请输入密码讲义

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1、计算机基础课程性质,是一门公共、基础、必修课程 开课单位创新创业学院 在大一上学期开设 理论和实践共计48学时 总学分为2学分 考试采用上机软件进行测试 授 课 教师：王晓静 xjwang750718,计算机基础课程内容,计算机基础知识 windows7操作系统 WORD字处理系统 EXCEL表格处理系统 PowerPoint 软件使用 多媒体基础 Internet 网络基础 常用工具介绍,平时成绩的组成及说明（40分）,考试分数的分布及说明,考试成绩按百分制计算 平时成绩占40分、期末成绩占60分 平时成绩不及格者即低于24分，不允许参加期末考试 不能参加期末考试者不能参加补考，只能重修,第

2、一章 计算机基础知识,1.2 计算机内部数据的表示,1.3 计算机的基本组成,1.4 个人计算机及配置,1.5 计算机病毒,1.1 概述,1.1 概述,电子计算机 利用电子技术实现计算的工具，即电子计算机，简称为“计算机”。,一、计算机的发展过程,1、第一台计算机 （1）时间：1946年 （2）名称：电子数字积分器和计算器(ENIAC) (Electronic Numerical Integrator And Calculator) （3）地点：美国宾夕法尼亚大学,第一台电子管计算机（ENIAC),170平方米 重近30吨 1.8万个电子管 1500个继电器 150KW功率 5000次加法/秒

3、,ENIAC于1946年2月14日在美国宾夕法尼亚大学研制成功。它是为美国陆军的新式火炮的弹道计算而研制的。,第一台电子管计算机（ENIAC),ENIAC的设计者,左为美国莫尔学院的莫契利(J.Mauchiy，物理学家、ENIAC的总设计师)；右为埃克特(P.Eckert，物理学家、ENIAC的总工程师),2、计算机经历的四个时代,第一代 （19461955） 电子管 5千4万（次/秒）,第二代 （19561963） 晶体管 几十万百万（次/秒）,第三代 （19641971） 集成电路 百万几百万（次/秒）,第四代 （1972至今） 大规模集成电路 几百万百万亿（次/秒）,电子管计算机时代（1

4、946年1955年）,基本元件电子管 程序设计语言机器语言或汇编语言 特征体积大、功耗大、造价高、可靠性差。 速度几千次/秒几万次/秒 应用科学和工程计算,基本元件晶体管 程序设计语言操作系统、高级语言 （Fortran、Cobol、Algol等） 特征体积缩小、功耗降低、造价降低、可靠 性提高。 速度几十万次/秒 应用数据处理、过程控制等。,晶体管计算机时代（1956年1963年）,基本元件在几平方毫米的单晶硅片上集成 了几十个到上百个电子器件。 程序设计语言操作系统、高级语言日益完善 特征体积大大缩小、功耗、价格降低、可 靠性提高。 速度几十万次/秒几百万次/秒。 应用增强了对图像、文字和

5、资料的处理功能。,集成电路计算机时代（1964年1971年）,第三代计算机,1964年，美国IBM公司研制成功第一个采用集成电路的通用电子计算机系列IBM360系统。,基本元件在一块芯片上集成上千个到 几百万个电子器件。 程序设计语言数据库系统、分布式操作 系统、高效可靠的高级语 言、软件工程标准化。 特征体积更小、微机出现，功耗、价 格不断降低、可靠性提高。 速度几百万次/秒百万亿次/秒 应用应用到更广泛的领域（如：数据 处理、事务处理、多媒体、网络 等）。,大规模集成电路时代（1972年至今）,2005年11月份，世界运算速度最快的超级计算机是美国IBM的“Blue Gene/L”(蓝色基

6、因)，最高运算速度可达280.6万亿次/秒。,摩 尔 定 律,被称为计算机第一定律。 1965年，英特尔（Intel）名誉董事长戈登摩尔经过长期观察存储器发展趋势提出的。,摩尔定律内容,当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目大约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。 换言之，每一美元所能买到的电脑性能，将每隔18-24个月翻一倍以上。 该定律揭示了信息技术进步的速度。 它是一种预测定律而非物理定律。,摩 尔 定 律 的 适 用 期,该定律问世已50年了，现在微机主频已达3.5GHZ，每秒可执行千亿条指令 这种令人目眩的半导体芯片制造工艺水平会无止境地持续下去么？ 专家预测该定

