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1、第1 章 引 论,1.1 计算机是什么 1.2 数据处理机模型 1.3 现代计算机模型 1.4 计算机系统 1.5 信息系统 1.6 因特网和万维网 1.7 计算机文化和计算思维,计算机科学 Computer Science,一个宽泛的概念 涵盖了计算机的方方面面 科学的计算机 工具的计算机 人类信息交流的工具,Computer science is no more about computers than astronomy is about telescopes.,本课程主要介绍 计算机的基本知识,计算机是什么,Computer 从事计算工作的人 二战时，美国开始研制自动计算装置， Com
2、puter 有了机器的含义,我是计算机 我的工作是计算 要算就找我吧,计算机是什么,计算机是发展最快、影响最大的新学科，相关术语： 计算机科学 Computer Science 计算机技术 Computer Technology 计算机工程 Computer Engineering 信息技术 Information Technology，IT 计算机的变化 技术上：体积小，功能强 用途上：从专用到消费品,计算机是什么,计算机和计算,计算 Computation 数学的基础 计算机的基础 期望 计算机实现数学意义上的“自动计算” 现实 客观世界的形态被“数字化” 计算机素质 知道它，知道它是如何
3、做到的,010101010101010,Question 1,What is Computer， Your opinion？,计算机的定义,计算机是一种现代化的信息处理工具，它对信息进行处理并提供结果，其结果（输出）取决于所接收的信息（输入）及相应的处理算法 计算机科学技术百科全书 核心词汇 工具 处理 信息 算法,信息处理工具,输入数据,输出信息,算法/程序,计算机科学与技术,计算机的设计、制造，以及运用计算机进行信息的获取、表示、存储、处理、控制等的相关理论、原则、方法和技术 计算机科学 CS 研究现象和揭示其规律 计算机技术 CT 研制计算机 使用计算机进行信息处理的方法和手段,1.2
4、数据处理机模型,对计算机的理解 数据处理机 Data Processor 处理数据( Data )，得到信息( Information ) Data原材料 Information制成品 计算机原理模型 黒盒模型 带有程序功能的处理机模型,黒盒模型,数据处理机模型 处理数据的机器或装置 计算机原理的经典模型之一 数据处理方式是固定的 输入相同数据，输出结果相同（重现） 输入不同数据，输出结果不同（变化）,具有程序能力的数据处理机,程序 Program 让计算机按预定的步骤进行工作,具有程序能力的数据处理机,在同一个程序的控制下 （如：求绝对值） 输入相同数据，输出结果相同一致性 输入不同数据，输
5、出结果不同，也可能相同 数据处理所得到的输出，除了输入数据还取决于程序 在不同程序的控制下 输入相同数据，输出结果不同 输入不同数据，输出结果可能相同,具有程序能力的数据处理机,程序是处理数据的算法的具体实现 程序对计算机的改变 变得复杂：提高处理数据的能力 变得灵活 不同的数据，相同的程序，相同的结果 不同的数据，不同的程序，相同的结果 程序原理 能够按照“程序”进行工作 程序是事先编制好并存放在计算机内部,1.3 现代计算机模型,计算机有五个组成部分 输入 Input 运算 Arithmetic Logic Unit 存储 Memory 控制 Controller 输出 Output CP
6、U = ALU +Controller,冯诺依曼模型,冯诺依曼计算机,CPU,分为3个子系统： 处理器子系统 CPU 存储器子系统 Memory 输入输出子系统 I/O,1.3 现代计算机模型,巴贝奇（Charles Babbage，17921871） 计算机之父 设计差分机，原理为 IPOS Input, Processing, Output, Storage 哈佛结构 Harvard Architecture 数据和程序分开存放 用于专用处理器系统、通用CPU芯片内部 基本原理类似的其他模型 多处理器的流水线结构、并行结构等,艾伦图灵，英国科学家，人工智能之父 1936年发表著名论文论数字
7、计算在决断难题中的应用 提出 “图灵机” (Turing Machine) 的设想 计算机的理论模型 可制造一种十分简单但运算能力极强的计算装置，用来计算所有能想像得到的可计算函数 1945年图灵到英国国家物理研究所工作，并开始设计自动计算机,图 灵,1950年，发表论文计算机能思考吗？，设计了著名的图灵测试，通过问答来测试计算机是否具有同人类相等的智力 提出了一个用于判别计算机是否具有和人类相似程度的智能的实验,图灵和图灵机,实验的基本思想 让受试者和计算机分别回答一定数量的问题，如果审查答案的人在多数情况下不能正确地判断哪边回答问题的是计算机，那么就说明这台计算机的智能达到了与人接近的水平
8、,程序存储原理,现代计算机模型要求 程序在执行前存放到存储器中 程序和数据采用同样的格式 程序存储原理 程序存储原理解决的问题 使计算机自动执行程序程序控制 使程序可重用存储程序,历史上的自动计算装置,中国 算筹春秋战国时期，图 算盘唐代，最早被广泛使用的计算装置 第一台自动计算机器 Pascaline 1642年，法国布莱斯 帕斯卡发明，图 钟表齿轮计数加减，用杠杆实现进位 程序设计语言Pascal以他的名字命名 德国数学家莱布尼兹，二进制发明人，图 19世纪初，差分机，完成公式计算 英国数学家巴贝奇，计算机之父，图 19世纪末，穿孔卡片机，IBM公司，蓝色巨人,计算机的雏形算筹,可以说，算
