第一章 計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)

第一章計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)第一頁，共五十頁，2022年，8月28日計(jì)算機(jī)專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課之間的關(guān)系計(jì)算機(jī)導(dǎo)論高級(jí)語言程序設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)離散數(shù)學(xué)電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)組成原理微機(jī)系統(tǒng)及其應(yīng)用數(shù)字信號(hào)處理計(jì)算機(jī)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)算法設(shè)計(jì)與分析編譯原理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)軟件工程面向?qū)ο蠹夹g(shù)計(jì)算機(jī)通信原理計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)多媒體信息處理技術(shù)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算信息安全人機(jī)界面設(shè)計(jì)人工智能并行處理技術(shù)嵌入式系統(tǒng)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)英語、高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、概率論……第二頁，共五十頁，2022年，8月28日導(dǎo)論：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的知識(shí)體系計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)是研究計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)與制造，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息獲取、表示、存儲(chǔ)、處理、控制等的理論、原則、方法和技術(shù)的學(xué)科，包括科學(xué)與技術(shù)兩方面?？茖W(xué)側(cè)重于研究現(xiàn)象、揭示規(guī)律。技術(shù)則側(cè)重于研制計(jì)算機(jī)和研究使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息處理的方法與技術(shù)手段。計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的根本問題是什么能被有效地自動(dòng)化。研究范疇包括計(jì)算機(jī)理論、硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用等。第三頁，共五十頁，2022年，8月28日計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)一、常見的計(jì)算機(jī)設(shè)備二、計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展歷程三、計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展趨勢四、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成第四頁，共五十頁，2022年，8月28日計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)一、常見的計(jì)算機(jī)設(shè)備二、計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展歷程三、計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展趨勢四、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成第五頁，共五十頁，2022年，8月28日一、常見的計(jì)算機(jī)設(shè)備第六頁，共五十頁，2022年，8月28日一、常見的計(jì)算機(jī)設(shè)備第七頁，共五十頁，2022年，8月28日計(jì)算機(jī)是什么？

Computersareeverywhere！第八頁，共五十頁，2022年，8月28日計(jì)算機(jī)成了社會(huì)的必需品計(jì)算機(jī)是一種相對其能力而言比較便宜的工具，同一臺(tái)機(jī)器能夠做許多種不同的事：算題（科學(xué)計(jì)算）制作圖案處理文字記錄事實(shí)控制其他機(jī)器游戲發(fā)送消息識(shí)別語音問題：大多數(shù)機(jī)器只能做一類事，為什么計(jì)算機(jī)能夠做

許多種不同的事？是不是計(jì)算機(jī)什么事都能做？第九頁，共五十頁，2022年，8月28日計(jì)算機(jī)是一臺(tái)快速但笨拙的機(jī)器只有有限的能力。只能進(jìn)行基本的數(shù)學(xué)運(yùn)算與邏輯比較。必須由程序來指示它做什么事。

——GeorgeBeekman計(jì)算機(jī)是一臺(tái)笨拙的機(jī)器，具有從事令人難以置信的聰明工作的能力，...計(jì)算機(jī)程序員則是一些聰明的人，具有從事令人難以置信的笨拙工作的能力。簡而言之，計(jì)算機(jī)與程序員實(shí)現(xiàn)了完美的配合。

——JamieShiers第十頁，共五十頁，2022年，8月28日計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)一、常見的計(jì)算機(jī)設(shè)備二、計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展歷程三、計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展趨勢四、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成第十一頁，共五十頁，2022年，8月28日二、計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展歷程計(jì)算機(jī)產(chǎn)生之前1.算籌

算籌又稱為籌、策、算子等中國科學(xué)家祖沖之(429—500年)借助算籌作為計(jì)算工具計(jì)算出圓周率

祖沖之(429—500年)第十二頁，共五十頁，2022年，8月28日二、計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展歷程計(jì)算機(jī)產(chǎn)生之前2.算盤

