第1章緒論(第三版32簡化)

1、第,1,章,緒,論,內(nèi)容提要,本章主要將介紹計算機(jī)的定義、分類、,特點、用途和發(fā)展等基本概念。,通過本章的學(xué)習(xí)，應(yīng)理解計算機(jī)的基,本概念。,計算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,1.1,計算機(jī)的基本概念,1.1.1,什么是計算機(jī),計算機(jī)是一種能夠按照事先存儲的程序，自,動、高速地對,數(shù)據(jù),進(jìn)行輸入、處理、輸出和存儲,的系統(tǒng)。,計算機(jī)能夠完成的基本操作及其主要功能：,?,輸入：接受由輸入設(shè)備（如鍵盤、鼠標(biāo)器、掃,描儀等）提供的數(shù)據(jù)。,?,處理：對數(shù)值、邏輯、字符等各種類型的數(shù)據(jù),進(jìn)行操作，按指定的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換。,?,輸出：將處理所產(chǎn)生的的結(jié)果等數(shù)據(jù)送到相關(guān),輸出設(shè)備。,?,存儲：存儲程序和數(shù)據(jù)。,計算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,1.

2、1.2,計算機(jī)的分類,1.,按處理的信號：,2.,按用途,:,數(shù)字式計算機(jī),模擬式計算機(jī),數(shù)?；旌陀嬎銠C(jī),通用計算機(jī),專用計算機(jī),巨型機(jī),(Supercomputer),大型機(jī)（,Mainframe),小型機(jī),(Minicomputer ),微型機(jī)（,PC: Personal Computer,）,嵌入式計算機(jī)（單片機(jī)）,計算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,3.,按規(guī)模,:,1.,巨型機(jī),運算速度快、存儲容量大，可達(dá)千萬億次每秒以上運算速,度，主存容量一般在幾十千兆字節(jié)以上，字長在,128,位以上,運算速度一般在億次,/,秒，字長達(dá),64,位以上，主存容量在幾,千兆字節(jié)以上。它有比較完善的指令系統(tǒng)，豐富的外部設(shè),

3、備和功能齊全的軟件系統(tǒng)。,2.,大型機(jī),3.,小型機(jī),規(guī)模較小、結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、操作簡便、維護(hù)容易。,4.,微型機(jī),5.,嵌,入,式,計算機(jī),采用微處理器、半導(dǎo)體存儲器和輸入輸出接口等芯片組裝，,具有體積更小、價格更低、通用性更強(qiáng)、靈活性更好、可,靠性更高、使用更加方便等優(yōu)點。,把運算器、控制器、存儲器輸入輸出接口電路集成在一塊,芯片上，內(nèi)嵌在其他設(shè)備中。,計算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,1.1.3,計算機(jī)的特點,1.,2.,3.,4.,5.,運算速度快,:,如巨型機(jī)可達(dá)千萬億次,/,秒。,計算精度高：微型機(jī)的字長可達(dá),64,位二進(jìn)制。,具有記憶和邏輯判斷功能,:,指能進(jìn)行與、或、非等的,邏輯運算。,存儲

4、能力強(qiáng)：能夠存儲大量的各種信息。,能自動運行且支持人機(jī)交互：把編好的程序存入計,算機(jī)，發(fā)出運行指令后，計算機(jī)不需要人工干預(yù)可,以依次逐條執(zhí)行。人工干預(yù)時計算機(jī)能對其問題做,出相應(yīng)的回答。,計算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,1.1.4,計算機(jī)的用途,計算機(jī)所以能迅速發(fā)展，其生命力,就在于它的廣泛應(yīng)用。最早設(shè)計計算機(jī),的目的是用于軍事方面的科學(xué)計算，目,前，計算機(jī)及其應(yīng)用已經(jīng)滲透到社會的,各行各業(yè)，正在改變著傳統(tǒng)的工作、學(xué),習(xí)和生活的方式，推動著社會的發(fā)展，,如：科研、工業(yè)、商業(yè)、軍事、教育、,醫(yī)藥、政府、娛樂、家庭等。,歸納起來主要有以下幾種用途：,計算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,1.,科學(xué)計算,第一章,微型計算機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工

