的數(shù)字（Digit）一詞源于拉丁語——“手指”——隱喻人類的計算從手指開始計算機科學(xué)的溯源——人類對自動計算的追求2024/12/2624共42頁1.3.1歷史上的自動計算裝置算盤——是最早被廣泛使用的計算裝置1642法國萊斯?帕斯卡發(fā)明的Pascaline

——人類歷史上的第一臺自動計算機器鐘表齒輪計數(shù)加減，用杠桿實現(xiàn)進位程序設(shè)計語言Pascal以他的名字命名

19世紀初英國數(shù)學(xué)家巴貝奇——計算機之父發(fā)明差分機IPOS（Input，Processing，OutputandStorage）穿孔卡片機和IBM公司2024/12/2625共42頁1.3.2第一臺電子計算機1936年英國數(shù)學(xué)家阿蘭?圖靈(Alan

Turing)提出計算機理論模型：只要能夠被分解為有限步驟就能夠?qū)崿F(xiàn)自動計算——

圖靈機ABC計算機（AtanasoffBerryComputer）ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorsandCalculation）計算機的里程碑意義世界上第一臺可以真正運算、全部是電子裝置的計算機2024/12/2626共42頁

ENIAC計算機和主要發(fā)明人J.毛赫利和艾克特<左前>

2024/12/2627共42頁1.3.3現(xiàn)代計算機計算機全名：通用數(shù)字電子計算機20世紀六七十年代還在使用的“模擬計算機”也被數(shù)字計算機所取代今天的計算機一詞也就成了數(shù)字計算機的同義詞20世紀六七十年代還在使用的“模擬計算機”也被數(shù)字計算機所取代關(guān)于計算機的“代”——并沒有一致的說法2024/12/2628共42頁第一代計算機（1946—1959）電子管計算機計算機全名為通用數(shù)字電子計算機體積大，故障率高UNIVAC的機器于1952年美國中大選預(yù)測艾森豪威爾獲勝——預(yù)測結(jié)果和實際統(tǒng)計結(jié)果完全相同1957年IBM公司生產(chǎn)的第一臺商用計算機IBM701，一共生產(chǎn)了19臺：二進制的0和1表示數(shù)據(jù)和程序2024/12/2629共42頁第二代計算機（1959—1963）晶體管計算機1948年6月貝爾實驗室研制成功世界上第一只晶體管第一臺晶體管的計算機是CDC制造的1604機器開始使用高級語言開始通過電話線進行數(shù)據(jù)交流，雖然速度很慢，但這已經(jīng)是網(wǎng)絡(luò)的萌芽并行處理被所有大型計算機和超級計算機所使用麻省理工學(xué)院——“多道程序”方案2024/12/2630共42頁第三代計算機（1963—1975年）集成電路（IC，IntegratedCircuits）計算機1958年發(fā)明了集成電路摩爾博士預(yù)言IC上能被集成的晶體管數(shù)目將會以每18個月翻一番的速度穩(wěn)定增長

——摩爾法則IBM推出了著名的360系列計算機，不再捆綁銷售它的語言軟件——開創(chuàng)了計算機語言市場——最終使軟件形成了一個巨大的產(chǎn)業(yè)第一顆通信衛(wèi)星——衛(wèi)星數(shù)據(jù)通信2024/12/2631共42頁圖1.5著名的IBM360計算機2008-09-032024/12/2632共42頁IBM最新的Z900系列大型機2024/12/2633共42頁第四代計算機（1975年—）第四代計算機標志的處理器使用的大規(guī)模集成電路（LSIC）——Intel系列處理器1977年第一個真正意義上的微機AppleI——有顯示器、鍵盤、軟盤和操作系統(tǒng)軟件AppleII計算機，19772024/12/2634共42頁第四代計算機（1975年—）1980年，IBM選擇Intel8088芯片作為它的微機的處理器——PC（PersonalComputer），委托Microsoft設(shè)計操作系統(tǒng)IBM公司的這兩個決定的巨大的影響：IBM公司商標的PC成為微型計算機的同義詞Microsoft和Intel公司則在計算機軟件和硬件方面成為和IBM公司分庭抗禮的業(yè)界巨頭。2024/12/2635共42頁第四代計算機contPC兼容機——PC開放式結(jié)構(gòu)大規(guī)模集成電路（LSIC）技術(shù)Intel第一片處理器芯片2500個元件Intel宣布將于2005年投放IA-64處理器，以雙重結(jié)構(gòu)在單個芯片上集成超過5億個元件編程語言的發(fā)展——新語言——面向?qū)ο螅∣OP）硬件成本的大幅度下降和PC的快速普及——軟件成為一個增長速度最快的產(chǎn)業(yè)之一高速計算機網(wǎng)絡(luò)和Internet2024/12/2636共42頁今天的計算機集中關(guān)注微機發(fā)展：微機離我們最近1994/12/25：微機銷售第一次超過電視機——最大的消費電子產(chǎn)品圖形界面為特征的主流操作系統(tǒng)用戶不需要記憶復(fù)雜的計算機命令以圖形用戶接口（GUI）技術(shù)為特征的面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)使得程序設(shè)計不再以代碼開始2024/12/2637共42頁1.3.4計算機軟件的進化軟件隨計算機科學(xué)的發(fā)展和技術(shù)的進步而進化計算機的普及應(yīng)用，很大程度上應(yīng)該歸功于軟件第一代軟件為1950年代，主要是二進制代碼語言，是內(nèi)置在機器內(nèi)部的指令50年代末的第二代軟件——類似于英文表達的程序設(shè)計語言被開發(fā)出來，叫做高級語言。典型的高級語言有IBM公司的FORTRAN，還有COBOL第三代軟件以“操作系統(tǒng)”為標志——20世紀60年代中期第四代——軟件的產(chǎn)業(yè)特征開始顯露2024/12/2638共42頁1.4計算機的特點1．高速、精確的運算能力2．準確的邏輯判斷能力3．強大的存儲能力4．具有自動功能5．網(wǎng)絡(luò)功能BackOverview2024/12/2639共42頁1.4計算機的用途1．科學(xué)計算2．數(shù)據(jù)處理3．實時系統(tǒng)4．計算機輔助5．計算機網(wǎng)絡(luò)6．人工智能7．數(shù)字娛樂8．嵌入式系統(tǒng)BackOverview2024/12/2640共42頁1.5計算機的類型超級計算機Supercomputers，計算能力為T級（Tera-scale，萬億）大中型計算機（MainframeComputer）小型計算機（Minicomputer）工作站（Workstation）微型計算機（Microcomputer）移動計算機（NotebookComputer）