大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)導(dǎo)論課件

2024年12月26日課程介紹本課程是本科專業(yè)必修計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程；目標(biāo)——通過本課程的學(xué)習(xí)：全面了解計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的知識、發(fā)展趨勢；掌握基本操作技能；熟悉常用軟件的使用；培養(yǎng)計(jì)算機(jī)意識，以能更好地學(xué)習(xí)、生活和工作；為后繼計(jì)算機(jī)及相關(guān)課程的學(xué)習(xí)打基礎(chǔ)。2024/12/262共42頁課程設(shè)置與成績評定本課程大學(xué)本科通識課程，是全校建設(shè)四統(tǒng)一課程：統(tǒng)一大綱，統(tǒng)一要求，統(tǒng)一教材和統(tǒng)一考試。課程設(shè)置：沒有實(shí)驗(yàn)課時(shí)，安排自主學(xué)習(xí)；實(shí)驗(yàn)課以自學(xué)為主；2024/12/263共42頁成績評定總評=筆試*55%+上機(jī)實(shí)驗(yàn)*30%+平時(shí)*15%（合格要求筆試成績必須≥55）。實(shí)驗(yàn)成績：平時(shí)加上課程最后要求的課程論文或者課程學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)綜合報(bào)告；平時(shí)成績：到課情況，作業(yè)提交等筆試成績：期終（冬學(xué)期結(jié)束）書面理論考試的成績。2024/12/264共42頁為什么要學(xué)計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)是一種好工具；計(jì)算機(jī)成為各行業(yè)應(yīng)用不可缺重要組成部分；計(jì)算機(jī)已與我們的社會與日常生活密切相關(guān)；計(jì)算機(jī)幫我們解決非常人能解決的問題；計(jì)算機(jī)使我們找到一份好工作；。。。。。。俗話說：學(xué)好數(shù)理化，走遍天下都不怕———學(xué)好計(jì)算機(jī)，？？？？？2024/12/265共42頁怎么學(xué)課前預(yù)習(xí)聽講仔細(xì)課后復(fù)習(xí)多多練習(xí)多多上機(jī)多多提問作業(yè)和答疑100作業(yè)網(wǎng)站：答疑：2024/12/266共42頁參考書和教材教材：《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教程》陸漢權(quán)等編著浙江大學(xué)出版社《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》陳根才主編浙江大學(xué)出版社參考書：《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教程學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)》馮曉霞方紅光編著浙江大學(xué)出版社《計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論習(xí)題與實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)》陸漢權(quán)主編浙江大學(xué)出版社2024/12/267共42頁Questions1）計(jì)算機(jī)是什么？能幫你做什么？怎么用？2）與電腦是否有區(qū)別？3）電腦聰明還是人腦聰明？……2024/12/268共42頁課程內(nèi)容概覽引言計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)信息、數(shù)字邏輯計(jì)算機(jī)硬件計(jì)算機(jī)軟件操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)組織存儲應(yīng)用軟件數(shù)據(jù)庫語言、算法和程序設(shè)計(jì)方法計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)連接網(wǎng)絡(luò)與通信網(wǎng)絡(luò)互連因特網(wǎng)及其資源高級主題信息時(shí)代與問題2024/12/269共42頁Chapter1

IntroductionOverview計(jì)算機(jī)是什么馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的歷史計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)和用途計(jì)算機(jī)的類型計(jì)算機(jī)科學(xué)和計(jì)算機(jī)工具2024/12/2611共42頁1.1計(jì)算機(jī)是什么計(jì)算（Computation）計(jì)算機(jī)（Computer）理解計(jì)算機(jī)作為：信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理機(jī)具有程序能力的數(shù)據(jù)處理機(jī)2024/12/2612共42頁2024/12/2613共42頁1.1.1信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)信息系統(tǒng)（InformationSystem）是基于計(jì)算機(jī)的——6個(gè)組成要素，它們是：硬件。主要指計(jì)算機(jī)及其相關(guān)的設(shè)備，是物理部分。軟件。使用特定語言編寫的有關(guān)的程序。數(shù)據(jù)/信息。人。處理過程中必須有人參與，“用戶”（User）。過程或稱為處理——?dú)w納為操作步驟。通信。以上這些概念涵蓋了本課程全部的知識點(diǎn)2024/12/2614共42頁

