导论PPT 第1章 绪论

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1、第1章 绪论,计算机是如何产生和发展起来的？ 计算机科学的含义是什么？,武汉科技学院,教学目的和要求,掌握计算机的概念、特点及其应用领域 了解计算机的组成与工作原理 了解计算机科学的学科特性 了解计算机科学的内容 具备计算机科学与技术专业人才的知识与素质,本章主要内容,计算机的产生与发展 计算机的分类与特点 计算机科学的学科特性 计算机科学的内容 计算机科学与技术专业人才的知识与素质,引言,计算机是一种能自动、高速地进行数据信息处理的机器，它是20世纪人类最伟大、最卓越的科学技术发明之一。 随着计算机技术的发展，计算机已广泛应用于现代科学技术、国防、工业、农业、企业管理、办公自动化以及日常生活

2、中的各个领域，并愈来愈产生出巨大的效益。,1.1 计算机的产生与发展,人类在其漫长的文明史上，为了提高计算速度，不断发明和改进了各种计算工具 中国唐代发明的算盘 十七世纪英国数学家设计的计算尺 法国数学家发明的加法器 20世纪社会的发展及科学技术的进步，对计算工具提出了强列的需求，这种需求强劲地推动了计算机的发展。,第一台数字电子计算机ENIAC,1946年2月，世界上第一台计算机于美国宾州大学诞生，取名“电子数字积分计算机(Electronic Numerical Integrator And Computer)”，简称“ ENIAC”。这台计算机采用了18800个电子管， 1000只电容和

3、7000个电阻，总重30吨，功率200千瓦，占地140平方米。每秒钟能完成5000次加减法运算。,ENIAC是第一台正式投入运行的电子计算机，但它还不具备现代计算机“在机内存储程序”的主要特征。,冯诺依曼体系结构,当时美籍匈牙利科学家冯诺依曼教授正参与核武器的研制工作，在核裂变过程中有大量的计算问题。 ENIAC的产生可大大减轻工作量，开创了计算机时代的新纪元，但其存在的缺陷也是很显然的， 为此他提出对未来计算机的几点设想：,冯诺依曼体系结构,采用二进制，以便直接模拟开关电路的两种状态，提高运行效率。 硬件系统的组成：控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备。 存储程序：将指令和数据预先存入

4、存储器中，使计算机能自动高速地按顺序取出存储器中的指令加以执行，即执行存储程序。 现代计算机系统的基本结构原理仍然是采用冯氏体系结构。,冯诺依曼体系结构,计算机的发展,19世纪英国数学家巴贝齐(1792-1871)提出通用计算机的基本设计思想。被世人公认为是“计算机之父”。 英国的艾兰图灵建立了被称为“图灵机的理论模型 。 冯诺依曼在他的电子计算机装置逻辑初探一文中首次提出了“使用二进制”和“存储过程控制”的理论,1.2 计算机的分类与特点,随着计算机技术的发展和应用的推动，尤其是微处理器的发展，计算机的类型越来越多样化，分类的标准也不是固定不变的。 根据用途及其使用的范围，计算机可分为通用机

5、和专用机，通用机的特点是通用性强，具有强大的综合处理能力，能够解决各种类型的问题。专用机则功能单一，拥有解决特定问题的软硬件，能够高速、可靠地解决特定的问题。,计算机发展的四个阶段,计算机的分代是根据构成计算机的器件种类来分，到目前为止，计算机分为四代： 第一代：电子管式； 第二代：晶体管式； 第三代：小规模集成电路式； 第四代：大规模集成电路式。,第一代：电子管式(1946年1957年) 特征：电子管作开关元件，功耗大，速度慢(千或万次/秒)，容量小(仅几千字节)，且体积大，但体系结构为冯诺依曼思想，即存贮程序模式，这时的程序设计主要用机器语言编程。,第二代：晶体管式(1955年1964年)

6、 特征：用半导体晶体管作开关元件，速度提高，达数十万次/秒到300万次/秒，存贮容量增加，达几百K字节，由于容量增加，为存贮、运行操作系统软件提供了基础，这一期间的程序设计已初步采用FORTRAN、COBOL等高级语言编程。,第三代：小规模集成电路式(1965年1970年) 特征：在一片晶体硅片上集成数十、数百个晶体管，用其作为开关元件，代替原有的分立元器件，速度达几百万次千万次/秒，容量达3MB字节。计算机产品逐渐形成了标准、系列，其通用性得到加强，操作系统功能进一步完善。,第四代：大规模集成电路式(1971年现在) 特征：集成度显著提高，达几千、几万个电路/片，速度达亿次万亿次/秒，容量几

7、十兆、几百兆内存。软件功能大大提高，并向多极化、网络化、多媒体、智能化方向发展，几乎在所有领域里都得到应用。,第五代计算机是什么？,知识信息处理系统KIPS 神经网络计算机 生物计算机 光计算机 ,计算机信息处理的主要特点,运算速度快，精确度高 存储容量大、存取速度快。 具有“记忆”和逻辑判断能力 程序运行自动化 工作自动化 用户界面友好 计算机网络使世界变“小“,计算机的主要应用领域,科学计算 数据处理 实时控制 计算机辅助系统 人工智能 多媒体应用 计算机通讯、计算机网络,计算机的发展趋势,1、巨型化 2、微型化 3、智能化 4、网络化 5、多媒体技术的应用,1.3 计算机科学的学科特性,

