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1、第0章 绪 论 计算机科学概论 理解计算机科学的发展及其含义 了解计算机科学涵盖的内容 了解计算机的发展及现代计算机的分类 理解计算机与社会问题的联系 教 学 目 的 1 计算机科 学的概念 2 计算机的 历史 3 我国计算 机的发展 计算机与 社会问题 4 教 学 内 容 学 习 重 点 熟悉计算机的发展历史 掌握计算机科学的基本概念 第一节 什么是计算机科学 计算机科学 (Computer Science) 国际计算机组织 (ACM) 定义： 计算机科学（计算学科）是对描述和变换信息 的算法过程的系统研究，包括它的理论、分析、设 计、有效性、实现和应用。 1 什么是计算机科学 计算机科学研
2、究的主要内容： 计算机信息的转换与表示技术 计算机系统的理论与实现技术 计算机软件的开发与维护技术 计算机科学涉及的主要领域： 数值和符号计算 体系结构 操作系统 数据结构和算法 程序设计 软件工程 数据库和信息检索 人工智能和计算理论 传统且主流的研传统且主流的研 究方向究方向 1 什么是计算机科学 艾伦图灵通用机模型的设想 “它可以表达成一台单一的特殊 机器，这种形式的机器可以被塑造成 去做到所有工作。事实上，它可以被 塑造成如同任何其他机器的模型般工 作。这种特殊机器或许可以被称呼为 通用机器。” 1947年的艾伦图灵 1 什么是计算机科学 图灵机的直观描述： 3个部件：有穷控制器、无穷
3、带和读写头 3个动作：改写当前格、左移或右移一格 读写头 有穷控制器 存储带 图灵机模型 1 什么是计算机科学 冯诺依曼计算机模型 程序、数据、存储理论 计算机系统的组成： 存储器（Memory ）（存储） 算术/逻辑单元（Computer Unit) (计算） 控制单元（Control Unit）（控制） 输入/输出单元（Input/Output Unit)（传输） 1 什么是计算机科学 哥尼斯堡七桥问题 梵天塔问题 哲学家共餐问题 列昂纳德 欧拉（L.Euler） 计算机科学中一些经典问题 哥尼斯堡七桥问题 欧拉图解 梵天塔问题示意图 计算机科学中一些经典问题 第二节 计算机发展历史 2
4、计算机的发展历史 1946年之前 古典计算机器时代 1946至今 现代计算机时代 1985年以后 计算机发展的新方向个人计算机与智能计算机 第1阶段古典计算机器时代 计算设备还不是科学，而是工具。 出现一些具备计算和存储信息能力的设备。 辅助计算的基本手段出现，主要针对的是数字。 主要特点：计算设备作为人脑计算的辅助工具，不 具备自动计算能力。 2 计算机的发展历史第一阶段 算盘时代 这一阶段出现了表示语言和数字的文字及其书写 工具，最主要的计算工具是算盘。 机械时代 这一时期计算装置的特点是借助于各种机械装置 齿轮杠杆等自动传送（十进位），而机械装置的动力则 来自计算人员的手。 机电时代 使
5、用电力作为计算机器动力，但计算机构本身还 是机械式的。 2 计算机的发展历史第一阶段 帕斯卡的加法机古老的计算工具算盘 莱布尼兹的演算机 巴贝奇差分机 巴贝奇分析机 早期的计算机器 2 计算机发展第一阶段中的典型成果 早期的计算机器 哈佛大学研制的机电式自动顺序控制计算机 MARK I 2 计算机发展第一阶段中的典型成果 2 计算机的发展历史第二阶段 第2阶段 1946-至今 现代计算机时代 第一代计算机 1946年1957年 第二代计算机 1958年1964年 第三代计算机 1965年1975年 第四代计算机 1972年至今 第一代计算机 1946年1957年： 1944年到1945年间，冯
6、诺依曼主持设计了 EDVAC(Electronic Discrete Variable Automatic Computer)方案，它明确了计算机由五个部分组 成，包括：运算器、逻辑控制装置、存储器、输 入和输出设备，并描述了这五部分的职能和相互 关系。 1946年，冯诺依曼和戈尔德斯廷、勃克斯等人 在EDVAC方案的基础上，提出了电子计算机 逻辑设计初探的设计报告，标志着电子计算机 时代的真正开始。 冯诺依曼是20世纪 最伟大的全才之一 2 计算机的发展历史第二阶段 宾夕法尼亚大学研制的第一台电子计算机 ENIAC 2 计算机的发展历史第二阶段 第一代计算机 1946年-1957年： 194
7、6年世界上第一台电子计算机 ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Computer，读作“埃尼阿克”）在美国 宾夕法尼亚大学研制成功。 第一代电子计算机主要特点： 利用真空管制造电子元件 利用穿孔卡作为主要的存储介质 体积庞大，重量惊人，耗电量大 2 计算机的发展历史第二阶段 2 计算机的发展历史第二阶段 真空管第一代计算机核心材料 第二代计算机 1958年1964年： 使用用晶体管的计算机被称作第二代计算机。和真空管 计算机相比，晶体管计算机无论是耗电量还是产生的热 能都大大降低，而可靠性和计算能力则大为提高。 主存储器均采用磁心存储器，磁鼓和磁