構(gòu)成計(jì)算過程的信息系統(tǒng)有6個(gè)要素：（1）硬件（2）軟件（3）數(shù)據(jù)/信息（4）人（User）（5）過程或稱為處理（6）通信2024/12/2615共42頁1.1.2數(shù)據(jù)處理機(jī)數(shù)據(jù)處理機(jī)模型是計(jì)算機(jī)原理的經(jīng)典模型，是按照計(jì)算機(jī)功能定義計(jì)算機(jī)的該模型指出：計(jì)算機(jī)在數(shù)據(jù)處理過程中，給出的數(shù)據(jù)相同，那么輸出結(jié)果將能夠重現(xiàn)；不同的輸入數(shù)據(jù)，輸出結(jié)果也能夠隨之改變數(shù)據(jù)處理器模型——反映了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本屬性2024/12/2616共42頁1.1.3具有程序能力的數(shù)據(jù)處理機(jī)在這個(gè)模型中，計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理所得到的輸出，除了需要輸入數(shù)據(jù)還取決于程序程序不同，即使輸入的數(shù)據(jù)相同可能輸出數(shù)據(jù)也不同，同樣的，對不同的數(shù)據(jù)采用不同的程序也可能產(chǎn)生相同的輸出“程序功能”——計(jì)算機(jī)的處理數(shù)據(jù)的能力大大提高了——計(jì)算機(jī)處理能力的一致性和可靠性2024/12/2617共42頁定義計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)是一種能按照事先存儲的程序，自動(dòng)、高速地進(jìn)行大量數(shù)值計(jì)算和各種信息處理的現(xiàn)代化智能電子裝置一般中文文獻(xiàn)中使用“計(jì)算機(jī)”作為正式名稱，但更為形象的一個(gè)詞是“電腦”

BackOverview2024/12/2618共42頁1.2馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)有多種模型，馮·諾依曼（JohnvonNeumann，計(jì)算機(jī)之父）體系結(jié)構(gòu)（圖1.3）——現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)馮·諾依曼模型主要可歸納為以下三點(diǎn)（1）計(jì)算機(jī)有五個(gè)組成部分：輸入、存儲、處理（運(yùn)算）、控制和輸出（2）程序和數(shù)據(jù)以二進(jìn)制形式存放在計(jì)算機(jī)存儲器中（3）計(jì)算機(jī)根據(jù)程序的指令序列進(jìn)行，即程序存儲（Stored-Program）的概念2024/12/2619共42頁1.2.1計(jì)算機(jī)的五個(gè)組成部分圖1.3馮·諾依曼結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的組成2024/12/2620共42頁1.2.2程序存儲的概念在馮·諾依曼體系中，程序被要求在執(zhí)行之前放到計(jì)算機(jī)存儲器中，還要求程序和數(shù)據(jù)采用同樣的格式——存儲器只接收二進(jìn)制數(shù)據(jù)程序必須是有限的指令數(shù)量組成的。按照一般的理解，計(jì)算機(jī)指令是進(jìn)行基本操作的機(jī)器代碼程序的編制早期的計(jì)算機(jī)沒有“編程(Programming)”這個(gè)概念編制程序是指在實(shí)際處理數(shù)據(jù)之前，確定處理這些數(shù)據(jù)的方法和過程方法和過程——和計(jì)算機(jī)本身的能力結(jié)合2024/12/2621共42頁1.2.3數(shù)據(jù)的存儲形式在計(jì)算機(jī)中怎樣存儲數(shù)據(jù)馮·諾依曼并沒明確多種數(shù)據(jù)類型最基本的就是整數(shù)、實(shí)數(shù)以及符號存儲數(shù)據(jù)以二進(jìn)制方式存儲到計(jì)算機(jī)內(nèi)部計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)組織將計(jì)算機(jī)外部各種類型的數(shù)據(jù)變換為計(jì)算機(jī)二進(jìn)制模式，并且能夠有效地表達(dá)這些數(shù)據(jù)類型，就是計(jì)算機(jī)研究的重要方面2024/12/2622共42頁更多的話題最早提出“程序存儲”：賓西法尼亞大學(xué)Moore電子工程學(xué)院的J·P·Eckert“哈佛體系結(jié)構(gòu)”（HarvardArchitecture）數(shù)據(jù)和程序分開存放在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中，這兩種結(jié)構(gòu)都在使用基本原理類似的其他模型：多處理器的流水線結(jié)構(gòu)、并行結(jié)構(gòu)等.2024/12/2623共42頁1.3計(jì)算機(jī)的歷史計(jì)算的概念和人類文明歷史是同步的計(jì)算是基于數(shù)字的數(shù)字（Digit）一詞源于拉丁語——“手指”——隱喻人類的計(jì)算從手指開始計(jì)算機(jī)科學(xué)的溯源——人類對自動(dòng)計(jì)算的追求2024/12/2624共42頁1.3.1歷史上的自動(dòng)計(jì)算裝置算盤——是最早被廣泛使用的計(jì)算裝置1642法國萊斯?帕斯卡發(fā)明的Pascaline

