大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ) 第一章計(jì)算機(jī)及信息技術(shù)概述

1、計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 2012年信息學(xué)院修讀輔修專業(yè)年信息學(xué)院修讀輔修專業(yè)雙學(xué)士學(xué)位招生雙學(xué)士學(xué)位招生.doc計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 李康順李康順 教授、博士后、博士生導(dǎo)教授、博士后、博士生導(dǎo)師師QQ:278828464 大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)大綱大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)大綱 大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)安排大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)安排計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系教材：教材：大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo):大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)上機(jī)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)上機(jī)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 本課程包括理

2、論課學(xué)習(xí)和上機(jī)實(shí)驗(yàn)2大部分?？倢W(xué)時(shí)數(shù)：56（其中上課32，上機(jī)單獨(dú)一門課16） 課堂只講理論，要求理解和記憶。(在講課中指定不要求的內(nèi)容可不看) 實(shí)驗(yàn)：按課表按排(一般在理論課教學(xué)開始后的第四周進(jìn)行 )。實(shí)驗(yàn)課以自學(xué)為主，有老師指導(dǎo)。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容基本上要求獨(dú)立完成，另外實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書還附有習(xí)題庫及期末考試試卷樣題。 成績：理論課100分（期末筆試70%+平時(shí)30%），上機(jī)實(shí)驗(yàn)100分單獨(dú)計(jì)分100分（上機(jī)內(nèi)容占70%，按時(shí)上下實(shí)驗(yàn)室占30%） 教學(xué)要求：上課、實(shí)驗(yàn)、紀(jì)律 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系第一章第一章 計(jì)算機(jī)及信息技術(shù)概述計(jì)算機(jī)及信息技術(shù)概述 本章主要介紹計(jì)算機(jī)的發(fā)展史

3、和特點(diǎn)、本章主要介紹計(jì)算機(jī)的發(fā)展史和特點(diǎn)、類型及應(yīng)用，以及計(jì)算機(jī)的未來發(fā)展趨勢；類型及應(yīng)用，以及計(jì)算機(jī)的未來發(fā)展趨勢；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件和軟件系統(tǒng)構(gòu)成；最后介計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件和軟件系統(tǒng)構(gòu)成；最后介紹信息技術(shù)的基本概念。紹信息技術(shù)的基本概念。計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史上的重要人物和思想計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史上的重要人物和思想 人類從遠(yuǎn)古時(shí)代就產(chǎn)生了計(jì)算的需要。鐘表業(yè)，人類從遠(yuǎn)古時(shí)代就產(chǎn)生了計(jì)算的需要。鐘表業(yè)，特別是齒輪傳動裝置技術(shù)的發(fā)展，誕生了最早的機(jī)特別是齒輪傳動裝置技術(shù)的發(fā)展，誕生了最早的機(jī)械式計(jì)算機(jī)。械式計(jì)算機(jī)。 下面介紹幾位在電子計(jì)算機(jī)誕生之前對計(jì)算機(jī)下面介紹幾位在電子計(jì)

4、算機(jī)誕生之前對計(jì)算機(jī)發(fā)展有過突出貢獻(xiàn)的幾位早期歷史人物。發(fā)展有過突出貢獻(xiàn)的幾位早期歷史人物。 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 法國物理學(xué)家帕斯卡法國物理學(xué)家帕斯卡(1623-1662)：在：在 1642年發(fā)明了第一臺機(jī)械式加法機(jī)。該機(jī)年發(fā)明了第一臺機(jī)械式加法機(jī)。該機(jī)由齒輪組成，靠發(fā)條驅(qū)動，用專用的鐵筆由齒輪組成，靠發(fā)條驅(qū)動，用專用的鐵筆來撥動轉(zhuǎn)輪以輸入數(shù)字。來撥動轉(zhuǎn)輪以輸入數(shù)字。 當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，19歲的帕斯卡為了幫歲的帕斯卡為了幫助父親計(jì)算稅款，開始研究機(jī)械助父親計(jì)算稅款，開始研究機(jī)械計(jì)算裝置，最后制成了手搖驅(qū)動計(jì)算裝置，最后制成了手搖驅(qū)動的齒輪進(jìn)位式計(jì)算器，可完成六的齒輪進(jìn)位式計(jì)算器，可