算盤也稱珠算，是中國勞動(dòng)人民創(chuàng)造的一種工具由古代“算籌”演變而來素有“中國計(jì)算機(jī)”之稱第十三頁，共五十頁，2022年，8月28日二、計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展歷程計(jì)算機(jī)產(chǎn)生之前3.機(jī)械式計(jì)算機(jī)法國科學(xué)家布萊斯?帕斯卡(BlaisePascal：1623—1662年)發(fā)明了機(jī)械的齒輪式加減法器，這是現(xiàn)存最早的機(jī)械式計(jì)算器。用一種純粹的機(jī)械裝置可以代替人的思考和記憶。第十四頁，共五十頁，2022年，8月28日二、計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展歷程計(jì)算機(jī)產(chǎn)生之前3.機(jī)械式計(jì)算機(jī)德國著名數(shù)學(xué)家戈特弗里德?威廉?萊布尼茨(GottfriedWilhelmLeibniz：1646—1716年)將帕斯卡的“加法器”擴(kuò)大為乘除運(yùn)算。第十五頁，共五十頁，2022年，8月28日二、計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展歷程計(jì)算機(jī)產(chǎn)生之前4.提花機(jī)法國機(jī)械師約瑟夫?杰卡德(JosephJacquard)，大約在1801年完成了“自動(dòng)提花編織機(jī)”的設(shè)計(jì)制作。采用穿孔卡片操縱編織針。第十六頁，共五十頁，2022年，8月28日二、計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展歷程計(jì)算機(jī)產(chǎn)生之前5.差分機(jī)和分析機(jī)1821年，英國數(shù)學(xué)家巴貝奇C.Babbage（1791-1871）設(shè)計(jì)了差分機(jī)，這是第一臺(tái)可自動(dòng)進(jìn)行數(shù)學(xué)變換的機(jī)器，因此他被稱為“計(jì)算之父”。此后，他又設(shè)計(jì)了能夠處理數(shù)學(xué)公式的分析機(jī)。然而，這兩種機(jī)器都沒有真正實(shí)現(xiàn)。第十七頁，共五十頁，2022年，8月28日二、計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展歷程計(jì)算機(jī)產(chǎn)生之前5.差分機(jī)和分析機(jī)AdaLovelace（1815-1852）（英國詩人拜倫的女兒）為Babbage的分析機(jī)設(shè)計(jì)了程序，被稱為“第一位程序員”。第十八頁，共五十頁，2022年，8月28日二、計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展歷程計(jì)算機(jī)產(chǎn)生之前6.模擬計(jì)算機(jī)19世紀(jì)末，赫爾曼?霍列瑞斯(HermanHollerith：1860—1929)用穿孔卡完成了第一次大規(guī)模數(shù)據(jù)處理第十九頁，共五十頁，2022年，8月28日二、計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展歷程計(jì)算機(jī)產(chǎn)生之前6.模擬計(jì)算機(jī)1873年，美國人鮑德溫(F.Baldwin)，利用齒數(shù)可變齒輪，設(shè)法制造出一種小型計(jì)算機(jī)樣機(jī)布什(V.Bush)為了求解與電路有關(guān)的微分方程，制作了一臺(tái)模擬計(jì)算裝置助其求解。第二十頁，共五十頁，2022年，8月28日二、計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展歷程計(jì)算機(jī)產(chǎn)生之前6.模擬計(jì)算機(jī)英國數(shù)學(xué)家布爾(G.Boole：1815—1864年)建立了一門新的數(shù)學(xué)學(xué)科——布爾代數(shù)，為今后數(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。第二十一頁，共五十頁，2022年，8月28日二、計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展歷程計(jì)算機(jī)產(chǎn)生之前6.模擬計(jì)算機(jī)1938年，美國數(shù)學(xué)家香農(nóng)(C.Shannon)第一次在布爾代數(shù)和繼電器開關(guān)電路之間架起了橋梁，以脈沖方式處理信息的繼電器開關(guān)，從理論到技術(shù)徹底改變了數(shù)字電路的設(shè)計(jì)。1956年，率先把人工智能運(yùn)用于計(jì)算機(jī)下棋方面，驗(yàn)證了計(jì)算機(jī)可以通過學(xué)習(xí)提高智能。第二十二頁，共五十頁，2022年，8月28日二、計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展歷程計(jì)算機(jī)產(chǎn)生之前6.模擬計(jì)算機(jī)1938年，28歲的楚澤(K.Zuse)設(shè)計(jì)了一臺(tái)可編程數(shù)字計(jì)算機(jī)Z-1。1939年，楚澤繼電器組裝了Z-2。1941年，楚澤的電磁式計(jì)算機(jī)Z-3完成。1945年建造了Z-4計(jì)算機(jī)。第二十三頁，共五十頁，2022年，8月28日

