大學計算機基礎第一章計算機及信息技術概述

2012年信息學院修讀輔修專業(yè)雙學士學位招生.doc大學計算機基礎李康順教授、博士后、博士生導ikangshun@QQ:278828464大學計算機基礎教學大綱大學計算機基礎教學安排大學計算機基礎片頭動畫大學計算機基礎教材：《大學計算機基礎》實驗指導:大學計算機基礎上機實驗指導

課程綜述本課程包括理論課學習和上機實驗2大部分?？倢W時數(shù)：56（其中上課32，上機單獨一門課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)實驗：按課表按排(一般在理論課教學開始后的第四周進行)。實驗課以自學為主，有老師指導。實驗指導書中的實驗內(nèi)容基本上要求獨立完成，另外實驗指導書還附有習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30%），上機實驗100分單獨計分100分（上機內(nèi)容占70%，按時上下實驗室占30%）教學要求：上課、實驗、紀律第一章計算機及信息技術概述

本章主要介紹計算機的發(fā)展史和特點、類型及應用，以及計算機的未來發(fā)展趨勢；計算機系統(tǒng)的硬件和軟件系統(tǒng)構成；最后介紹信息技術的基本概念。1.1計算機基礎知識1.1.1

計算機發(fā)展歷史上的重要人物和思想

人類從遠古時代就產(chǎn)生了計算的需要。鐘表業(yè)，特別是齒輪傳動裝置技術的發(fā)展，誕生了最早的機械式計算機。下面介紹幾位在電子計算機誕生之前對計算機發(fā)展有過突出貢獻的幾位早期歷史人物。

法國物理學家帕斯卡(1623-1662)：在1642年發(fā)明了第一臺機械式加法機。該機由齒輪組成，靠發(fā)條驅動，用專用的鐵筆來撥動轉輪以輸入數(shù)字。

當時，19歲的帕斯卡為了幫助父親計算稅款，開始研究機械計算裝置，最后制成了手搖驅動的齒輪進位式計算器，可完成六位數(shù)字的加減法。1.1計算機基礎知識

德國數(shù)學家萊布尼茨：在1673年發(fā)明了機械式乘除法器。基本原理繼承于帕斯卡的加法機，也是由一系列齒輪組成，但它能夠連續(xù)重復地做加減法，從而實現(xiàn)了乘除運算。1.1計算機基礎知識1.1計算機基礎知識

英國數(shù)學家巴貝奇：1822年，在歷經(jīng)10年努力終于發(fā)明了“差分機”。它有3個齒輪式寄存器，可以保存3個5位數(shù)字，計算精度可以達到6位小數(shù)。巴貝奇試圖發(fā)明功能更好的通用計算機

——分析機，但最終失敗。

英國女數(shù)學家愛達(1815-1852)：巴貝奇的合作伙伴。她用穿孔卡片設計了世界上“第一件計算機程序”。她還建議分析機用二進制存儲。預言分析機能唱歌、繪畫。英國詩人拜倫的女兒圖靈機：這個在當時看來是紙上談兵的簡單機器，隱含了現(xiàn)代計算機中“存儲程序”的基本思想。半個世紀以來，數(shù)學家們提出的各種各樣的計算模型都被證明是和圖靈機等價的。英國科學家阿蘭圖靈(理論計算機的奠基人1912-1954)控制器（含運算功能）這種可在紙帶上左右移動的讀寫頭，用于讀寫數(shù)據(jù)(輸入輸出設備)，斜線方格代表1，否則代表0。任何可計算問題都認為是與圖靈機等價的可無限延伸的紙帶。用于存儲程序和數(shù)據(jù)（存儲器）1.1計算機基礎知識姚期智：2000年首位獲獎圖靈獎的華裔學者七十多年來，現(xiàn)代計算機基本結構仍然是“馮·諾依曼計算機”。美籍匈牙利數(shù)學家

馮諾依曼(計算機鼻祖)

計算機應由運算器、控制器、存儲器、

輸入設備和輸出設備五大部件組成；應采用二進制簡化機器的電路設計；采用“存儲程序”技術,以便計算機能保存和自動依次執(zhí)行指令。馮·諾依曼：“如果不考慮巴貝奇、愛達和其他人早先提出的有關思想，計算機基本概念只能屬于阿蘭·圖靈”1.1計算機基礎知識1.1

