第1 章 計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)發(fā)展概述(第1 講).ppt

1、15:45,1,計(jì)算機(jī)導(dǎo)論,講授：黃瑞興,15:45,2,課程性質(zhì)與目的,本課程是入門性的專業(yè)基礎(chǔ)課。 通過(guò)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)與信息系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、多媒體技術(shù)、計(jì)算機(jī)信息安全技術(shù)、職業(yè)道德與擇業(yè)等內(nèi)容的學(xué)習(xí)，為后續(xù)的計(jì)算機(jī)課程構(gòu)建一個(gè)基本知識(shí)框架，也為以后學(xué)習(xí)和掌握專業(yè)知識(shí)奠定良好的基礎(chǔ)。,15:45,3,授課教材及主要參考書目,推薦教材： 計(jì)算機(jī)導(dǎo)論丁躍潮 主編 高等教育出版社 2004年6月 參考書： 計(jì)算機(jī)導(dǎo)論駱耀祖 主編 電子工業(yè)出版社,15:45,4,學(xué)時(shí)分配和成績(jī)計(jì)算方法,本課程主要采用課堂講授和學(xué)生自學(xué)的形式，課堂講授 30 學(xué)時(shí)。計(jì)劃每周安排2課時(shí)。 成績(jī)計(jì)

2、分方法為： 課堂點(diǎn)名與平時(shí)作業(yè) 30 +期末考試 70%,15:45,5,學(xué)習(xí)方法,所謂學(xué)習(xí)方法通常是指人們?yōu)榱双@得或達(dá)到一定目標(biāo)或成果而進(jìn)行學(xué)習(xí)所采用的有意識(shí)的、合乎邏輯的一系列行動(dòng)。計(jì)算機(jī)課程的學(xué)習(xí)方法主要有: 1. 學(xué)習(xí)計(jì)劃的制定； 2. 常規(guī)學(xué)習(xí)方法：“預(yù)習(xí)上課復(fù)習(xí)作業(yè)小結(jié)”五個(gè)環(huán)節(jié)不斷地循環(huán)往復(fù) 3. 理論、抽象、設(shè)計(jì)三個(gè)過(guò)程的學(xué)習(xí)方法,15:45,6,學(xué)習(xí)方法(續(xù)),借鑒他人經(jīng)驗(yàn)，有所創(chuàng)新 課后小結(jié)，以培養(yǎng)文字概括能力 在老師指導(dǎo)、啟發(fā)下進(jìn)行聯(lián)想，把一個(gè)問(wèn)題的上下左右相關(guān)聯(lián)的知識(shí)串聯(lián)起來(lái)，理成線、織成網(wǎng)，總結(jié)出規(guī)律性的東西，同時(shí)進(jìn)行相互間的討論。 提高學(xué)習(xí)的積極性、促進(jìn)智能發(fā)展，培

3、養(yǎng)獨(dú)立分析和解決問(wèn)題的能力，提高學(xué)習(xí)成績(jī)。,15:45,7,第 1 章 計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)發(fā)展概述（第1講）,15:45,8,第1章 計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)發(fā)展概述(第1講),1.1 計(jì)算發(fā)展史 1.2 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生 1.3 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的定義 1.4 計(jì)算機(jī)的應(yīng)用 1.5 計(jì)算機(jī)科學(xué)的知識(shí)體系和分支學(xué)科 1.6 新型計(jì)算機(jī)系統(tǒng),15:45,9,1.1 計(jì)算發(fā)展史,計(jì)算作為人類社會(huì)生活、生產(chǎn)中總結(jié)發(fā)展起來(lái)的一門知識(shí)，已經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的發(fā)展階段。 結(jié)繩紀(jì)事 算盤 機(jī)械式（模擬）計(jì)算機(jī) 電子式（數(shù)字）計(jì)算機(jī),15:45,10,1.2 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生,1946年2月14日世界上第一臺(tái)數(shù)字電子計(jì)算機(jī)ENIAC (

4、The Electronic Numerical Integrator and Computer，電子數(shù)值積分計(jì)算機(jī))在美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)研制成功。 被公認(rèn)為第一臺(tái)使用電子線路來(lái)執(zhí)行算術(shù)、邏輯運(yùn)算和信息存儲(chǔ)的真正工作的計(jì)算機(jī)器。奠定了電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展基礎(chǔ)，開辟了計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的新紀(jì)元。,15:45,11,1.2 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生,15:45,12,埃尼阿克ENIAC,是美國(guó)奧伯丁武器試驗(yàn)場(chǎng)為滿足計(jì)算彈道需要而研制。主要發(fā)明人是電氣工程師普雷斯波?？颂睾臀锢韺W(xué)家約翰莫奇勒博士 采用電子管作為計(jì)算機(jī)的基本元件，每秒可進(jìn)行5000次加減運(yùn)算。 使用了18000只電子管，10000只電容，7000只電

