大學計算機基礎 第一章

大學計算機基礎浙江大學計算學院基礎教學中心2023年2月6日共34頁2中國首臺千萬億次

超級計算機天河1號Chapter1

Introduction共34頁4Overview計算機是什么數(shù)據(jù)處理機模型現(xiàn)代計算機模型計算機系統(tǒng)信息系統(tǒng)因特網(wǎng)和萬維網(wǎng)計算機文化和計算思維共34頁51.1計算機是什么Computer——從事計算工作的人ComputerScienceComputerTechnologyComputerEngineeringInformationTechnology，IT從技術上體積小，功能強從用途上專業(yè)到消費品共34頁6計算機和計算ComputerandComputation計算數(shù)學的基礎計算機的基礎期望：計算機實現(xiàn)數(shù)學意義上的“自動計算”現(xiàn)實：客觀世界的形態(tài)被“數(shù)字化”計算機素質知道它，知道它是如何做到的共34頁7計算機的定義計算機是一種現(xiàn)代化的信息處理工具，它對信息進行處理并提供結果，其結果（輸出）取決于所接收的信息（輸入）及相應的處理算法——《計算機科學技術百科全書》核心詞匯工具處理信息算法共34頁8計算機科學與技術CSandCT計算機的設計、制造，以及運用計算機進行信息的獲取、表示、存儲、處理、控制等的相關理論、原則、方法和技術CS研究現(xiàn)象和揭示其規(guī)律CT研制計算機和使用計算機進行信息處理的方法和手段共34頁9阿凡達3D電影圖像4000HP服務器，3.5萬CPUGPU可提高10倍共34頁101.2數(shù)據(jù)處理機模型DataProcessor——Computer處理數(shù)據(jù)(Data)，得到信息(Information)Data原材料Information制成品數(shù)據(jù)處理器模型黒盒模型帶有程序功能的處理機模型共34頁11黑盒模型定義了計算機的功能，給出了計算機的基本屬性，即計算機就是處理數(shù)據(jù)的機器共34頁12具有程序能力的數(shù)據(jù)處理機程序（Program）簡單地被理解為按照預定的步驟進行工作程序是處理數(shù)據(jù)的算法的具體實現(xiàn)共34頁13具有程序能力的處理機模型計算機的靈活性不同的數(shù)據(jù)，相同的程序，不同的結果相同的數(shù)據(jù)，不同的程序，相同的結果程序原理能夠按照“程序”進行工作程序是事先編制好并存放在計算機內部的共34頁141.3現(xiàn)代計算機模型馮·諾依曼計算機共34頁15現(xiàn)代計算機模型定義了計算機的5個組成部分輸入

Input運算

ArithmeticLogicUnit存儲

Memory控制

Controller輸出

Output巴貝奇（CharlesBabbage，1792—1871）IPOSCPU=ALU+Controller三個子系統(tǒng)CPU、Memory、I/O共34頁16程序存儲原理現(xiàn)代計算機模型要求程序在執(zhí)行前存放到存儲器中還要求程序和數(shù)據(jù)采用同樣的格式——程序存儲原理如何使計算機自動執(zhí)行程序程序存儲原理解決的問題程序存儲的另一個重要的理由是程序的“重用”共34頁171.4計算機系統(tǒng)

計算機系統(tǒng)硬件系統(tǒng)處理器系統(tǒng)(主機)存儲器系統(tǒng)外部設備輸入設備輸出設備軟件系統(tǒng)系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)編程語言工具軟件應用軟件辦公軟件其他應用軟件共34頁18硬件系統(tǒng)

計算機的物理設備叫做硬件（Hardware）實現(xiàn)計算機操作過程、輸入、輸出互聯(lián)的各種電子設備術語計算機設備（Device）既可以指一個價值數(shù)億的巨型計算機系統(tǒng)，也指一個只有數(shù)十元的鼠標器第一臺現(xiàn)代計算機1946年的ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndComputer，電子數(shù)字積分計算機）共34頁19計算機歷史計算機歷史——硬件史1946～1958電子管1959～1963晶體管1963～1975集成電路（IC）1975～大規(guī)模集成電路（LSIC）PCandInternet共34頁20計算機類型按計算機的規(guī)模及銷售價進行劃分千萬USD：Supercomputer天河-1A：主機的處理器達到186368個，運算速度達到了每秒2570萬億次。數(shù)百萬USD：MainframeComputer小型計算機PC，微型計算機嵌入式系統(tǒng)智能手機共34頁21計算機軟件軟件：“看不見”的，卻是不可或缺的所有與計算機相關的文檔、程序、語言等都可以歸類為軟件軟件系統(tǒng)系統(tǒng)軟件：把服務于計算機本身應用軟件：解決特定問題軟件的進化從專業(yè)到產(chǎn)業(yè)共34頁22計算機是如何運行的通電后CPU執(zhí)行啟動程序BIOS操作系統(tǒng)調入內存BIOS引導后計算機由操作系統(tǒng)管理和控制共34頁231.5信息系統(tǒng)信息系統(tǒng)有6個要素硬件軟件數(shù)據(jù)/信息人/用戶（PeopleorUser）計算機有兩類用戶，一類是以計算機為職業(yè)的另一類用戶主要就是使用計算機，大多數(shù)用戶屬于這一類。過程/處理通信共34頁241.6因特網(wǎng)和萬維網(wǎng)Network：兩臺以上的計算機互連世界上最大的網(wǎng)：Internet目的：資源共享網(wǎng)絡的網(wǎng)絡管理上：無中心特性——開放虛擬社會網(wǎng)上的各種社會形態(tài)：現(xiàn)實世界的Copy共34頁25萬維網(wǎng)WorldWideWebWWW簡稱為Web中文名為萬維網(wǎng)原為Internet的一種應用（技術）LinkandWebpageandWebsite現(xiàn)實：Internet的代名詞第一個瀏覽器軟件：Mosaic免費的瀏覽器共34頁261.7計算機文化和計算思維ComputerLiteracy理解計算機是什么它如何被作為資源使用ComputationalThinking是指運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統(tǒng)設計以及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動本質：

Abstraction、Automation狀態(tài)和過程共34頁27計算思維的特征計算思維是什么計算思維不是什么1是概念化不是程序化2是根本的不是刻板的技能3是人的思維不是計算機的思維4