信息導(dǎo)論課件

信息科學(xué)導(dǎo)論12/13/2022信息科學(xué)導(dǎo)論12/11/2022《計算機科學(xué)導(dǎo)論》侯惠芳張雪萍劉素華主編，北京郵電大學(xué)出版社，2007年11月第1版；《計算機科學(xué)概論》（原書第2版）[美]NellDaleJohnLewis，機械工業(yè)出版社，2005年9月第1版；《ComputingEssentials》，TimothyJ.O’LearyLindaI.O’Leary，高等教育出版社參考書目：聯(lián)系方式:zhangy@2《計算機科學(xué)導(dǎo)論》侯惠芳張雪萍劉素華主編，北京郵電大學(xué)出計算機學(xué)科的基礎(chǔ)知識計算機學(xué)科的專業(yè)知識計算機科學(xué)專業(yè)知識體系數(shù)學(xué)知識物理學(xué)及電子學(xué)知識學(xué)科基礎(chǔ)知識學(xué)科專業(yè)知識高等數(shù)學(xué)線性代數(shù)概率與數(shù)理統(tǒng)計離散數(shù)學(xué)大學(xué)普物電路分析基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)數(shù)字邏輯電路計算機導(dǎo)論高級語言程序設(shè)計面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)編譯原理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理軟件工程計算機圖形學(xué)人工智能3計算機學(xué)科的計算機科學(xué)專業(yè)知識體系數(shù)學(xué)知識物理學(xué)及電子學(xué)知識1.1.1計算機的起源1.1.2計算機的發(fā)展1.1.3計算機的特點與分類1.1.4微型計算機的發(fā)展1.1.5計算機的應(yīng)用1計算機基礎(chǔ)1.1計算機的發(fā)展及分類41.1.1計算機的起源1計算機基礎(chǔ)1.1計算機1.1.1計算機的起源公元600年左右，我國出現(xiàn)計算工具——算盤。16世紀(jì)歐洲出現(xiàn)計算尺和機械式計算機。19世紀(jì)英國數(shù)學(xué)家巴貝奇(1792-1871)提出通用計算機的基本設(shè)計思想，把機械計算器具和順序控制設(shè)備的發(fā)展結(jié)合起來。19世紀(jì)中葉，英國數(shù)學(xué)家布爾(1824-1898)創(chuàng)立了布爾代數(shù)，從此數(shù)學(xué)進入思維領(lǐng)域。1937年英國數(shù)學(xué)家圖靈(1912-1954)提出了著名的“圖靈機”的模型，探討了計算機的基本概念，證明了通用數(shù)字計算機是能夠制造出來的。為了紀(jì)念圖靈對計算機科學(xué)的重大貢獻，美國計算機協(xié)會設(shè)有圖靈獎，每年授予在計算機科學(xué)領(lǐng)域作出特殊貢獻的人。1946年2月世界上第一臺數(shù)字電子計算機ENIAC在美國的賓夕法尼亞大學(xué)誕生。51.1.1計算機的起源公元600年左右，我國出現(xiàn)計算工具—第一臺電子計算機（ENIAC）5000次加法/秒體重約30噸占地170m218000只電子管1500個繼電器功率150KW/小時6第一臺電子計算機（ENIAC）5000次加法/秒6香儂是現(xiàn)代信息論的著名創(chuàng)始人。1938年，香儂在發(fā)表的論文中，首次用布爾代數(shù)進行開關(guān)電路分析，并證明布爾代數(shù)的邏輯運算可以通過繼電器電路來實現(xiàn)。阿塔納索夫提出了計算機的三條原則：1）以二進制的邏輯基礎(chǔ)來實現(xiàn)數(shù)字運算，以保證精度；2）利用電子技術(shù)來實現(xiàn)控制、邏輯運算和算術(shù)運算，以保證計算速度；3）采用把計算功能和二進制數(shù)更新存儲功能相分離的結(jié)構(gòu)。主張“將數(shù)字存儲和數(shù)字運算分開進行”奠定現(xiàn)代計算機發(fā)展的重要人物和思想ClaudeShannon7香儂是現(xiàn)代信息論的著名創(chuàng)始人。1938年，香儂在發(fā)表的論文中圖靈與圖靈機為紀(jì)念圖靈對計算機的貢獻，美國計算機博物館于1966年設(shè)立了“圖靈獎”計算機是使用相應(yīng)的程序來完成任何設(shè)定好的任務(wù)。圖靈機是一種思想模型，它由三部分組成：一個控制器，一條可以無限延伸的帶子和一個在帶子上左右移動的讀寫頭。P

