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1、教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系第一章第一章 计算机及信息技术概述计算机及信息技术概述 本本章章主主要要介介绍绍计计算算机机的的发发展展史史和和特特点点、类类型型及及应应用用，以以及及计计算算机机的的未未来来发发展展趋趋势势；计计算算机机系系统统的的硬硬件件和和软软件件系系统统构构成成；最最后后介介绍信息技术的基本概念。绍信息技术的基本概念。教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系1.1 计算机基础知识计算机基础知识 20世世纪纪以以来来人人类类最最重重大大的的科科技技发发明明当当数数电电子子数数字字计计算算机机，计计算算机机改改
2、变变了了人人们们传统的工作和生活方式。传统的工作和生活方式。 这是一幅很著名的人类进化这是一幅很著名的人类进化幽默幽默幽默幽默图图教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系1.1 计算机基础知识计算机基础知识1.1.11.1.1 计算机发展历史上的重要人物和思想计算机发展历史上的重要人物和思想 人人类类从从远远古古时时代代就就产产生生了了计计算算的的需需要要。钟钟表表业业，特特别别是是齿齿轮轮传传动动装装置置技技术术的的发发展展，诞诞生生了了最最早早的的机机械式计算机。械式计算机。 下下面面介介绍绍几几位位在在电电子子计计算算机机诞诞生生前前后后对对计计算算机机发展有
3、过突出贡献的几位早期历史人物。发展有过突出贡献的几位早期历史人物。 教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系 法法国国物物理理学学家家帕帕斯斯卡卡(1623-1662)：在在 1642年年发发明明了了第第一一台台机机械械式式加加法法机机。该该机机由由齿齿轮轮组组成成，靠靠发发条条驱驱动动，用用专专用用的的铁铁笔笔来拨动转轮以输入数字。来拨动转轮以输入数字。 当时，当时，19岁的帕斯卡为了帮岁的帕斯卡为了帮助父亲计算税款，开始研究机械助父亲计算税款，开始研究机械计算装置，最后制成了手摇驱动计算装置，最后制成了手摇驱动的齿轮进位式计算器，可完成六的齿轮进位式计算器，可完
4、成六位数字的加减法。位数字的加减法。 1.1 计算机基础知识计算机基础知识教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系 德德国国数数学学家家莱莱布布尼尼茨茨：在在1673年年发发明明了了机机械械式式乘乘除除法法器器。基基本本原原理理继继承承于于帕帕斯斯卡卡的的加加法法机机，也也是是由由一一系系列列齿齿轮轮组组成成，但但它它能能够够连连续续重重复复地地做做加加减减法法，从从而而实实现现了了乘乘除除运运算算。据据记记载载，莱莱布布尼尼兹兹曾曾把把自自己己的的乘乘法法机复制品送给康熙皇帝机复制品送给康熙皇帝。 1.1 计算机基础知识计算机基础知识教学进度教学进度教学进度教学进
5、度计算机科学与工程系计算机科学与工程系1.1 计算机基础知识计算机基础知识 英英国国数数学学家家巴巴贝贝奇奇：1822年年，在在历历经经10年年努努力力终终于于发发明明了了“差差分分机机”。它它有有3个个齿齿轮轮式式寄寄存存器器，可可以以保保存存3个个5位位数数字字，计计算算精精度可以达到度可以达到6位小数。位小数。 巴贝奇试图发明功能更好的通用计算机巴贝奇试图发明功能更好的通用计算机分析机，但最终失败。分析机，但最终失败。 英英国国女女数数学学家家爱爱达达 (1815-1852)：巴巴贝贝奇奇的的合合作作伙伙伴伴。她她用用穿穿孔孔卡卡片片设设计计了了世世界界上上“第第一一件件计计算算机机程程
6、序序”。她她还还建建议议分分析析机机用用二二进制存储。预言分析机能唱歌、绘画。进制存储。预言分析机能唱歌、绘画。英国诗人拜伦的女儿英国诗人拜伦的女儿教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系图灵机：这个在当时看来是纸上谈兵的简单图灵机：这个在当时看来是纸上谈兵的简单机器，隐含了现代计算机中机器，隐含了现代计算机中“存储程序存储程序”的的基本思想。半个世纪以来，数学家们提出的基本思想。半个世纪以来，数学家们提出的各种各样的计算模型都被证明是和图灵机等各种各样的计算模型都被证明是和图灵机等价的。价的。 英国科学家阿兰英国科学家阿兰 图灵图灵(理论计算机的奠基理论计算机的奠
7、基人人1912-1954) 控制器（含运算功能）控制器（含运算功能）可在纸带上左右移动的读写头，可在纸带上左右移动的读写头，用于读写数据用于读写数据(输入输出设备输入输出设备)可无限延伸的纸带。用于可无限延伸的纸带。用于存储程序和数据（存储器）存储程序和数据（存储器）1.1 计算机基础知识计算机基础知识姚姚期期智智：20002000年年首首位位获获奖奖图图灵灵奖奖的华裔学者的华裔学者 教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系七十多年来，现代计算机基本结构仍然是七十多年来，现代计算机基本结构仍然是“冯冯诺依曼计算机诺依曼计算机”。美籍匈牙利数学家美籍匈牙利数学家冯冯