Z－3重建Z－1Z－4

老年楚澤（中）數(shù)字計(jì)算機(jī)之父第二十四頁，共五十頁，2022年，8月28日二、計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展歷程計(jì)算機(jī)產(chǎn)生之前6.模擬計(jì)算機(jī)美國哈佛大學(xué)艾肯(H.Aiken)博士發(fā)明了電磁式計(jì)算機(jī)MarkⅠ，也叫“自動(dòng)序列受控計(jì)算機(jī)”，是計(jì)算機(jī)“史前史”里最后一臺(tái)著名的計(jì)算機(jī)。第二十五頁，共五十頁，2022年，8月28日二、計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展歷程計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生1.圖靈機(jī)AlanTuring（1912~1954）1936年讀研究生時(shí)發(fā)表的一篇論文中提出了圖靈機(jī)（TuringMachine），奠定了計(jì)算機(jī)的理論基礎(chǔ)。圖靈原理：一切可能的機(jī)械式計(jì)算過程都能由圖靈機(jī)實(shí)現(xiàn)。還指出，存在“通用”圖靈機(jī)，它可實(shí)現(xiàn)所有圖靈機(jī)的功能。不必造加法機(jī)、乘法機(jī)、最大公約數(shù)機(jī)，只要造出“通用圖靈機(jī)”功能等價(jià)的機(jī)器，就能解決所有計(jì)算問題。Turing與Church合作給出了數(shù)學(xué)證明，斷言未來計(jì)算機(jī)能夠象人那樣具有思維能力（因而漢語中有了“電腦”）。計(jì)算機(jī)學(xué)科的最高榮譽(yù)是ACM（美國計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)）圖靈獎(jiǎng)。第二十六頁，共五十頁，2022年，8月28日第二十七頁，共五十頁，2022年，8月28日二、計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展歷程計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生2.ENIAC和馮·諾依曼1946年，在賓夕法尼亞大學(xué)Moore學(xué)院，J.Eckert和J.Mauchly為實(shí)現(xiàn)彈道計(jì)算研制成功了ENIAC（“電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)”，ElectronicNumericalIntegratorandComputer），它用了19000個(gè)電子管，重30噸，耗電200千瓦。第二十八頁，共五十頁，2022年，8月28日二、計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展歷程計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生2.ENIAC和馮·諾依曼1946年，馮·諾依曼JohnvonNeumann（1903~1957）發(fā)表了第一篇關(guān)于電子計(jì)算機(jī)程序存儲(chǔ)的論文，描述了如何用（可被存儲(chǔ)、讀出和執(zhí)行的）數(shù)字來表示邏輯操作（程序）。至今，大多數(shù)計(jì)算機(jī)采用的都是馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)(vonNeumannarchitecture)第二十九頁，共五十頁，2022年，8月28日二、計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展歷程計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生3.GraceHopperHopper，女，軟件程序設(shè)計(jì)人員，是第一位發(fā)現(xiàn)并排除了程序錯(cuò)誤（bugs）的人。此后，人們把發(fā)現(xiàn)和排除程序錯(cuò)誤的過程稱為debugging，把這樣的軟件工具稱為debuger.第三十頁，共五十頁，2022年，8月28日二、計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展歷程計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程1.第一代（1945~1957）：電子管計(jì)算機(jī)其主要特征是邏輯器件使用電子管第一代計(jì)算機(jī)體積大、運(yùn)算速度低、存儲(chǔ)容量小、可靠性低。幾乎沒有什么軟件配置，主要用于科學(xué)計(jì)算。第三十一頁，共五十頁，2022年，8月28日二、計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展歷程計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程2.第二代（1958~1964）：晶體管計(jì)算機(jī)其主要特征是使用晶體管代替了電子管體積縮小，增加了機(jī)器的穩(wěn)定性并提高了運(yùn)算速度，功耗減小，價(jià)格降低。第三十二頁，共五十頁，2022年，8月28日二、計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展歷程計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程3.第三代（1965~1972）：小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)其主要特征是用半導(dǎo)體、小規(guī)模集成電路(IntegratedCircuit——IC)作為元器件代替晶體管等分立元件體積和耗電量顯著減小，而計(jì)算速度和存儲(chǔ)存量卻有較大提高，可靠性也大大加強(qiáng)。