全書配套課件：大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)---計(jì)算機(jī)科學(xué)概論

1、第1章 計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史本章內(nèi)容提要2大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論3大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論公元前公元前30003000年的年的古埃及人用結(jié)繩古埃及人用結(jié)繩來記錄土地面積來記錄土地面積和收獲的谷物和收獲的谷物公元前公元前20002000年的美索年的美索不達(dá)米亞人用泥板計(jì)數(shù)，不達(dá)米亞人用泥板計(jì)數(shù)，這塊泥板上的契形文字這塊泥板上的契形文字代表代表2525。我國古代數(shù)學(xué)家祖沖之我國古代數(shù)學(xué)家祖沖之就是用算籌計(jì)算出圓周就是用算籌計(jì)算出圓周率值介于率值介于3.14159263.1415926和和3.14159273.1415927之間。之間。4大

2、學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論珠算被稱為我國珠算被稱為我國“第五第五大發(fā)明大發(fā)明”，最早記錄于，最早記錄于漢朝人徐岳撰寫的漢朝人徐岳撰寫的數(shù)數(shù)術(shù)記遺術(shù)記遺一書里。一書里。算圣劉洪及其發(fā)明的算圣劉洪及其發(fā)明的珠算盤。珠算盤。5大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論John Napier(1550-1617)John Napier(1550-1617)約翰約翰納皮爾納皮爾納皮爾算籌納皮爾算籌(Napiers bones)1612年發(fā)明年發(fā)明6大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論威廉威廉奧卻德奧卻德( (William Oughtred)

3、William Oughtred)及其發(fā)明的圓形計(jì)算尺及其發(fā)明的圓形計(jì)算尺風(fēng)靡風(fēng)靡18181919世紀(jì)的計(jì)算尺世紀(jì)的計(jì)算尺7大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論Casio 14-ACasio 14-A史上第一臺(tái)商用小型電子計(jì)算器史上第一臺(tái)商用小型電子計(jì)算器19571957年發(fā)明年發(fā)明一款普通的袖珍電子計(jì)算器一款普通的袖珍電子計(jì)算器8大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論威廉威廉契克卡德契克卡德德國圖賓根大學(xué)教授，德國圖賓根大學(xué)教授，于于16231623年制造了第一臺(tái)年制造了第一臺(tái)計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)。19601960年，契克卡德家鄉(xiāng)人根據(jù)示年，契克卡德家鄉(xiāng)人根據(jù)

4、示意圖重新制作的契克卡德計(jì)算機(jī)：意圖重新制作的契克卡德計(jì)算機(jī)：能做能做6 6位數(shù)加減法，設(shè)置了某種位數(shù)加減法，設(shè)置了某種“溢出溢出”響鈴裝置；機(jī)器上部附加響鈴裝置；機(jī)器上部附加一套圓柱型一套圓柱型“納皮爾算籌納皮爾算籌”，因此，因此也能進(jìn)行乘除運(yùn)算。也能進(jìn)行乘除運(yùn)算。Wilhelm Schickard(1592-1635)Wilhelm Schickard(1592-1635)9大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論Blaise Pascal(1623Blaise Pascal(16231662)1662)保存在巴黎國立工藝博物館的帕斯卡加保存在巴黎國立工藝博物館的帕斯卡加法

5、機(jī)，法機(jī)，16421642年發(fā)明：年發(fā)明：機(jī)器由系列齒輪組成的裝置，外殼用黃機(jī)器由系列齒輪組成的裝置，外殼用黃銅材料制作，是一個(gè)長銅材料制作，是一個(gè)長2020英寸、寬英寸、寬4 4英寸、英寸、高高3 3英寸的長方盒子，面板上有一列顯示英寸的長方盒子，面板上有一列顯示數(shù)字的小窗口，旋緊發(fā)條后才能轉(zhuǎn)動(dòng)，數(shù)字的小窗口，旋緊發(fā)條后才能轉(zhuǎn)動(dòng)，用專用的鐵筆來撥動(dòng)轉(zhuǎn)輪以輸入數(shù)字。用專用的鐵筆來撥動(dòng)轉(zhuǎn)輪以輸入數(shù)字。布萊斯布萊斯帕斯卡帕斯卡 法國數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家、思想家法國數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家、思想家10大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論Gottfried Leibniz(1646Gottfr

6、ied Leibniz(16461716) 1716) 16741674年，萊布尼茨發(fā)明乘法機(jī)。這是第一臺(tái)可以年，萊布尼茨發(fā)明乘法機(jī)。這是第一臺(tái)可以運(yùn)行完整四則運(yùn)算的計(jì)算機(jī)，長運(yùn)行完整四則運(yùn)算的計(jì)算機(jī)，長100100厘米、寬厘米、寬3030厘厘米、高米、高2525厘米，主要由不動(dòng)的計(jì)數(shù)器和可動(dòng)的定厘米，主要由不動(dòng)的計(jì)數(shù)器和可動(dòng)的定位機(jī)構(gòu)兩部分組成，整個(gè)機(jī)器由一套齒輪系統(tǒng)傳位機(jī)構(gòu)兩部分組成，整個(gè)機(jī)器由一套齒輪系統(tǒng)傳動(dòng)。動(dòng)?！竟?7001700年左右，萊布尼茨從一位友人送給他年左右，萊布尼茨從一位友人送給他的中國的中國“易圖易圖”（八卦）里受到啟發(fā)，悟出了二（八卦）里受到啟發(fā)，悟出了二進(jìn)制數(shù)

7、之真諦，率先提出了二進(jìn)制的運(yùn)算法則。進(jìn)制數(shù)之真諦，率先提出了二進(jìn)制的運(yùn)算法則?！扛晏刭M(fèi)里德戈特費(fèi)里德萊布尼茲萊布尼茲 德國數(shù)學(xué)家、微積分獨(dú)立發(fā)明人德國數(shù)學(xué)家、微積分獨(dú)立發(fā)明人11大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論明代宋應(yīng)星所著明代宋應(yīng)星所著天工開物天工開物天工開物天工開物中記載的小花樓提花機(jī)中記載的小花樓提花機(jī)12大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論英國曼徹斯特英國曼徹斯特“科學(xué)與工業(yè)博物館科學(xué)與工業(yè)博物館”中的杰卡德編織機(jī)中的杰卡德編織機(jī)(1805(1805年發(fā)明年發(fā)明) )布喬的穿孔卡片思想在杰卡德的自動(dòng)布喬的穿孔卡片思想在杰卡德的自動(dòng)編織機(jī)上實(shí)現(xiàn)