7、律能再适用10年左右。 其制约因素一是技术，二是经济。,技 术 瓶 颈,随着硅片上线路密度的增加,其复杂性和差错率也将呈指数增长,同时也使全面而彻底的芯片测试几乎成为不可能 一旦芯片上的线条的宽度达到纳米(10-9M)数量级时(相当于只有几个分子的大小),这种情况下材料的物理、化学性能将发生质的变化，致使采用现行工艺的半导体器件不能正常工作，摩尔定律将走向尽头,经济制约因素,从经济的角度看，投资20-30亿美元建一座芯片厂，线条尺寸缩小到0.1微米时将猛增至100亿美元，比一座核电站投资还大。由于花不起这笔钱，越来越多的公司退出了芯片行业。,集成电路,将电脑浓缩在一颗芯片上,0.18或0.13

8、微米芯片,10微米芯片,计算机发展史,左图：约翰莫契利在操作ENIAC, 输入的数字必须使用几百个标度盘。与今天的键盘相比，这些处理是费力的，但那时却具有革命性。,右图：现代计算机被设计得如此简单，幼儿居然也能操作它们！,巨型化指运算速度、存储容量等巨型化。 微型化指体积小、重量轻、价格低，但运算速 度、存储容量等性能指标却不断提高。 网络化实现信息传递、资源共享，缩短了时间和 空间。 多媒体化集图形、图像、声音、文字于一体。 (5)智能化模拟人的感觉和思维能力，具有面向知识处理、形式化推理、联想、学习和解释的能力。,3、计算机的发展趋势,不为人知的巨型机,巨型机又称超级计算机 体型巨大，与个

9、人电脑小巧玲珑截然不同 具有很强的计算和处理数据的能力，表现为高速度和大容量，配有多种外部和外围设备及丰富的、高功能的软件系统 现有的超级计算机运算速度可以达到每秒一太(Trillion,万亿)次以上,研制超级计算机目的,超级计算机是世界高新技术领域的战略制高点，是体现一个国家科技竞争力和综合国力的重要标志。 各个超级大国均将其视为国家科技创新的重要基础设施，投入巨资进行研制 。,超级计算机能做什么,经济、科技、国防等领域存在的一系列复杂、大型的问题都已经建立了比较精细的物理模型 在这些问题中，最复杂的问题被称作“挑战性问题”，这些问题必须依赖同时代中速度最快的超级计算机才能求解,我国第 一

10、台 超 级 计 算 机的诞生,1983年面世的中国第一台亿次计算机“银河一号”，诞生在国防科技大学 随着我国经济的发展，环境控制、生物医药等领域已经对千万亿次甚至更高性能的计算机提出了现实需求,重大突破曙光,2008年月下线的中国 第一台超百万亿次超级计 算机“曙光” 运算峰值速度为每秒230 万亿次 这是我国首个拥有完全自主知识产权的百万亿次计算机 同年入选世界十大超级计算机排行榜,超级计算机排行榜（2016年6月）,1993年世界组织开始对高性能计算机用Linpack程序进行基准测试,取前500个最优质系统进行列表在Top500网站进行公布,一跃登顶天河一号,2009年，国防科技术大学研“

11、天河一号”一期系统再次获得成功，运算峰值提升到了每秒1206万亿次，TOP排名世界第五 2010年，经过重大技术升级与综合优化的“天河一号”二期系统，其运算峰值达到惊人的4700万亿次，世界第一,延续辉煌天河二号,天河二号是2013年5月由国防科学技术大学研制 以峰值计算速度每秒5.49亿亿次、持续计算速度每秒3.39亿亿次双精度浮点运算的优异性能位居榜首 连续四年六次成为全球最快超级计算机,世界第一的含义,它运算1个小时，相当于全国13亿人同时计算1000年 它的存储容量是每册10万字的图书600亿册 相比此前排名世界第一的美国“泰坦”超级计算机，天河二号计算速度是“泰坦”的2倍，计算密度是

