信息导论幻灯片

《信息导论幻灯片》由会员分享，可在线阅读，更多相关《信息导论幻灯片（31页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、信息科学导论,2019/4/19,2,计算机科学导论侯惠芳 张雪萍 刘素华主编，北京邮电大学出版社，2007年11月第1版； 计算机科学概论（原书第2版）美Nell Dale John Lewis，机械工业出版社，2005年9月第1版； Computing Essentials，Timothy J. OLeary Linda I. OLeary，高等教育出版社,参考书目：,联系方式:,3,计算机学科的 基础知识 计算机学科的 专业知识,计算机科学专业知识体系,数学知识,物理学及电子学知识,学科基础知识,学科专业知识,高等数学,线性代数,概率与数理统计,离散数学,大学普物,电路分析基础,模拟电子

2、技术,数字逻辑电路,计算机导论,高级语言程序设计,面向对象程序设计,数据结构,操作系统,编译原理,数据库系统原理,软件工程,计算机图形学,人工智能,4,1.1.1 计算机的起源 1.1.2 计算机的发展 1.1.3 计算机的特点与分类 1.1.4 微型计算机的发展 1.1.5 计算机的应用,1 计算机基础,1.1 计算机的发展及分类,5,1.1.1 计算机的起源,公元600年左右，我国出现计算工具算盘。 16世纪欧洲出现计算尺和机械式计算机。 19世纪英国数学家巴贝奇(1792-1871)提出通用计算机的基本设计思想，把机械计算器具和顺序控制设备的发展结合起来。 19世纪中叶， 英国数学家布尔

3、(1824 -1898)创立了布尔代数，从此数学进入思维领域。 1937年英国数学家图灵(1912 -1954)提出了著名的“图灵机”的模型，探讨了计算机的基本概念，证明了通用数字计算机是能够制造出来的。为了纪念图灵对计算机科学的重大贡献，美国计算机协会设有图灵奖，每年授予在计算机科学领域作出特殊贡献的人。 1946年2月世界上第一台数字电子计算机ENIAC在美国的宾夕法尼亚大学诞生。,6,第一台电子计算机（ENIAC）,5000次加法/秒 体重约30吨 占地170m2 18000只电子管 1500个继电器 功率150KW/小时,7,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

4、， 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： 1）以二进制的逻辑基础来实现数字运算，以保证 精度； 2）利用电子技术来实现控制、逻辑运算和算术运 算，以保证计算速度； 3）采用把计算功能和二进制数更新存储功能相分 离的结构。 主张“将数字存储和数字运算分开进行”,奠定现代计算机发展的重要人物和思想,Claude Shannon,8,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

5、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。,9,John von Neumann 冯诺依曼,1949 EDSAC,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。,10,计算机是一种可以自动处理信息的工具。 计算机是一种能快速高效自动完成信息处理的工具。 计算机是一种能够高速运算、具备内部存储能由程序控制其操作过程的电子装置。 计算机是一种自动地、高速地进行数值

6、运算和信息处理的电子设备。它主要由一些机械的、电子的器件组成，再配以适当的程序和数据。程序及数据输入后可以自动执行，用以解决某些实际问题。,究竟什么是计算机,11,1.1.2 计算机的发展,计算机的发展史 计算机的发展趋势,12,计算机的发展史,13,目前计算机的发展是向着四个方向：巨型化、微型化、网络化和智能化。,计算机的发展趋势,14,CRAY-,巨型化,运算速度可达每秒几百亿次运算的超级计算机 1975年世界上第一台超级计算机“Cray-I” 超级计算机应用：天气预报、地震机理研究、 石油和地质勘探，卫星图像处理等大量科学计 算的高科技领域。,中国超级计算机： 国防科技大学研制的 “银河

7、1号”、 “银河2号”和“银河3号” 国家职能计算机中心推出的 “曙光1000” 、“曙光2000”和“曙光3000”,银河,15,Altair 8800,微型化,计算机不再是单一的计算机器，而是一种 信息机器，一种个人的信息机器。,16,网络化,计算机网络： 计算机技术与通信技术结合 的产物。 计算机网络的发展动力： 使用远程资源，共享程序、 数据和信息资源，网络用户 的通讯和合作。,17,智能化,“总有一天，人类会造出一些举止跟人一样的 没有灵魂的机械来”。 笛卡尔（1637）,人类第一个“工业机器人”： 一头在纺织机上挑纱的“驴”（1742年） 第一代机器人 机械手（1962年出现） 第

8、二代机器人 具有“感觉”的机器人 第三代机器人 装有启发式计算机的“智能机器人”,18,计算机的发展趋势,未来新型计算机,1光计算机：利用光作为信息的传输媒体 。,2生物计算机（分子计算机）：生物计算机在20世纪80年代中期开始研制，其最大的特点是采用了生物芯片。,3量子计算机：利用处于多现实态下的原子进行运算的计算机，这种多现实态是量子力学的标志。,19,1.1.3 计算机的特点与分类,计算机的特点 计算机的分类,20,计算机采用了高速电子器件和线路，并利用先进的计算技术，使它可以有 很高的运算速度。运算速度是指计算机能执行多少百万条指令每秒。常用单 位是MIPS，一般的计算机运算速度可达几

