西南交大大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課件-第1講(定稿)

1、大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ),劉倩 lq_,2,教學(xué)資源,教材：大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)景紅主編 西南交通大學(xué)出版社 參考教材：大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)馮博琴 主編 高等教育出版社 大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教程王移芝 主編 高等教育出版社 電子教案：教務(wù)網(wǎng) ,3,教學(xué)內(nèi)容,計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) (8學(xué)時(shí)) 計(jì)算機(jī)軟件與操作系統(tǒng) (5學(xué)時(shí)) 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù) (6學(xué)時(shí)講) 信息安全技術(shù)與社會(huì)責(zé)任 （4學(xué)時(shí)） 多媒體技術(shù) (5學(xué)時(shí)) 計(jì)算機(jī)的應(yīng)用（自學(xué)）,4,上機(jī)安排,上機(jī)時(shí)間和地點(diǎn) 教學(xué)34班 4-17周(二)11-12節(jié) X7307 教學(xué)35班 4-17周(二)11-12節(jié) X7105 課后請(qǐng)各班班長留下聯(lián)系方式,5,考核方法,平時(shí)成績 出勤實(shí)

2、驗(yàn)成績 期末考試 機(jī)考(筆試),第1章 計(jì)算機(jī)基本知識(shí),7,第1章 計(jì)算機(jī)基本知識(shí),1.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述,1.2 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ),1.3 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的表示,1.4 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的控制與處理,1.5 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的輸入和輸出,1.6 拓展學(xué)習(xí) （英語）,8,1.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述,1.1.1 計(jì)算機(jī)的發(fā)展,1.1.2 計(jì)算思維,1.1.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的概念,9,計(jì)算機(jī)的史前時(shí)代 機(jī)械式計(jì)算機(jī) 從機(jī)械到電子的進(jìn)程 電子計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史 奠定計(jì)算機(jī)理論基礎(chǔ)的重要人物和思想,1.1.1 計(jì)算機(jī)的發(fā)展,10,1. 計(jì)算機(jī)的史前時(shí)代,石頭計(jì)算到算盤,公元前3000年的古埃及人用結(jié)繩來記錄土地面積和收獲的谷物,

3、公元前2000年的美索不達(dá)米亞人用泥板計(jì)數(shù)，這塊泥板上的契形文字代表25。,我國古代數(shù)學(xué)家祖沖之（公元429年公元500年）就是用算籌計(jì)算出圓周率值介于3.1415926和3.1415927之間。,11,1. 計(jì)算機(jī)的史前時(shí)代,石頭計(jì)算到算盤,珠算被稱為我國“第五大發(fā)明”，最早記錄于漢朝人徐岳撰寫的數(shù)術(shù)記遺一書里。,算圣劉洪及其發(fā)明的珠算盤。,12,1. 計(jì)算機(jī)的史前時(shí)代,計(jì)算尺和計(jì)算器,John Napier(1550-1617) 約翰納皮爾， 英國數(shù)學(xué)家、對(duì)數(shù)的發(fā)明人,納皮爾算籌(Napiers bones) 1612年發(fā)明,這種計(jì)算工具由十根長條狀的木棍組成，木棍的表面雕刻著類似于乘法表

4、的數(shù)字，納皮爾用它來幫助進(jìn)行乘除法計(jì)算，使數(shù)字運(yùn)算得到極大簡化。,13,1. 計(jì)算機(jī)的史前時(shí)代,計(jì)算尺和計(jì)算器,Casio 14-A 史上第一臺(tái)商用小型電子計(jì)算器 1957年發(fā)明,一款普通的袖珍電子計(jì)算器,14,2. 機(jī)械式計(jì)算機(jī),帕斯卡加法機(jī),Blaise Pascal(16231662),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20英寸、寬4英寸、高3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)，用專用的鐵筆來撥動(dòng)轉(zhuǎn)輪以輸入數(shù)字。最多可把八位長的數(shù)字加起來。,布萊斯帕斯卡 法國數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家、思想家,保存在巴黎國立工藝博物館的帕斯卡加法機(jī)，1642年發(fā)明