12、“泰坦”的2.5倍，能效比相当,我国超级计算机的发展趋势,超级计算机发展遵循千倍定律，每隔10年性能就会提高1000倍，而实际的发展速度更快。 我国近期目标是万万亿次超级计算机，有望五年内问世。 中期目标是百万万亿次超级计算机。,运算速度快（百万亿次/秒） 值人工15年求出小数点后707位而用机器 只需十几个机时（在七、八十年代）。 “四色定理”人工125年也未解决而机器只用了1200个机时就解决了。 计算精度高1999年已经可以精确到小数点后 2千多亿位。 自动化能力强只要人发出指令，机器就会在程 序的控制下自动执行。 通用性强应用于各个领域。,二、计算机的工作特点,在计算机应用方面的几个概

13、念,1、数据处理 2、自动控制 3、计算机辅助设计(CAD) 4、计算机辅助制造(CAM) 5、计算机辅助教学(CAI) 6、人工智能 7、计算机网络 参见书P4,奠定现代计算机发展的重要人物和思想,香侬是现代信息论的著名创始人，1938年，香侬在发表的论文中首次用布尔代数进行开关电路分析，并证明布尔代数的逻辑运算可以通过继电器电路来实现。 阿塔纳索夫提出了计算机的三条原则： 以二进制的逻辑基础来实现数字运算，以保证精度 利用电子技术来控制、逻辑运算和算术运算，以保证计算速度。 采用把计算功能和二进制数更新存储功能相分离的结构。,Claude Shannon,John von Neumann

14、美籍匈牙利数学家：冯诺依曼,1949年5月世界上第一台冯诺依曼结构计算机 EDVAC,冯诺依曼计算机,存储程序工作原理 计算机的两个基本能力： 一是能够存储程序；二是能够自动地执行程序。计算机是利用“存储器”（内存）来存放所要执行的程序的，而称之为CPU的部件可以依次从存储器中取出程序中的每一条指令，并加以分析和执行，直至完成全部指令任务为止。,图灵与图灵机,为纪念图灵对计算机的贡献， 美国计算机博物馆于1966年 设立了“图灵奖”,计算机是使用相应的程序来完成任何设定好的任务。,图灵机是一种思想模型， 它由三部分组成： 一个控制器，一条可以无限延伸的 带子和一个在带子上左右移动的读 写头。,

15、人工智能之父图灵,图灵（19121954）英国数学家、逻辑学家，计算机逻辑的奠基者，英国皇家学会会员，被誉为人工智能之父。,不平凡的经历,1931年，图灵进入剑桥大学国家学院，后到普林斯顿大学攻读博士学位，二战后回到剑桥，协助军方破解德国密码系统Enigma，帮助盟军取得了二战胜利。,杰 出 的 贡 献,（1）计算机领域：提出有限状态自动机，即 图灵机。图灵机被公认为现代计算机的 原型。 （2）人工智能领域：1950年10月发表了计算机能思考吗论文，提出了重要衡量标准“图灵测试”，如果有计算机能够通过图灵测试，那它就是世上完全意义上的智能机，与人没有区别了。 上述杰出的贡献使他成为计算机第一人

16、。为纪念他，将计算机界最高奖定名为“图灵奖”。,图 灵 奖,图灵奖每年由ACM(Association for Computing Machinery )即美国计算机协会为全世界在计算机领域作出杰出的人士进行颁奖。 图灵奖对获奖者的要求极高，评奖程序极严，一般每年只奖励一名计算机科学家，只有极少数年度有两名在同一方向上做出贡献的科学家同时获奖。因此，尽管“图灵”的奖金数额不算高，但它却是计算机界最负盛名的奖项，有“计算机界 诺贝尔奖 ”之称。 截止至2010年，获此殊荣的华人仅有一位，他是2000年图灵奖得主姚期智。 2004年姚期智离开普林斯顿大学，到清华大学任全职教授 。,1.2 计算机内部数据的表示,一、不同进制数的表示 (10011)2 、(1100)2 、(100)10 、(160)10,1、二