5、完成六位數(shù)字的加減法。位數(shù)字的加減法。 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 德國數(shù)學(xué)家萊布尼茨：在德國數(shù)學(xué)家萊布尼茨：在1673年發(fā)明了機(jī)械式乘年發(fā)明了機(jī)械式乘除法器?；驹砝^承于帕斯卡的加法機(jī)，也是由一除法器。基本原理繼承于帕斯卡的加法機(jī)，也是由一系列齒輪組成，但它能夠連續(xù)重復(fù)地做加減法，從而系列齒輪組成，但它能夠連續(xù)重復(fù)地做加減法，從而實(shí)現(xiàn)了乘除運(yùn)算。實(shí)現(xiàn)了乘除運(yùn)算。 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 英國數(shù)學(xué)家巴貝奇：英國數(shù)學(xué)家巴貝奇：1822年，在歷經(jīng)年，在歷經(jīng)10年努力終于發(fā)明了年努力終于發(fā)明了“差分機(jī)差分機(jī)”。它有。它有3個齒個齒輪式寄存器，可以保存輪式寄存器，可以保存3個

6、個5位數(shù)字，計(jì)算精位數(shù)字，計(jì)算精度可以達(dá)到度可以達(dá)到6位小數(shù)。位小數(shù)。 巴貝奇試圖發(fā)明功能更好的通用計(jì)算機(jī)巴貝奇試圖發(fā)明功能更好的通用計(jì)算機(jī)分析機(jī)，但最終失敗。分析機(jī)，但最終失敗。 英國女?dāng)?shù)學(xué)家愛達(dá)英國女?dāng)?shù)學(xué)家愛達(dá) (1815-1852)：巴貝奇：巴貝奇的合作伙伴。她用穿孔卡片設(shè)計(jì)了世界上的合作伙伴。她用穿孔卡片設(shè)計(jì)了世界上“第一件計(jì)算機(jī)程序第一件計(jì)算機(jī)程序”。她還建議分析機(jī)用。她還建議分析機(jī)用二進(jìn)制存儲。預(yù)言分析機(jī)能唱歌、繪畫。二進(jìn)制存儲。預(yù)言分析機(jī)能唱歌、繪畫。英國詩人拜倫的女兒英國詩人拜倫的女兒計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系圖靈機(jī)：這個在當(dāng)時(shí)看來是紙上談兵的簡單圖靈機(jī)：這個在當(dāng)時(shí)看

7、來是紙上談兵的簡單機(jī)器，隱含了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中機(jī)器，隱含了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中“存儲程序存儲程序”的的基本思想。半個世紀(jì)以來，數(shù)學(xué)家們提出的基本思想。半個世紀(jì)以來，數(shù)學(xué)家們提出的各種各樣的計(jì)算模型都被證明是和圖靈機(jī)等各種各樣的計(jì)算模型都被證明是和圖靈機(jī)等價(jià)的。價(jià)的。 英國科學(xué)家阿蘭英國科學(xué)家阿蘭 圖靈圖靈(理論計(jì)算機(jī)的奠基人理論計(jì)算機(jī)的奠基人1912-1954) 控制器（含運(yùn)算功能）控制器（含運(yùn)算功能）這種可在紙帶上左右移動的讀寫這種可在紙帶上左右移動的讀寫頭，用于讀寫數(shù)據(jù)頭，用于讀寫數(shù)據(jù)(輸入輸出設(shè)輸入輸出設(shè)備備)，斜線方格代表，斜線方格代表1，否則代表，否則代表0。任何可計(jì)算問題都認(rèn)為是與。任何可計(jì)算

8、問題都認(rèn)為是與圖靈機(jī)等價(jià)的圖靈機(jī)等價(jià)的可無限延伸的紙帶。用于可無限延伸的紙帶。用于存儲程序和數(shù)據(jù)（存儲器）存儲程序和數(shù)據(jù)（存儲器）姚期智：姚期智：20002000年年首位獲獎圖靈獎首位獲獎圖靈獎的華裔學(xué)者的華裔學(xué)者 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系七十多年來，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)仍然是七十多年來，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)仍然是“馮馮諾依曼計(jì)算機(jī)諾依曼計(jì)算機(jī)”。美籍匈牙利數(shù)學(xué)家美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮馮 諾依曼諾依曼( (計(jì)算機(jī)鼻祖計(jì)算機(jī)鼻祖) ) 計(jì)算機(jī)應(yīng)由運(yùn)算器、控制器、存儲器、計(jì)算機(jī)應(yīng)由運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部件組成；輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部件組成； 應(yīng)采用二進(jìn)制簡化機(jī)器的電