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8圖靈與圖靈機為紀(jì)念圖靈對計算機的貢獻，計算機是使用相應(yīng)的程JohnvonNeumann馮諾依曼1949EDSAC

馮·諾依曼計算機存儲程序工作原理：計算機的兩個基本能力：一是能夠存儲程序，二是能夠自動地執(zhí)行程序。計算機是利用“存儲器”（內(nèi)存）來存放所要執(zhí)行的程序的，而稱之為CPU的部件可以依次從存儲器中取出程序中的每一條指令，并加以分析和執(zhí)行，直至完成全部指令任務(wù)為止。9JohnvonNeumann1949EDSAC馮·計算機是一種可以自動處理信息的工具。計算機是一種能快速高效自動完成信息處理的工具。計算機是一種能夠高速運算、具備內(nèi)部存儲能由程序控制其操作過程的電子裝置。計算機是一種自動地、高速地進行數(shù)值運算和信息處理的電子設(shè)備。它主要由一些機械的、電子的器件組成，再配以適當(dāng)?shù)某绦蚝蛿?shù)據(jù)。程序及數(shù)據(jù)輸入后可以自動執(zhí)行，用以解決某些實際問題。

究竟什么是計算機10計算機是一種可以自動處理信息的工具。究竟什么是計算機101.1.2計算機的發(fā)展計算機的發(fā)展史計算機的發(fā)展趨勢111.1.2計算機的發(fā)展計算機的發(fā)展史11計算機的發(fā)展史計算機的發(fā)展階段邏輯器件運算速度起止年代代表的機型特點第1代電子管幾千次/秒1946～1958UNIVAC-I、IBM650（小型機）和IBM709（大型機）內(nèi)存儲器采用水銀延遲線，外存儲器有紙帶、卡片、磁帶和磁鼓。程序設(shè)計語言還處于最低階段，使用機器語言編程，尚無操作系統(tǒng)出現(xiàn)，操作機器困難。第2代晶體管幾十萬次/秒1959～1964IBM-7090IBM-7094CDC7600內(nèi)存儲器使用磁性材料制成的磁芯，外存儲器有磁盤、磁帶。出現(xiàn)了監(jiān)控程序并發(fā)展為后來的操作系統(tǒng)，出現(xiàn)了高級程序設(shè)計語言BASIC、FORTRAN和COBOL，大大提高了計算機的工作效率。第3代集成電路幾千萬次/秒1965～1970IBM-360系列富士通F230系列體積、重量、功耗都進一步減小，出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)化、模塊化的程序設(shè)計思想，出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計語言PASCAL。第4代大規(guī)模集成電路幾億次/秒1971～至今IBM-4300系列3080系列、3090系列和9000系列開始引入光盤，外部設(shè)備種類和質(zhì)量都有很大提高。操作系統(tǒng)向虛擬操作系統(tǒng)發(fā)展、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)不斷完善和提高，程序語言進一步發(fā)展和改進12計算機的發(fā)展史計算機的邏輯器件運算速度起止代表的機型特目前計算機的發(fā)展是向著四個方向：巨型化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。計算機的發(fā)展趨勢13目前計算機的發(fā)展是向著四個方向：巨型化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化和智CRAY-Ⅱ巨型化運算速度可達每秒幾百億次運算的超級計算機1975年世界上第一臺超級計算機“Cray-I”超級計算機應(yīng)用：天氣預(yù)報、地震機理研究、石油和地質(zhì)勘探，衛(wèi)星圖像處理等大量科學(xué)計算的高科技領(lǐng)域。中國超級計算機：國防科技大學(xué)研制的“銀河1號”、“銀河2號”和“銀河3號”國家職能計算機中心推出的“曙光1000”、“曙光2000”和“曙光3000”銀河Ⅱ14CRAY-Ⅱ巨型化運算速度可達每秒幾百億次運算的超級計算機中Altair8800微型化計算機不再是單一的計算機器，而是一種信息機器，一種個人的信息機器。15Altair8800微型化計算機不再是單一的計算機器，而是網(wǎng)絡(luò)化計算機網(wǎng)絡(luò)：計算機技術(shù)與通信技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展動力：使用遠程資源，共享程序、數(shù)據(jù)和信息資源，網(wǎng)絡(luò)用戶的通訊和合作。16網(wǎng)絡(luò)化計算機網(wǎng)絡(luò)：16智能化“總有一天，人類會造出一些舉止跟人一樣的‘沒有靈魂的機械’來”。