5、阻，體積3000立方英尺，占地170平方米，重量30噸，耗電140150千瓦，機(jī)器被安裝在一排2.75米高的金屬柜里, 是一個(gè)名副其實(shí)的“龐然大物”,15:45,13,世界上第一臺(tái)數(shù)字電子計(jì)算機(jī)ENIAC,15:45,14,計(jì)算機(jī)之父馮諾依曼,1946年6月數(shù)學(xué)家馮諾依曼等提出關(guān)于電子計(jì)算裝置邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究報(bào)告,電子計(jì)算機(jī)應(yīng)該是： 1)以二進(jìn)制為運(yùn)算基礎(chǔ)；2) 采用存儲(chǔ)程序方式工作。并進(jìn)一步明確其結(jié)構(gòu)應(yīng)由五個(gè)部分組成：運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入裝置和輸出裝置。 至今絕大部分的計(jì)算機(jī)還是采用存儲(chǔ)程序式計(jì)算機(jī)的組織結(jié)構(gòu)思想及實(shí)現(xiàn)方法,15:45,15,電子計(jì)算機(jī)發(fā)展史(1),按采用的電子器件

6、劃分大致歷了四代： 第一代計(jì)算機(jī)（1946年1957年） 邏輯器件使用電子管 用穿孔卡片機(jī)作為數(shù)據(jù)和指令的輸入設(shè)備 用磁鼓或磁帶作為外存儲(chǔ)器 計(jì)算一個(gè)新的題目就得將線路重新搭接一次。 1949年出現(xiàn)可以存儲(chǔ)程序的計(jì)算機(jī)。使用機(jī)器語(yǔ)言編程，可存儲(chǔ)信息和自動(dòng)處理信息。人類存儲(chǔ)和處理信息的方法開始發(fā)生革命性的變化。,15:45,16,電子計(jì)算機(jī)發(fā)展史(2),第二代計(jì)算機(jī)（1958年1964年） 用晶體管代替電子管；內(nèi)存采用磁芯體；引入變址寄存器和浮點(diǎn)運(yùn)算硬件；利用I/O處理機(jī)提高輸入輸出能力 軟件方面配置子程序庫(kù)和批處理管理程序，并且推出了Fortran、COBOL、ALGOL等高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言及相

7、應(yīng)的編譯程序。,15:45,17,電子計(jì)算機(jī)發(fā)展史(3),第三代計(jì)算機(jī)（1965年1971年） 用小規(guī)?；蛑幸?guī)模集成電路；用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器代替磁芯存儲(chǔ)器；使用微程序設(shè)計(jì)技術(shù)簡(jiǎn)化處理機(jī)的結(jié)構(gòu)； 在軟件方面則廣泛地引入多道程序、并行處理、虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)和功能完備的操作系統(tǒng)，同時(shí)還提供了大量的面向用戶的應(yīng)用程序 三代機(jī)的典型機(jī)型是IBM360系列。,15:45,18,電子計(jì)算機(jī)發(fā)展史(4),第四代計(jì)算機(jī)（1972年現(xiàn)在） 使用大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路 完善的系統(tǒng)軟件、豐富的系統(tǒng)開發(fā)工具和商品化的應(yīng)用程序大量涌現(xiàn) 通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)飛速發(fā)展，使得計(jì)算機(jī)進(jìn)入一個(gè)大發(fā)展的階段。,15:45,19,1

8、.3 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的定義,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。 1) 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng) 是由一系列電子元器件按照一定邏輯關(guān)系聯(lián)接而成，它是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ) 2) 計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng) 是指用來(lái)指揮計(jì)算機(jī)運(yùn)行的各種程序的總和以及開發(fā)、使用和維護(hù)這些程序所需的技術(shù)資料。,15:45,20,計(jì)算機(jī)硬件基本組成示意圖,輸入設(shè)備,輸出設(shè)備,存儲(chǔ)器,CPU,運(yùn)算器,控制器,15:45,21,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次關(guān)系,15:45,22,1.3 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的定義-計(jì)算機(jī)的分類,按照計(jì)算機(jī)工作原理和運(yùn)算方式的不同，以及計(jì)算機(jī)中信息表示形式和處理方式分為： 數(shù)字式電子計(jì)算機(jī)digital computer 模擬式

9、電子計(jì)算機(jī)analog computer 數(shù)字模擬混合計(jì)算機(jī)hybrid computer 當(dāng)今廣泛應(yīng)用的是數(shù)字計(jì)算機(jī)，因此，常把數(shù)字式電子計(jì)算機(jī)(electronic digital computer)簡(jiǎn)稱為電子計(jì)算機(jī)或計(jì)算機(jī)。,15:45,23,1.3 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的定義-計(jì)算機(jī)的分類,按計(jì)算機(jī)的用途分: 通用計(jì)算機(jī)general purpose computer能解決多種類型問(wèn)題，是具有較強(qiáng)通用性的計(jì)算機(jī)。一般的數(shù)字式電子計(jì)算機(jī)多屬此類。 專用計(jì)算機(jī)special purpose computer是為解決某些特定問(wèn)題而專門設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)，如嵌入式系統(tǒng)。,15:45,24,1.3 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的