8、編織機(jī)上實(shí)現(xiàn)程序控制思想的萌程序控制思想的萌芽芽正面正面 側(cè)面?zhèn)让?3大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論現(xiàn)代計(jì)算機(jī)奠基人現(xiàn)代計(jì)算機(jī)奠基人英國劍橋大學(xué)教授查爾斯英國劍橋大學(xué)教授查爾斯巴貝奇巴貝奇18221822年，差分機(jī)年，差分機(jī)倫敦科學(xué)博物館的復(fù)制品倫敦科學(xué)博物館的復(fù)制品Charles Babbage (1791- 1871)Charles Babbage (1791- 1871)14大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論世界上第一位程序員世界上第一位程序員奧古斯塔奧古斯塔艾達(dá)艾達(dá)拜倫拜倫后人根據(jù)巴貝奇圖紙制造的后人根據(jù)巴貝奇圖紙制造的“分析機(jī)分析機(jī)”A

9、ugusta Ada Byron (1815Augusta Ada Byron (1815-1 -1852)852)18341834年，巴貝奇提出通用計(jì)算機(jī)年，巴貝奇提出通用計(jì)算機(jī)“分析機(jī)分析機(jī)”構(gòu)想，直至他去世也未制成。構(gòu)想，直至他去世也未制成。15大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論設(shè)計(jì)圖紙之一設(shè)計(jì)圖紙之一差分機(jī)和分析機(jī)存儲(chǔ)器框架差分機(jī)和分析機(jī)存儲(chǔ)器框架16大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論鮑德溫發(fā)明的手搖計(jì)算機(jī)，鮑德溫發(fā)明的手搖計(jì)算機(jī)，18731873年年弗蘭克弗蘭克鮑德溫鮑德溫( (Frank Baldwin)Frank Baldwin)17大

10、學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論Herman Hollerith (1860-1929)Herman Hollerith (1860-1929)美國著名統(tǒng)計(jì)專家美國著名統(tǒng)計(jì)專家赫爾曼赫爾曼霍列瑞斯霍列瑞斯霍列瑞斯發(fā)明的自動(dòng)制表機(jī)霍列瑞斯發(fā)明的自動(dòng)制表機(jī)18大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論John Fleming (1848-1945)John Fleming (1848-1945)19041904年，英國青年工程師約翰年，英國青年工程師約翰弗弗萊明發(fā)明真空二極管萊明發(fā)明真空二極管Lee De Forest (1873-1961)Lee De For

11、est (1873-1961)19061906年，美國人李年，美國人李德德福雷斯特福雷斯特發(fā)明能起放大作用的真空三極管。發(fā)明能起放大作用的真空三極管。19大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論Konrad Zuse (1910-1995)Konrad Zuse (1910-1995)數(shù)字計(jì)算機(jī)之父數(shù)字計(jì)算機(jī)之父克蘭德克蘭德楚澤楚澤德國博物館中存放的德國博物館中存放的Z4Z4計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)20大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論Howard Aiken (1900-1973)Howard Aiken (1900-1973)MARKMARK系列計(jì)算機(jī)發(fā)明人系列計(jì)

12、算機(jī)發(fā)明人霍華德霍華德艾肯艾肯哈佛大學(xué)的哈佛大學(xué)的MARK-IMARK-I21大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)軟件之母計(jì)算機(jī)軟件之母Grace Hopper (1906-1992)Grace Hopper (1906-1992)(a)(a)一本介紹霍波博士的書一本介紹霍波博士的書(b)(b)海軍軍官霍波海軍軍官霍波攝于攝于19841984年年保存在霍波筆記本中的第一個(gè)保存在霍波筆記本中的第一個(gè)“bugbug”22大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論ENIACENIAC（Electronic Numerical Integrator And Ca

13、lculatorElectronic Numerical Integrator And Calculator）：）：19461946年年2 2月月1414日，誕生在美國馬里蘭州阿貝丁陸軍試炮場日，誕生在美國馬里蘭州阿貝丁陸軍試炮場23大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論ENIAC的指標(biāo)：的指標(biāo)：l 每秒每秒5000次加法次加法l 17468個(gè)電子管個(gè)電子管l 7200個(gè)二極管、個(gè)二極管、70000個(gè)電阻器、個(gè)電阻器、10000個(gè)個(gè)電容器、電容器、6000個(gè)繼電器個(gè)繼電器l 占地占地170平方米平方米l 總重量總重量30噸噸l 耗電耗電174KWENIACENIAC兩位設(shè)計(jì)者

14、兩位設(shè)計(jì)者莫契利和?？颂啬趵桶？颂谽NIACENIAC博物館中的部分器件博物館中的部分器件24大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論 l l 邏輯元件邏輯元件電子管電子管 l l 主主 存存磁鼓磁鼓 l l 輔輔 存存磁帶磁帶 l l 軟軟 件件機(jī)器語言、符號(hào)語言機(jī)器語言、符號(hào)語言 l l 應(yīng)應(yīng) 用用科學(xué)計(jì)算科學(xué)計(jì)算 數(shù)字電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，揭開了人類歷史新篇章。數(shù)字電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，揭開了人類歷史新篇章。 1946年年6月，美國數(shù)學(xué)家、普林斯頓大學(xué)教授約翰月，美國數(shù)學(xué)家、普林斯頓大學(xué)教授約翰馮馮諾依曼（諾依曼（John Von Neumann）提出了）提出了“存儲(chǔ)程序存儲(chǔ)

15、程序”的概念以及計(jì)算機(jī)組成和框架，奠定了現(xiàn)代計(jì)的概念以及計(jì)算機(jī)組成和框架，奠定了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成與工作原理基礎(chǔ)。算機(jī)組成與工作原理基礎(chǔ)。25大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論晶體管的三位發(fā)明人晶體管的三位發(fā)明人因這項(xiàng)偉大發(fā)明，三人獲得因這項(xiàng)偉大發(fā)明，三人獲得19561956年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)威廉威廉肖克利肖克利約翰約翰巴丁巴丁沃爾特沃爾特布拉布拉坦坦26大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論l 體積比電子管小很多體積比電子管小很多l(xiāng) 耗電大大降低耗電大大降低l 穩(wěn)定性有很大提高穩(wěn)定性有很大提高電子管實(shí)物電子管實(shí)物晶體管實(shí)物晶體管實(shí)物19551

