計算機科學導論第1講-改課件

1、第一講 概述計算機科學導論2趙曉南工作單位：計算機學院計算機軟件與理論系 西北工業(yè)大學軟件技術研究所Email: 辦公室： 計算機學院樓324研究方向: 云存儲管理及評測技術業(yè)余愛好: 動漫、羽毛球3 授課對象：2012級本科生總學時數(shù)：24+24學時理論教學學時數(shù)：24學時上機學時數(shù)：24學時5課程目標展示計算機科學的全景激發(fā)學習興趣為后續(xù)課程的學習做好必要的知識準備學習要求了解計算機科學的內涵與應用領域、計算機的硬件結構與組成原理、軟件工程、計算機網(wǎng)絡與信息安全、多媒體技術、人工智能等領域的基本知識；初步掌握計算機科學的基本概念和術語、操作系統(tǒng)的功能、數(shù)據(jù)結構和數(shù)據(jù)庫的基本概念和相關技術、

2、計算機基本應用技能等。67課程安排講授內容第1講：概論 （第1章） 第2講：數(shù)據(jù)和數(shù)的表示 （第2、3、4章）第3講：計算機硬件 （第5章） 第4講：計算機操作系統(tǒng) （第7章） 第5講：算法 （第8章） 第6講：計算機程序設計基礎（第9章）第7講：計算機網(wǎng)絡與安全 （第6、16章）第8講：軟件工程 （第10章）第9講：數(shù)據(jù)結構 （第11，12章） 第10講：數(shù)據(jù)庫 （第14章） 第11講：人工智能與計算理論 （第17，18章） 8實驗安排序號實驗內容課時安排1實驗1 計算機的基本操作實驗2 windows XP基本操作32實驗3 Word2000/2003文檔的創(chuàng)建與編輯實驗4 Word200

3、0/2003文檔的排版33實驗5 Word2003圖形、文本框的插入、編排和表格處理34實驗6 Excel2003應用45實驗7 PowerPoint2000/2003的基本操作26實驗8常用工具使用實驗9網(wǎng)絡基礎37實驗10 scratch 編程38上機考試2-3時間待定，教材購買另行通知10考核方法課程成績百分制：期末考試為閉卷考試，考試時間大概在課程結束后的2周之內。 學期成績：平時成績實驗成績期末成績12本講內容1.1 計算機科學與技術學科介紹1.2 計算機系統(tǒng)分層結構 1.3 計算機的發(fā)展歷史 1.4 計算機的分類 1.5 計算機應用 14學科定義及培養(yǎng)目標是研究計算機的設計與制造和

4、利用計算機進行信息獲取、表示、存儲、處理、控制等相關理論及技術的學科培養(yǎng)目標：研究、發(fā)展、設計和制造計算機系統(tǒng)的創(chuàng)新型人才。對于從事計算機系統(tǒng)（Computer systems）專業(yè)人員來說，不僅要懂得計算機系統(tǒng)的原理，還要懂得計算（Computing）的原理。 15計算機科學技術的研究范疇1）計算機理論的研究內容2）計算機硬件的研究內容3）計算機軟件的研究內容4）計算機網(wǎng)絡的研究內容5）計算機應用的研究內容16計算機理論的研究內容 離散數(shù)學 算法分析理論 形式語言與自動機 程序設計語言理論 程序設計方法學17計算機硬件的研究內容 元器件與存儲介質 微電子技術 計算機組成原理 微型計算機技術

5、計算機體系結構18計算機軟件的研究內容 程序設計語言的設計 數(shù)據(jù)結構與算法 程序設計語言翻譯系統(tǒng) 操作系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 算法設計與分析 軟件工程學 可視化技術20計算機應用的研究內容 嵌入式系統(tǒng) 普適計算 網(wǎng)格計算 高性能計算 分布式計算21計算機科學與技術學科課程體系離散數(shù)學C語言程序設計 數(shù)據(jù)結構 算法分析與設計 計算機網(wǎng)絡原理 計算機組成原理 計算機操作系統(tǒng)編譯原理 數(shù)據(jù)庫概論 面向對象程序設計 信號與系統(tǒng) 多媒體技術 匯編與接口 軟件工程 人工智能 計算機系統(tǒng)結構 網(wǎng)絡安全 數(shù)字圖像處理23信息化社會對計算機人才的需求研究型、設計型的人才應用型人才開發(fā)型人才維護型、服務型、操作型人才什

