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1、大学计算机基础教程,作者：陆汉权,责任编辑：邹小宁 出版日期：2008年9月 IDPN：308-2008-009 课件章数：11,大学计算机基础,浙江大学计算学院 基础教学中心 2019年5月24日,Chapter 1 Introduction,共34页,4,Overview,计算机是什么 冯诺依曼体系结构 计算机的历史 计算机的特点和用途 计算机的类型 计算机科学和计算机工具,共34页,5,1.1 计算机是什么,计算（Computation） 计算机（Computer） 理解计算机作为： 信息系统的基础 数据处理机 具有程序能力的数据处理机,共34页,6,1.1.1 信息系统的基础,信息系统
2、（Information System ）是基于计算机的6个组成要素，它们是： 硬件。主要指计算机及其相关的设备，是物理部分。 软件。使用特定语言编写的有关的程序。 数据/信息。 人。处理过程中必须有人参与，“用户”（User）。 过程或称为处理归纳为操作步骤。 通信。 以上这些概念涵盖了本课程全部的知识点,共34页,7,构成计算过程的信息系统有6个要素：（1）硬件（2）软件 （3）数据/信息（4）人（User）（5）过程或称为处理（6）通信,共34页,8,1.1.2 数据处理机,数据处理机模型是计算机原理的经典模型，是按照计算机功能定义计算机的 该模型指出：计算机在数据处理过程中，给出的数据
3、相同，那么输出结果将能够重现；不同的输入数据，输出结果也能够随之改变 数据处理器模型反映了计算机系统的基本属性,共34页,9,1.1.3 具有程序能力的数据处理机,在这个模型中，计算机的数据处理所得到的输出，除了需要输入数据还取决于程序 程序不同，即使输入的数据相同可能输出数据也不同，同样的，对不同的数据采用不同的程序也可能产生相同的输出 “程序功能”计算机的处理数据的能力大大提高了计算机处理能力的一致性和可靠性,共34页,10,定义计算机,计算机是一种能按照事先存储的程序，自动、高速地进行大量数值计算和各种信息处理的现代化智能电子装置 一般中文文献中使用“计算机”作为正式名称，但更为形象的一
4、个词是“电脑”,Back Overview,共34页,11,1.2 冯诺依曼体系结构,计算机有多种模型，冯诺依曼（John von Neumann）体系结构（图1.3）现代计算机的基础 冯诺依曼模型主要可归纳为以下三点 （1）计算机有五个组成部分：输入、存储、处理（运算）、控制和输出 （2）程序和数据以二进制形式存放在计算机存储器中 （3）计算机根据程序的指令序列进行，即程序存储（Stored-Program）的概念,共34页,12,1.2.1 计算机的五个组成部分,图1.3 冯诺依曼结构计算机的组成,共34页,13,1.2.2 程序存储的概念,在冯诺依曼体系中，程序被要求在执行之前放到计算机
5、存储器中，还要求程序和数据采用同样的格式存储器只接收二进制数据 程序必须是有限的指令数量组成的。按照一般的理解，计算机指令是进行基本操作的机器代码 程序的编制 早期的计算机没有“编程(Programming)”这个概念 编制程序是指在实际处理数据之前，确定处理这些数据的方法和过程 方法和过程和计算机本身的能力结合,共34页,14,1.2.3 数据的存储形式,冯诺依曼体系并没有明确数据是怎样存储在计算机中 数据有多种类型，最基本的就是整数、实数以及符号 数据以二进制方式存储到计算机内部 将计算机外部各种类型的数据变换为计算机二进制模式，并且能够有效地表达这些数据类型，就是计算机研究的重要方面计算
6、机的数据组织,共34页,15,更多的话题,程序存储的概念最早提出：宾西法尼亚大学Moore电子工程学院的JPEckert “哈佛体系结构”（Harvard Architecture） 数据和程序分开存放 在现代计算机中，这两种结构都在使用 多种其他模型：如多处理器的流水线结构、并行结构等，就其基本原理而言应该是类似的,共34页,16,1.3 计算机的历史,计算的概念和人类文明历史是同步的 计算是基于数字的 数字（Digit）一词源于拉丁语“手指”隐喻人类的计算从手指开始 计算机科学的溯源人类对自动计算的追求,共34页,17,1.3.1 历史上的自动计算装置,算盘是最早被广泛使用的计算装置 16
7、42法国莱斯帕斯卡发明的Pascaline 人类历史上的第一台自动计算机器 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 19世纪初英国数学家巴贝奇计算机之父 发明差分机 IPOS（Input，Processing，Output and Storage） 穿孔卡片机和IBM公司,共34页,18,1.3.2 第一台电子计算机,1936年英国数学家阿兰图灵(Alan Turing) 提出计算机理论模型：只要能够被分解为有限步骤就能够实现自动计算 图灵机 ABC计算机（Atanasoff Berry Computer） ENIAC（Electronic Numerical