16、955年，貝爾實(shí)驗(yàn)室使用年，貝爾實(shí)驗(yàn)室使用800800只晶體管組裝了世界上第一只晶體管組裝了世界上第一臺(tái)晶體管計(jì)算機(jī)臺(tái)晶體管計(jì)算機(jī)TRADICTRADIC。(Transistor Digital Computer)(Transistor Digital Computer)27大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論l l 邏輯元件邏輯元件 晶體管晶體管l l 主主 存存 磁芯磁芯l l 輔輔 存存 磁盤磁盤l l 軟軟 件件 高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言、操作系統(tǒng)高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言、操作系統(tǒng)l 應(yīng)應(yīng) 用用 除科學(xué)計(jì)算外，已應(yīng)用于數(shù)據(jù)處理、過程控制除科學(xué)計(jì)算外，已應(yīng)用于數(shù)據(jù)處理、過程控制 首次

17、將晶體管用于計(jì)算機(jī)，使計(jì)算機(jī)縮小了體積，減低了功耗，提高了首次將晶體管用于計(jì)算機(jī)，使計(jì)算機(jī)縮小了體積，減低了功耗，提高了速度和可靠性。速度和可靠性。 發(fā)明了高級(jí)語言。發(fā)明了高級(jí)語言。 首次提出了計(jì)算機(jī)的兼容問題，包括硬件兼容和軟件兼容。首次提出了計(jì)算機(jī)的兼容問題，包括硬件兼容和軟件兼容。28大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論l 1958年年9月月12日，在德克薩斯儀器（日，在德克薩斯儀器（TI）公司）公司工作的杰克工作的杰克基爾比（基爾比（Jack Kilby）完成了他的集成）完成了他的集成電路設(shè)計(jì)（將硅電阻器、電容器和晶體管裝在一電路設(shè)計(jì)（將硅電阻器、電容器和晶體管裝在

18、一塊晶片上）。塊晶片上）。1959年年2月月6日，基爾比向美國專利日，基爾比向美國專利局申報(bào)專利局申報(bào)專利“小型化電子電路（小型化電子電路（No. 3138743）”。l 1959年年7月月30日，美國仙童公司的羅伯特日，美國仙童公司的羅伯特諾伊諾伊斯（斯（Robort Noyce）也宣稱制出第一塊集成電路，）也宣稱制出第一塊集成電路，并向美國專利局申請(qǐng)專利并向美國專利局申請(qǐng)專利“半導(dǎo)體器件和引線結(jié)半導(dǎo)體器件和引線結(jié)構(gòu)（構(gòu)（No. 2981877）”。杰克杰克基爾比基爾比羅伯特羅伯特諾伊諾伊斯斯29大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論集成電路實(shí)物集成電路實(shí)物晶體管實(shí)物晶體管

19、實(shí)物19641964年年4 4月月7 7日，在日，在IBMIBM公司成公司成立立5050周年之際，由年僅周年之際，由年僅4040歲的歲的吉恩吉恩阿姆達(dá)爾阿姆達(dá)爾( (Gene Amdahl)Gene Amdahl)擔(dān)任主設(shè)計(jì)師，歷時(shí)四年研發(fā)擔(dān)任主設(shè)計(jì)師，歷時(shí)四年研發(fā)的的IBM360IBM360計(jì)算機(jī)問世，標(biāo)志著計(jì)算機(jī)問世，標(biāo)志著第三代計(jì)算機(jī)的全面登場，這第三代計(jì)算機(jī)的全面登場，這也是也是IBMIBM歷史上最為成功的機(jī)型歷史上最為成功的機(jī)型之一。之一。30大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論 l l 邏輯元件邏輯元件集成電路集成電路 l l 主主 存存半導(dǎo)體半導(dǎo)體 l l 輔

20、輔 存存磁盤磁盤 l l 軟軟 件件高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言、操作系統(tǒng)高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言、操作系統(tǒng) l l 應(yīng)應(yīng) 用用科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、過程控制科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、過程控制 IBM公司首次提出了系列機(jī)的概念，圓滿地解決了計(jì)算機(jī)兼容的問題，公司首次提出了系列機(jī)的概念，圓滿地解決了計(jì)算機(jī)兼容的問題，典型代表是典型代表是IBM360系列機(jī)。系列機(jī)。 控制器設(shè)計(jì)使用微程序控制技術(shù)，使控制器的設(shè)計(jì)規(guī)整化?？刂破髟O(shè)計(jì)使用微程序控制技術(shù)，使控制器的設(shè)計(jì)規(guī)整化。 結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)思想成熟，軟硬件設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化。結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)思想成熟，軟硬件設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化。31大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論 1971年

21、，年，Intel公司宣稱，他們首創(chuàng)了一種公司宣稱，他們首創(chuàng)了一種“開啟集成電路新紀(jì)元開啟集成電路新紀(jì)元”的半的半導(dǎo)體芯片，即第一塊微處理器芯片導(dǎo)體芯片，即第一塊微處理器芯片4004。 所謂微處理器芯片是將所謂微處理器芯片是將CPU（Central Processing Unit，中央處理器）集成，中央處理器）集成在一塊芯片上。在一塊芯片上。第一塊微處理器芯片第一塊微處理器芯片Intel 4004Intel 4004及其發(fā)明人特德及其發(fā)明人特德霍夫霍夫32大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論1975年年4月，微型儀器與自動(dòng)測量系統(tǒng)公司（月，微型儀器與自動(dòng)測量系統(tǒng)公司（MITS

22、）推出了首臺(tái)通用型推出了首臺(tái)通用型Altair 8800，售價(jià)，售價(jià)375美元，帶有美元，帶有1KB存儲(chǔ)器，這是世界上第一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)。存儲(chǔ)器，這是世界上第一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)。1981年年8月月12日，日，IBM公司正式推出了全球第一臺(tái)個(gè)公司正式推出了全球第一臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)人計(jì)算機(jī)IBM PC。該機(jī)采用主頻。該機(jī)采用主頻4.77MHz的的Intel 8088微處理器，運(yùn)行微處理器，運(yùn)行Microsoft公司專門為公司專門為IBM PC開開發(fā)的發(fā)的MS-DOS操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)。第一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)第一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)Altair 8800Altair 8800第一臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)第一臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)IBM PCIB

23、M PC33大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論 比爾比爾蓋茨（蓋茨（ Bill Gates ）在哈佛大學(xué)學(xué)習(xí)期間就）在哈佛大學(xué)學(xué)習(xí)期間就為第一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)為第一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)Altair 8800開發(fā)了開發(fā)了BASIC編程語言編程語言的一個(gè)版本。的一個(gè)版本。 1975年，年僅年，年僅20的蓋茨與好友保羅的蓋茨與好友保羅艾倫艾倫(Paul Allen)共同創(chuàng)建了共同創(chuàng)建了Microsoft公司。公司。 1981年誕生的年誕生的IBM PC機(jī)選用機(jī)選用Microsoft公司的公司的MS-DOS作為操作系統(tǒng)，隨著作為操作系統(tǒng)，隨著PC機(jī)的風(fēng)行，機(jī)的風(fēng)行，Microsoft公司公司