5、,15,萊布尼茲乘法機(jī),Gottfried Leibniz(16461716),1674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100厘米、寬30厘米、高25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)傳動(dòng)。,戈特費(fèi)里德萊布尼茲 德國數(shù)學(xué)家、微積分獨(dú)立發(fā)明人,2. 機(jī)械式計(jì)算機(jī),16,差分機(jī)和分析機(jī),現(xiàn)代計(jì)算機(jī)奠基人 英國劍橋大學(xué)教授查爾斯巴貝奇,1822年，差分機(jī) 倫敦科學(xué)博物館的復(fù)制品,Charles Babbage (1791-1871),2. 機(jī)械式計(jì)算機(jī),差分機(jī)是用蒸氣激活的而且體積十分龐大，它有一貯存程序，可以進(jìn)行計(jì)算并把結(jié)果

6、自動(dòng)地印出來?？梢蕴幚?個(gè)不同的5位數(shù)，計(jì)算精度達(dá)到6位小數(shù)。,17,差分機(jī)和分析機(jī),后人根據(jù)巴貝奇圖紙制造的“分析機(jī)”,1834年，巴貝奇提出通用計(jì)算機(jī)“分析機(jī)”構(gòu)想，直至他去世也未制成。 分析機(jī)有現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的基本組件，即五個(gè)功能部件：輸入、輸出、存儲(chǔ)、控制和運(yùn)輸。所以巴貝奇被稱為“計(jì)算機(jī)之父”,2. 機(jī)械式計(jì)算機(jī),18,電子文明的曙光電子二極管、三極管,John Fleming (1848-1945),1904年，英國青年工程師約翰弗萊明發(fā)明真空二極管,Lee De Forest (1873-1961),1906年，美國人李德福雷斯特 發(fā)明能起放大作用的真空三極管。,3. 從機(jī)械到電子的進(jìn)

7、程,19,Konrad Zuse (1910-1995),數(shù)字計(jì)算機(jī)之父克蘭德楚澤,3. 從機(jī)械到電子的進(jìn)程,Z系列計(jì)算機(jī),Z 1 計(jì)算機(jī)最大的貢獻(xiàn)是楚澤第一次采用了二進(jìn)制數(shù)，在薄鋼板組裝的存儲(chǔ)器中，楚澤用一個(gè)在細(xì)孔中移動(dòng)的針，指明數(shù)字“0 ”或“1 ”。 這臺(tái)機(jī)器采用了“穿孔帶”輸入程序，數(shù)據(jù)則由一個(gè)數(shù)字鍵盤敲入，計(jì)算結(jié)果用小電燈泡顯示。,20,由于純機(jī)械式Z 1 計(jì)算機(jī)性能不理想，第二年，楚澤的朋友給了他一些電話公司廢棄的繼電器，楚澤用它們組裝了第二臺(tái)電磁式計(jì)算機(jī)Z 2，這臺(tái)機(jī)器已經(jīng)可以正常工作。這時(shí)，他的工作引起德國飛機(jī)實(shí)驗(yàn)研究所的關(guān)注，使他得到了一筆資助。 1941 年，第三臺(tái)電磁式計(jì)

8、算機(jī)Z3 完成，使用了2600 個(gè)繼電器，用穿孔紙帶輸入，實(shí)現(xiàn)了二進(jìn)制數(shù)程序控制。程序控制思想雖然過去也有人提倡，但楚澤是把它付諸實(shí)施的第一人。Z 3能達(dá)到每秒3 4次加法的運(yùn)算速度，或者在3 5秒內(nèi)完成一次乘法運(yùn)算。,3. 從機(jī)械到電子的進(jìn)程,21,德國博物館中存放的Z4計(jì)算機(jī),3. 從機(jī)械到電子的進(jìn)程,它是最先采用程序控制的數(shù)字計(jì)算機(jī),楚澤于1945 年又建造了一臺(tái)比Z3 更先進(jìn)的電磁式Z4 計(jì)算機(jī)，存儲(chǔ)器單元也從64位擴(kuò)展到1024 位，繼電器幾乎占滿了一個(gè)房間。為了使機(jī)器的效率更高，楚澤甚至設(shè)計(jì)了一種編程語言Plankalkuel ，這一成果使楚澤也躋身于計(jì)算機(jī)語言先驅(qū)者行列。,22,