9、路設(shè)計(jì)；應(yīng)采用二進(jìn)制簡化機(jī)器的電路設(shè)計(jì)； 采用采用“存儲程序存儲程序”技術(shù)技術(shù), ,以便計(jì)算機(jī)能保以便計(jì)算機(jī)能保存和自動依次執(zhí)行指令。存和自動依次執(zhí)行指令。 馮馮諾依曼：諾依曼： “如果不考慮巴貝奇、愛達(dá)和其他人早先提出的如果不考慮巴貝奇、愛達(dá)和其他人早先提出的有關(guān)思想，計(jì)算機(jī)基本概念只能屬于阿蘭有關(guān)思想，計(jì)算機(jī)基本概念只能屬于阿蘭圖靈圖靈”計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系1946年年2月由賓夕法尼亞大學(xué)月由賓夕法尼亞大學(xué)研制成功的研制成功的ENIAC是世界上是世界上第一臺電子數(shù)字計(jì)算機(jī)。第一臺電子數(shù)字計(jì)算機(jī)。Electronic Numerical Integrator And Calc

10、ulator電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)重重30噸，占地噸，占地167m2，耗電，耗電150千瓦千瓦18800個電子管，個電子管，1500個繼電器，保個繼電器，保存存80個字節(jié)，每秒鐘可做個字節(jié)，每秒鐘可做5000次加減次加減法或法或400次乘法運(yùn)算。次乘法運(yùn)算。“誕生了一個電子的大腦誕生了一個電子的大腦”致命缺陷：沒有存儲程序。致命缺陷：沒有存儲程序。計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系q 第一代計(jì)算機(jī)第一代計(jì)算機(jī) 19461958年年 以電子管為主要元件以電子管為主要元件 代表機(jī)型：代表機(jī)型：ENIACq 第二代計(jì)算機(jī)第二代計(jì)算機(jī) 19581964年年 以晶體管為主要元件以晶體管為

11、主要元件采用晶體管的第二代采用晶體管的第二代電子計(jì)算機(jī)電子計(jì)算機(jī)IBM7090IBM7090型型即：電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)即：電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系q 第四代計(jì)算機(jī)第四代計(jì)算機(jī) 1971年至今年至今 以大規(guī)模以大規(guī)模/超大集成電路為主要元件超大集成電路為主要元件 巨型機(jī)、大型機(jī)、小型機(jī)、微型機(jī)以及便攜機(jī)巨型機(jī)、大型機(jī)、小型機(jī)、微型機(jī)以及便攜機(jī) q 未來的第五代計(jì)算機(jī)是智能計(jì)算機(jī)未來的第五代計(jì)算機(jī)是智能計(jì)算機(jī)q 第三代計(jì)算機(jī)第三代計(jì)算機(jī) 19641971年年 以集成電路為主要元件以集成電路為主要元件采用集成采用集成電路的第電路的第一臺電子一臺電子計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)IBM36

12、0IBM360型型電子技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了電子計(jì)算機(jī)的更新?lián)Q代。電子技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了電子計(jì)算機(jī)的更新?lián)Q代。計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系巨型機(jī)P7P7大型機(jī)小型機(jī)微型機(jī)工作站服務(wù)器嵌入式計(jì)算機(jī)按計(jì)算機(jī)規(guī)模分類按計(jì)算機(jī)規(guī)模分類計(jì)算機(jī)類型計(jì)算機(jī)類型按計(jì)算機(jī)用途分類按計(jì)算機(jī)用途分類通用計(jì)算機(jī)專用計(jì)算機(jī)按計(jì)算機(jī)處理的數(shù)據(jù)分類按計(jì)算機(jī)處理的數(shù)據(jù)分類數(shù)字計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算機(jī)數(shù)字模擬混數(shù)字模擬混合計(jì)算機(jī)合計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 計(jì)算機(jī)是一種能按照事先存儲的程序，自動、計(jì)算機(jī)是一種能按照事先存儲的程序，自動、高速地進(jìn)行大量數(shù)值計(jì)算和各種信息處理的現(xiàn)代化高速地進(jìn)行大量數(shù)值計(jì)算和各種信息處理的現(xiàn)

13、代化智能電子設(shè)備。智能電子設(shè)備。運(yùn)算速度快運(yùn)算速度快計(jì)算精度高計(jì)算精度高存儲容量大存儲容量大具有邏輯判斷能力具有邏輯判斷能力按照程序自動運(yùn)行按照程序自動運(yùn)行計(jì)算機(jī)特點(diǎn)計(jì)算機(jī)特點(diǎn)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系科學(xué)計(jì)算科學(xué)計(jì)算數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理過程與實(shí)時(shí)控制過程與實(shí)時(shí)控制人工智能人工智能計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域遠(yuǎn)程通信與網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用遠(yuǎn)程通信與網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用多媒體與虛擬現(xiàn)實(shí)多媒體與虛擬現(xiàn)實(shí)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢巨型化巨型化存儲容量更大、運(yùn)算速度更快。存儲容量更大、運(yùn)算速度更快。運(yùn)算速度達(dá)每秒千億、萬億次運(yùn)算。主要應(yīng)用：