5、作原理,通常是指用于完成科學(xué),研究和工程技術(shù)中提出的數(shù),學(xué)問題的計算。這是計算機(jī),應(yīng)用最早的領(lǐng)域，也是應(yīng)用,得較廣泛的領(lǐng)域。,如：,?,的計算、中,長,期,天,氣,預(yù),報,及,導(dǎo),彈,發(fā),射,中,的,計,算,等。,計算機(jī)在科學(xué)計算和工程設(shè)計中的應(yīng)用，不僅減輕了,大量繁瑣的計算工作量，更重要的是，使得一些以往無,法解決、無法及時解決或無法精確解決的問題得到圓滿,的解決,。,計算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,2.,信息處理,是指對大量的,數(shù)據(jù)信息,進(jìn)行采集、查詢、分類、,排序、統(tǒng)計、存儲及傳輸?shù)鹊燃庸ぬ幚怼?計算機(jī)發(fā)展初期，僅僅用于數(shù)值計算。但是后,來應(yīng)用范圍逐漸發(fā)展到非數(shù)值領(lǐng)域，這是計算機(jī),應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域。,如

6、：企業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)、,物資管理系統(tǒng)、資料圖書,管理系統(tǒng)、人事管理系統(tǒng),等等。,計算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,3.,實時控制,實時控制，是指用計算機(jī)及時采集檢測數(shù)據(jù)，按,最佳值迅速地對控制對象進(jìn)行自動控制或自動調(diào)節(jié)。,如對工業(yè)生,產(chǎn)領(lǐng)域的過程控,制，即對生產(chǎn)過,程進(jìn)行監(jiān)視和控,制；控制飛機(jī)飛,行姿態(tài)、地形回,避及導(dǎo)彈攔截等。,計算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,4.,計算機(jī)輔助工程,第一章,微型計算機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理,CAX(X=D,、,M,、,T,、,I,等,),CAD,?,計算機(jī)輔助設(shè)計,CAM,?,計算機(jī)輔助制造,CAT,?,計算機(jī)輔助測試,CAI,?,計算機(jī)輔助教學(xué),?,CMI,計算機(jī)管理教學(xué),計算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,5.,

7、人工智能,計算機(jī)模擬人的智能。如機(jī)器人、專家系,統(tǒng)、語音識別系統(tǒng)、圖形圖像等模式識別系,統(tǒng)。,計算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,6.,網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用,利用通信設(shè)備將異地計,算機(jī)系統(tǒng)連接起來，實現(xiàn),資源共享和信息傳播。如,：,信息高速公路,計算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,第一章,微型計算機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理,電子商務(wù),電,子,商,務(wù),（,源,于,英,文,ELECTRONIC,COMMERCE,簡寫,EC,），顧名思義包含兩個方面：,一是電子方式，二是商貿(mào)活動，電子商務(wù)指的是利,用簡單、快捷、低成本的電子通訊方式、買賣雙方,不謀面地進(jìn)行商貿(mào)活動。,電子商務(wù)的真正發(fā)展是建立在,INTERNET,技術(shù),上，所以也稱,IC(INTERNET

8、,COMMERCE).,計算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,7.,儀器儀表與智能家電,儀器儀表,將,傳,感,器,與,計,算,機(jī),集成于同一芯片上，智能,傳感器不僅具有信號檢測、,轉(zhuǎn)換功能，同時還具有記,憶、存儲、解析、統(tǒng)計、,處理及自診斷、自校準(zhǔn)、,自適應(yīng)等功能。,計算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,智能家電,計算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,辦公自動化,計算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,1.1.5,計算機(jī)的發(fā)展,1,、計算機(jī)的誕生,戰(zhàn)國時代算籌,唐末出現(xiàn)算盤。,1642,年法國數(shù)學(xué)家發(fā)明了加減法機(jī)械計算器。,1654,年英國人制造出第一把計算尺。,1654,年德國數(shù)學(xué)家研制出能進(jìn)行加減乘除的計算尺。,1887,年出現(xiàn)了手搖計算機(jī)。,1946,年美國誕生了第一臺電子計

9、算機(jī),ENIAC,。,埃尼阿克（,Electronic Numerical Integrator And,Calculator,）,即電子數(shù)值積分計算機(jī),),在美國賓夕法,尼亞大學(xué)誕生,為計算彈道和射擊而設(shè)計,它的主要元器件,采用的是電子管。,計算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,加法器,1642 Blaise Pascal,1822,差分機(jī),1946 ENIAC,計算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,世界上第一臺計算機(jī),ENIAC,?,5000,次加法,/,秒,?,體重,28,噸,?,占地,170m,2,?,18800,只電子管,?,1500,個繼電器,?,功率,150KW,圖,1,計算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,計算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,圖,2,計算機(jī)科學(xué)導(dǎo)