——人類歷史上的第一臺自動(dòng)計(jì)算機(jī)器鐘表齒輪計(jì)數(shù)加減，用杠桿實(shí)現(xiàn)進(jìn)位程序設(shè)計(jì)語言Pascal以他的名字命名

19世紀(jì)初英國數(shù)學(xué)家巴貝奇——計(jì)算機(jī)之父發(fā)明差分機(jī)IPOS（Input，Processing，OutputandStorage）穿孔卡片機(jī)和IBM公司2024/12/2625共42頁1.3.2第一臺電子計(jì)算機(jī)1936年英國數(shù)學(xué)家阿蘭?圖靈(Alan

Turing)提出計(jì)算機(jī)理論模型：只要能夠被分解為有限步驟就能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)計(jì)算——

圖靈機(jī)ABC計(jì)算機(jī)（AtanasoffBerryComputer）ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorsandCalculation）計(jì)算機(jī)的里程碑意義世界上第一臺可以真正運(yùn)算、全部是電子裝置的計(jì)算機(jī)2024/12/2626共42頁

ENIAC計(jì)算機(jī)和主要發(fā)明人J.毛赫利和艾克特<左前>

2024/12/2627共42頁1.3.3現(xiàn)代計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)全名：通用數(shù)字電子計(jì)算機(jī)20世紀(jì)六七十年代還在使用的“模擬計(jì)算機(jī)”也被數(shù)字計(jì)算機(jī)所取代今天的計(jì)算機(jī)一詞也就成了數(shù)字計(jì)算機(jī)的同義詞20世紀(jì)六七十年代還在使用的“模擬計(jì)算機(jī)”也被數(shù)字計(jì)算機(jī)所取代關(guān)于計(jì)算機(jī)的“代”——并沒有一致的說法2024/12/2628共42頁第一代計(jì)算機(jī)（1946—1959）電子管計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)全名為通用數(shù)字電子計(jì)算機(jī)體積大，故障率高UNIVAC的機(jī)器于1952年美國中大選預(yù)測艾森豪威爾獲勝——預(yù)測結(jié)果和實(shí)際統(tǒng)計(jì)結(jié)果完全相同1957年IBM公司生產(chǎn)的第一臺商用計(jì)算機(jī)IBM701，一共生產(chǎn)了19臺：二進(jìn)制的0和1表示數(shù)據(jù)和程序2024/12/2629共42頁第二代計(jì)算機(jī)（1959—1963）晶體管計(jì)算機(jī)1948年6月貝爾實(shí)驗(yàn)室研制成功世界上第一只晶體管第一臺晶體管的計(jì)算機(jī)是CDC制造的1604機(jī)器開始使用高級語言開始通過電話線進(jìn)行數(shù)據(jù)交流，雖然速度很慢，但這已經(jīng)是網(wǎng)絡(luò)的萌芽并行處理被所有大型計(jì)算機(jī)和超級計(jì)算機(jī)所使用麻省理工學(xué)院——“多道程序”方案2024/12/2630共42頁第三代計(jì)算機(jī)（1963—1975年）集成電路（IC，IntegratedCircuits）計(jì)算機(jī)1958年發(fā)明了集成電路摩爾博士預(yù)言IC上能被集成的晶體管數(shù)目將會以每18個(gè)月翻一番的速度穩(wěn)定增長