8、诺依曼诺依曼( (计算机鼻祖计算机鼻祖) ) 计计算算机机应应由由运运算算器器、控控制制器器、存存储储器器、输入设备和输出设备五大部件组成；输入设备和输出设备五大部件组成； 应采用二进制简化机器的电路设计；应采用二进制简化机器的电路设计； 采采用用“存存储储程程序序”技技术术, ,以以便便计计算算机机能能保保存和自动依次执行指令。存和自动依次执行指令。 冯冯诺依曼：诺依曼： “ “如果不考虑巴贝奇、爱达和其他人早先提出如果不考虑巴贝奇、爱达和其他人早先提出的有关思想，计算机基本概念只能属于阿兰的有关思想，计算机基本概念只能属于阿兰图灵图灵”1.1 计算机基础知识计算机基础知识教学进度教学进度教
9、学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系1.1 计算机基础知识计算机基础知识1946年由美国宾夕法尼亚大学年由美国宾夕法尼亚大学研制出世界上第一台电子数字研制出世界上第一台电子数字计算机，取名计算机，取名ENIAC。由此。由此诞生了诞生了“第一个电子的大脑第一个电子的大脑”Electronic Numerical Integrator And Calculator电子数字积分计算机电子数字积分计算机重重30吨，占地吨，占地167m2，耗电耗电150千瓦千瓦主要元件为电子管、继电器，可保主要元件为电子管、继电器，可保存存80个字节，每秒钟做个字节，每秒钟做5000次加减次加减法或法或4
10、00次乘法运算。次乘法运算。致命缺陷：没有存储程序。致命缺陷：没有存储程序。1.1.2 1.1.2 电子计算机发展历程电子计算机发展历程教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系q 第一代计算机第一代计算机 19461958年年 以电子管为主要元件以电子管为主要元件 代表机型：代表机型：ENIAC1.1 计算机基础知识计算机基础知识q 第二代计算机第二代计算机 19581964年年 以晶体管为主要元件以晶体管为主要元件采采用用晶晶体体管管的的第第二二代代电子计算机电子计算机IBM7090IBM7090型型教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工
11、程系q 第四代计算机第四代计算机 1971年至今年至今 以大规模以大规模/超大集成电路为主要元件超大集成电路为主要元件 巨型机、大型机、小型机、微型机以及便携机巨型机、大型机、小型机、微型机以及便携机 q 未来的第五代计算机是智能计算机未来的第五代计算机是智能计算机1.1 计算机基础知识计算机基础知识q 第三代计算机第三代计算机 19641971年年 以集成电路为主要元件以集成电路为主要元件采用集成采用集成电路的第电路的第一台电子一台电子计算机计算机IBM360IBM360型型电子技术的发展促进了电子计算机的更新换代。电子技术的发展促进了电子计算机的更新换代。教学进度教学进度教学进度教学进度计
12、算机科学与工程系计算机科学与工程系巨型机大型机小型机微型机工作站服务器嵌入式计算机按计算机规模分类按计算机规模分类1.1 计算机基础知识计算机基础知识1.1.3 1.1.3 计算机类型计算机类型教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系1.1 计算机基础知识计算机基础知识 计计算算机机是是一一种种能能按按照照事事先先存存储储的的程程序序，自自动动、高高速速地地进进行行大大量量数数值值计计算算和和各各种种信信息息处处理理的的现现代代化化智能电子设备。智能电子设备。运算速度快运算速度快计算精度高计算精度高存储容量大存储容量大具有逻辑判断能力具有逻辑判断能力按照程序自动运行
13、按照程序自动运行计计算算机机特特点点1.1.4 1.1.4 计算机的特点及应用领域计算机的特点及应用领域教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系1.1 计算机基础知识计算机基础知识科学计算科学计算数据处理数据处理过程与实时控制过程与实时控制人工智能人工智能计算机辅助设计与制造计算机辅助设计与制造计计算算机机应应用用领领域域远程通信与网络应用远程通信与网络应用多媒体与虚拟现实多媒体与虚拟现实教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系微机的发展微机的发展(1975-1995)1975年第一台个人电脑问世。年第一台个人电脑问世。1981年第一台年
14、第一台IBM-PC问世。问世。1985年年386；1989年年486；1993年奔腾出现。年奔腾出现。CPU进入进入32位时代。位时代。1989年多媒体声卡问世。年多媒体声卡问世。1995年个人电脑出现年个人电脑出现CD-ROM光驱。光驱。1995年年Win 95问世，操作系统进入问世，操作系统进入Windows 时时代。多媒体和图形界面的出现使电脑真正进入家代。多媒体和图形界面的出现使电脑真正进入家庭。庭。教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系1995年年以以来来，Intel的的CPU频频率率（2000年年P4，2GHz；2004年年P4，3.8GHz）。）。2
