计算机应用基础义(上)

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1、计算机基础知识 北京林业大学信息学院计算机系 联系方式：西配楼310室 62336516 E-mail: 徐秋徐秋红红 1 教学说明教学说明 1. 1. 学时：学时：4 4学时学时 2. 2. 内容：内容： 了解计算机的诞生和演变过程了解计算机的诞生和演变过程 了解计算机中数据的表示形式了解计算机中数据的表示形式 了解现今世界信息技术的发展形式了解现今世界信息技术的发展形式 3. 3. 资源资源: ASCII: ASCII码表码表 4. 4. 考核：选择题考核：选择题 2 教学内容教学内容 计算机的诞生计算机的诞生 1 计算机的数据表示形式计算机的数据表示形式 2 计算机的计算机的未来发展未

2、来发展 3 信息化发展的信息化发展的新趋势新趋势 4 3 教学内容教学内容 计算机的诞生计算机的诞生 1 计算机的数据表示形式计算机的数据表示形式 2 计算机的计算机的未来发展未来发展 3 信息化发展的信息化发展的新趋势新趋势 4 4 计算工具的演变计算工具的演变 人类在劳动中创造了工具人类在劳动中创造了工具 工具扩展人类探索自然界的功能工具扩展人类探索自然界的功能 机械工具扩展了人类四肢的功能 测试工具扩展了人类感官的功能 计算工具扩展了人类大脑的功能 5 英国人最早研制的计算机主要用于破英国人最早研制的计算机主要用于破 译德军军事通讯密码译德军军事通讯密码 美国人最早研制的计算机主要用于计

3、美国人最早研制的计算机主要用于计 算炮弹弹道算炮弹弹道 人类的战争催生了计算机人类的战争催生了计算机 6 巨人巨人(Colossus)(Colossus)计算机计算机 尘封在电脑史册里的超级机密 电 子 管 7 这台机器用这台机器用15001500个电子管个电子管 组成十进制计数器，阅读组成十进制计数器，阅读 速度可达每秒速度可达每秒50005000字符。字符。 8 世界上第一台世界上第一台 Computer USA ENIAC(十进制十进制) 1946年年 19461946年年2 2月月1414日，日， 世界上第一台世界上第一台 电脑电脑ENIACENIAC在美在美 国宾夕法尼亚国宾夕法尼亚

4、 大学诞生。大学诞生。 计算机世界中不能忘记的人计算机世界中不能忘记的人 英国著名学者 阿 兰 麦席森 图灵 （Alan Mathison Turing） John Mauchly 及J. Eckert John von Neumann 9 他试图在计算机上他试图在计算机上 启动一个人造遗传启动一个人造遗传 系统系统 根据达尔文的生物进化理论，根据达尔文的生物进化理论，模拟生物进化过程中“优胜劣模拟生物进化过程中“优胜劣 汰”的自然选择机制和遗传信息的传递规律汰”的自然选择机制和遗传信息的传递规律，在计算机上建，在计算机上建 立和实现了一个“进化计算”的雏形程序。立和实现了一个“进化计算”的雏

5、形程序。 现在已经演变为遗传算法与遗传编程。现在已经演变为遗传算法与遗传编程。 10 11 计算机计算机的发展简史的发展简史 第一代第一代 电子管时代电子管时代(1946(1946- -1958)1958) 耗电高，体积大，定点计算，机器语言，汇编语言耗电高，体积大，定点计算，机器语言，汇编语言 第二代第二代 晶体管时代晶体管时代(1958(1958- -1965)1965) 变集中处理为分级处理，浮点运算、高级语言变集中处理为分级处理，浮点运算、高级语言 第三代第三代 中小规模集成电路时代中小规模集成电路时代(1965(1965- -1970)1970) 存储容量大，运算速度快，几十至几百万