——摩爾法則IBM推出了著名的360系列計(jì)算機(jī)，不再捆綁銷售它的語言軟件——開創(chuàng)了計(jì)算機(jī)語言市場——最終使軟件形成了一個(gè)巨大的產(chǎn)業(yè)第一顆通信衛(wèi)星——衛(wèi)星數(shù)據(jù)通信2024/12/2631共42頁圖1.5著名的IBM360計(jì)算機(jī)2008-09-032024/12/2632共42頁IBM最新的Z900系列大型機(jī)2024/12/2633共42頁第四代計(jì)算機(jī)（1975年—）第四代計(jì)算機(jī)標(biāo)志的處理器使用的大規(guī)模集成電路（LSIC）——Intel系列處理器1977年第一個(gè)真正意義上的微機(jī)AppleI——有顯示器、鍵盤、軟盤和操作系統(tǒng)軟件AppleII計(jì)算機(jī)，19772024/12/2634共42頁第四代計(jì)算機(jī)（1975年—）1980年，IBM選擇Intel8088芯片作為它的微機(jī)的處理器——PC（PersonalComputer），委托Microsoft設(shè)計(jì)操作系統(tǒng)IBM公司的這兩個(gè)決定的巨大的影響：IBM公司商標(biāo)的PC成為微型計(jì)算機(jī)的同義詞Microsoft和Intel公司則在計(jì)算機(jī)軟件和硬件方面成為和IBM公司分庭抗禮的業(yè)界巨頭。2024/12/2635共42頁第四代計(jì)算機(jī)contPC兼容機(jī)——PC開放式結(jié)構(gòu)大規(guī)模集成電路（LSIC）技術(shù)Intel第一片處理器芯片2500個(gè)元件Intel宣布將于2005年投放IA-64處理器，以雙重結(jié)構(gòu)在單個(gè)芯片上集成超過5億個(gè)元件編程語言的發(fā)展——新語言——面向?qū)ο螅∣OP）硬件成本的大幅度下降和PC的快速普及——軟件成為一個(gè)增長速度最快的產(chǎn)業(yè)之一高速計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和Internet2024/12/2636共42頁今天的計(jì)算機(jī)集中關(guān)注微機(jī)發(fā)展：微機(jī)離我們最近1994/12/25：微機(jī)銷售第一次超過電視機(jī)——最大的消費(fèi)電子產(chǎn)品圖形界面為特征的主流操作系統(tǒng)用戶不需要記憶復(fù)雜的計(jì)算機(jī)命令以圖形用戶接口（GUI）技術(shù)為特征的面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)使得程序設(shè)計(jì)不再以代碼開始2024/12/2637共42頁1.3.4計(jì)算機(jī)軟件的進(jìn)化軟件隨計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步而進(jìn)化計(jì)算機(jī)的普及應(yīng)用，很大程度上應(yīng)該歸功于軟件第一代軟件為1950年代，主要是二進(jìn)制代碼語言，是內(nèi)置在機(jī)器內(nèi)部的指令50年代末的第二代軟件——類似于英文表達(dá)的程序設(shè)計(jì)語言被開發(fā)出來，叫做高級語言。典型的高級語言有IBM公司的FORTRAN，還有COBOL第三代軟件以“操作系統(tǒng)”為標(biāo)志——20世紀(jì)60年代中期第四代——軟件的產(chǎn)業(yè)特征開始顯露2024/12/2638共42頁1.4計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)1．高速、精確的運(yùn)算能力2．準(zhǔn)確的邏輯判斷能力3．強(qiáng)大的存儲能力4．具有自動(dòng)功能5．網(wǎng)絡(luò)功能BackOverview2024/12/2639共42頁1.4計(jì)算機(jī)的用途1．科學(xué)計(jì)算2．?dāng)?shù)據(jù)處理3．實(shí)時(shí)系統(tǒng)4．計(jì)算機(jī)輔助5．計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)6．人工智能7．?dāng)?shù)字娛樂8．嵌入式系統(tǒng)BackOverview2024/12/2640共42頁1.5計(jì)算機(jī)的類型超級計(jì)算機(jī)Supercomputers，計(jì)算能力為T級（Tera-scale，萬億）大中型計(jì)算機(jī)（MainframeComputer）小型計(jì)算機(jī)（Minicomputer）工作站（Workstation）微型計(jì)算機(jī)（Microcomputer）移動(dòng)計(jì)算機(jī)（NotebookComputer）