——笛卡爾（1637）人類第一個“工業(yè)機器人”：

一頭在紡織機上挑紗的“驢”（1742年）第一代機器人

機械手（1962年出現(xiàn)）第二代機器人

具有“感覺”的機器人第三代機器人

裝有啟發(fā)式計算機的“智能機器人”DeepblueGarryKasparov

17智能化“總有一天，人類會造出一些舉止跟人一樣的人類第一個“工計算機的發(fā)展趨勢未來新型計算機1．光計算機：利用光作為信息的傳輸媒體。2．生物計算機（分子計算機）：生物計算機在20世紀(jì)80年代中期開始研制，其最大的特點是采用了生物芯片。3．量子計算機：利用處于多現(xiàn)實態(tài)下的原子進行運算的計算機，這種多現(xiàn)實態(tài)是量子力學(xué)的標(biāo)志。18計算機的發(fā)展趨勢未來新型計算機1．光計算機：利用光作為信息1.1.3計算機的特點與分類計算機的特點計算機的分類191.1.3計算機的特點與分類計算機的特點19計算機采用了高速電子器件和線路，并利用先進的計算技術(shù)，使它可以有很高的運算速度。運算速度是指計算機能執(zhí)行多少百萬條指令每秒。常用單位是MIPS，一般的計算機運算速度可達幾百萬次到幾億次每秒，現(xiàn)在有些高檔計算機的運算速度甚至可達幾百億次每秒。1、快速運算能力2、計算精度高由于計算機是根據(jù)事先編好的程序自動、連續(xù)地工作，可以避免人工計算可能因疲勞、粗心而產(chǎn)生的各種錯誤。例如，圓周率π的計算，歷代科學(xué)家采用人工計算只能算出小數(shù)點后500位。1981年日本人曾利用計算機算到小數(shù)點后200萬位，而目前已計算到小數(shù)點后上億位。計算機的特點20計算機采用了高速電子器件和線路，并利用先進的計算技術(shù)，使計算機中擁有容量很大的存儲設(shè)備，不僅可以存儲所需的數(shù)據(jù)信息，還可以存儲指揮計算機工作的程序，同時可以保存大量的文字、圖像、聲音等信息資料。3、存儲功能強4、邏輯判斷能力計算機的邏輯判斷能力是實現(xiàn)計算機自動化和具備人工智能的基礎(chǔ)，是計算機基本的、也是重要的功能。

計算機是自動化電子裝置，在工作中無需人工參與，能自動執(zhí)行存放在存儲器中的程序。人們事先編好程序后，向計算機發(fā)出指令，計算機即可幫助人類完成那些枯燥乏味的重復(fù)性勞動。5、自動運行程序計算機的特點21計算機中擁有容量很大的存儲設(shè)備，不僅可以存儲所需的數(shù)據(jù)信

按處理數(shù)據(jù)的方式分類：模擬計算機和數(shù)字計算機；按應(yīng)用范圍分類：專用計算機和通用計算機；按規(guī)模分類：根據(jù)計算機規(guī)模和性能，可以將計算機分為以下幾類：1．巨型計算機

