计算机科学概论课件 第0章 绪论

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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究的主要内容： 计算机信息

2、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、无穷带和读写头 3个动作：改写当前格、左移或

3、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 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

4、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

5、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 I2 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，冯诺依曼主持设计了EDVAC(Electronic Discrete Variable Automatic Co

6、mputer)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 ENIAC2 计算机的发展历史第二阶段第一代计算机 1946年-1957年：1946年世界上第一台电子计算机 ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Computer，读作

7、“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19

8、64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Walter 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 (bipo

9、lar 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 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，

10、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10MH，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In

11、tel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

12、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 PC2 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

13、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

14、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

15、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、特别是巨型计算机技术方面也取得了重要进展；建立了计算机服务业，逐步健全了计算机产业结构。 中国第一台亿次计算机3 我国计算机的发展运算速度可达5000亿次的“神威”计算机3 我国计算机的发展近现代：在计算机科学的研究方面，中国在有限元计算方法、数学定 理的机器证明、汉字信息处理、计算机系统结构和软件等方面都有所建树，对于现代计算机理论的发展做出了贡献。 3 我国计算机的发展 我国计算机发展存在的问题 （1）自主创新能力不足； （2）核心技术缺失（CPU制造技术，高科技材料技 术，操作系统技术，高性能网络服务器技术）； （3）发展体制存在缺陷； （4）相关法律法规不够健全，缺乏法律意识；3 我国计算机的发展第四节 计算机与社会问题 计算机与社会问题：计算机的出现和迅猛发展给人类社会带来了 很多新问题。在伦理上，人们