24、逐漸成為世界第一大微機(jī)軟件開發(fā)商。逐漸成為世界第一大微機(jī)軟件開發(fā)商。比爾比爾蓋茨蓋茨保羅保羅艾倫艾倫34大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論 l l 邏輯元件邏輯元件 大規(guī)模大規(guī)模/超大規(guī)模集成電路（超大規(guī)模集成電路（LSI/VLSI） l l 主主 存存 LSI/VLSI半導(dǎo)體芯片半導(dǎo)體芯片 l l 輔輔 存存 磁盤、光盤磁盤、光盤 l l 軟軟 件件 高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言、操作系統(tǒng)高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言、操作系統(tǒng) l l 應(yīng)應(yīng) 用用 科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、過程控制，并進(jìn)入以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、過程控制，并進(jìn)入以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為特征的應(yīng)用時(shí)代特征的應(yīng)用時(shí)代35大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大

25、學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論 1971年年Intel公司成功地研制出了公司成功地研制出了4004微處理器芯片。從此，隨著微處理器芯片。從此，隨著LSI/VLSI技術(shù)的發(fā)展，微處理器每隔兩三年就有一個(gè)新的產(chǎn)品問世，至今已發(fā)展到技術(shù)的發(fā)展，微處理器每隔兩三年就有一個(gè)新的產(chǎn)品問世，至今已發(fā)展到486、586、Itanium、Intel Core 2。 微型計(jì)算機(jī)出現(xiàn)，典型代表是微型計(jì)算機(jī)出現(xiàn)，典型代表是IBM PC。 面向?qū)ο?、可視化程序設(shè)計(jì)概念出現(xiàn)；軟件產(chǎn)業(yè)高度發(fā)達(dá)，各種實(shí)用軟面向?qū)ο?、可視化程序設(shè)計(jì)概念出現(xiàn)；軟件產(chǎn)業(yè)高度發(fā)達(dá)，各種實(shí)用軟件層出不窮，極大地方便了用戶。件層出不窮，極大地

26、方便了用戶。 計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)把世界緊密地聯(lián)系在一起。計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)把世界緊密地聯(lián)系在一起。 多媒體技術(shù)崛起，計(jì)算機(jī)集圖像、圖形、聲音、文字處理于一體，在信多媒體技術(shù)崛起，計(jì)算機(jī)集圖像、圖形、聲音、文字處理于一體，在信息處理領(lǐng)域掀起了一場革命，與之對(duì)應(yīng)的信息高速公路正在緊鑼密鼓地籌劃實(shí)息處理領(lǐng)域掀起了一場革命，與之對(duì)應(yīng)的信息高速公路正在緊鑼密鼓地籌劃實(shí)施當(dāng)中。施當(dāng)中。36大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論l l 人工智能計(jì)算機(jī)人工智能計(jì)算機(jī)l l 巨型計(jì)算機(jī)巨型計(jì)算機(jī)l l 多處理機(jī)多處理機(jī)l l 激光計(jì)算機(jī)激光計(jì)算機(jī)l l

27、超導(dǎo)計(jì)算機(jī)超導(dǎo)計(jì)算機(jī)l l 生物晶體計(jì)算機(jī)（生物晶體計(jì)算機(jī)（DNA計(jì)算機(jī)）計(jì)算機(jī)）l 量子計(jì)算量子計(jì)算37大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論38大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論l 1847年，出版年，出版邏輯的數(shù)學(xué)分析邏輯的數(shù)學(xué)分析（The Mathematical Analysis of Logic。l 1854年，出版年，出版思維規(guī)律的研究思維規(guī)律的研究邏輯與概率的數(shù)學(xué)邏輯與概率的數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)（An Investigation of the Laws of Thought, on Which are Founded the Mathem

28、atical Theories of Logic and Probabilities。l 以這兩部著作為基礎(chǔ)，布爾建立了一門新的數(shù)學(xué)學(xué)科以這兩部著作為基礎(chǔ)，布爾建立了一門新的數(shù)學(xué)學(xué)科邏輯代數(shù)，也稱布爾代數(shù)。它為百年后出現(xiàn)的數(shù)字計(jì)算邏輯代數(shù)，也稱布爾代數(shù)。它為百年后出現(xiàn)的數(shù)字計(jì)算機(jī)開關(guān)電路設(shè)計(jì)提供了最重要的數(shù)學(xué)方法和理論基礎(chǔ)。機(jī)開關(guān)電路設(shè)計(jì)提供了最重要的數(shù)學(xué)方法和理論基礎(chǔ)。 邏輯代數(shù)創(chuàng)始人，邏輯代數(shù)創(chuàng)始人，英國數(shù)學(xué)家英國數(shù)學(xué)家喬治喬治布爾布爾( (George George BooleBoole，1815-1864)1815-1864)39大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論

29、l 1938年，年僅年，年僅22歲的香農(nóng)在碩士論文的基礎(chǔ)上，發(fā)表歲的香農(nóng)在碩士論文的基礎(chǔ)上，發(fā)表論文論文“繼電器和開關(guān)電路的符號(hào)分析繼電器和開關(guān)電路的符號(hào)分析”（A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits），首次闡述了如何），首次闡述了如何將布爾代數(shù)運(yùn)用于邏輯電路，奠定了現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)開關(guān)將布爾代數(shù)運(yùn)用于邏輯電路，奠定了現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)開關(guān)電路的理論基礎(chǔ)。電路的理論基礎(chǔ)?！鞠戕r(nóng)于香農(nóng)于1948年年6月和月和10月在月在貝爾系統(tǒng)技術(shù)雜志貝爾系統(tǒng)技術(shù)雜志（Bell System Technical Journal）上連載發(fā)表了他影響深遠(yuǎn)的論

30、文）上連載發(fā)表了他影響深遠(yuǎn)的論文“通信的數(shù)學(xué)原理通信的數(shù)學(xué)原理”（A Mathematical Theory of Communication）；）；1949年，香農(nóng)又在該雜年，香農(nóng)又在該雜志上發(fā)表了另一著名論文志上發(fā)表了另一著名論文“噪聲下的通信噪聲下的通信”（Communication in the Presence of Noise）。這兩篇論文成為了信息論的奠基性著作，香農(nóng)成為）。這兩篇論文成為了信息論的奠基性著作，香農(nóng)成為信息論的奠基人。信息論的奠基人。】信息論創(chuàng)始人，信息論創(chuàng)始人，美國科學(xué)家美國科學(xué)家克 勞 德克 勞 德 香 農(nóng)香 農(nóng)( (Claude ShannonClaude