9、MARK系列計(jì)算機(jī),Howard Aiken (1900-1973),MARK系列計(jì)算機(jī)發(fā)明人 美國哈佛大學(xué)數(shù)學(xué)教授 霍華德艾肯,哈佛大學(xué)的MARK-I,3. 從機(jī)械到電子的進(jìn)程,“Haward Mark I” 為執(zhí)行計(jì)算，事先排定指令，編制程序手冊(cè)，并將它轉(zhuǎn)換于紙帶上，成為打孔的組合，指示機(jī)械，如此使機(jī)械能依循程序手冊(cè)，實(shí)行計(jì)算。這種處理方式稱為，自動(dòng)逐次控制方式。,23,4. 電子計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史,ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Calculator）： 1946年2月14日，誕生在美國馬里蘭州阿貝丁陸軍試炮場,第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)的誕生,24

10、,ENIAC的性能指標(biāo)： 每秒5000次加法 17468個(gè)電子管 7200個(gè)二極管、70000個(gè)電阻器、10000個(gè)電容器、6000個(gè)繼電器 占地170平方米 總重量30噸 耗電174KW,ENIAC兩位設(shè)計(jì)者莫契利和?？颂?ENIAC博物館中的部分器件,4. 電子計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史,25,電子管計(jì)算機(jī)時(shí)代：1946年20世紀(jì)50年代后期 (1)主要特點(diǎn) 邏輯元件電子管 主 存磁鼓 輔 存磁帶 軟 件機(jī)器語言、符號(hào)語言 應(yīng) 用科學(xué)計(jì)算 (2)主要成就 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6月，美國數(shù)學(xué)家、普林斯頓大學(xué)教授約翰馮諾依曼（John Von Neumann）提出了“存

11、儲(chǔ)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)算機(jī)組成與工作原理基礎(chǔ)。,4. 電子計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史,26,晶體管計(jì)算機(jī) 1947年，晶體管誕生。,晶體管的三位發(fā)明人 因這項(xiàng)偉大發(fā)明，三人獲得1956年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),威廉肖克利,約翰巴丁,沃爾特布拉坦,4. 電子計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史,27,晶體管與電子管的比較： 體積比電子管小很多 耗電大大降低 穩(wěn)定性有很大提高,電子管實(shí)物,晶體管實(shí)物,1955年，貝爾實(shí)驗(yàn)室使用800只晶體管組裝了世界上第一臺(tái)晶體管計(jì)算機(jī)TRADIC。 (Transistor Digital Computer),4. 電子計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史,28,晶體管計(jì)算機(jī)時(shí)代：20世紀(jì)50年代中期

12、20世紀(jì)60年代中期 (1)主要特點(diǎn) 邏輯元件 晶體管 主 存 磁芯 輔 存 磁盤 軟 件 高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言、操作系統(tǒng) 應(yīng) 用 除科學(xué)計(jì)算外，已應(yīng)用于數(shù)據(jù)處理、過程控制 (2)主要成就 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。 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。,4. 電子計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史,29,1959年，集成電路宣告誕生。,1958年9月12日，在德克薩斯儀器（TI）公司工作的杰克基爾比（Jack Kilby）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塊晶片上）。1959年2月6日，基爾比向美國專利局申報(bào)專

13、利“小型化電子電路（No. 3138743）”。 1959年7月30日，美國仙童公司的羅伯特諾伊斯（Robort Noyce）也宣稱制出第一塊集成電路，并向美國專利局申請(qǐng)專利“半導(dǎo)體器件和引線結(jié)構(gòu)（No. 2981877）”。,杰克基爾比,羅伯特諾伊斯,4. 電子計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史,集成電路計(jì)算機(jī),30,集成電路與晶體管的比較：,集成電路實(shí)物,晶體管實(shí)物,1964年4月7日，在IBM公司成立50周年之際，由年僅40歲的吉恩阿姆達(dá)爾(GeneAmdahl)擔(dān)任主設(shè)計(jì)師，歷時(shí)四年研發(fā)的IBM360計(jì)算機(jī)問世，標(biāo)志著第三代計(jì)算機(jī)的全面登場，這也是IBM歷史上最為成功的機(jī)型之一。,4. 電子計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史

