計算機科學導論

計算機科學導論第1頁，共61頁，2023年，2月20日，星期四2主講教師：

馬波授課對象：2011級計算機學院學生總學時數(shù)：100000學時理論教學學時數(shù)：11000學時上機學時數(shù)：1000學時32248第2頁，共61頁，2023年，2月20日，星期四3《計算機科學導論》教材教材

《計算機科學導論》

機械工業(yè)出版社劉藝等譯第3頁，共61頁，2023年，2月20日，星期四4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第4頁，共61頁，2023年，2月20日，星期四學習要求了解計算機科學的內(nèi)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、計算機基本應用技能等。5第5頁，共61頁，2023年，2月20日，星期四6課程安排講授內(nèi)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）第6頁，共61頁，2023年，2月20日，星期四周次安排周學時2熟悉網(wǎng)絡教室的使用機房2學時練習通過Internet網(wǎng)檢索文獻資料機房2學時練習Word/Excel/PowerPoint的使用機房2學時撰寫專題報告機房2學時7上機練習（8學時），時間待通知第7頁，共61頁，2023年，2月20日，星期四8作業(yè)

按時完成并提交教師布置的作業(yè)作業(yè)的發(fā)布、提交和答疑均在“網(wǎng)絡教學支撐平臺”進行計算機科學導論教學網(wǎng)站：

/moodle/

“網(wǎng)絡教學支撐平臺”的用法也請登錄：

/moodle/第8頁，共61頁，2023年，2月20日，星期四9學習建議內(nèi)容多，用系統(tǒng)的思想學習，掌握基本概念、基本原理、基本操作；聽講與自學相結合，可以快速瀏覽幾本書，有針對性的上網(wǎng)查閱或圖書查閱；多上機，多實踐，提高動手能力第9頁，共61頁，2023年，2月20日，星期四10考核方法課程成績百分制：

1．計算機基礎筆試成績（50%）

2．專題討論報告（40%）

3.平時作業(yè)（10%）第10頁，共61頁，2023年，2月20日，星期四11專題討論的要求

1.專題討論題目分為兩大類：①計算機發(fā)展史方面②計算機軟、硬件組成方面2.每位學生在兩大類題目中各選擇一個小題目作為自己的討論專題。3.相關資料通過互聯(lián)網(wǎng)或其他媒體收集，要保證資料的正確和可靠。第11頁，共61頁，2023年，2月20日，星期四12專題討論的要求

4.寫專題報告，報告不少于2000字。WORD文檔，要求有一定的格式（如標題、正文、字體、行距等等）。5.做出專題報告的演講文稿，不少于10張幻燈片。PPT文檔，要求圖文并茂，并有一定的動畫和鏈接。6.對專題報告中的數(shù)據(jù)（如果有的話）進行處理，做出簡單的圖表，XLS文檔。7.專題報告中必須要有個人的分析和見解。第12頁，共61頁，2023年，2月20日，星期四13本講內(nèi)容1.1．計算機系統(tǒng)分層結構1.2．計算機的發(fā)展歷史1.3．計算機的分類1.4．計算機應用

第13頁，共61頁，2023年，2月20日，星期四什么是計算機科學14Computerscienceisthestudyofthetheory,design,implementation,andperformanceofcomputersoftwareandcomputersystems,includingthestudyofcomputabilityandcomputationitself.UM-CS第14頁，共61頁，2023年，2月20日，星期四15什么是計算機輸出計算機是數(shù)據(jù)處理器，它根據(jù)事先存儲在存儲器中的一組指令的要求，接收輸入的數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、存儲數(shù)據(jù)并且輸出數(shù)據(jù)。輸入8,12,22,33,8,12,22程序（存儲在存儲器中）第15頁，共61頁，2023年，2月20日，星期四馮.諾依曼模型（JohnVonNeumann1903－1957）16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第16頁，共61頁，2023年，2月20日，星期四17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像等各種信息組成通過指令完成計算和數(shù)據(jù)管理

由物理元器件構成網(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第17頁，共61頁，2023年，2月20日，星期四18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,1946EDVAC,1950與UNIVAC,1951第18頁，共61頁，2023年，2月20日，星期四19帕斯卡與機械計算機Pascaline，1642早期最重要的計算工具是算盤

(abacus)

計算工具最重要的發(fā)展是帕斯卡機械計算機，也稱“Pascaline”，1642由法國數(shù)學家BlaisePascal發(fā)明?？蓪λ詳?shù)字做加減法運算。第19頁，共61頁，2023年，2月20日，星期四20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。第20頁，共61頁，2023年，2月20日，星期四21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“