14、天運(yùn)算速度達(dá)每秒千億、萬億次運(yùn)算。主要應(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)星圖像處理等的高科技領(lǐng)域。像處理等的高科技領(lǐng)域。CRAY-銀河銀河 計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢微型化微型化 計(jì)算機(jī)不再是單一的計(jì)算機(jī)器，而是一種個人的信息計(jì)算機(jī)不再是單一的計(jì)算機(jī)器，而是一種個人的信息機(jī)器。機(jī)器。計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢網(wǎng)絡(luò)化網(wǎng)絡(luò)化 通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可共享遠(yuǎn)程資源，實(shí)現(xiàn)通信和合作。通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可共享遠(yuǎn)程資源，實(shí)現(xiàn)通信和合作。 計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢智能化智能化 智能計(jì)算機(jī)將是一種具有類似于人的思維能力

15、，能聽會智能計(jì)算機(jī)將是一種具有類似于人的思維能力，能聽會說，能想會做，能代替人的體力勞動以及腦力勞動的智能機(jī)說，能想會做，能代替人的體力勞動以及腦力勞動的智能機(jī)器人。器人。 DeepblueGarry Kasparov1996年年2月月10日，卡斯帕羅夫戰(zhàn)勝日，卡斯帕羅夫戰(zhàn)勝“深藍(lán)深藍(lán)”（國際象棋）（國際象棋）1997年年5月月12日，卡斯帕羅夫負(fù)于日，卡斯帕羅夫負(fù)于“更深的藍(lán)更深的藍(lán)”（改進(jìn)的國際象棋）（改進(jìn)的國際象棋）計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 光計(jì)算機(jī)光計(jì)算機(jī) 生物計(jì)算機(jī)生物計(jì)算機(jī) 量子計(jì)算機(jī)量子計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成馮諾依曼計(jì)算

16、機(jī)結(jié)構(gòu) 計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備、計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五大部分組成。輸出設(shè)備五大部分組成?？刂菩盘柫鲾?shù)據(jù)流計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件硬件軟件軟件中央處理器中央處理器運(yùn)算器運(yùn)算器控制器控制器存儲器存儲器內(nèi)存內(nèi)存外存外存ROMRAM輸出設(shè)備輸出設(shè)備系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件磁盤磁盤光盤光盤 U盤盤軟盤軟盤硬盤硬盤鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀等顯示器、打印機(jī)等等顯示器、打印機(jī)等計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成輸入設(shè)備輸入設(shè)備計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系用戶程序或文檔用戶程序或文檔其它系統(tǒng)軟其它系統(tǒng)軟件件

17、操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)硬硬 件件 應(yīng)用軟件是指用戶利用計(jì)算機(jī)及其提供的系統(tǒng)軟件為解決應(yīng)用軟件是指用戶利用計(jì)算機(jī)及其提供的系統(tǒng)軟件為解決各種實(shí)際問題而編寫的程序。各種實(shí)際問題而編寫的程序。應(yīng)用軟件可分為應(yīng)用軟件可分為2類：一類是針類：一類是針對某個應(yīng)用領(lǐng)域的具體問題開發(fā)的程序，第二類是一些大型專對某個應(yīng)用領(lǐng)域的具體問題開發(fā)的程序，第二類是一些大型專業(yè)軟件公司開發(fā)的通用型應(yīng)用軟件。業(yè)軟件公司開發(fā)的通用型應(yīng)用軟件。 系統(tǒng)軟件位于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)最系統(tǒng)軟件位于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)最靠近硬件的一層，其他軟件一般靠近硬件的一層，其他軟件一般都通過系統(tǒng)軟件發(fā)揮作用，系統(tǒng)都通過系統(tǒng)軟件發(fā)揮作用，系統(tǒng)軟件主要包括：軟件主要包括： (1) 操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)。 (2) 語言處理程序。語言處理程序。 (3) 監(jiān)控管理程序、調(diào)試程監(jiān)控管理程序、調(diào)試程序、故障檢查和診斷程序等。序、故障檢查和診斷程序等。 計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成計(jì)算