14、,把幾十個(gè)或幾百個(gè)分立的電子元件集中做在一塊幾平方毫米的硅片上(集成電路芯片),31,集成電路計(jì)算機(jī)時(shí)代：20世紀(jì)60年代中20世紀(jì)70年代初 (1)主要特點(diǎn) 邏輯元件集成電路 主 存半導(dǎo)體 輔 存磁盤 軟 件高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言、操作系統(tǒng) 應(yīng) 用科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、過程控制 (2)主要成就 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，典型代表是IBM360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。 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。,4. 電子計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史,32,大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī) 微處理器的出現(xiàn) 1971年，Intel公司宣稱，他們首創(chuàng)了一種

15、“開啟集成電路新紀(jì)元”的半導(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CPU（Central Processing Unit，中央處理器）集成在一塊芯片上。,第一塊微處理器芯片Intel 4004及其發(fā)明人特德霍夫,4. 電子計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史,33,微型計(jì)算機(jī) (1)第一臺(tái)微型機(jī)：Altair 8800 1975年4月，微型儀器與自動(dòng)測量系統(tǒng)公司（MITS）推出了首臺(tái)通用型Altair 8800，售價(jià)375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)。 (2)PC機(jī)：Personal Computer 1981年8月12日，IBM公司正式推出了全球第一臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)IBM

16、PC。該機(jī)采用主頻4.77MHz的Intel 8088微處理器，運(yùn)行Microsoft公司專門為IBM PC開發(fā)的MS-DOS操作系統(tǒng)。,第一臺(tái)微型計(jì)算機(jī) Altair 8800,第一臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī) IBM PC,4. 電子計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史,34,大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)時(shí)代：20世紀(jì)70年代初期至今 (1)主要特點(diǎn) 邏輯元件 大規(guī)模/超大規(guī)模集成電路（LSI/VLSI） 主 存 LSI/VLSI半導(dǎo)體芯片 輔 存 磁盤、光盤 軟 件 高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言、操作系統(tǒng) 應(yīng) 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)為特征的應(yīng)用時(shí)代,4. 電子計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史,35,(2)主要成就 1971年Inte

17、l公司成功地研制出了4004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486、586、pentium、Intel Core i7。 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)用軟件層出不窮，極大地方便了用戶。 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。 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)施當(dāng)中。,4. 電子計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史,36,4. 電子計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史,37,第

18、五代計(jì)算機(jī) 從20世紀(jì)80年代開始，日本、美國、歐洲等發(fā)達(dá)國家都宣布開始新一代計(jì)算機(jī)的研究。人們普遍認(rèn)為新一代計(jì)算機(jī)應(yīng)該是智能型的，它能模擬人的智能行為，理解人類自然語言，并繼續(xù)向著微型化、巨型化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。,4. 電子計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史,Altair 8800,Deepblue,曙光3000,38,計(jì)算機(jī)發(fā)展 智能化,智能化是指讓計(jì)算機(jī)具有模擬人的感覺、行為、思維過程的機(jī)理，使計(jì)算機(jī)具備邏輯推理、學(xué)習(xí)等能力。,智能機(jī)器人,Deepblue,Carry Kasparov,目前，已研制出各種“機(jī)器人”，有的能代替人從事各種復(fù)雜、危險(xiǎn)的勞動(dòng)，有的能與人下棋等。,例如，IBM公司研制的“深藍(lán)”計(jì)算機(jī)，