6、么是計算機科學24Computer science is the study of the theory, design, implementation, and performance of computer software and computer systems, including the study of computability and computation itself.馮.諾依曼模型（John Von Neumann19031957）26現(xiàn)代計算機都是基于馮.諾依曼模型4個子系統(tǒng)程序存儲指令順序執(zhí)行計算機硬件計算機軟件27計算機概述計算機系統(tǒng)分層結構數(shù)據(jù)信息由原始事實和圖

7、像等各種信息組成通過指令完成計算和數(shù)據(jù)處理 由物理元器件構成硬件應用操作系統(tǒng)管理計算機資源在不同領域充分利用計算機的能力通信程序網(wǎng)絡，多臺計算機聯(lián)接在一起，實現(xiàn)信息交換和資源共享28計算機基礎計算機的發(fā)展歷史機械計算器時期 (1930以前)電子計算機時期 (1930 1950)現(xiàn)代計算機時期 (1950 now)帕斯卡與機械計算機 Pascaline， 1642萊布尼茲與 改進的Pascaline，1672巴貝奇與 差分引擎，1823霍列瑞斯與卡片穿孔制表機，1890圖靈與圖靈機、巨人計算機 Colossus，1943馮諾依曼 與IAS, 1952莫奇利和?？颂嘏cENIAC, 1946EDVA

8、C, 1950 與UNIVAC, 195130萊布尼茲與 改進的Pascaline， 1672德國數(shù)學家萊布尼茲 1672年對“Pascaline”進行了改進，可進行四則運算和開方。稱之為萊布尼茲輪。31巴貝奇與 差分引擎，1823 1823年, 設計了一臺自動的機械計算器，也稱差分引擎 “ (Difference Engine )”。1833, 又開始設計可編程的自動機械數(shù)字計算機，也稱分析引擎 “ (Analytical Engine )”。32霍列瑞斯與卡片穿孔制表機，1890計算機系統(tǒng)發(fā)展的重要一步是1890年制表機的發(fā)明。由霍列瑞斯發(fā)明，首次用于全美的人口普查。 1896年，霍列瑞斯

9、組織了International Business Machines (IBM)。 該組織后來在計算機發(fā)展中發(fā)揮了重要的作用。33圖靈與圖靈機、巨人計算機 Colossus， 1943圖靈在1936年發(fā)表的論文中，提出了一種計算機抽象模型，利用這種計算機可用一些簡單的機械動作實現(xiàn)推理。這種計算機也稱“圖靈機”。1943年，圖靈設計了 “Colossus” (巨人計算機)，主要用于第二次世界大戰(zhàn)破譯德國的密碼。34莫奇利、埃克特與 ENIAC, 1946第一臺電子計算機， Electronic Numerical Integrator And Calculator (ENIAC), 誕生于194

10、6年，由莫奇利與?？颂卦O計。35編程: 通過插孔和開關實現(xiàn)速度: 5,000 次/秒輸入/輸出: 卡片, 指示燈, 開關, 插孔空間:1,000 平方英尺36EDVAC, 1950與UNIVAC, 1951EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer ) 是第一臺存儲程序的計算機，基于馮諾依曼思想，誕生于 1950年。UNIVAC (Universal Automatic Computer ), 第一臺商業(yè)計算機，1951年由 莫奇利與?？颂卦O計制造。37馮諾依曼與IAS, 1952馮諾依曼的 IAS 計算機誕生于 1952。38

11、計算機概述計算機的發(fā)展歷史1 電子管時代（從ENIAC誕生到50年代后期）2 晶體管時代（50年代中期到60年代中期）3 集成電路時代（60年代中期到70年代前期）4 大規(guī)模集成電路時代（70年代初到80年代初）5 超大規(guī)模集成電路時代（80年代以后）6 生物神經網(wǎng)絡時代（人工智能）39第一臺通用計算機 國際商用機器公司耗資50億美元歷時5年的IBM360系統(tǒng)計算機于1964年問世。器件為晶體管和集成電路混合的。IBM360的貢獻在于通用化、標準化、系列化?？捎糜诳茖W計算、商業(yè)數(shù)據(jù)處理。內部硬件和其它設置可適應多方面的應用。同一程序可在機器語言一級上在不同的計算機 上執(zhí)行。IBM360有大、中