8、盘开始用作主要 的辅助存储器。 1953年 1963年期间，IBM 相继推出IBM 701、IBM 650、等经典机型，成为市场领导者。并于1964年研制 成功IBM 360，开启了第三代计算机的设计时代。 2 计算机的发展历史第二阶段 IBM 701 计算机系列 第二代计算机经典代表 IBM 650 计算机系列 2 计算机的发展历史第二阶段 2 计算机的发展历史第二阶段 晶体管电子计算机发展历史： 翻查晶体管历史，今年是晶体管诞生 61周年，首颗晶体管诞生于1947年 12月16日，由贝尔实验室(Bell Labs) 的William Shockley、John Bardeen 和Walte
9、r Brattain成功制成第一个晶 体管，由此改变了人类科技的历史。 到了1950年，William Shockley开发 出双极性接面晶体管 (bipolar junction transistor)，也就是现在俗称 的晶体管，而第一款采用晶体管技术 ，并用于商业化装置于1953年上市 ，仅仅是一款助听器。 William Shockley 2 计算机的发展历史第二阶段 第一颗晶体管 2 计算机的发展历史第二阶段 1954年10 月18日 第一台晶体管收音机Regency TR1问世，采用四颗锗晶体管 1965年 Intel创办人之一，Gordon Moore电子杂志撰文预测芯片上的晶体管
10、 数目未来将约每年倍增（之后十年改为每两年倍增），摩尔定律正 式诞生。 1968年7月 Robert Noyce和Gordon Moore从快捷半导体公司离职，创立Intel 公司 。 1969年 - 1971年 1969年，Intel 公司率先成功开发PMOS硅闸极晶体管技术，以传统 的二氧化硅 (SiO2) 闸极电介质并引进新多晶硅闸极技术。1971年 ，Intel出第一个微处理器4004，1/8 x 1/16英吋大小内含2,000余颗 晶体管，以10微米PMOS技术制成。 1978年 16位的Intel 8088微处理器诞生，内含29,000颗晶体管，执行速度 为5MHz、8MHz和10
11、MH，8088于1981年成功销售给IBM的新个人 计算机部门，这项关键性的交易使Intel 8088微处理器成为IBM个人 计算机(IBM PC)的头脑，令Intel成为财星杂志Fortune 500大公司之 一及1970年代商业成功典范之一，PC历史亦由这一刻开始。 晶体管计算机发展大事记 第三代计算机 1965年1975年： 使用集成电路代替晶体管，使用硅半导体制造存储器。 广泛使用微程序技术，简化处理机设计。 系列化通用化和标准化是这一时期计算机设计的基本思 想。 2 计算机的发展历史第三阶段 2 计算机的发展历史第三阶段 中小规模集成电路和CPU 2 计算机的发展历史第三阶段 中小规
12、模集成电路计算机 第四代计算机 1972年至今： 大规模、超大规模集成电路迅速代替中小规模集成电路 。 产生了微处理器和微型计算机 。 产生了字长4位、8位、16位、32位和64位的微型计算 机，计算机的性能迅速提高。 2 计算机的发展历史第四阶段 2 计算机的发展历史第四阶段 大规模集成电路和CPU 个人计算机的经典IBM PC 2 计算机的发展历史第四阶段 第四代计算机 1972年至今： 1981年8月12日，PC机之父的唐.埃斯特奇（D.Estridge）领导 的开发团队完成了IBM个人电脑的研发，IBM PC正式问世。 苹果的Macintosh计算机 2 计算机的发展历史第四阶段 第四
13、代计算机 1972年至今： 1983年，苹果公司推出了划时代的Macintosh计算机，不仅首 次采用了图形界面的操作系统，并且第一次使个人计算机具有了多 媒体处理能力。 2 计算机发展历史计算机的未来 计算机未来发展方向 网络化（Network) 智能化（Interception) 新材料技术（New Materious） 第三节 我国计算机发展 3 我国计算机的发展 古典时代： 在早期计算工具和算学理论的发明创造方面，中 国曾取得极其辉煌的成就： 中国古代经典发明创造： 3 我国计算机的发展 中国古代经典发明创造： 中国古代用阳、阴两爻 构成的八卦，被认为是 世界上最早的二进制表 示法 由
14、八卦演变而来的算术 罗经 3 我国计算机的发展 近现代： 全国解放后，中国在极其困难的情况下，依靠自 身努力，先后在计算机设计和理论领域取得了一系列 成果： l1958年，中国研制成功第一台 小型电子管计算机 中国第一台小型电子管计算机 3 我国计算机的发展 近现代： 全国解放后，中国在极其困难的情况下，依靠自 身努力，先后在计算机设计和理论领域取得了一系列 成果： l1959年，中国研制成功第 一台大型电子管计算机 中国第一台大型电子管计算机 3 我国计算机的发展 近现代： 改革开放后，中国在科技发展方面紧跟世界潮流，不断开拓 创新，在计算机技术发展方面取得了新的成就： 60年代后期，中国开始研究集成电路计算机 。 70年代，中国已批量生产小型集成电路计算机。80年代以后 ，中国开始重点研制微型计算机系统并推广应用 。 产生了字长4位、8位、16位、32位和64位的微型计算机，计 算机的性能迅速提高。 3 我国计算机的发展 近现代： 龙芯一号CPU是神州龙芯公司推出的兼顾通用及嵌入式CPU 特点的新一代32位CPU，标志着我国在现代通用微处理器设计方 面实现了“零”的突破， 打破了我国长期依赖国外CPU产品的无“ 芯”的历史。 龙芯一号CPU 3 我国计算机的发展 使用“龙芯一号”的计算机产品 3 我国计算机的发展 近现代： 在大型计算机、特