19、每秒能執(zhí)行50100億次運(yùn)算，每秒能計(jì)算出200 300萬步棋。1996年2月10日，超一流國際象棋大師卡斯帕羅夫以三勝兩和一負(fù)的成績戰(zhàn)勝了“深藍(lán)”。但在1997年5月12日，這位歷史上最偉大的人類旗手卻敗在“更深的藍(lán)”計(jì)算機(jī)手下。,39,計(jì)算機(jī)發(fā)展 微型化,計(jì)算機(jī)不再是單一的計(jì)算機(jī)器，而是一種信息機(jī)器，一種個(gè)人的信息機(jī)器。,Altair 8800,40,計(jì)算機(jī)發(fā)展 巨型化,運(yùn)算速度可達(dá)每秒萬億次以上運(yùn)算的超級(jí)計(jì)算機(jī)。 1975年世界上第一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)“Cray-I”超級(jí)計(jì)算機(jī)應(yīng)用：天氣預(yù)報(bào)、地震機(jī)理研究、石油和地質(zhì)勘探，衛(wèi)星圖像處理等大量科學(xué)計(jì)算的高科技領(lǐng)域。,CRAY-I,41,全球超級(jí)計(jì)

20、算機(jī)五百強(qiáng)最新榜單,第一名： 天河二號(hào)（Tianhe-2） 天河二號(hào)是由中國國防科技大學(xué)開發(fā)的超級(jí)計(jì)算機(jī)，今年以持續(xù)計(jì)算速度每秒33.85Petaflops（3.39億億次）的優(yōu)越性能位居榜首。它使用Intel Xeon處理器和Nvidia gpu，183368個(gè)處理核心。 petaflop是衡量計(jì)算機(jī)性能的一個(gè)重要單位，1 petaflop等于每秒鐘進(jìn)行1千萬億次的數(shù)學(xué)運(yùn)算。,世界超級(jí)計(jì)算機(jī)TOP500組織于北京時(shí)間2013年6月17日下午，在德國萊比錫舉行的“2013國際超級(jí)計(jì)算大會(huì)”上，正式發(fā)布第41屆世界超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)排名。,42,全球超級(jí)計(jì)算機(jī)五百強(qiáng)最新榜單,NO.2 泰坦 泰坦

21、是一臺(tái)安裝在美國能源部(DOE)的橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室Cray XK7系統(tǒng)的超級(jí)計(jì)算機(jī)，原世界排名第1位，現(xiàn)世界排名第2位。泰坦使用261,632的NVIDIA K20 x加速器核心，取得了持續(xù)計(jì)算速度每秒1.76億億次的記錄。,NO.3 紅杉 紅杉是安裝在美國能源部勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室的一臺(tái)IBM藍(lán)色基因/ Q系統(tǒng)超級(jí)計(jì)算機(jī)，今年名次也下滑一位，現(xiàn)在位于榜單第三位。紅杉于2011出世，使用1572864個(gè)計(jì)算核心，并已取得了持續(xù)計(jì)算速度每秒1.72億次的性能記錄。,43,計(jì)算機(jī)發(fā)展 網(wǎng)絡(luò)化,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展動(dòng)力：使用遠(yuǎn)程資源，共享程序、數(shù)據(jù)和信息

22、資源，網(wǎng)絡(luò)用戶的通訊和合作。,44,常見的計(jì)算機(jī)類型 P4自學(xué),超級(jí)計(jì)算機(jī)（Super Computer） 企業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)（Main Computer） 微型計(jì)算機(jī)（MicroComputer） 微型控制器（MicroController）,45,5. 奠定現(xiàn)代計(jì)算機(jī)理論基礎(chǔ)的重要人物和思想,圖靈、圖靈機(jī)及圖靈測試 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： 24歲，提出圖靈機(jī)理論； 31歲，參與Colossus（二戰(zhàn)時(shí)英國破解德 國通 信密碼的計(jì)算機(jī)）的研制； 33歲，構(gòu)思了仿真系統(tǒng)； 35歲，提出自動(dòng)程序設(shè)計(jì)概念； 38歲，設(shè)計(jì)了“圖靈測試”； ,計(jì)算機(jī)與人工智

23、能之父，英國數(shù)學(xué)家、邏輯學(xué)家 阿蘭圖靈（Alan Turing，1912-1954）,46,圖靈機(jī) 1936年5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“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 to the Entscheidungsproblem)。在這篇開創(chuàng)性的論文中，圖靈給“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“圖靈機(jī)(Turing Machine)”的設(shè)想。,5. 奠定現(xiàn)代計(jì)算機(jī)理論基礎(chǔ)的重要人物和思想,圖靈機(jī)模型示意圖,圖靈機(jī)就是指一個(gè)抽象的機(jī)器，它有一條無限長的紙帶，紙帶分成了一