8、本节从计算机科学知识演变的特点和计算机科学的发展规律来讨论计算机科学的学科特性。我们不仅应该重视计算机技术，更应该重视计算机的数学理论基础、计算机思维的方法论、计算机科学知识的历史发展过程，只有这样才能对计算机科学有一个更全面、更深刻认识，才能在计算机专业的学习过程中真正有所提高，有所收获。,计算机科学知识的演变,在计算科学的发展早期，大约在20世纪30年代至50年代末，对计算科学研究的主流方向主要集中在计算模型、计算机设计、高级语言和科学计算方面。由于其应用主要是大量的科学计算，与数学关系密切，加之在设计计算机的过程中，对逻辑和布尔代数的基本要求，导致大量从事数学研究的人员转入计算科学领域。

9、他们不仅在数量上占有绝对优势，而且在工作中也处于主动地位。,发展的三个显著特点：,第一是学科研究和开发渗透到社会生活的各个方面，广泛的应用需求推动了学科持续高速发展。 第二是经过大量的实践，人们开始认识到软件和硬件之间有一个相互依托、互为借鉴以推动计算机设计和软件发展的问题。,发展的三个显著特点：,第三是计算机理论和工程技术方法两者缺一不可，且常常是紧密地结合在一起的。许多复杂而困难的硬件与软件设计，离不开计算机理论的支持，而大系统的实现也应广泛采用工程方法。对大系统实现中困难性的认识促进了软件理论、开发环境和工具的研究。大约在此后20年里，计算机原理、编译技术、操作系统、高级语言与程序设计、

10、数据库原理、数据结构、算法设计以及数字逻辑成为学科的主要专业知识基础。,计算机科学知识的特点,计算机科学是以数学和电子科学为基础、理论与实践相结合的一门新兴学科。在计算机科学领域，理论是根基，技术是表现，两者互为依托。更多的难问题如NP完全性问题、新一代计算机体系结构、并行计算与处理、人工智能等，都属于理论问题，与某些数学理论或工具存在着密切的联系，它们的解决将对计算机科学的发展产生极其深远的影响。因此，计算机理论研究的重要性更不容忽视。,计算机科学知识的特点,学科发展的另一个重要的特点是几乎在学科各个方向和各个层面，一旦研究工作走向深入，研究内容则比较复杂，人们首先是发展相应的计算模型和数学

11、工具，然后依靠计算模型和数学工具将研究工作推向深入。例如，网络协议描述、程序设计语言语义描述、并发程序的语义描述、并发控制的机制、计算机系统结构的刻画与分类、人工智能逻辑基础的语义模型等都引入了新的计算模型。,计算机科学知识的特点,学科日渐深化的特点决定了计算机科学与技术领域专利技术科学含量的不断上升，也决定了计算机科学与技术领域新产品技术含量的不断上升。过去那种依靠个人的灵性和出人意料的浅显的新思想、新技术、小发明和新产品异军突起的时代已经过去；相反，产业的竞争更多地已经逐步转化为企业背后高学历、高智力的优秀专业人才之间的竞争，甚至已转移到高等学校人才培养质量的竞争。,1.4 计算机科学的内

12、容,作为一个学科，计算机科学的含义是什么？计算机科学研究的基本问题是什么？本章从这些问题入手进行阐述，总结出计算机科学与技术专业的课程体系，使学生了解本专业今后可能有哪些后续课程的学习，对自己以后四年的专业学习有一个总体把握。,计算机专业课程体系介绍,公共基础课：包含政治、军事、法学、外语、数学、物理等课程； 学科基础课：包含计算机科学导论、高级语言程序设计及相关专业课程如电路原理、模拟电子技术基础、离散数学等； 专业基础课：包含数字逻辑、汇编语言程序设计、数据结构等、计算机组成原理； 专业课：包含计算机系统结构、微机原理及接口技术、操作系统、编译原理、数据库系统原理、软件工程、计算机网络原理

13、等；,计算机专业课程体系介绍,专业选修课：如XML技术、计算机安全、嵌入式系统应用、电子商务基础、网络集成技术Web技术、软件体系结构、数据挖掘等； 跨专业课选修：包含文艺、历史、管理、经济等人文、社会、经济管理等方面的课程。 “计算机科学导论”是一门非常重要的一年级学生入门性、引导性基础课。,1.5计算机科学与技术专业人才的知识与素质,随着知识的指数型积累，学科交叉越来越多，科学技术呈现出综合发展趋势，人们开始从人类的需要和社会的整体发展来思考教育与人才培养问题。 所谓“人才”，即指具有扎实的专门知识和坚实的综合素质的专家。“知识”与“素质”相结合的培养模式在不断发展与实践之中。知识与素质是

14、辩证统一的，知识是基础，没有丰富的知识就不可能有高的素质；高的素质可使知识更好地发挥作用，没有良好的素质就不可能高质量地完成工作。,专业人才的知识与素质,（1）主要是建立正确的人生观、世界观和道德观。包括政治理论知识、军事理论知识、法学知识、伦理道德知识。 （2） 身体心理素质，应包括文化艺术、历史等知识。 （3） 业务素质：扎实的基础理论知识和丰富的专业知识，以及运用综合知识解决问题的能力反映了专业人才的业务素质。此外，严谨求实的科学态度、一丝不苟的工作作风、勇于探索的进取精神也是成功人士所必需的素质；应包括数学物理知识；专业知识；外语知识；相关专业知识。 （4） 文化素质：专业人才也应对本民族和国外的文化有一定了解，这样才能成为一个全面发展的人才。,专业领域名人的影响力,在计算技术发展的进程中有多少人前仆后继，刻苦砖研，忘我工作，这些人的知识与素质是值得称道的。不管这些人在计算技术发展史上是否留下了光辉灿烂的一页，作为后来人，我们都不应该忘记他们。作为计算机科学与技术的专业人士，更应该记住我们的前人们为计算技术的发展所做出的点点滴滴，以此来激发我们的学习热情，增强我们的专业信念。,