10、論,圖,3,2,、計算機(jī)的發(fā)展階段,（,1,）第一代計算機(jī),電子管計算機(jī)時代，,1946,20,世紀(jì),50,年代末。,電子管,作為主要邏輯部件。體積大，耗電量大，,壽命短，可靠性差，成本高。,采用電子射線管、磁鼓存儲信息，容量小。,輸入輸出裝置落后，主要使用穿孔卡片，速度慢，,容易出錯，使用不方便。,軟件,:,使用機(jī)器語言和匯編語言編程。,典型機(jī)器：,國外的：,ENIAC,、,UNIVAC,。,電子管,國內(nèi)的：,103,、,104,等。,計算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,（,2,）第二代計算機(jī),晶體管計算機(jī)時代，,1958,1964,年。,主要特點：,晶體管,作為主要邏輯部件，體積減小，重量減,輕，成本下降，能

11、耗降低，可靠性和運算速度到,了提高。,采用磁芯作主存儲器，磁盤、磁鼓作外存儲器。,軟件方面有了系統(tǒng)軟件（監(jiān)控程序），提出了,操作系統(tǒng)的概念，出現(xiàn)了高級語言。,這一時期的典型機(jī)器：,國外的：,IBM7090,等,晶體管,國內(nèi)的：,441B,等,計算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,（,3,）第三代計算機(jī),集成電路計算機(jī)時代，,1964,1972,年。,中、小規(guī)模集成電路,做主要邏輯部件。,采用半導(dǎo)體存儲器做主存儲器。,軟件：系統(tǒng)軟件出現(xiàn)了分時操作系統(tǒng)，多用,戶可以共享計算機(jī)資源。,程序設(shè)計方法：采用了結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計。,典型機(jī)器：,國外,IBM-360,等,;,國內(nèi),709,等,集成電路,計算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,（,4,）第四

12、代計算機(jī),大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路計算機(jī)時代，,1972,年至今。,大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路,作基本邏輯部件。,存儲器：半導(dǎo)體存儲器；外存除了使用軟、硬,磁盤外，引進(jìn)了光盤。,輸入輸出設(shè)備：如鼠標(biāo)、圖像掃描儀、純平及,液晶顯示器、激光打印機(jī)、繪圖儀等。,各種實用軟件層出不窮。,多媒體技術(shù)崛走。,大規(guī)模集成電路,計算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,圖表,邏輯元件,第一代,1949,1957,電子管,程序設(shè)計,語言,機(jī)器語言,匯編語言,FORTRA,NALGOL,、,COBOL,操作系統(tǒng),和會話式,語言,面向?qū)ο?運算速度,幾千次,/,秒,內(nèi)存容量,幾,KB,第二代,19581964,第三代,19651970,第四代

13、,1971,晶體管,中小規(guī)模,集成電路,大規(guī)?；?超大規(guī)模,集成電路,幾十萬次,/,秒,百萬次,/,秒,幾百萬億,次,/,秒,幾十,KB,幾,MB,幾百,MB,第五代智能化計算機(jī)正在研制之中，使計算機(jī)具有人工智能，像人,一樣能看、聽、說、思考，具有學(xué)習(xí)功能，能自動進(jìn)行邏輯判斷等,計算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,3,、計算機(jī)的發(fā)展趨勢：,（,1,）,微型化：,追求體積的進(jìn)一步縮小，運算速度,進(jìn)一步提高。微型化反映了計算機(jī)的應(yīng)用程度。,目前，微型計算機(jī)已進(jìn)入電視、電冰箱、空調(diào)器,等家用電器、儀器儀表等小型設(shè)備中。,（,2,）,巨型化：,追求大容量、高速度，為尖端科學(xué),領(lǐng)域的數(shù)值分析與計算提供有力的幫助。它代表,了

14、計算機(jī)的發(fā)展水平。,（,3,）,多媒體技術(shù)：,當(dāng)前開發(fā)和研究的熱點。其中,技術(shù)關(guān)鍵是處理視頻和音頻數(shù)據(jù)。,計算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,（,4,）,非馮?諾依曼體系結(jié)構(gòu)：,例如，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)、,DNA,計算機(jī)、光子計算機(jī)。,（,5,）,智能化：,目前人們正在研制第五代計算機(jī)，它,具有類似人學(xué)習(xí)和推理的思維能力，能“說”、能,“看”、能“聽”、能“想”、能“做”，具有人,的部分功能，能代替人的一些體力勞動和腦力勞動，,是一種智能型的電子計算機(jī)。,（,6,）,計算機(jī)與通信相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)技術(shù),：計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。,計算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,我國首臺千萬億次超級計算機(jī)研制成功,2009,年,10,月,29,日,12:07,新華網(wǎng),