31、Shannon，1916-2001)1916-2001)40大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論 圖靈是計(jì)算機(jī)邏輯的奠基者，許多人工智能的重要方圖靈是計(jì)算機(jī)邏輯的奠基者，許多人工智能的重要方法也源自這位偉大的科學(xué)家：法也源自這位偉大的科學(xué)家：l 24歲，提出圖靈機(jī)理論；歲，提出圖靈機(jī)理論；l 31歲，參與歲，參與Colossus（二戰(zhàn)時(shí)英國破解德國通信密碼的（二戰(zhàn)時(shí)英國破解德國通信密碼的計(jì)算機(jī)）的研制；計(jì)算機(jī)）的研制；l 33歲，構(gòu)思了仿真系統(tǒng)；歲，構(gòu)思了仿真系統(tǒng)；l 35歲，提出自動(dòng)程序設(shè)計(jì)概念；歲，提出自動(dòng)程序設(shè)計(jì)概念；l 38歲，設(shè)計(jì)了歲，設(shè)計(jì)了“圖靈測試圖靈測試”；

32、l 在后來還創(chuàng)造了一門新學(xué)科在后來還創(chuàng)造了一門新學(xué)科非線性力學(xué)；非線性力學(xué)；l 計(jì)算機(jī)與人工智計(jì)算機(jī)與人工智能之父，英國數(shù)能之父，英國數(shù)學(xué)家、邏輯學(xué)家學(xué)家、邏輯學(xué)家阿蘭阿蘭圖靈圖靈（Alan TuringAlan Turing，1912-19541912-1954）41大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論 1936年年5月月28日，圖靈向倫敦權(quán)威的數(shù)學(xué)雜志投了一篇論文，題為日，圖靈向倫敦權(quán)威的數(shù)學(xué)雜志投了一篇論文，題為“論可計(jì)算數(shù)及其在判定問題上的應(yīng)用論可計(jì)算數(shù)及其在判定問題上的應(yīng)用”(On Computable Numbers, with an Application t

33、o the Entscheidungsproblem)。在這篇開創(chuàng)性的論文中，。在這篇開創(chuàng)性的論文中，圖靈給圖靈給“可計(jì)算性可計(jì)算性”下了一個(gè)嚴(yán)格的數(shù)學(xué)定義，并提出著名的下了一個(gè)嚴(yán)格的數(shù)學(xué)定義，并提出著名的“圖靈機(jī)圖靈機(jī)(Turing Machine)”的設(shè)想。的設(shè)想。圖靈機(jī)模型示意圖圖靈機(jī)模型示意圖42大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論 1950年年10月，圖靈發(fā)表一篇題為月，圖靈發(fā)表一篇題為“計(jì)算機(jī)器與智能計(jì)算機(jī)器與智能”(Computing machinery and intelligence)的論文，成為劃時(shí)代之作。的論文，成為劃時(shí)代之作。 在這篇論文里，圖靈第一

34、次提出在這篇論文里，圖靈第一次提出“機(jī)器思維機(jī)器思維”的概念。他還對(duì)智的概念。他還對(duì)智能問題從行為主義的角度給出了定義，由此提出一假想：一個(gè)人在不能問題從行為主義的角度給出了定義，由此提出一假想：一個(gè)人在不接觸對(duì)方的情況下，通過一種特殊的方式，和對(duì)方進(jìn)行一系列的問答，接觸對(duì)方的情況下，通過一種特殊的方式，和對(duì)方進(jìn)行一系列的問答，如果在相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)，他無法根據(jù)這些問題判斷對(duì)方是人還是計(jì)算機(jī)，如果在相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)，他無法根據(jù)這些問題判斷對(duì)方是人還是計(jì)算機(jī)，那么，就可以認(rèn)為這個(gè)計(jì)算機(jī)具有同人相當(dāng)?shù)闹橇?，即這臺(tái)計(jì)算機(jī)是那么，就可以認(rèn)為這個(gè)計(jì)算機(jī)具有同人相當(dāng)?shù)闹橇?，即這臺(tái)計(jì)算機(jī)是能思維的。這就是著名的能思

35、維的。這就是著名的“圖靈測試圖靈測試”（Turing Testing）。）。43大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論 為紀(jì)念圖靈對(duì)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域做出的巨大貢獻(xiàn)，國際計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)為紀(jì)念圖靈對(duì)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域做出的巨大貢獻(xiàn)，國際計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)(Association for Computing Machinery，ACM)于于1966年開始設(shè)立圖靈獎(jiǎng)年開始設(shè)立圖靈獎(jiǎng)(Turing Award)，這是計(jì)算機(jī)界最負(fù)盛名的獎(jiǎng)項(xiàng)，有這是計(jì)算機(jī)界最負(fù)盛名的獎(jiǎng)項(xiàng)，有“計(jì)算機(jī)界諾貝爾獎(jiǎng)計(jì)算機(jī)界諾貝爾獎(jiǎng)”之稱。之稱。姚期智姚期智法蘭西斯法蘭西斯艾倫艾倫( (Frances AllenFrances Allen

36、) )44大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論 在計(jì)算機(jī)發(fā)展史上，有一位被在計(jì)算機(jī)發(fā)展史上，有一位被“遺忘遺忘”的電子計(jì)算機(jī)之父的電子計(jì)算機(jī)之父美國物理美國物理學(xué)家約翰學(xué)家約翰阿塔納索夫。他先于莫契利和?？颂靥岢鲇秒娮庸苤谱饔?jì)算機(jī)，提阿塔納索夫。他先于莫契利和?？颂靥岢鲇秒娮庸苤谱饔?jì)算機(jī)，提出了清晰的計(jì)算機(jī)組成三原則，并先于出了清晰的計(jì)算機(jī)組成三原則，并先于ENIAC制成一臺(tái)試驗(yàn)樣機(jī)，可惜沒被制成一臺(tái)試驗(yàn)樣機(jī)，可惜沒被所在的依阿華大學(xué)重視，既沒有給予足夠的投資，也沒申請(qǐng)專利，而后一直所在的依阿華大學(xué)重視，既沒有給予足夠的投資，也沒申請(qǐng)專利，而后一直擱置在衣阿華大學(xué)物理樓的儲(chǔ)

37、存室里。擱置在衣阿華大學(xué)物理樓的儲(chǔ)存室里。被被“遺忘遺忘”的電子計(jì)算機(jī)之父的電子計(jì)算機(jī)之父約翰約翰阿塔納索夫阿塔納索夫（John AtanasoffJohn Atanasoff，1903-19951903-1995）存放在衣阿華州立大學(xué)的存放在衣阿華州立大學(xué)的ABCABC計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)( (Atanasoff-Berry Computer)Atanasoff-Berry Computer)45大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論 維納提出的現(xiàn)代計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)五原則：維納提出的現(xiàn)代計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)五原則：l 不是模擬式，而是數(shù)字式；不是模擬式，而是數(shù)字式；l 由電子元件構(gòu)成，盡量減少機(jī)械