(DifferenceEngine)”。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“

(AnalyticalEngine)”。第21頁，共61頁，2023年，2月20日，星期四22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，霍列瑞斯組織了InternationalBusinessMachines(IBM)。

該組織后來在計算機發(fā)展中發(fā)揮了重要的作用。第22頁，共61頁，2023年，2月20日，星期四23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。第23頁，共61頁，2023年，2月20日，星期四24莫奇利、?？颂嘏cENIAC,1946第一臺電子計算機，ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator(ENIAC),誕生于1946年，由莫奇利與?？颂卦O計。第24頁，共61頁，2023年，2月20日，星期四25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平方英尺第25頁，共61頁，2023年，2月20日，星期四26EDVAC,1950與UNIVAC,1951EDVAC(ElectronicDiscreteVariableAutomaticComputer)

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(UniversalAutomaticComputer),

第一臺商業(yè)計算機，1951年由莫奇利與埃克特設計制造。第26頁，共61頁，2023年，2月20日，星期四27馮?諾依曼與IAS,1952馮?諾依曼的IAS

計算機誕生于1952。第27頁，共61頁，2023年，2月20日，星期四28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(jīng)網(wǎng)絡時代（人工智能）第28頁，共61頁，2023年，2月20日，星期四29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。可用于科學計算、商業(yè)數(shù)據(jù)處理。內(nèi)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、小三大類六個型號。從IBM360開始有了計算機兼容的概念。第29頁，共61頁，2023年，2月20日，星期四30IBM360系列機第30頁，共61頁，2023年，2月20日，星期四31IBM360/20第31頁，共61頁，2023年，2月20日，星期四32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Kenbak1（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）第32頁，共61頁，2023年，2月20日，星期四33Intel4004微處理器芯片第33頁，共61頁，2023年，2月20日，星期四34微處理芯片和微型計算機第34頁，共61頁，2023年，2月20日，星期四35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(nèi)存。 1981年8月IBM推出IBM5150個人計算機，使用Intel8088芯片，4.77兆主頻、64K內(nèi)存、MS—DOS操作系統(tǒng)，售價單色顯示器3000美元、彩色顯示器6000美元。第35頁，共61頁，2023年，2月20日，星期四36IBMPC（PersonalComputer)第36頁，共61頁，2023年，2月20日，星期四37計算機概述——計算機的分類

計算機的分類：根據(jù)體積大小、計算速度、處理能力、價格等特性來分類。巨型計算機(Supercomputer)大型計算機(Mainframecomputer)小型計算機(Minicomputer)微型計算機(Microcomputer)第37頁，共61頁，2023年，2月20日，星期四38計算機的分類——巨型計算機最快速的、最昂貴的計算機，每秒能處理一萬億多條指令。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。第38頁，共61頁，2023年，2月20日，星期四39計算機的分類——巨型計算機第39頁，共61頁，2023年，2月20日，星期四40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。第40頁，共61頁，2023年，2月20日，星期四41計算機的分類——大型計算機第41頁，共61頁，2023年，2月20日，星期四42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?。?2頁，共61頁，2023年，2月20日，星期四43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!!!第43頁，共61頁，2023年，2月20日，星期四44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)第44頁，共61頁，2023年，2月20日，星期四45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：膝上型計算機第45頁，共61頁，2023年，2月20日，星期四46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(Personaldigitalassistant)掌上型計算機第46頁，共61頁，2023年，2月20日，星期四47計算機無處不在第47頁，共61頁，2023年，2月20日，星期四48輔助教學（CAI）Computer-assistedinstruction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——計算機應用第48頁，共61頁，2023年，2月20日，星期四49遠程教育第49頁，共61頁，2023年，2月20日，星期四50遠程健康護理第50頁，共61頁，2023年，2月20日，星期四51網(wǎng)絡交易第51頁，共61頁，2023年，2月20日，星期四52第52頁，共61頁，2023年，2月20日，星期四53數(shù)值計算工程計算、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)）第53頁，共61頁，2023年，2月20日，星期四54數(shù)據(jù)處理這是數(shù)值計算嗎？區(qū)別？

數(shù)據(jù)處理包括：信息的收集、轉(zhuǎn)換、組織、存儲、計算、檢索、排序等多項內(nèi)容。

數(shù)據(jù)處理應用于：人口統(tǒng)計、檔案管理、銀行業(yè)務、情報檢索、企業(yè)管理。計算機的應用（續(xù)）第54頁，共61頁，2023年，2月20日，星期四55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(chǎn)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、