15、天河一號千萬億次超級計算機(jī)系統(tǒng),計算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,新華網(wǎng)長沙,10,月,29,日電：第一臺國產(chǎn)千萬億次超級計,算機(jī),29,日在湖南長沙亮相，作為算盤這一古老計算器的發(fā),明者，中國擁有了歷史上計算速度最快的工具。,每秒鐘,1206,萬億次的峰值速度和每秒,563.1,萬億次的,Linpack,實測性能，使這臺名為“天河一號”的計算機(jī)位,居同日公布的中國超級計算機(jī)前,100,強(qiáng)之首，也使中國成,為繼美國之后世界上第二個能夠研制千萬億次超級計算機(jī),的國家。,這個速度意味著，如果用“天河一號”計算一天，一,臺當(dāng)前主流微機(jī)得算,160,年?！疤旌右惶枴钡拇鎯α?，則,相當(dāng)于,4,個國家圖書館藏書量之和。,“

16、天河一號”的設(shè)計始于,2008,年。國防科技大學(xué)是,“天河一號”的研制者。,1983,年面世的中國第一臺億次計,算機(jī)“銀河一號”，同樣誕生在這所大學(xué)。,2010,年年底之前，這臺由,103,個機(jī)柜組成、占地面積,近千平方米、總重量,155,噸的龐大計算機(jī)將安裝到中國兩,個國家級超級計算中心之一的天津中心，向國內(nèi)外用戶提,供超級計算服務(wù)。,計算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,天河二號,?,由,國防科大,研制的天河二號,超級計算機(jī),系統(tǒng)，以峰值計算,速度每秒,5.49,億億次、持續(xù)計算速度每秒,3.39,億億次雙精,度浮點運算的優(yōu)異性能位居榜首，成為全球最快超級計算,機(jī)。,2010,年,11,月，,天河一號,曾以每秒

17、,4.7,千萬億次的峰值速,度，首次將,五星紅旗,插上超級計算領(lǐng)域的,世界之巔,。此次,是繼,天河一號,之后，,中國超級計算機(jī),再次奪冠。,1,?,2013,年,11,月,18,日，國際,TOP500,組織公布了最新全球,超級,計算機(jī),500,強(qiáng)排行榜榜單，中國國防科學(xué)技術(shù),大學(xué),研制的,“天河二號”以比第二名,美國,的“,泰坦,”快近一倍的速,度再度登上榜首。美國,專家,預(yù)測，在一年時間內(nèi)，“,天河,二號,”還會是全球最快的超級,計算機(jī),。,2,?,在,2014,年,6,月,23,日公布的全球超級計算機(jī),500,強(qiáng)榜單中，中,國“天河二號”以比第二名美國“泰坦”快近一倍的速度,連續(xù)第三次獲得

18、冠軍。,計算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,?,?,?,?,?,?,?,?,?,中文名：,天河二號、,TH-2,外文名：,Tianhe-2,、,Milkyway-2,屬,性：,超級計算機(jī),開發(fā)國家：,中國,開發(fā)機(jī)構(gòu)：,中國國防科技大學(xué),公布時間：,2013,年,5,月,世界排名：,第一位（截止,2014,年,6,月,23,日）,落戶位置：,廣州大學(xué)城廣州超算中心,使用機(jī)構(gòu)：,廣州超級計算中心,計算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,圖靈獎,世界上第一臺電子計算機(jī),ENIAC,是,1946,年誕生于美國賓夕法尼亞大學(xué),但學(xué)術(shù)界公認(rèn),電子計算機(jī)的理論和模型是由英國數(shù)學(xué)家圖,靈在此,10,年前發(fā)表的一篇論文“論可計算數(shù),及其在判定問題中的應(yīng)用”奠定的基礎(chǔ)。,當(dāng)美國計算機(jī)協(xié)會,ACM,在,1966,年紀(jì)念電子計算機(jī),誕生,20,周年時，決定設(shè)立計算機(jī)界的第一個獎項，并,很自然地將其命名為“圖靈獎”，以紀(jì)念這位計算機(jī),科學(xué)理論的奠基人。被稱為“計算機(jī)界的諾貝爾獎”,的這個獎項設(shè)立