運算速度在每秒億次以上的計算機可稱為巨型計算機。2.大型計算機

運算速度在每秒幾千萬次以上的計算機為大型計算機。

3.中型計算機

運算速度在每秒百萬次以上千萬次以下的計算機為中型計算機，與大型計算機的區(qū)別不甚明顯，通常用在國家重點科研機構(gòu)、重點理工科院校。

計算機的分類22按處理數(shù)據(jù)的方式分類：模擬計算機和數(shù)字計算機；4.小型計算機

小型計算機的運算速度在每秒幾百萬次左右。5．微型計算機

微型計算機也稱為個人計算機，簡稱微機、PC機。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，各類機器之間的差別越來越不明顯。近幾年的高檔微機，其速度、性能甚至超過了前幾年的小型計算機。計算機的分類234.小型計算機計算機的分類231.1.4

微型計算機的發(fā)展1.第一個微處理芯片和第一臺微型機1971年1月，以霍夫為首的研制小組，完成了世界上第一個微處理器芯片。在3×4毫米面積上集成晶體管2250個，每秒運算速度達6萬次。它意味著電腦CPU已經(jīng)縮微成一塊集成電路，意味著“芯片上的電腦”誕生。第一塊微處理器芯片已屬大規(guī)模集成電路范疇。英特爾公司命名它為4004。

4004芯片

愛德華·羅伯茨以每塊75美元價格向英特爾購到8080微處理器，組裝了一臺很小的機器，命名為“牛郎星”。這就是世界上第一臺用微處理器裝配的微型計算機。241.1.4微型計算機的發(fā)展1.第一個微處理芯片和第微處理器推出時間字長(位)主頻(MHz)集成度(晶體管數(shù)/片)4004197140.72300802861982166～2513.4萬803861985年3216～4027.5萬804861989年3225～100120萬Pentium1993年32606～233310萬PentiumII1997年32133～450750萬PentiumIII1999年32350～550950萬Pentium42000年321400以上4200萬Itanium(安騰)2001年648002500萬(不包括Cache)Itanium22002年64900～10002.2億微處理器的發(fā)展歷程

微型機的核心是微處理器，因此微型機的發(fā)展歷程，從根本上說也就是微處理器的發(fā)展歷程。1.1.4微型計算機的發(fā)展25微處理器推出時間字長(位)主頻(MHz)集成度(晶體管數(shù)/片晶體管數(shù)目4004奔騰4420,000,0002,300

將電腦濃縮在一顆芯片上0.18微米芯片10微米芯片26晶4004奔騰4420,000,0002,300將電腦晶體管數(shù)單位時間執(zhí)行的指令數(shù)百萬條/每秒每18個月芯片能力增長一倍，價格減半計算機第一定律——莫爾（Moore）定律27晶單百萬條/每秒每18個月芯片能力增長一倍，價格減半計算機計算機世界中的中國1952年在清華大學(xué)成立中國第一個計算機三人研究小組組長閔大可 電機系教授1954年小組經(jīng)擴充和調(diào)整，并入中科院近代物理研究所負(fù)責(zé)人 錢三強1958年完成第一臺電子計算機1031959年完成大型電子計算機1041959年中國自行研究的107計算機問世1965年中國開始研制第三代計算機（集成電路）1977年研制成功中國第一臺微機DJS05028計算機世界中的中國1952年在清華大學(xué)成立中國第一個計算機

科學(xué)計算是計算機最早的應(yīng)用領(lǐng)域，計算機高速、高精確的運算是人工計算望塵莫及的。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中有大量復(fù)雜的數(shù)值計算，如軍事、航天、氣象、地震探測等，都離不開計算機的精確計算。計算機的應(yīng)用大大節(jié)約了人力、物力和時間。1、科學(xué)計算2、數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理也稱為事務(wù)處理。使用計算機可對大量的數(shù)據(jù)進行分類、排序、合并、統(tǒng)計等加工處理，例如人口統(tǒng)計、人事、財務(wù)管理、銀行業(yè)務(wù)、圖書檢索、倉庫管理、預(yù)訂機票、衛(wèi)星圖像分析等。數(shù)據(jù)處理已成為計算機應(yīng)用的一個重要方面。1.1.5計算機技術(shù)的應(yīng)用29科學(xué)計算是計算機最早的應(yīng)用領(lǐng)域，計算機高速、高精確的運算