15、001年年Windows XP，集集成成大大量量应应用用程程序序，例例如如IE、Media Player、图像浏览等。、图像浏览等。2005年年4月，月，64位位Windows XP操作系统问世。操作系统问世。2005年年4月，月，CPU进入双核和多核时代。进入双核和多核时代。2006年，年，Windows Vista 32位位/64位操作系统发布。位操作系统发布。2009年，年， Windows7操作系统发布。操作系统发布。微机的发展微机的发展(1995- )教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系 巨型化巨型化 存存储储容容量量大大、运运算算速速度度达达每每秒秒
16、百百万万亿亿、千千万万亿亿次次的的巨巨型型机机是衡量一个国家科技实力的指标之一。是衡量一个国家科技实力的指标之一。1.1.5 计算机发展趋势计算机发展趋势1.1 计算机基础知识计算机基础知识 计算机正向巨型化、微型化、网络化和智能化方向发展。计算机正向巨型化、微型化、网络化和智能化方向发展。 2009年年，我我国国成成功功研研制制出出每每秒秒1206万万亿亿次次的的“天天河河一一号号”超超级级计计算算机机，成成为为继继美美国国之之后后世世界界上上第第二二个个能能够够研研制制千千万万亿亿次计算机的国家。次计算机的国家。美洲豹美洲豹( (美国美国) ) 走鹃走鹃( (美国美国) ) 海妖海妖( (
17、美国美国) ) 尤金尤金( (欧洲欧洲) ) 天河一号天河一号( (中国中国) ) 2009年全球超级计算机排行榜年全球超级计算机排行榜 教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系1.1 计算机基础知识计算机基础知识 网络化网络化 通过计算机网络可通过计算机网络可共享远程资源，共享远程资源，实现通信和合作。实现通信和合作。 智能化智能化 智能计算机将是一种具有类似于人的思维能力，智能计算机将是一种具有类似于人的思维能力，能听会说，能想会做，能代替人的体力劳动以及脑力能听会说，能想会做，能代替人的体力劳动以及脑力劳动的智能机器人。劳动的智能机器人。 微型化微型化 计算机
18、不再是单一的计算机器，而是个人的信息机器。计算机不再是单一的计算机器，而是个人的信息机器。教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系1.1 计算机基础知识计算机基础知识DeepblueGarry Kasparov 1996年年2月月10日，卡斯帕罗夫战胜日，卡斯帕罗夫战胜“深蓝深蓝”1997年年5月月12日，卡斯帕罗夫负于日，卡斯帕罗夫负于“更深的蓝更深的蓝”教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系计算机系统计算机系统硬件硬件软件软件系统软件系统软件应用软件应用软件中央处理器中央处理器运算器运算器控制器控制器存储器存储器内存内存外存外存输入
19、输入/输出设备输出设备1.2 计算机系统构成计算机系统构成教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系1.2.1 1.2.1 计算机硬件系统计算机硬件系统1.2 计算机系统构成计算机系统构成冯诺依曼计算机结构 计计算算机机由由运运算算器器、控控制制器器、存存储储器器、输输入入设设备备、输出设备五大部分组成。输出设备五大部分组成。控制信号流数据流教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系应用软件应用软件其它系统软件其它系统软件操作系统操作系统硬硬 件件 应应用用软软件件是是指指用用户户为为解解决决各各种种实实际际问问题题而而编编写写的的程程序序。
20、应应用用软软件件可可分分为为两两类类：一一类类是是针针对对某某个个应应用用领领域域的的具具体体问问题题开开发发的的程程序序；第第二二类类是是一一些些大大型型专专业业软软件件公公司司开开发发的的通通用用型型应应用用软软件。件。 系系统统软软件件位位于于计计算算机机系系统统最最靠靠近近硬硬件件的的一一层层，其其他他软软件件一一般般都都通通过过系系统统软软件件发发挥挥作作用用，系系统统软件主要包括：软件主要包括： (1) 操作系统。操作系统。 (2) 语言处理程序。语言处理程序。 (3) 监监控控管管理理程程序序、调调试试程程序、故障检查和诊断程序等。序、故障检查和诊断程序等。 1.2.2 1.2.
21、2 计算机软件系统计算机软件系统1.2 计算机系统构成计算机系统构成教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系1.3.1 1.3.1 信息技术概念信息技术概念1.3 信息技术基础知识信息技术基础知识 信息信息数据数据现代信息技术：现代信息技术： 计算机技术微电子技术通信技术计算机技术微电子技术通信技术 信信息息、材材料料、能能源源是是组组成成社社会会物物质质文文明明的的三三大大要素。要素。 信信息息是是一一种种知知识识，是是接接受受者者事事先先不不知知道道不不了了解解的的知知识识。数数据据是是信信息息的的载载体体。数数值值、文文字字、语语言言、图形、图像等都是不同形式的数据。图形、图像等都是不同形式的数据。