38、部件；由電子元件構(gòu)成，盡量減少機(jī)械部件；l 采用二進(jìn)制，而不是十進(jìn)制；采用二進(jìn)制，而不是十進(jìn)制；l 內(nèi)部存放計(jì)算表；內(nèi)部存放計(jì)算表；l 在計(jì)算機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。在計(jì)算機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)數(shù)據(jù)?！揪S納維納1943年在所發(fā)表的論文年在所發(fā)表的論文“行為、目的和目的論行為、目的和目的論”（Behavior, purpose, and teleology. Phil. Sci. 10(1943).）中，首次提出了）中，首次提出了“控制論控制論”這個(gè)概念。這個(gè)概念。1948年維納在麻省理工學(xué)院出版社（年維納在麻省理工學(xué)院出版社（MIT Press）出版了里程碑式的著作）出版了里程碑式的著作控制論控制論動(dòng)物和機(jī)器中的

39、通信與控制問題動(dòng)物和機(jī)器中的通信與控制問題（Cybernetics: Or the Control and Communication in the Animal and the Machine. Cambridge），為控制論奠定了理），為控制論奠定了理論基礎(chǔ)，標(biāo)志著它的正式誕生。論基礎(chǔ)，標(biāo)志著它的正式誕生?！靠刂普搫?chuàng)始人控制論創(chuàng)始人諾伯特諾伯特維納維納（Norbert WienerNorbert Wiener，1894-19641894-1964）46大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論l 1945年年6月月30日，馮日，馮諾依曼發(fā)表諾依曼發(fā)表“101頁報(bào)告頁報(bào)告”Fi

40、rst Draft of a Report on the EDVAC；l 1946年年7、8月間，馮月間，馮諾依曼又提出了一個(gè)更加完善的設(shè)計(jì)報(bào)告諾依曼又提出了一個(gè)更加完善的設(shè)計(jì)報(bào)告“電子計(jì)算電子計(jì)算機(jī)邏輯設(shè)計(jì)初探機(jī)邏輯設(shè)計(jì)初探”（Preliminary discussion of the the logical design of an electronic computing instrument）。）?，F(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)之父現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)之父馮馮諾伊曼諾伊曼 這兩篇報(bào)告的綜合設(shè)計(jì)思想，便是著名的這兩篇報(bào)告的綜合設(shè)計(jì)思想，便是著名的“馮馮諾依曼結(jié)諾依曼結(jié)構(gòu)（構(gòu)（von Neumann Archi

41、tecture）”。報(bào)告明確指出：。報(bào)告明確指出：l 采用二進(jìn)制，不但數(shù)據(jù)采用二進(jìn)制，指令也采用二進(jìn)制；采用二進(jìn)制，不但數(shù)據(jù)采用二進(jìn)制，指令也采用二進(jìn)制；l 計(jì)算機(jī)由計(jì)算機(jī)由5部分構(gòu)成：運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入和輸部分構(gòu)成：運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入和輸出裝置；出裝置；l 程序由指令組成并和數(shù)據(jù)一起存放在存儲(chǔ)器中，機(jī)器按程程序由指令組成并和數(shù)據(jù)一起存放在存儲(chǔ)器中，機(jī)器按程序指定的邏輯順序，把指令從存儲(chǔ)器中讀出來并逐條執(zhí)行，從序指定的邏輯順序，把指令從存儲(chǔ)器中讀出來并逐條執(zhí)行，從而自動(dòng)完成程序描述的處理工作。而自動(dòng)完成程序描述的處理工作。47大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)

42、科學(xué)概論第一臺(tái)第一臺(tái)“存儲(chǔ)程序存儲(chǔ)程序”電子電子計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)EDSACEDSAC，英國，英國劍橋大學(xué)教授威爾克斯主劍橋大學(xué)教授威爾克斯主持。持。下面機(jī)器是較早實(shí)現(xiàn)下面機(jī)器是較早實(shí)現(xiàn)“馮馮諾依曼結(jié)構(gòu)諾依曼結(jié)構(gòu)”、按照、按照“存儲(chǔ)程序程序控制存儲(chǔ)程序程序控制”工作的計(jì)算機(jī)：工作的計(jì)算機(jī)：l IAS馮馮諾依曼主持諾依曼主持l EDVAC馮馮諾依曼主持諾依曼主持l EDSAC莫里斯莫里斯威爾克斯主持威爾克斯主持馮馮諾伊曼及諾伊曼及IASIAS機(jī)機(jī)EDVACEDVAC48大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論圖2.1 浮點(diǎn)數(shù)據(jù)格式圖2.1 浮點(diǎn)數(shù)據(jù)格式49大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)

43、算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論ENIACIntel Core Duo 2006首次登場首次登場1946年年2006年年性能性能5 000次加法次加法/秒秒21.6億次運(yùn)算億次運(yùn)算/秒秒功耗功耗170kW最多最多31W重量重量28t幾乎可以忽略幾乎可以忽略大小大小80英尺英尺8英尺英尺90.3mm2器件數(shù)量器件數(shù)量17 840支電子管支電子管151.6百萬支晶體三極管百萬支晶體三極管成本成本US$487 000US$637表表1.4 60年來神化般的進(jìn)步年來神化般的進(jìn)步50大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論銀河銀河-十億次巨型計(jì)算機(jī)十億次巨型計(jì)算機(jī)曙光曙光4000A超級(jí)計(jì)算機(jī)超

44、級(jí)計(jì)算機(jī)北京氣象局所用的北京氣象局所用的長城至翔刀片式服務(wù)器長城至翔刀片式服務(wù)器51大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論52大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論普適計(jì)算示意圖普適計(jì)算示意圖2 2普適計(jì)算示意圖普適計(jì)算示意圖1 153大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論（1）user-centeric：以人為中心的計(jì)算。：以人為中心的計(jì)算。（2）invisibility：不可見的計(jì)算。：不可見的計(jì)算。（3）access anything by anybody via any devices, anywhere anytime：在任何：在

45、任何時(shí)間和地點(diǎn)，人們通過任何設(shè)備，訪問任何信息。時(shí)間和地點(diǎn)，人們通過任何設(shè)備，訪問任何信息。（4）hundreds of handheld and wearable computers：許多手持式和可穿戴式：許多手持式和可穿戴式計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)。（5）hundreds of wireless computing devices per person per office, of all scales：大量遍布在每個(gè)辦公室、每個(gè)人的，各種規(guī)格的無線計(jì)算設(shè)備。大量遍布在每個(gè)辦公室、每個(gè)人的，各種規(guī)格的無線計(jì)算設(shè)備。（6）hundreds of devices to sense and control