過程控制也稱為實時控制，主要是指計算機在工業(yè)和軍事方面的應(yīng)用。計算機能及時采集檢測數(shù)據(jù)并按最優(yōu)方案實現(xiàn)自動控制，如煉鋼過程的計算機控制、導(dǎo)彈自動瞄準(zhǔn)系統(tǒng)、飛行控制調(diào)動等。3、過程控制4、計算機輔助系統(tǒng)計算機輔助系統(tǒng)包括計算機輔助設(shè)計(ComputerAidedDesign，CAD)、計算機輔助制造(ComputerAidedManufacturing，CAM)、計算機輔助教學(xué)(ComputerAidedInstruction，CAI)、計算機輔助工程(ComputerAidedEngineering，CAE)等。

1.1.5計算機技術(shù)的應(yīng)用30過程控制也稱為實時控制，主要是指計算機在工業(yè)和軍事方面人工智能主要表現(xiàn)在以下三個方面：機器人。主要分為“工業(yè)機器人”和“智能機器人”兩類。前者用于完成重復(fù)性的規(guī)定操作，通常用于代替人進行某些作業(yè)(如海底、井下、高空作業(yè)等)；后者具有某些智能，具有感知和識別能力，能“說話”和回答問題。專家系統(tǒng)。計算機具有某些方面專家的專門知識，使用這些知識來處理這方面的問題。例如，醫(yī)療專家系統(tǒng)能模擬醫(yī)生分析病情、開出藥方和假條。模式識別。重點研究圖形識別和語音識別。例如，機器人的視覺器官和聽覺器官，公安機關(guān)的指紋分析器，識別手寫郵政編碼的自動分信機等，都是模式識別的應(yīng)用。5、人工智能1.1.5計算機技術(shù)的應(yīng)用315、人工智能1.1.5計算機技術(shù)的應(yīng)用31信息科學(xué)導(dǎo)論12/13/2022信息科學(xué)導(dǎo)論12/11/2022《計算機科學(xué)導(dǎo)論》侯惠芳張雪萍劉素華主編，北京郵電大學(xué)出版社，2007年11月第1版；《計算機科學(xué)概論》（原書第2版）[美]NellDaleJohnLewis，機械工業(yè)出版社，2005年9月第1版；《ComputingEssentials》，TimothyJ.O’LearyLindaI.O’Leary，高等教育出版社參考書目：聯(lián)系方式:zhangy@33《計算機科學(xué)導(dǎo)論》侯惠芳張雪萍劉素華主編，北京郵電大學(xué)出計算機學(xué)科的基礎(chǔ)知識計算機學(xué)科的專業(yè)知識計算機科學(xué)專業(yè)知識體系數(shù)學(xué)知識物理學(xué)及電子學(xué)知識學(xué)科基礎(chǔ)知識學(xué)科專業(yè)知識高等數(shù)學(xué)線性代數(shù)概率與數(shù)理統(tǒng)計離散數(shù)學(xué)大學(xué)普物電路分析基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)數(shù)字邏輯電路計算機導(dǎo)論高級語言程序設(shè)計面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)編譯原理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理軟件工程計算機圖形學(xué)人工智能34計算機學(xué)科的計算機科學(xué)專業(yè)知識體系數(shù)學(xué)知識物理學(xué)及電子學(xué)知識1.1.1計算機的起源1.1.2計算機的發(fā)展1.1.3計算機的特點與分類1.1.4微型計算機的發(fā)展1.1.5計算機的應(yīng)用1計算機基礎(chǔ)1.1計算機的發(fā)展及分類351.1.1計算機的起源1計算機基礎(chǔ)1.1計算機1.1.1計算機的起源公元600年左右，我國出現(xiàn)計算工具——算盤。16世紀(jì)歐洲出現(xiàn)計算尺和機械式計算機。19世紀(jì)英國數(shù)學(xué)家巴貝奇(1792-1871)提出通用計算機的基本設(shè)計思想，把機械計算器具和順序控制設(shè)備的發(fā)展結(jié)合起來。19世紀(jì)中葉，英國數(shù)學(xué)家布爾(1824-1898)創(chuàng)立了布爾代數(shù)，從此數(shù)學(xué)進入思維領(lǐng)域。1937年英國數(shù)學(xué)家圖靈(1912-1954)提出了著名的“圖靈機”的模型，探討了計算機的基本概念，證明了通用數(shù)字計算機是能夠制造出來的。為了紀(jì)念圖靈對計算機科學(xué)的重大貢獻，美國計算機協(xié)會設(shè)有圖靈獎，每年授予在計算機科學(xué)領(lǐng)域作出特殊貢獻的人。1946年2月世界上第一臺數(shù)字電子計算機ENIAC在美國的賓夕法尼亞大學(xué)誕生。361.1.1計算機的起源公元600年左右，我國出現(xiàn)計算工具—第一臺電子計算機（ENIAC）5000次加法/秒體重約30噸占地170m218000只電子管1500個繼電器功率150KW/小時37第一臺電子計算機（ENIAC）5000次加法/秒6香儂是現(xiàn)代信息論的著名創(chuàng)始人。1938年，香儂在發(fā)表的論文中，首次用布爾代數(shù)進行開關(guān)電路分析，并證明布爾代數(shù)的邏輯運算可以通過繼電器電路來實現(xiàn)。阿塔納索夫提出了計算機的三條原則：1）以二進制的邏輯基礎(chǔ)來實現(xiàn)數(shù)字運算，以保證精度；2）利用電子技術(shù)來實現(xiàn)控制、邏輯運算和算術(shù)運算，以保證計算速度；3）采用把計算功能和二進制數(shù)更新存儲功能相分離的結(jié)構(gòu)。主張“將數(shù)字存儲和數(shù)字運算分開進行”奠定現(xiàn)代計算機發(fā)展的重要人物和思想ClaudeShannon38香儂是現(xiàn)代信息論的著名創(chuàng)始人。1938年，香儂在發(fā)表的論文中圖靈與圖靈機為紀(jì)念圖靈對計算機的貢獻，美國計算機博物館于1966年設(shè)立了“圖靈獎”計算機是使用相應(yīng)的程序來完成任何設(shè)定好的任務(wù)。圖靈機是一種思想模型，它由三部分組成：一個控制器，一條可以無限延伸的帶子和一個在帶子上左右移動的讀寫頭。P