24、個(gè)一個(gè)的小方格，每個(gè)方格有不同的顏色。有一個(gè)機(jī)器頭在紙帶上移來移去。機(jī)器頭有一組內(nèi)部狀態(tài)，還有一些固定的程序。在每個(gè)時(shí)刻，機(jī)器頭都要從當(dāng)前紙帶上讀入一個(gè)方格信息，然后結(jié)合自己的內(nèi)部狀態(tài)查找程序表，根據(jù)程序輸出信息到紙帶方格上，并轉(zhuǎn)換自己的內(nèi)部狀態(tài)，然后進(jìn)行移動(dòng)。,47,圖靈測試 1950年10月，圖靈發(fā)表一篇題為“計(jì)算機(jī)器與智能”(Computing machinery and intelligence)的論文，成為劃時(shí)代之作。 在這篇論文里，圖靈第一次提出“機(jī)器思維”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

25、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)，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“圖靈測試”（Turing Testing）。,5. 奠定現(xiàn)代計(jì)算機(jī)理論基礎(chǔ)的重要人物和思想,48,圖靈獎(jiǎng) 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1966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“計(jì)算機(jī)界諾貝爾獎(jiǎng)”之稱。 首位華人獲獎(jiǎng)?wù)?000年圖靈獎(jiǎng)得主，姚期智 首位女性獲獎(jiǎng)?wù)?006年圖靈獎(jiǎng)得主，法蘭西斯

26、艾倫,5. 奠定現(xiàn)代計(jì)算機(jī)理論基礎(chǔ)的重要人物和思想,姚期智,法蘭西斯艾倫 (Frances Allen),49,馮諾伊曼及馮諾伊曼結(jié)構(gòu) 1945年6月30日，馮諾依曼發(fā)表“101頁報(bào)告”First Draft of a Report on the EDVAC； 1946年7、8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“電子計(jì)算機(jī)邏輯設(shè)計(jì)初探”（Preliminary discussion of the the logical design of an electronic computing instrument）。,5. 奠定現(xiàn)代計(jì)算機(jī)理論基礎(chǔ)的重要人物和思想,現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)之父 馮諾伊

27、曼,這兩篇報(bào)告的綜合設(shè)計(jì)思想，便是著名的“馮諾依曼結(jié)構(gòu)（von Neumann Architecture）”。報(bào)告明確指出： 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； 計(jì)算機(jī)由5部分構(gòu)成：運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入和輸出裝置； 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，從而自動(dòng)完成程序描述的處理工作。(即，“存儲(chǔ)程序”思想),50,注意：ENIAC并不是基于“存儲(chǔ)程序”工作的計(jì)算機(jī)！,5. 奠定現(xiàn)代計(jì)算機(jī)理論基礎(chǔ)的重要人物和思想,第一臺(tái)“存儲(chǔ)程序”電子計(jì)算機(jī)EDSAC，英國劍橋大學(xué)教授威爾克斯主持。,下面機(jī)器是較早實(shí)現(xiàn)“馮

28、諾依曼結(jié)構(gòu)”、按照“存儲(chǔ)程序程序控制”工作的計(jì)算機(jī)： IAS馮諾依曼主持 EDVAC馮諾依曼主持 EDSAC莫里斯威爾克斯主持,馮諾伊曼及IAS機(jī),EDVAC,1.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述,1.1.1 計(jì)算機(jī)的發(fā)展,1.1.2 計(jì)算思維,1.1.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的概念,52,計(jì)算思維（Computational thinking,CT）由美國美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)（ Carnegie Mellon）計(jì)算機(jī)科學(xué)教授周以真女士于2006年提出。 她認(rèn)為，計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、以及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)。 計(jì)算思維代表著一種普遍的態(tài)度和一類普適的技能