9、百万次到几亿次每秒，现在有些 高档计算机的运算速度甚至可达几百亿次每秒。,1、快速运算能力,2、计算精度高,由于计算机是根据事先编好的程序自动、连续地工作，可以避免人工计算 可能因疲劳、粗心而产生的各种错误。例如，圆周率的计算，历代科学 家采用人工计算只能算出小数点后500位。1981年日本人曾利用计算机算 到小数点后200万位，而目前已计算到小数点后上亿位。,计算机的特点,21,计算机中拥有容量很大的存储设备，不仅可以存储所需的数据信息，还可以存储指挥计算机工作的程序，同时可以保存大量的文字、图像、声音等信息资料。,3、存储功能强,4、逻辑判断能力,计算机的逻辑判断能力是实现计算机自动化和具

10、备人工智能的基础，是计算机基本的、也是重要的功能。,计算机是自动化电子装置，在工作中无需人工参与，能自动执行存放在存储器中的程序。人们事先编好程序后，向计算机发出指令，计算机即可帮助人类完成那些枯燥乏味的重复性劳动。,5、自动运行程序,计算机的特点,22,按处理数据的方式分类 ：模拟计算机和数字计算机；按应用范围分类：专用计算机和通用计算机；按规模分类：根据计算机规模和性能，可以将计算机分为以下几类： 1巨型计算机 运算速度在每秒亿次以上的计算机可称为巨型计算机。 2. 大型计算机 运算速度在每秒几千万次以上的计算机为大型计算机。 3. 中型计算机 运算速度在每秒百万次以上千万次以下的计算机为

11、中型计算机，与大型计算机的区别不甚明显，通常用在国家重点科研机构、重点理工科院校。,计算机的分类,23,4. 小型计算机 小型计算机的运算速度在每秒几百万次左右。 5微型计算机 微型计算机也称为个人计算机，简称微机、PC机。 随着计算机技术的发展，各类机器之间的差别越来越不明显。近几年的高档微机，其速度、性能甚至超过了前几年的小型计算机。,计算机的分类,24,1.1.4 微型计算机的发展,1. 第一个微处理芯片和第一台微型机,1971年1月，以霍夫为首的研制小 组，完成了世界上第一个微处理器芯片 。在34毫米面积上集成晶体管2250个，每秒运算速度达6万次。它意味着电脑CPU已经缩微成一块集成

12、电路，意味着“芯片上的电脑”诞生。 第一块微处理器芯片已属大规模集成电路范畴。英特尔公司命名它为4004。,4004芯片,爱德华罗伯茨以每块75美元价格向英特尔购到8080微处理器，组装了一台很小的机器，命名为“牛郎星”。这就是世界上第一台用微处理器装配的微型计算机。,25,微处理器的发展历程,微型机的核心是微处理器，因此微型机的发展历程，从根本上说也就是微处理器的发展历程。,1.1.4 微型计算机的发展,26,将电脑浓缩在一颗芯片上,0.18微米芯片,10微米芯片,27,晶 体 管 数,每18个月芯片能力增长一倍，价格减半,计算机第一定律莫尔（Moore）定律,28,计算机世界中的中国,19

13、52年在清华大学成立中国第一个计算机三人研究小组 组长 闵大可 电机系教授 1954年小组经扩充和调整，并入中科院近代物理研究所 负责人 钱三强 1958年完成第一台电子计算机103 1959年完成大型电子计算机104 1959年中国自行研究的107计算机问世 1965年中国开始研制第三代计算机（集成电路） 1977年研制成功中国第一台微机DJS050,29,科学计算是计算机最早的应用领域，计算机高速、高精确的运算是人工计算望尘莫及的。现代科学技术中有大量复杂的数值计算，如军事、航天、气象、地震探测等，都离不开计算机的精确计算。计算机的应用大大节约了人力、物力和时间。,1、科学计算,2、数据处

14、理,数据处理也称为事务处理。使用计算机可对大量的数据进行分类、排序、合并、统计等加工处理，例如人口统计、人事、财务管理、银行业务、图书检索、仓库管理、预订机票、卫星图像分析等。数据处理已成为计算机应用的一个重要方面。,1.1.5 计算机技术的应用,30,过程控制也称为实时控制，主要是指计算机在工业和军事方面的应用。计算机能及时采集检测数据并按最优方案实现自动控制，如炼钢过程的计算机控制、导弹自动瞄准系统、飞行控制调动等。,3、过程控制,4、计算机辅助系统,计算机辅助系统包括计算机辅助设计(Computer Aided Design，CAD)、计算机辅助制造(Computer Aided Man

15、ufacturing，CAM)、计算机辅助教学(Computer Aided Instruction，CAI)、计算机辅助工程(Computer Aided Engineering，CAE)等。,1.1.5 计算机技术的应用,31,人工智能主要表现在以下三个方面： 机器人。主要分为“工业机器人”和“智能机器人”两类。前者用于完成重复性的规定操作，通常用于代替人进行某些作业(如海底、井下、高空作业等)；后者具有某些智能，具有感知和识别能力，能“说话”和回答问题。 专家系统。计算机具有某些方面专家的专门知识，使用这些知识来处理这方面的问题。例如，医疗专家系统能模拟医生分析病情、开出药方和假条。 模式识别。重点研究图形识别和语音识别。例如，机器人的视觉器官和听觉器官，公安机关的指纹分析器，识别手写邮政编码的自动分信机等，都是模式识别的应用。,5、人工智能,1.1.5 计算机技术的应用,