8、 Integrators and Calculation）计算机的里程碑意义 世界上第一台可以真正运算、全部是电子装置的计算机,共34页,19,ENIAC计算机和主要发明人J. 毛赫利和艾克特,共34页,20,1.3.3 现代计算机,计算机全名：通用数字电子计算机 20世纪六七十年代还在使用的“模拟计算机”也被数字计算机所取代 今天的计算机一词也就成了数字计算机的同义词 20世纪六七十年代还在使用的“模拟计算机”也被数字计算机所取代 关于计算机的“代”并没有一致的说法,共34页,21,第一代计算机（19461959）,电子管计算机 计算机全名为通用数字电子计算机 体积大，故障率高 UNIVAC
9、的机器于1952年美国中大选预测艾森豪威尔获胜预测结果和实际统计结果完全相同 1957年IBM公司生产的第一台商用计算机IBM701，一共生产了19台： 二进制的0和1表示数据和程序,共34页,22,第二代计算机（19591963）,晶体管计算机 1948年6月贝尔实验室研制成功世界上第一只晶体管 第一台晶体管的计算机是CDC制造的1604机器 开始使用高级语言 开始通过电话线进行数据交流，虽然速度很慢，但这已经是网络的萌芽 并行处理被所有大型计算机和超级计算机所使用 麻省理工学院“多道程序”方案,共34页,23,第三代计算机（16631975年）,集成电路（IC，Integrated Cir
10、cuits）计算机 1958年发明了集成电路 摩尔博士预言IC上能被集成的晶体管数目将会以每18个月翻一番的速度稳定增长 摩尔法则 IBM推出了著名的360系列计算机 ，不再捆绑销售它的语言软件开创了计算机语言市场最终使软件形成了一个巨大的产业 第一颗通信卫星卫星数据通信,共34页,24,图1.5 著名的IBM 360计算机,共34页,25,第四代计算机（1975年）,第四代计算机标志的处理器使用的大规模集成电路（LSIC） Intel系列处理器 1977年第一个真正意义上的微机 Apple I有显示器、键盘、软盘和操作系统软件,Apple II 计算机，1977,共34页,26,第四代计算机
11、（1975年）,1980年，IBM选择Intel 8088芯片作为它的微机的处理器PC（Personal Computer），委托Microsoft设计操作系统 IBM公司的这两个决定的巨大的影响： IBM公司商标的PC成为微型计算机的同义词 Microsoft和Intel公司则在计算机软件和硬件方面成为和IBM公司分庭抗礼的业界巨头。,共34页,27,第四代计算机 cont,PC兼容机 PC开放式结构 大规模集成电路（LSIC）技术 Intel第一片处理器芯片2500个元件 Intel宣布将于2005年投放IA-64处理器，以双重结构在单个芯片上集成超过5亿个元件 编程语言的发展新语言面向对
12、象（OOP） 硬件成本的大幅度下降和PC的快速普及软件成为一个增长速度最快的产业之一 高速计算机网络和Internet,共34页,28,今天的计算机,集中关注微机发展：微机离我们最近 1994/12/25：微机销售第一次超过电视机最大的消费电子产品 图形界面为特征的主流操作系统 用户不需要记忆复杂的计算机命令 以图形用户接口（GUI）技术为特征的面向对象的编程技术使得程序设计不再以代码开始,共34页,29,1.3.4 计算机软件的进化,软件随计算机科学的发展和技术的进步而进化 计算机的普及应用，很大程度上应该归功于软件 第一代软件为1950年代，主要是二进制代码语言，是内置在机器内部的指令 5
13、0年代末的第二代软件类似于英文表达的程序设计语言被开发出来，叫做高级语言。典型的高级语言有IBM公司的FORTRAN，还有COBOL 第三代软件以“操作系统”为标志20世纪60年代中期 第四代软件的产业特征开始显露,共34页,30,1.4 计算机的特点,1高速、精确的运算能力 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网络功能,Back Overview,共34页,31,1.4 计算机的用途,1科学计算 2数据处理 3实时系统 4计算机辅助 5计算机网络 6人工智能 7数字娱乐 8嵌入式系统,Back Overview,共34页,32,1.5 计算机的类型,超级计算机 Supe
14、rcomputers ，计算能力为T级（Tera-scale，万亿） 大中型计算机（Mainframe Computer ） 小型计算机（Minicomputer） 工作站（Workstation） 微型计算机（Microcomputer） 移动计算机（Notebook Computer） 嵌入式计算机（Embedment Computer）,共34页,33,* 1.6 计算机科学和计算机工具,计算机科学（Computer Science）是以计算机为研究对象的学科 计算机系统 计算机应用 计算机科学的发展涉及各个领域：数学、逻辑、电路和电子、光学以及通信等多学科 计算机科学的一个很重要的特点：科学研究与技术发展互相推进，计算机技术的发展促进了计算机科学研究的深入,共34页,34,Review,计算机是科学，也是科学工具 定义：计算机是一种能按照事先存储的程序，自动、高速地进行大量数值计算和各种信息处理的现代化智能电子装置 计算机是信息系统的重要组成部分六大要素 计算机模型和冯诺依曼体系结构 计算机五个组成部分 程序存储 二进制 计算机的类型、特点和用途,共34页,35,Lab and Exercise,简述什么是计算机 构成信息系统的的要素是什么？ 冯诺依曼体系结构 计算机的类型 计算机的主要特点 计算机的主要用途 在线检索,