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39圖靈與圖靈機為紀(jì)念圖靈對計算機的貢獻，計算機是使用相應(yīng)的程JohnvonNeumann馮諾依曼1949EDSAC

馮·諾依曼計算機存儲程序工作原理：計算機的兩個基本能力：一是能夠存儲程序，二是能夠自動地執(zhí)行程序。計算機是利用“存儲器”（內(nèi)存）來存放所要執(zhí)行的程序的，而稱之為CPU的部件可以依次從存儲器中取出程序中的每一條指令，并加以分析和執(zhí)行，直至完成全部指令任務(wù)為止。40JohnvonNeumann1949EDSAC馮·計算機是一種可以自動處理信息的工具。計算機是一種能快速高效自動完成信息處理的工具。計算機是一種能夠高速運算、具備內(nèi)部存儲能由程序控制其操作過程的電子裝置。計算機是一種自動地、高速地進行數(shù)值運算和信息處理的電子設(shè)備。它主要由一些機械的、電子的器件組成，再配以適當(dāng)?shù)某绦蚝蛿?shù)據(jù)。程序及數(shù)據(jù)輸入后可以自動執(zhí)行，用以解決某些實際問題。

究竟什么是計算機41計算機是一種可以自動處理信息的工具。究竟什么是計算機101.1.2計算機的發(fā)展計算機的發(fā)展史計算機的發(fā)展趨勢421.1.2計算機的發(fā)展計算機的發(fā)展史11計算機的發(fā)展史計算機的發(fā)展階段邏輯器件運算速度起止年代代表的機型特點第1代電子管幾千次/秒1946～1958UNIVAC-I、IBM650（小型機）和IBM709（大型機）內(nèi)存儲器采用水銀延遲線，外存儲器有紙帶、卡片、磁帶和磁鼓。程序設(shè)計語言還處于最低階段，使用機器語言編程，尚無操作系統(tǒng)出現(xiàn)，操作機器困難。第2代晶體管幾十萬次/秒1959～1964IBM-7090IBM-7094CDC7600內(nèi)存儲器使用磁性材料制成的磁芯，外存儲器有磁盤、磁帶。出現(xiàn)了監(jiān)控程序并發(fā)展為后來的操作系統(tǒng)，出現(xiàn)了高級程序設(shè)計語言BASIC、FORTRAN和COBOL，大大提高了計算機的工作效率。第3代集成電路幾千萬次/秒1965～1970IBM-360系列富士通F230系列體積、重量、功耗都進一步減小，出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)化、模塊化的程序設(shè)計思想，出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計語言PASCAL。第4代大規(guī)模集成電路幾億次/秒1971～至今IBM-4300系列3080系列、3090系列和9000系列開始引入光盤，外部設(shè)備種類和質(zhì)量都有很大提高。操作系統(tǒng)向虛擬操作系統(tǒng)發(fā)展、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)不斷完善和提高，程序語言進一步發(fā)展和改進43計算機的發(fā)展史計算機的邏輯器件運算速度起止代表的機型特目前計算機的發(fā)展是向著四個方向：巨型化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。