12、、小三大類六個型號。從IBM360開始有了計算機兼容的概念。40IBM 360 系列機41IBM 360/2042第一臺微型計算機Intel公司于1971年開發(fā)Intel4004微處理器，在3毫米4毫米的大規(guī)模集成電路芯片上有2250個晶體管，每秒運算速度6萬次。第一臺基于Intel微處理器的微型計算機有以下說法：Intel公司的MCS-4（1971年）約翰布蘭肯貝克的Kenbak 1（1971年）加拿大自動電器系統(tǒng)公司推出商用電腦(有顯示屏、鍵盤、CPU（1972年）法國Micral公司的Micral（1973年，首次在廣告中使用了Microcomputer一詞）43Intel 4004微處

13、理器芯片44微處理芯片和微型計算機45第一臺個人計算機美國微型儀器和遙感系統(tǒng)公司1972年推出的MITS-816，是世界上第一臺供個人使用的數(shù)字微型計算機。1977年蘋果公司推出的“蘋果II型”，是世界上第一臺有彩色圖形界面的個人計算機，使用摩托羅拉6502芯片，每秒50萬次加法、48K基本內存。1981年8月 IBM 推出 IBM 5150 個人計算機，使用Intel8088芯片，4.77兆主頻、64K內存、MSDOS操作系統(tǒng)，售價單色顯示器3000美元、彩色顯示器6000美元。46IBM PC（Personal Computer)47計算機概述計算機的分類 計算機的分類：以性能參數(shù)為主要的

14、分類標志速度。按功能分類：專用計算機、 通用計算機處理對象及其數(shù)據(jù)的表示形式：數(shù)字計算機，模擬計算機，數(shù)字模擬計算機。巨型計算機 (Supercomputer )大型計算機 (Mainframe computer )小型計算機 (Minicomputer)微型計算機 (Microcomputer)快慢48計算機的分類巨型計算機最快速的、最昂貴的計算機，每秒能處理萬億多條指令。巨型計算機的典型應用包括世界范圍的天氣預報、核爆炸的仿真等。49計算機的分類巨型計算機50計算機的分類大型計算機 大型的、快速的、昂貴的計算機，一般用來為商業(yè)或政府機構提供中心存儲處理或大量數(shù)據(jù)的管理。51計算機的分類大型

15、計算機52計算機的分類小型計算機 中規(guī)模、較便宜、功耗小于大型計算機，能為小型商業(yè)提供適當?shù)挠嬎隳芰Α?3計算機的分類微型計算機計算機的分類微型計算機這些是什么 ?微型計算機!54計算機的分類微型計算機 一種建立在單處理器芯片上的計算機，也叫個人計算機或PC機。 桌面型計算機 筆記本式計算機 個人數(shù)字助理 (PDA)55計算機的分類微型計算機計算機的分類微型計算機桌面型計算機筆記本式計算機：膝上型計算機56計算機的分類微型計算機計算機的分類微型計算機個人數(shù)字助理 (Personal digital assistant )掌上型計算機57計算機無處不在58輔助教學（CAI）Computer-as

16、sisted instruction通過教師、學生與計算機系統(tǒng)的對話，實現(xiàn)教學的技術。計算機概述計算機應用59遠程教育60遠程健康護理61網(wǎng)絡交易6263科學計算工程計算、地震預測、氣象預報、火箭發(fā)射等要求高速度、高精度的科學計算都需要計算機氣象預報由什么工具來計算？計算機改變了一些學科傳統(tǒng)的研究方法，促成了計算力學、計算物理、計算化學、生物控制論等新學科的出現(xiàn)。計算機的應用 （續(xù)）64計算機對無人駕駛飛機做實時控制 計算機越來越多地應用于生產自動化。它在計算復雜的多變量控制問題和自動控制系統(tǒng)的組織上都是必不可少的基本技術工具。廣泛應用于冶金、機械、石油、化工、電力及各種自動化系統(tǒng)等部門。過程控制(實時控制)計算機的應用 （續(xù)）65輔助工程輔助設計（CAD）Computer Aided Design