6、次存储容量大，运算速度快，几十至几百万次/ /秒秒 第四代第四代 大规模集成电路时代大规模集成电路时代(1971(1971至今至今) ) 向大型机和微型机两个方向发展向大型机和微型机两个方向发展 第五代第五代 （？）现代（？）现代计算机计算机发展的新方向发展的新方向 目前还没有一个确定的发展方向。目前的研究方向有：生物目前还没有一个确定的发展方向。目前的研究方向有：生物 DNA计算机、量子计算机、光子计算机等等计算机、量子计算机、光子计算机等等. 12 计算机的分类计算机的分类 巨型机巨型机世界几家公司生产，最快世界几家公司生产，最快1.41.4万亿次，上千个万亿次，上千个CPUCPU组成。组

7、成。 小巨型机小巨型机功能同巨型机相近，价格相对便宜。功能同巨型机相近，价格相对便宜。 大型机大型机大中型企事业单位作为计算中心的主机使用，统一调度主大中型企事业单位作为计算中心的主机使用，统一调度主机资源，代表产品有机资源，代表产品有IBM360IBM360，370370等。等。 小型机小型机可满足部门性的需求，供小型企事业单位使用。可满足部门性的需求，供小型企事业单位使用。 工作站工作站用于特殊的专业领域，如图象处理和辅助设计。用于特殊的专业领域，如图象处理和辅助设计。 微型机微型机个人或家庭使用，价格低廉。个人或家庭使用，价格低廉。 服务器服务器在网络环境中为众多用户提供服务的计算机。在

8、网络环境中为众多用户提供服务的计算机。 单板机和单片机单板机和单片机可单独组装，并应用于控制及应用的器件。可单独组装，并应用于控制及应用的器件。 超级计算机超级计算机 高性能计算机一般应用于计算密集的科高性能计算机一般应用于计算密集的科 学仿真等行业，同时也在能源、石油、学仿真等行业，同时也在能源、石油、 地球物理、气象、科学计算、生物信息、地球物理、气象、科学计算、生物信息、 网游、金融等各种领域被广泛的应用。网游、金融等各种领域被广泛的应用。 由于高性能计算在国防、军事上至关重由于高性能计算在国防、军事上至关重 要，所以在某种意义上也要，所以在某种意义上也象征着一个国象征着一个国 家的家的

9、ITIT技术实力技术实力。 13 1） Roadrunner 世界上著名的超级计算机世界上著名的超级计算机 由IBM和美国新墨西哥 州洛斯阿拉莫斯国家实 验室联合开发，用于天 文、能源、人类基因科 学、以及气候变化方面 的研究。曾在2008年6 月的TOP 500排行榜名 列首位。它也是全球第 一台运算能力超过1 petaflop/s的超级计算 机系统。Roadrunner也 是全球第一台采用Cell 处理器的混合式超级计 算机。 14 2 2） “CieloCielo” 由由洛斯阿拉莫斯国家实验室、桑迪亚洛斯阿拉莫斯国家实验室、桑迪亚 和利弗莫尔三个国家实验室提供计算支持和利弗莫尔三个国家实

10、验室提供计算支持 可达每秒千万亿次浮点运算能力 世界上著名的超级计算机世界上著名的超级计算机 用于执行在2011- 2015年期间核武 器的系统模拟与计 算。 Cielo已于2012年 5月做了由每秒 1030万亿次提升 到1370万亿次的 升级。 15 3） Tera-100 欧洲大陆最强的超级计算机 世界上著名的超级计算机世界上著名的超级计算机 用于法国核武 器模拟项目。 2011年3月完 成搭建，2012 年5月加电启 动。它内部部 署了140000颗 Intel Xeon7500 CPU 最大计算性能约为1PF/s 16 4） “银河-” 中国的超级计算机 世界上著名的超级计算机世界上