計算機的發(fā)展趨勢44目前計算機的發(fā)展是向著四個方向：巨型化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化和智CRAY-Ⅱ巨型化運算速度可達每秒幾百億次運算的超級計算機1975年世界上第一臺超級計算機“Cray-I”超級計算機應(yīng)用：天氣預(yù)報、地震機理研究、石油和地質(zhì)勘探，衛(wèi)星圖像處理等大量科學(xué)計算的高科技領(lǐng)域。中國超級計算機：國防科技大學(xué)研制的“銀河1號”、“銀河2號”和“銀河3號”國家職能計算機中心推出的“曙光1000”、“曙光2000”和“曙光3000”銀河Ⅱ45CRAY-Ⅱ巨型化運算速度可達每秒幾百億次運算的超級計算機中Altair8800微型化計算機不再是單一的計算機器，而是一種信息機器，一種個人的信息機器。46Altair8800微型化計算機不再是單一的計算機器，而是網(wǎng)絡(luò)化計算機網(wǎng)絡(luò)：計算機技術(shù)與通信技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展動力：使用遠程資源，共享程序、數(shù)據(jù)和信息資源，網(wǎng)絡(luò)用戶的通訊和合作。47網(wǎng)絡(luò)化計算機網(wǎng)絡(luò)：16智能化“總有一天，人類會造出一些舉止跟人一樣的‘沒有靈魂的機械’來”。

——笛卡爾（1637）人類第一個“工業(yè)機器人”：

一頭在紡織機上挑紗的“驢”（1742年）第一代機器人

機械手（1962年出現(xiàn)）第二代機器人

具有“感覺”的機器人第三代機器人

裝有啟發(fā)式計算機的“智能機器人”DeepblueGarryKasparov

48智能化“總有一天，人類會造出一些舉止跟人一樣的人類第一個“工計算機的發(fā)展趨勢未來新型計算機1．光計算機：利用光作為信息的傳輸媒體。2．生物計算機（分子計算機）：生物計算機在20世紀(jì)80年代中期開始研制，其最大的特點是采用了生物芯片。3．量子計算機：利用處于多現(xiàn)實態(tài)下的原子進行運算的計算機，這種多現(xiàn)實態(tài)是量子力學(xué)的標(biāo)志。49計算機的發(fā)展趨勢未來新型計算機1．光計算機：利用光作為信息1.1.3計算機的特點與分類計算機的特點計算機的分類501.1.3計算機的特點與分類計算機的特點19計算機采用了高速電子器件和線路，并利用先進的計算技術(shù)，使它可以有很高的運算速度。運算速度是指計算機能執(zhí)行多少百萬條指令每秒。常用單位是MIPS，一般的計算機運算速度可達幾百萬次到幾億次每秒，現(xiàn)在有些高檔計算機的運算速度甚至可達幾百億次每秒。1、快速運算能力2、計算精度高由于計算機是根據(jù)事先編好的程序自動、連續(xù)地工作，可以避免人工計算可能因疲勞、粗心而產(chǎn)生的各種錯誤。例如，圓周率π的計算，歷代科學(xué)家采用人工計算只能算出小數(shù)點后500位。1981年日本人曾利用計算機算到小數(shù)點后200萬位，而目前已計算到小數(shù)點后上億位。計算機的特點51計算機采用了高速電子器件和線路，并利用先進的計算技術(shù)，使計算機中擁有容量很大的存儲設(shè)備，不僅可以存儲所需的數(shù)據(jù)信息，還可以存儲指揮計算機工作的程序，同時可以保存大量的文字、圖像、聲音等信息資料。3、存儲功能強4、邏輯判斷能力計算機的邏輯判斷能力是實現(xiàn)計算機自動化和具備人工智能的基礎(chǔ)，是計算機基本的、也是重要的功能。