計算機基礎知識1946年2月由賓夕法尼亞大學研制成功的ENIAC是世界上第一臺電子數(shù)字計算機。ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator電子數(shù)字積分計算機重30噸，占地167m2，耗電150千瓦18800個電子管，1500個繼電器，保存80個字節(jié)，每秒鐘可做5000次加減法或400次乘法運算?！罢Q生了一個電子的大腦”致命缺陷：沒有存儲程序。1.1.2電子計算機時代

第一代計算機

1946－1958年以電子管為主要元件代表機型：ENIAC1.1

計算機基礎知識

第二代計算機

1958－1964年以晶體管為主要元件采用晶體管的第二代電子計算機IBM7090型即：電子數(shù)字積分計算機

第四代計算機

1971年至今以大規(guī)模/超大集成電路為主要元件巨型機、大型機、小型機、微型機以及便攜機

未來的第五代計算機是智能計算機1.1

計算機基礎知識

第三代計算機

1964－1971年以集成電路為主要元件采用集成電路的第一臺電子計算機IBM360型電子技術的發(fā)展促進了電子計算機的更新?lián)Q代。巨型機P7大型機小型機微型機工作站服務器嵌入式計算機按計算機規(guī)模分類1.1計算機基礎知識1.1.3計算機類型按計算機用途分類通用計算機專用計算機按計算機處理的數(shù)據(jù)分類數(shù)字計算機模擬計算機數(shù)字模擬混合計算機1.1計算機基礎知識

計算機是一種能按照事先存儲的程序，自動、高速地進行大量數(shù)值計算和各種信息處理的現(xiàn)代化智能電子設備。運算速度快計算精度高存儲容量大具有邏輯判斷能力按照程序自動運行計算機特點1.1.4計算機的特點及應用領域1.1計算機基礎知識科學計算數(shù)據(jù)處理過程與實時控制人工智能計算機輔助設計與制造計算機應用領域遠程通信與網(wǎng)絡應用多媒體與虛擬現(xiàn)實

計算機發(fā)展趨勢——巨型化

超級計算機：存儲容量更大、運算速度更快。運算速度達每秒千億、萬億次運算。主要應用：天氣預報、地震機理研究、石油和地質勘探，衛(wèi)星圖像處理等的高科技領域。CRAY-Ⅱ銀河Ⅱ1.1.5未來的計算機1.1計算機基礎知識

計算機發(fā)展趨勢——微型化

計算機不再是單一的計算機器，而是一種個人的信息機器。

計算機發(fā)展趨勢——網(wǎng)絡化

通過計算機網(wǎng)絡可共享遠程資源，實現(xiàn)通信和合作。1.1計算機基礎知識

計算機發(fā)展趨勢——智能化

智能計算機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器人。DeepblueGarryKasparov

1996年2月10日，卡斯帕羅夫戰(zhàn)勝“深藍”（國際象棋）1997年5月12日，卡斯帕羅夫負于“更深的藍”（改進的國際象棋）

光計算機1.1.5未來三種新型計算機1.1計算機基礎知識

生物計算機

量子計算機1.2.1計算機硬件系統(tǒng)1.2計算機系統(tǒng)構成馮?諾依曼計算機結構

計算機由運算器、控制器、存儲器、輸入設備、輸出設備五大部分組成?？刂菩盘柫鲾?shù)據(jù)流計算機系統(tǒng)硬件軟件中央處理器運算器控制器存儲器內(nèi)存外存ROMRAM輸出設備系統(tǒng)軟件應用軟件磁盤光盤

U盤軟盤硬盤鍵盤、鼠標、掃描儀等顯示器、打印機等1.2計算機系統(tǒng)構成輸入設備用戶程序或文檔其它系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)硬件

應用軟件是指用戶利用計算機及其提供的系統(tǒng)軟件為解決各種實際問題而編寫的程序。應用軟件可分為2類：一類是針對某個應用領域的具體問題開發(fā)的程序，第二類是一些大型專業(yè)軟件公司開發(fā)的通用型應用軟件。

系統(tǒng)軟件位于計算機系統(tǒng)最靠近硬件的一層，其他軟件一般都通過系統(tǒng)軟件發(fā)揮作用，系統(tǒng)軟件主要包括：

(1)操作系統(tǒng)。

(2)語言處理程序。

(3)監(jiān)控管理程序、調試程序、故障檢查和診斷程序等。