46、 appliances：許多傳感設(shè)備和控：許多傳感設(shè)備和控制設(shè)備。制設(shè)備。54大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論（1）麻省理工學(xué)院的）麻省理工學(xué)院的Oxygen項(xiàng)目項(xiàng)目（2）Microsoft公司的公司的Easy Living項(xiàng)目項(xiàng)目（3）AT&T實(shí)驗(yàn)室和英國劍橋大學(xué)合作的研究項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)室和英國劍橋大學(xué)合作的研究項(xiàng)目Sentient Computing（4）卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的）卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的Aura 項(xiàng)目項(xiàng)目（5）喬治亞理工學(xué)院的）喬治亞理工學(xué)院的The Aware House項(xiàng)目項(xiàng)目喬治亞理工學(xué)院的喬治亞理工學(xué)院的The Aware HouseThe Aware

47、House55大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論 1965年，年，Intel公司的締造者之一戈登公司的締造者之一戈登摩爾（摩爾（Gordon Moore）在總結(jié)）在總結(jié)存儲(chǔ)器芯片的增長規(guī)律時(shí)，指出存儲(chǔ)器芯片的增長規(guī)律時(shí)，指出“微芯片上集成的晶體管數(shù)目每微芯片上集成的晶體管數(shù)目每12個(gè)月翻個(gè)月翻一番一番”。在隨后的年月里，發(fā)現(xiàn)微芯片的容量通常每。在隨后的年月里，發(fā)現(xiàn)微芯片的容量通常每1824個(gè)月翻一番。個(gè)月翻一番。因而，因而，“微芯片上集成的晶體管數(shù)目每三年翻兩番微芯片上集成的晶體管數(shù)目每三年翻兩番”就被人們稱為摩爾定就被人們稱為摩爾定律（律（Moores Law），如圖所

48、示。），如圖所示。56大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論57大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論 (1) (1)電子計(jì)算機(jī)史前史；電子計(jì)算機(jī)史前史； (2) (2)第一臺(tái)通用電子計(jì)算機(jī)第一臺(tái)通用電子計(jì)算機(jī)ENIACENIAC的產(chǎn)生，的產(chǎn)生，6060年來一共經(jīng)歷了電子管計(jì)算年來一共經(jīng)歷了電子管計(jì)算機(jī)、晶體管計(jì)算機(jī)、集成電路計(jì)算機(jī)、超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)四代；機(jī)、晶體管計(jì)算機(jī)、集成電路計(jì)算機(jī)、超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)四代； (3) (3)為電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)奠定了理論基礎(chǔ)的大師級(jí)科學(xué)家及其他們的思想；為電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)奠定了理論基礎(chǔ)的大師級(jí)科學(xué)家及其他們的思想

49、； (4) (4)中國計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史，列舉了中國計(jì)算機(jī)大事記；中國計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史，列舉了中國計(jì)算機(jī)大事記； (5) (5)前計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢，展望了未來的計(jì)算機(jī)。前計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢，展望了未來的計(jì)算機(jī)。第2章 計(jì)算機(jī)組成與工作原理本章內(nèi)容提要59大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論60大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論每位數(shù)符為每位數(shù)符為09，逢十進(jìn)一。，逢十進(jìn)一。N10 = (式2.1)每位數(shù)符為每位數(shù)符為0或或1，逢二進(jìn)一。，逢二進(jìn)一。 N2 = (式2.2)110nmiiiA12nmiiiB61大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)

50、算機(jī)科學(xué)概論每位數(shù)符為每位數(shù)符為07，逢八進(jìn)一。，逢八進(jìn)一。N8 = (式2.3)每位數(shù)符為每位數(shù)符為09，AF，逢十六進(jìn)一。，逢十六進(jìn)一。 N16 = (式2.4)18nmiiiC116nmiiiD62大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論十進(jìn)制十進(jìn)制二進(jìn)制二進(jìn)制八進(jìn)制八進(jìn)制十六進(jìn)制十六進(jìn)制000011112102231133410044510155611066711177810001089100111910101012A11101113B12110014C13110115D14111016E15111117F63大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論按式

51、（按式（2.2）按權(quán)展后，再求和。）按權(quán)展后，再求和。 例(110111.101) = 125 124 023 122 121 120 12-1 02-212-3 = (55.625) 64大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論整數(shù)部分除整數(shù)部分除2取余，余數(shù)從后向前排列；取余，余數(shù)從后向前排列；小數(shù)部分乘小數(shù)部分乘2取整，整數(shù)從前向后排列。取整，整數(shù)從前向后排列。 例(12.6875) 10 =(1100.1011) 2 2 12 ( 0 0.6875 2 6 ( 0 2 2 3 ( 1 1.3750 2 1 ( 1 2 0 0.750 2 1.50 2 1.065大學(xué)計(jì)算

52、機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論 從小數(shù)點(diǎn)開始分別向左、向右每三位分為一組，再將每從小數(shù)點(diǎn)開始分別向左、向右每三位分為一組，再將每組用對(duì)應(yīng)的八進(jìn)制數(shù)位表示。組用對(duì)應(yīng)的八進(jìn)制數(shù)位表示。 例( 11 101 010 011.101 110 )2 = (3523.56)8 3 5 2 3 5 6 二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制數(shù)時(shí)為上述逆運(yùn)算。二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制數(shù)時(shí)為上述逆運(yùn)算。66大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論 從小數(shù)點(diǎn)開始分別向左、向右每四位分為一組，再將每組用對(duì)應(yīng)的從小數(shù)點(diǎn)開始分別向左、向右每四位分為一組，再將每組用對(duì)應(yīng)的十六進(jìn)制數(shù)位表示。十六進(jìn)制數(shù)位表示。

53、例(1111 0101 0011.1011 1000)2 =(F53.B8) 16 F 5 3 B 8 二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制數(shù)時(shí)為上述逆運(yùn)算。二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制數(shù)時(shí)為上述逆運(yùn)算。 十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制、十六進(jìn)制的原理與十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制原理類十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制、十六進(jìn)制的原理與十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制原理類似，僅需將基數(shù)改成似，僅需將基數(shù)改成8、16即可。即可。67大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論機(jī)器字長的所有位都表示數(shù)值大小，步驟：機(jī)器字長的所有位都表示數(shù)值大小，步驟：l 首先將整數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制形式；首先將整數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制形式；l 如果二進(jìn)制位數(shù)不足位，則在二進(jìn)制的左邊補(bǔ)如

