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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 本章首先从计算工具的发展开始，介绍计算机的历史和类型，计算机在现代社会中的一些典型应用，以及计算机的未来发展趋势；计算机学科概要及计算机系统的硬件和软件系统构成；最后介绍信息技术的基础知识。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(P1-5) 人们发明电子数字计算机的初衷是用来进行科学计算，但现代计算机的功能早已不再只是“计
2、算”，而扩大到可以处理加工数字、文字、图形、图像、声音等各种形式的数据。 人类从远古时代就产生了计算的需要。钟表业，特别是齿轮传动装置技术的发展，诞生了最早的机械式计算机。 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 法国物理学家帕斯卡(1623-1662)在 1642年发明了第一台机械式加法机。该机由齿轮组成，靠发条驱动，用专用的铁笔来拨动转轮以输入数字。 当时，19岁的帕斯卡为了帮助父亲计算税款，开始研究机械计算装置，最后制成了手摇驱动的齿轮进位式计算器，可完成六位数字的加减法。 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
3、系计算机科学与工程系 1673年，德国数学家莱布尼茨发明了机械式乘除法器。基本原理继承于帕斯卡的加法机，也是由一系列齿轮组成，但多了一个叫“步进轮”的装置，它能够连续重复地做加减法，从而实现了乘除运算。 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1.1 计算机基础知识计算机基础知识 1822年，英国数学家巴贝奇Babbage历经10年努力终于发明了“差分机”。它有3个齿轮式寄存器，可以保存3个5位数字，计算精度可以达到6位小数。 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。 英国女数学家阿达 (1815-1852)是巴贝奇
4、的合作伙伴。她用穿孔卡片设计了世界上“第一件计算机程序”。她还建议分析机用二进制存储。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机器，隐含了现代计算机中“存储程序”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(理论计算机的奠基人理论计算机的奠基人1912-1954) 控制器（含运算功能）可在纸带上左右移动的读写头，用于读写数据(输入输出设备)可无限延伸的纸带。用于存储程序和数据（存储器）1.1
5、 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“冯诺依曼计算机”。美籍匈牙利数学家美籍匈牙利数学家冯冯 诺依曼诺依曼( (计算机鼻祖计算机鼻祖) ) 计算机应由运算器、控制器、存储器、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； 采用“存储程序”技术,以便计算机能保存和自动依次执行指令。 冯诺依曼： “如果不考虑巴贝奇、阿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图灵”1.1 计算机基础知
6、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1.1 计算机基础知识计算机基础知识( (P5-7P5-7) )1946年2月由宾夕法尼亚大学研制成功的ENIAC是第一台电子数字计算机。Electronic Numerical Integrator And Calculator电子数字积分计算机重30吨，占地167m2，耗电150千瓦18800个电子管，1500个继电器，保存80个字节每秒钟可做5000次加减法或400次乘法运算。“诞生了一个电子的大脑”致命缺陷：没有存储程序。1.1.2 1.1.2 电子计算机时代电子计算机时代教学进度教学进度教学进度教学进
7、度计算机科学与工程系计算机科学与工程系电子技术的发展促进了电子计算机的更新换代。q 第一代计算机 19461958年 以电子管为主要元件 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 19581964年 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程系q 第四代计算机 1971年至今 以大规模/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 q 第五代计算机：目标是智能计算机1.1 计算机基础知识计算机基础知识q 第三代计算
8、机 19641971年 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(P7-8)(P7-8)1.1.3 1.1.3 计算机类型计算机类型按计算机用途分类按计算机用途分类通用计算机专用计算机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(P9-13)(P9-13) 计算机是一种能按照事先存储的程
9、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设备。运算速度快计算精度高存储容量大具有逻辑判断能力按照程序自动运行计算机特点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数据处理过程与实时控制人工智能计算机辅助设计与制造计算机应用领域远程通信与网络应用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计算机发展趋势巨型化 超超级级计计算算机机：存储容量更大、运算速度更快。运算速度达每秒千亿、万亿次运算。 超级计算
10、机应用：天气预报、地震机理研究、石油和地质勘探，卫星图像处理等的高科技领域。CRAY-银河银河1.1.5 未来的计算机未来的计算机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超级计算机的部分应用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发展趋势计算机发展趋势微型化微型化19811981年年IBM PCIBM PC 计算机不再是单一的计算机器，而是一种个人的信息机器。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计算机发展趋势网络化计算机网络：计算
11、机技术通信技术网络的发展动力：共享远程资源，实现通信和合作。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计算机发展趋势智能化DeepblueGarry Kasparov 1996年2月10日，卡斯帕罗夫战胜“深蓝”1997年5月12日，卡斯帕罗夫负于“更深的蓝” 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劳动的智能机器人。 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未来的计算机光计算机用光子器件替代电子器件。将电子脉冲转换为极细
12、的激光束，用不同波长的光表示不同的数据。1.1 计算机基础知识计算机基础知识未来的计算机生物计算机用生物工程技术生产的蛋白质分子作元件制成集成电路。一个蛋白质分子就可作为一个存储体，具有生物活性。未来的计算机量子计算机利用处于多态的原子进行计算。最小的信息单元是一个量子比特。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(P13-16)(P13-16)冯诺依曼计算机结构 计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、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
13、机科学与工程系计算机科学与工程系计算机系统硬件软件中央处理器运算器控制器存储器内存外存ROMRAM输入输出设备系统软件应用软件磁盘光盘软盘硬盘键盘、鼠标、显示器、打印机、投影仪、扫描仪、摄像头、麦克风、音箱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用户程序或文档其它系统软件操作系统硬 件 应用软件是指用户利用计算机及其提供的系统软件为解决各种实际问题而编写的程序。 系统软件主要包括：（1）操作系统。（2）语言处理程序。（3）监控管理程序、调试程序、故障检查和诊断程序等。 1.2.2 1.2.2 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(P16-17)(P16-17)信息是一种知识，是接受者事先不知道不了解的知识。 数据是信息的载体。数值、文字、语言、图形、图像等都是不同形式的数据。 4次信息革命：文字、造纸和印刷术、电报电话广播电视、计算机与网络信息数据现代信息技术：计算机技术微电子技术通信技术