10、定義-計(jì)算機(jī)的分類,根據(jù)計(jì)算機(jī)的總體規(guī)模分類(按照計(jì)算機(jī)的字長(zhǎng)、運(yùn)算速度、存儲(chǔ)量大小、功能強(qiáng)弱、配套設(shè)備多少、軟件系統(tǒng)的豐富程度) 巨型機(jī)Super computer 大/中型計(jì)算機(jī)mainframe 小型計(jì)算機(jī)mini computer 微型計(jì)算機(jī)micro computer 網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)network computer 常見微型機(jī)可分為臺(tái)式機(jī)、便攜機(jī)、筆記本電腦、掌上型電腦等多種類型。,15:45,25,1.3 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的定義,計(jì)算機(jī)特點(diǎn) 運(yùn)算速度快 精度高 信息容量大 具有記憶和邏輯判斷能力 使用方便 適應(yīng)性強(qiáng)。,15:45,26,1.4 計(jì)算機(jī)的應(yīng)用,科學(xué)與工程計(jì)算 理論研究和工程技術(shù)

11、中龐大的數(shù)學(xué)問(wèn)題的計(jì)算 化學(xué)、物理、天文等領(lǐng)域的定理推導(dǎo)和問(wèn)題求解 在地球物理勘探、氣象預(yù)報(bào)中大量圖形圖像數(shù)據(jù)的分析 衛(wèi)星、宇宙飛船運(yùn)行軌道的計(jì)算。,15:45,27,1.4 計(jì)算機(jī)的應(yīng)用,科學(xué)與工程計(jì)算 上述計(jì)算如果采用手工，耗費(fèi)的時(shí)間已經(jīng)比人類壽命高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)。 如圓周率的計(jì)算，19世紀(jì)一位外國(guó)數(shù)學(xué)家把圓周率的值計(jì)算到小數(shù)點(diǎn)后面707位，共花了15年的時(shí)間 1984年一位日本人用計(jì)算機(jī)將 計(jì)算到1000萬(wàn)位，只用了24個(gè)小時(shí)。,15:45,28,1.4 計(jì)算機(jī)的應(yīng)用,信息處理 信息處理指信息的收集、識(shí)別、提取、加工、變換、存儲(chǔ)、傳遞、檢索、檢測(cè)和分析。 信息可以是數(shù)值的，也可以是文字的，

12、還可以是圖片或聲音的。,15:45,29,1.4 計(jì)算機(jī)的應(yīng)用,自動(dòng)控制 自動(dòng)控制也稱為實(shí)時(shí)控制或過(guò)程控制，指通過(guò)自動(dòng)檢測(cè)裝置采集工藝過(guò)程和設(shè)備狀態(tài)的數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算機(jī)分析處理，迅速對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制。,15:45,30,1.4 計(jì)算機(jī)的應(yīng)用,計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò) 計(jì)算機(jī)通信是將一臺(tái)計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的數(shù)字信息通過(guò)通信信道傳送給其他計(jì)算機(jī)。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是指將分布在不同地點(diǎn)具有獨(dú)立功能的多臺(tái)計(jì)算機(jī)通過(guò)通信設(shè)備及傳輸媒體互聯(lián)起來(lái)，按照規(guī)定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)現(xiàn)資源共享為目標(biāo)的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。,15:45,31,1.4 計(jì)算機(jī)的應(yīng)用,人工智能 是對(duì)人類的智能進(jìn)行模擬，是指計(jì)算機(jī)應(yīng)用知識(shí)進(jìn)行推理，進(jìn)而表示和執(zhí)行人類的智能活動(dòng)，

13、來(lái)模擬人腦從事的推理、學(xué)習(xí)、思考和規(guī)劃等思維活動(dòng)，并解決需要人類的智力才能處理的復(fù)雜問(wèn)題。 例如：專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和機(jī)器博弈等。IBM的“深藍(lán)”系統(tǒng)戰(zhàn)勝了國(guó)際象棋大師是計(jì)算機(jī)的機(jī)器智能水平的一次榮譽(yù)記錄，也是聰明的人工智能軟件的一個(gè)成功范例。,15:45,32,1.4 計(jì)算機(jī)的應(yīng)用,人工智能(人機(jī)大戰(zhàn)) -卡斯帕羅夫& “深藍(lán)” “深藍(lán)”計(jì)算機(jī)由國(guó)際商用機(jī)器公司IBM技術(shù)人員歷經(jīng)六年時(shí)間研制成功，它帶有256個(gè)能在一臺(tái)RS6000型計(jì)算機(jī)上同時(shí)運(yùn)行的處理器。 這臺(tái)“深藍(lán)”計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力是“深思”計(jì)算機(jī)的1000倍。它可以在3分鐘內(nèi)對(duì)500億步棋進(jìn)行分析并作出選擇。,15:45,33,1