54、果二進(jìn)制位數(shù)不足位，則在二進(jìn)制的左邊補(bǔ)0。 例將9存儲(chǔ)在8位字長的存儲(chǔ)單元中。 解：首先將9轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)1001；然后高位補(bǔ)4個(gè)0使總位數(shù)為8，得到00001001；最后將該數(shù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元中。68大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論 在數(shù)據(jù)的最高位為符號(hào)位，在數(shù)據(jù)的最高位為符號(hào)位，0表示表示“正數(shù)正數(shù)”，1表示表示“負(fù)數(shù)負(fù)數(shù)”。 例將9存儲(chǔ)在8位字長的存儲(chǔ)單元中。 解：8位中，最高位為符號(hào)位，余下7位是有效數(shù)值位；最后存儲(chǔ)的結(jié)果是10001001?！緳C(jī)器中整數(shù)的表示一般有原碼、反碼和補(bǔ)碼表示法，此例是原碼表示。機(jī)器中整數(shù)的表示一般有原碼、反碼和補(bǔ)碼表示法，此例是原碼表示

55、?！?9大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論 每四位二進(jìn)制數(shù)為一組，表示一位十進(jìn)制數(shù)。二進(jìn)制編碼每四位二進(jìn)制數(shù)為一組，表示一位十進(jìn)制數(shù)。二進(jìn)制編碼00001001，分別代表十進(jìn)制數(shù)位，分別代表十進(jìn)制數(shù)位0-9。圖2.1 浮點(diǎn)數(shù)據(jù)格式圖2.1 浮點(diǎn)數(shù)據(jù)格式圖圖2.1 浮點(diǎn)數(shù)據(jù)格式浮點(diǎn)數(shù)據(jù)格式70大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論ASCII碼（碼（American Standard Code for Information Interchange）連續(xù)存放的字符編碼連續(xù)存放的字符編碼漢字輸入碼（輸入漢字用）漢字輸入碼（輸入漢字用） 漢字機(jī)內(nèi)碼（機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)和處

56、理漢字用）漢字機(jī)內(nèi)碼（機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)和處理漢字用） 漢字字形碼（輸出漢字用）漢字字形碼（輸出漢字用） 1981年我國國家標(biāo)準(zhǔn)局公布了年我國國家標(biāo)準(zhǔn)局公布了GB2312-80，即，即信息交換用漢字編碼字符信息交換用漢字編碼字符集集基本集基本集，簡稱國標(biāo)碼。共收集常用漢字，簡稱國標(biāo)碼。共收集常用漢字6763個(gè)，各種圖形符號(hào)個(gè)，各種圖形符號(hào)682個(gè)，個(gè)，共計(jì)共計(jì)7445個(gè)。個(gè)。71大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論位圖圖像、矢量圖像位圖圖像、矢量圖像 在一般聲像設(shè)備中，音頻和視頻信息通常都表示為模擬量，但計(jì)算機(jī)的在一般聲像設(shè)備中，音頻和視頻信息通常都表示為模擬量，但計(jì)算機(jī)的CPU卻只

57、能處理數(shù)字量。因此，無論音頻信息或視頻信息，在進(jìn)入?yún)s只能處理數(shù)字量。因此，無論音頻信息或視頻信息，在進(jìn)入CPU以前都以前都要先轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)據(jù)（模要先轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)據(jù)（模/數(shù)轉(zhuǎn)換），才能交給數(shù)轉(zhuǎn)換），才能交給CPU加工處理；反之，從加工處理；反之，從CPU輸出的聲音輸出的聲音/圖像信息，也要先從二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為音頻圖像信息，也要先從二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為音頻/視頻模擬信號(hào)視頻模擬信號(hào)（數(shù)（數(shù)/模轉(zhuǎn)換），然后交給聲像設(shè)備播放。模轉(zhuǎn)換），然后交給聲像設(shè)備播放。圖圖2.3 黑白圖像的位圖圖像表示黑白圖像的位圖圖像表示72大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論73大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基

58、礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論圖圖2.5 非門的各種表示法非門的各種表示法圖圖2.6 與門的各種表示法與門的各種表示法74大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論圖圖2.7 或門的各種表示法或門的各種表示法圖圖2.8 異或門的各種表示法異或門的各種表示法75大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論圖圖2.9 與非門的各種表示法與非門的各種表示法圖圖2.10 或非門的各種表示法或非門的各種表示法76大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論圖圖2.11 三輸入與門的各種表示法三輸入與門的各種表示法77大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科

59、學(xué)概論圖圖2.12 晶體三極管示意圖晶體三極管示意圖78大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論圖圖2.13 用晶體構(gòu)造門示例用晶體構(gòu)造門示例(a)構(gòu)造非門(b)構(gòu)造與非門(c)構(gòu)造或非門79大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論圖圖2.14 組合電路示例組合電路示例80大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論又稱芯片，是嵌入了多個(gè)門的硅片。又稱芯片，是嵌入了多個(gè)門的硅片。圖圖2.15 時(shí)序電路示例時(shí)序電路示例R-SR-S鎖存器鎖存器圖圖2.16 集成電路芯片示例集成電路芯片示例81大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論規(guī)規(guī)

60、模?？s縮 寫寫門門 數(shù)數(shù)小規(guī)模集成電路SSI110中規(guī)模集成電路MSI10100大規(guī)模集成電路LSI100100000超大規(guī)模集成電路VLSI多于100000表表2.4 集成電路分類集成電路分類82大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)概論計(jì)算機(jī)科學(xué)概論圖圖2.17 馮馮諾伊曼結(jié)構(gòu)諾伊曼結(jié)構(gòu)負(fù)責(zé)各種算術(shù)運(yùn)算和負(fù)責(zé)各種算術(shù)運(yùn)算和 邏輯運(yùn)算。邏輯運(yùn)算。整個(gè)計(jì)算機(jī)的指揮中整個(gè)計(jì)算機(jī)的指揮中 心，負(fù)責(zé)往其他部件心，負(fù)責(zé)往其他部件 發(fā)送控制命令。發(fā)送控制命令。計(jì)算機(jī)的記憶部件。計(jì)算機(jī)的記憶部件。負(fù)責(zé)將程序和數(shù)據(jù)負(fù)責(zé)將程序和數(shù)據(jù) 輸入計(jì)算機(jī)。輸入計(jì)算機(jī)。負(fù)責(zé)將程序執(zhí)行結(jié)負(fù)責(zé)將程序執(zhí)行結(jié) 果輸出計(jì)算機(jī)。果輸出計(jì)算機(jī)