11、著名的超级计算机 1992年 研制成功 的银河- 十亿次 巨型计算 机 计算能力的峰值性能超过每秒10亿次 17 5） “天河一号” 中国的超级计算机 世界上著名的超级计算机世界上著名的超级计算机 2009年10月29 日，我国国防科 技大学自主研制 的首台千万亿次 超级计算机系统 “天河一号”问世。 这标志着我国成 为继美国之后， 第二个能够研制 千万亿次超级计 算机的国家。 计算机的峰值运算速度可以达到为4700万亿次/秒 18 6） “曙光星云 ”中国的超级计算机 世界上著名的超级计算机世界上著名的超级计算机 曙光“星云”是由 曙光信息产业北京 有限公司、中国科 学院计算技术研究 所以及

12、国家超级计 算深圳中心共同研 制的一款拥有自主 知识产权的超千万 亿次超级计算机。 2011年11月下线。 计算能力为每秒1270万亿次浮点运算，峰值可达三千万亿次(3PFlops) 19 7） “京 ”日本的超级计算机 世界上著名的超级计算机世界上著名的超级计算机 日本理化学研究 所2011年6月20 日宣布，与富士 通共同研发中的 超级计算机“京” 使用了68544个 SPARC64 VIIIfx 处理器，在最新 全球超级计算机 500强排名中位 列第一。 计算能力为每秒8612万亿次浮点运算。据称在2012年11月建造完成 时，这台超级计算机的运行速度将达每秒10千万亿次浮点运算。 20

13、 世界超级计算机TOP500组织于7月，在德国莱比锡召开的 2013国际超级计算大会上正式发布了第41届世界超级计算机 500强排名榜，中国国防科技大学研制的天河二号超级计算天河二号超级计算 机机，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。 “天河二号天河二号” 中国超级计算机研制水平领先世界中国超级计算机研制水平领先世界 21 教学内容教学内容 人类的人类的战争催生战争催生了计算机了计算机 1 计算机的数据表示形式计算机的数据表示形式 2 计算机的计算机的未来发展未来发展 3 信息化发展的信息化发展的新趋势新趋势 4 22 计算机是如

14、何存储数据和处理数据的？计算机是如何存储数据和处理数据的？ 计算机中存储和处理的对象是计算机中存储和处理的对象是数据数据 计算机中的数据计算机中的数据二进制数二进制数 二进制数特征：二进制数特征： 只有只有0、1两个数码，且逢两个数码，且逢2进一进一 23 计算机为什么采用二进制数的处理方式？计算机为什么采用二进制数的处理方式？ 可行性 采用二进制，只有0和1两个状态，需要表示 0、1两种状态的电子器件很多，电子器件具有实现的 可行性。 简易性 二进制的运算法则少，运算简单，使计算机 运算器的硬件结构大大简化。 逻辑性 由于二进制的0和1正好和逻辑代数的假和真 相对应，有逻辑代数的理论基础，用

15、二进制表示二值 逻辑很自然。 可靠性 二进制只有1和0两个数，传输和处理时易于 纠错，所以能使计算机的可靠性得到保障。 24 25 冯冯 诺依曼诺依曼原理原理 计算机工作原理计算机工作原理 26 冯冯 诺依曼诺依曼原理原理 冯.诺依曼思想： 二进制编码 程序与数据一样存 放在存储器中 视频：计算机的 CPU运算数据的 过程 计算机是由存储器存储器、控制器控制器、运算器运算器、输入设备输入设备和输出设备输出设备 五大部件组成； 二进制数是计算机中可以处理的信息编码 二进制数据编码 00000000 00000001 00000010 00000011 00000100 11011100=1*27+1*26+0*25+1*24 +1*23+1*22+0*21+0*20 11011100.101 =1*27+1*26+0*25+1*24 +1*23+1*22+0*21+0*20 +1*2-1+0*2-2+1*2-3 27 进制转换进制转换 十进制数 二进制数 八进制数 十六进制数 0 0 00000000 0 0 0 0 1 1 00010001 1 1 1 1 2 2 00100010 2 2 2 2 3 3 00110011 3 3 3 3 4 4 01000100