14、.4 計(jì)算機(jī)的應(yīng)用,計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng) 是指能夠部分或全部代替人完成各項(xiàng)工作(如設(shè)計(jì)、制造及教學(xué)等)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD 計(jì)算機(jī)輔助制造CAM 計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)CAI 計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試CAT等,15:45,34,1.4 計(jì)算機(jī)的應(yīng)用,多媒體技術(shù) 多媒體技術(shù)是指把文本、圖形、圖像、動(dòng)畫、音頻、視頻等多種媒體通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息采集、數(shù)字處理、網(wǎng)絡(luò)傳輸、屏幕顯示等應(yīng)用的綜合性技術(shù)。,15:45,35,1.5 計(jì)算機(jī)科學(xué)的知識(shí)體系和分支學(xué)科,計(jì)算機(jī)科學(xué)的知識(shí)體系,計(jì)算基礎(chǔ)(數(shù)學(xué)),硬件基礎(chǔ)(電子技術(shù)),計(jì)算機(jī)科學(xué) 專業(yè)基礎(chǔ)層,計(jì)算機(jī)科學(xué)應(yīng)用層,15:45,36,1.5 計(jì)算機(jī)科學(xué)的知識(shí)體系

15、和分支學(xué)科,計(jì)算機(jī)科學(xué)的分支學(xué)科（1） 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用 計(jì)算機(jī)控制和機(jī)器人學(xué) 程序設(shè)計(jì)科學(xué)與方法論 軟件工程和方法學(xué) 理論計(jì)算科學(xué),15:45,37,1.5 計(jì)算機(jī)科學(xué)的知識(shí)體系和分支學(xué)科,計(jì)算機(jī)科學(xué)的分支學(xué)科（2） 數(shù)據(jù)庫(kù)理論和信息系統(tǒng) 人工智能與知識(shí)工程 人機(jī)工程 計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)科學(xué)史的研究,15:45,38,1.5 計(jì)算機(jī)科學(xué)的知識(shí)體系和分支學(xué)科,計(jì)算機(jī)科學(xué)知識(shí)體系的分層結(jié)構(gòu),應(yīng)用層,中間系統(tǒng)層,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),操作系統(tǒng),硬件及邏輯基礎(chǔ),軟件基礎(chǔ),社會(huì)和職業(yè)道德,15:45,39,1.6 新型計(jì)算機(jī)系統(tǒng),半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，電子學(xué)及其相關(guān)科學(xué)的發(fā)展，使計(jì)算機(jī)的總線、CP

16、U、存儲(chǔ)器、外部設(shè)備都得到了巨大改進(jìn)，但仍然是以原來(lái)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架為基礎(chǔ)，現(xiàn)有芯片制造方法將在未來(lái)10多年內(nèi)達(dá)到極限。想要克服摩爾定律的限制，可能需要在目前的計(jì)算設(shè)計(jì)上做根本改變，采用全新計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。,15:45,40,生物計(jì)算機(jī),以生物界處理問(wèn)題的方式為模型的計(jì)算機(jī)都屬于生物計(jì)算機(jī) 狹義的生物計(jì)算機(jī)主要指利用生物化學(xué)反應(yīng)算法或具有生物分子、超分子芯片的計(jì)算機(jī) 廣義的生物計(jì)算機(jī)還包括自動(dòng)機(jī)模型、仿生算法等類型。 目前主要有以下幾類： 生物分子或超分子芯片 自動(dòng)機(jī)模型和仿生算法 生物化學(xué)反應(yīng)算法,15:45,41,光計(jì)算機(jī),光計(jì)算機(jī)是用光束代替電子進(jìn)行運(yùn)算和存儲(chǔ)，它以不同波長(zhǎng)的光代表不同的數(shù)據(jù)，以大量的透鏡、棱鏡和反射鏡將數(shù)據(jù)從一個(gè)芯片傳送到另一個(gè)芯片。這種傳送方式稱為自由空間光學(xué)技術(shù)。 光計(jì)算機(jī)三大優(yōu)勢(shì)：1)光子的傳播速度；2)光子不像帶電的電子那樣相互作用，因此經(jīng)過(guò)同樣窄小的空間通道可以傳送更多數(shù)據(jù)。3)光無(wú)須物理連接。,15:45,42,量子計(jì)算機(jī),量子計(jì)算機(jī)是利用原子所具有的量子特性進(jìn)行高速數(shù)學(xué)