9、盘和算筹蕴涵了计算机最原始的思想,出土的汉代算筹,算盘,世界第一台机械式加法器(1642年),帕斯卡,1674年发明的乘法器,莱布尼兹,1822年研制的差分机,第一次体现程序设计思想 IPOS原理 巴贝奇,1834年研制的分析机,组成：齿轮式寄存器、工场（计算装置）、控制装置,穿孔卡片,电动机械式计算机(1930年),电动机械式计算机(1930年),1936年制造的手摇式机械计算机,1941年研制的Z-3型计算机,世界第一台通用程序控制机电式计算机，德国科学家朱斯研制,1.4 计算机系统,硬件系统,软件系统,1.4 计算机系统,硬件系统,硬件 Hardware 计算机的物理设备 实现计算机操作
10、过程、输入、输出互联的各种电子设备 计算机设备 Device 既可以指一个价值数亿的巨型计算机系统，也指一个只有数十元的鼠标器 第一台现代计算机 1946年，ENIAC,第一台现代计算机,ENIAC 电子数字积分计算机 Electronic Numerical Integrator And Calculator 1945年11月，由美国宾夕法尼亚大学研制 世界上第一台可以真正运算、全部是电子装置的计算机,18000多个电子管 重约30吨 170平方米 48万美元 每秒5000次 （人工20小时的计算量只需30秒完成）,ENIAC计算机和主要发明人毛赫利和艾克特,ENIAC的电子管和电线,ENI
11、AC 由大量电子管组成,ENIAC的电线,现代计算机发明人 阿塔纳索夫（Atanasoff） 1939年和贝里研制出ABC样机 1941年毛赫利窃走他的研究成果,诞生于英国，由汤米、费劳尔斯等研制 1943年3月开始研制的，主要目的是破译经德国“洛伦茨”加密机加密过的密码 1944年1月10日，“科洛萨斯”计算机开始运行 “科洛萨斯”比美国的 ENIAC 计算机问世早两年多，在二战期间破译了大量德军机密，战争结束后，被秘密销毁,世界上第一台计算机“科洛萨斯”,计算机发展的四个时代 第一代 19461959年 ，电子管计算机 体积大，故障率高，主存储器是磁芯，后期出现磁带作辅存 第二代 1959
12、 1963年，晶体管计算机 体积小，功耗低，更可靠，开始使用高级语言，有了磁盘,现代计算机的发展,第三代 19631975年，集成电路计算机 神奇的硅片，成本大大降低，主存是半导体，出现操作系统 第四代 1975年至今，大规模集成电路计算机 体积更小，成本更低，微型计算机开始进入家庭 软件快速发展 出现高速计算机网络,神奇的硅片,1971年 第一代微处理芯片 Intel 4004 集成了2500个晶体管元件 一次处理4位二进制数据,四位微处理器,八位微处理器,十六位微处理器,三十二位微处理器,六十四位微处理器,IBM拟用DNA开发下一代芯片,集成电路,VLSI集成电路芯片,集成电路芯片,摩尔法
13、则,微型计算机,IBM PC，1981,Apple 计算机，1977,著名的IBM 360计算机,IBM新的Z900系列大型机,计算机类型,按计算机的规模及销售价进行划分 巨型计算机：千万USD，supercomputer 天河-1A：主机的处理器达到186368个 运算速度达到了每秒2570万亿次 大/中型计算机：数百万USD，mainframe Computer 小型计算机 minicomputer 终端 terminal 微型计算机 microcomputer PC personal computer 嵌入式系统（实验仪器、工业生产设备） 智能手机,“天河一号” 超级计算机系统,“天河一
14、号” 超级计算机系统,计算机的特点,1高速、精确的运算能力 运算速度快 计算精度高 圆周率世界纪录：小数点后 12411 亿位 最新世界纪录： 小数点后 25769.8037 亿位 日本筑波大学副教授高桥大介等研究人员 2准确的逻辑判断能力 3强大的存储能力 4具有自动功能 5网络与通信功能,但计算机并不具备人一般的思维能力,计算机软件,软件 “看不见”的，却是不可或缺的 所有与计算机相关的文档、程序、语言等 软件系统 系统软件：服务于计算机本身 应用软件：解决特定问题 软件的进化 从专业到产业,计算机软件的进化,第一代计算机时期 主要是二进制代码语言 后来出现汇编语言 第二代计算机时期 开始
15、出现高级语言，FORTRAN和COBOL 第三代计算机时期 出现操作系统 出现一些专用软件包 第四代计算机时期 出现结构化程序设计语言，BASIC、C等 主流操作系统以图形界面为特征 面向对象的编程，网络软件,Question 2,Do you Know : The computer is how to operate?,计算机是如何运行的,通电后 CPU执行启动程序BIOS 操作系统调入内存 BIOS引导后 计算机由操作系统管理和控制,1.5 信息系统,信息系统为需要者提供特定的信息 准确、快速 信息系统是基于计算机的 信息系统6个要素 硬件，主要指计算机及相关设备，是物理部分 软件，使用特
16、定语言编写的有关的程序 数据 / 信息 人 / 用户，两类用户，以计算机为职业、使用计算机 过程 / 处理，实现系统功能的操作步骤 通信 用户和计算机之间，硬件和软件之间，计算机之间（网络）,1.6 因特网和万维网,Network：两台以上的计算机互连 世界上最大的网：Internet 目的：资源共享 网络的网络 管理上：无中心 特性开放 虚拟社会 网上的各种社会形态：现实世界的Copy,万维网,World Wide Web WWW 简称为Web 中文名为万维网 原为Internet的一种应用（技术） Link and Webpage and Website 现实：Internet的代名词 第一个浏览器软件： Mosaic 免费的浏览器,校园网：1. web资源,http:/ 浙大办公网 http:/luckweb.8866.org 缘网(提供软件下载) h