第三十三頁，共五十頁，2022年，8月28日二、計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展歷程計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程4.第四代（1972至今）：大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路其主要特征是使用了大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路微型機(jī)、筆記本和掌上型等超微型計(jì)算機(jī)的誕生是超大規(guī)模集成電路應(yīng)用的直接結(jié)果。第三十四頁，共五十頁，2022年，8月28日二、計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展歷程計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程5.新一代計(jì)算機(jī)：將微電子技術(shù)、光學(xué)技術(shù)、超導(dǎo)技術(shù)、電子仿生技術(shù)等多學(xué)科相結(jié)合的產(chǎn)物。量子計(jì)算機(jī)、生物計(jì)算機(jī)、光計(jì)算機(jī)、納米計(jì)算機(jī)、DNA計(jì)算機(jī)等。第三十五頁，共五十頁，2022年，8月28日計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)一、常見的計(jì)算機(jī)設(shè)備二、計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展歷程三、計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展趨勢四、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成第三十六頁，共五十頁，2022年，8月28日三、計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域與發(fā)展趨勢計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域1．科學(xué)研究和科學(xué)計(jì)算2．信息傳輸和信息處理3．生產(chǎn)過程的自動(dòng)化控制和管理自動(dòng)化4．計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/輔助制造/輔助教學(xué)5．娛樂第三十七頁，共五十頁，2022年，8月28日三、計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域與發(fā)展趨勢計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢1.微型化（microcomputer）2.巨型化（supercompter）3.網(wǎng)絡(luò)化（netcomputer）4.智能化5.新型計(jì)算機(jī)第三十八頁，共五十頁，2022年，8月28日三、計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域與發(fā)展趨勢計(jì)算機(jī)的分類：從技術(shù)、功能、體積、價(jià)格和性能等綜合指標(biāo)考慮，可分:1.巨型計(jì)算機(jī)2.大型計(jì)算機(jī)3.小型計(jì)算機(jī)4.微型計(jì)算機(jī)5..……第三十九頁，共五十頁，2022年，8月28日擁有最強(qiáng)的并行計(jì)算能力，主要用于科學(xué)計(jì)算。在氣象、軍事、能源等領(lǐng)域承擔(dān)大規(guī)模、高速度的計(jì)算任務(wù)。趨勢是用許多臺(tái)計(jì)算機(jī)構(gòu)成一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)。巨型計(jì)算機(jī)83年銀河-I億次機(jī)92年銀河-II10億次機(jī)97年銀河-III百億次機(jī)第四十頁，共五十頁，2022年，8月28日具有比小型機(jī)更強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力。價(jià)格比小型機(jī)高。在銀行等最早使用計(jì)算機(jī)的行業(yè)中廣泛使用。中科院計(jì)算技術(shù)研究所國家智能機(jī)中心研制的每秒200億次的曙光2000型超級(jí)服務(wù)器大中型計(jì)算機(jī)第四十一頁，共五十頁，2022年，8月28日具有比微機(jī)更強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力。多個(gè)用戶可以同時(shí)使用（多用戶，Multi-user）。目前主要用作服務(wù)器。小型計(jì)算機(jī)IBMz系列z900服務(wù)器IBMz系列z990服務(wù)器第四十二頁，共五十頁，2022年，8月28日臺(tái)式機(jī)、工作站是通用計(jì)算機(jī)。通常是由一個(gè)用戶來使用（單用戶，Single-user）。配有文字、聲音、圖像等輸入輸出設(shè)備?？赏ㄟ^網(wǎng)絡(luò)與其他計(jì)算機(jī)相連。高檔臺(tái)式機(jī)可充當(dāng)服務(wù)器。微型計(jì)算機(jī)第四十三頁，共五十頁，2022年，8月28日網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)一種在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下使用的終端設(shè)備，其特點(diǎn)是內(nèi)存容量大、顯示器的性能高、通信功能強(qiáng)，但本機(jī)中不一定配置外存，所需要的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)器中。微型計(jì)算機(jī)第四十四頁，共五十頁，2022年，8月28日膝上型電腦（Laptop）/筆記本計(jì)算機(jī)（Notebook）功能與