29、，每一個(gè)人都應(yīng)熱心于它的學(xué)習(xí)和運(yùn)用。,1.1.2 計(jì)算思維,53,計(jì)算思維舉例,在排好序的花名冊(cè)中查找某個(gè)人 線性搜索、二分查找 在銀行窗口、超市排隊(duì) 任務(wù)調(diào)度的性能分析 將小孩一天要上的課的課本放入書包 預(yù)取與緩沖 送小孩去參加各種興趣 貨郎擔(dān)問題,準(zhǔn)備晚餐 并行處理 清理衣柜 替換留下需要的、丟掉不用并且占地方的,54,計(jì)算機(jī)求解問題的過程,把實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為 數(shù)學(xué)問題，建立數(shù) 學(xué)模型,設(shè)計(jì)算法（解決問 題的方法與步驟）,計(jì)算機(jī)編程,在計(jì)算機(jī)中運(yùn)行， 結(jié)果演示,提出問題 1202年，意大利數(shù)學(xué)家斐波那契出版了他的算盤全書。他在書中提出了一個(gè)關(guān)于兔子繁殖的問題： 如果一對(duì)兔子每月能生一對(duì)小兔（

30、一雄一雌），而每對(duì)小兔在它出生后的第三個(gè)月里，又能開始生一對(duì)小兔，假定在不發(fā)生死亡的情況下，由一對(duì)出生的小兔開始，8個(gè)月后會(huì)有多少對(duì)兔子？,55,利用計(jì)算機(jī)求解問題的過程,分析問題 在第一個(gè)月時(shí)，只有一對(duì)小兔子，過了一個(gè)月，那對(duì)兔子成熟了，在第三個(gè)月時(shí)便生下一對(duì)小兔子，這時(shí)有兩對(duì)兔子。再過一個(gè)月，成熟的兔子再生一對(duì)小兔子，而另一對(duì)小兔子長大，有三對(duì)小兔子。如此推算下去，便發(fā)現(xiàn)一個(gè)規(guī)律：,56,利用計(jì)算機(jī)求解問題的過程,建立數(shù)學(xué)模型 由此可知，從第一個(gè)月開始以后每個(gè)月的兔子總數(shù)是:1,1,2,3,5,8,13,21, 若把上述數(shù)列繼續(xù)寫下去，得到的數(shù)列便稱為斐波那契數(shù)列。數(shù)列中每個(gè)數(shù)便是前兩個(gè)數(shù)

31、之和，而數(shù)列的最初兩個(gè)數(shù)都是1。 若設(shè) F0=1, F1=1, F2=2, F3=3, F4=5, F5=8, F6=13. 則：當(dāng)n1時(shí)，F(xiàn)n+2 = Fn+1 + Fn，且 F0=F1=1。,57,利用計(jì)算機(jī)求解問題的過程,把實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為 數(shù)學(xué)問題，建立數(shù) 學(xué)模型,設(shè)計(jì)算法（解決問 題的方法與步驟）,計(jì)算機(jī)編程,在計(jì)算機(jī)中運(yùn)行， 結(jié)果演示,計(jì)算思維中的抽象,計(jì)算思維中的自動(dòng)化,計(jì)算思維最根本的內(nèi)容，即其本質(zhì)是抽象（Abstraction）與自動(dòng)化（Automation）。 計(jì)算思維中的抽象完全超越物理的時(shí)空觀，并完全用符號(hào)來表示，其中，數(shù)字抽象只是其中的一類特例。 計(jì)算思維中的抽象最終是要能夠利用機(jī)器的一步步自動(dòng)執(zhí)行。為了確保機(jī)器的自動(dòng)化，就需要在抽象的過程中進(jìn)行精確和嚴(yán)格的符號(hào)標(biāo)記和建模。 還要求計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或軟件系統(tǒng)生產(chǎn)廠家能夠向公眾提供各種不同抽象層次之間的翻譯工具。,1.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述,1.1.1 計(jì)算機(jī)的發(fā)展,1.1.2 計(jì)算思維,1.1.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的概念,59,個(gè)人臺(tái)式計(jì)算機(jī) (PC),多媒體計(jì)算機(jī),筆記本計(jì)算機(jī),掌上型計(jì)算機(jī),認(rèn)識(shí)目前我們生活和工作中常見的計(jì)算機(jī),60,1.1.3 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的概念,