計算機是自動化電子裝置，在工作中無需人工參與，能自動執(zhí)行存放在存儲器中的程序。人們事先編好程序后，向計算機發(fā)出指令，計算機即可幫助人類完成那些枯燥乏味的重復(fù)性勞動。5、自動運行程序計算機的特點52計算機中擁有容量很大的存儲設(shè)備，不僅可以存儲所需的數(shù)據(jù)信

按處理數(shù)據(jù)的方式分類：模擬計算機和數(shù)字計算機；按應(yīng)用范圍分類：專用計算機和通用計算機；按規(guī)模分類：根據(jù)計算機規(guī)模和性能，可以將計算機分為以下幾類：1．巨型計算機

運算速度在每秒億次以上的計算機可稱為巨型計算機。2.大型計算機

運算速度在每秒幾千萬次以上的計算機為大型計算機。

3.中型計算機

運算速度在每秒百萬次以上千萬次以下的計算機為中型計算機，與大型計算機的區(qū)別不甚明顯，通常用在國家重點科研機構(gòu)、重點理工科院校。

計算機的分類53按處理數(shù)據(jù)的方式分類：模擬計算機和數(shù)字計算機；4.小型計算機

小型計算機的運算速度在每秒幾百萬次左右。5．微型計算機

微型計算機也稱為個人計算機，簡稱微機、PC機。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，各類機器之間的差別越來越不明顯。近幾年的高檔微機，其速度、性能甚至超過了前幾年的小型計算機。計算機的分類544.小型計算機計算機的分類231.1.4

微型計算機的發(fā)展1.第一個微處理芯片和第一臺微型機1971年1月，以霍夫為首的研制小組，完成了世界上第一個微處理器芯片。在3×4毫米面積上集成晶體管2250個，每秒運算速度達6萬次。它意味著電腦CPU已經(jīng)縮微成一塊集成電路，意味著“芯片上的電腦”誕生。第一塊微處理器芯片已屬大規(guī)模集成電路范疇。英特爾公司命名它為4004。

4004芯片

愛德華·羅伯茨以每塊75美元價格向英特爾購到8080微處理器，組裝了一臺很小的機器，命名為“牛郎星”。這就是世界上第一臺用微處理器裝配的微型計算機。551.1.4微型計算機的發(fā)展1.第一個微處理芯片和第微處理器推出時間字長(位)主頻(MHz)集成度(晶體管數(shù)/片)4004197140.72300802861982166～2513.4萬803861985年3216～4027.5萬804861989年3225～100120萬Pentium1993年32606～233310萬PentiumII1997年32133～450750萬PentiumIII1999年32350～550950萬Pentium42000年321400以上4200萬Itanium(安騰)2001年648002500萬(不包括Cache)Itanium22002年64900～10002.2億微處理器的發(fā)展歷程

微型機的核心是微處理器，因此微型機的發(fā)展歷程，從根本上說也就是微處理器的發(fā)展歷程。1.1.4微型計算機的發(fā)展56微處理器推出時間字長(位)主頻(MHz)集成度(晶體管數(shù)/片晶體管數(shù)目4004奔騰4420,000,0002,300

將電腦濃縮在一顆芯