第一講 計算機世界全景圖

1.1無處不在的計算機無處不在計算的理念（－）

－無處不在計算(UbiquitousComputing)是美國施樂公司PARC研究中心的MarkWeiser，1991年在ScientificAmerican雜志上發(fā)表的題為TheComputerforthe21stCentury的文章中首次提出來的理念現(xiàn)在計算機使用的最大弊端是計算機本身吸引了人們太多的注意力和使用不方便，計算機應(yīng)該融入人們的生活和工作環(huán)境，成為一個自然、方便的工具。1.1無處不在的計算機 無處不在計算的本質(zhì)就是：要創(chuàng)造一個與人們的生活完美結(jié)合并具備計算和通信能力的環(huán)境 －1990年左右施樂公司PARC研究中心的Weiser等人提出無處不在計算理念時,做出了Tabs、Pads和Boards三種設(shè)備原型，如下圖所示。無處不在計算的特征（一） －user-centeric，以人為中心的計算，使計算機的使用符合人的習(xí)慣 －invisibility不可見的計算，將計算機自然、合理地嵌入到人們?nèi)粘９ぷ骱蜕瞽h(huán)境（辦公室、家庭）中，使其從人們的視線中消失。人們通過新一代自然交互界面，進行自然、方便的交互 －accessanythingbyanybodyviaanydevices,anywhereanytime在任何時間和地點，人們通過任何設(shè)備和網(wǎng)路，訪問任何信息無處不在計算的特征（二） －h(huán)undredsofhandheldandwearablecomputers許多手持式和可穿戴式計算機 －h(huán)undredsofwirelesscomputingdevicesperpersonperoffice,ofallscales大量遍布在每個辦公室、每個人的，各種規(guī)格的無線計算設(shè)備

－h(huán)undredsofdevicestosenseandcontrolappliances許多傳感設(shè)備和控制設(shè)備古典計算機器時代計算設(shè)備還不是科學(xué)，而是工具。出現(xiàn)一些具備計算和存儲信息能力的設(shè)備。輔助計算的基本手段出現(xiàn)，主要針對的是數(shù)字

主要特點：計算設(shè)備作為人腦計算的輔助工具，不具備自動計算能力。第一代計算機1946--195×電子管計算機主要特點邏輯元件——電子管主存——磁鼓輔存——磁帶軟件——機器語言、符號語言應(yīng)用——科學(xué)計算第一代計算機1946--195×電子管計算機主要成就數(shù)字電子計算機的出現(xiàn)，揭開了人類歷史新篇章。1946年6月，馮·諾依曼提出了“存儲程序”和“程序控制”的概念以及計算機組成和框架，奠定了現(xiàn)代計算機的基礎(chǔ)。圖靈、圖靈機及圖靈測試圖靈是計算機邏輯的奠基者，許多人工智能的重要方法也源自這位偉大的科學(xué)家：24歲，提出圖靈機理論；31歲，參與Colossus（二戰(zhàn)時英國破解德國通信密碼的計算機）的研制；33歲，構(gòu)思了仿真系統(tǒng)；35歲，提出自動程序設(shè)計概念；38歲，設(shè)計了“圖靈測試”；在后來還創(chuàng)造了一門新學(xué)科——非線性力學(xué)；……計算機與人工智能之父，英國數(shù)學(xué)家、邏輯學(xué)家—阿蘭·圖靈（AlanTuring，1912-1954）阿塔納索夫及ABC計算機被“遺忘”的電子計算機之父

——約翰·阿塔納索夫（JohnAtanasoff，1903-1995）存放在衣阿華州立大學(xué)的ABC計算機(Atanasoff-BerryComputer)馮·挨諾伊氧曼及羽馮·漂諾伊投曼結(jié)倆構(gòu)19誰45年6月30日，解馮·磁諾依素曼發(fā)博表“10妖1頁報典告”種——Fi槐rs還t攤Dr菜af港t科of卡a糖R抱ep香or議t搭on淋t水he毛E雀DV轟AC；19被46年7、8月間薦，馮辮·諾央依曼消又提麥出了齊一個嫩更加晝完善趴的設(shè)鍋計報嶼告“視電子恩計算肢機邏泡輯設(shè)幻玉計初頑探”痛（Pr納el灣im育in蜓ar企y學(xué)di鈔sc貍us械si戶on滲o廁f家th潔e害th疊e處lo誘gi能ca珍l迷de疼si粱gn且o廊f菊an藏e斬le銳ct鍬ro瞇ni句c攪co起mp勒ut醉in描g州in熄st矛ru每me棕nt）。這兩吵篇報劇告的厘綜合共設(shè)計瞇思想修，便嗚是著錦名的困“馮·諾依欺曼結(jié)贈構(gòu)（vo緒n掏Ne室um匆an打n擱Ar昨ch匠it犁ec透tu乒re）”坡。報柏告明呈確指盡出：采用義二進心制，鍵不但御數(shù)據(jù)聲采用紙二進未制，終指令機也采榜用二嫁進制踩；計算侄機由5部分錢構(gòu)成奴：運挺算器仇、控陸制器德、存叮儲器詢、輸館入和世輸出窩裝置染；程序切由指沉令組煎成并楊和數(shù)懶據(jù)一般起存妖放在筒存儲友器中惹，機劍器按從程序團指定貪的邏寄輯順塞序，芹把指棋令從看存儲擊器中臘讀出剃來并厲逐條違執(zhí)行評，從熔而自跌動完春成程巾序描街述的淺處理室工作守。(即，倉“存傾儲程踢序”除思想)現(xiàn)代叮電子溝計算稠機之族父——馮·諾伊犬曼電子李管計銳算機19唱46年世沒界上釋第一電臺電原子計掉算機EN唱IA凈C（線El祝ec硬tr堆on經(jīng)ic助N愈um堪er使ic墊al靠I改nt篩eg逗ra橡to烤r耗An鹽d瀉Co脫mp票ut后er，注壘意EN樸IA羽C并不仿是基拌于“匯存儲惹程序碼”工笛作的蠻計算恢機?。┰谡鹈绹зe夕勝法尼事亞大甩學(xué)研消制成夸功。5000次加法/秒體重30噸占地170m218800只電子管1500個繼電器功率150KW第二密代電側(cè)子計翼算機19員5×--19六6×晶體寇管摩計算匯機主要財特點邏輯予元件——晶體榨管主存——磁芯輔存——磁盤軟件——高級港程序鋪設(shè)計鈔語言傘、操莖作系齡統(tǒng)應(yīng)用——除科演學(xué)計令算外墳，已電應(yīng)用造于數(shù)唇據(jù)處進理、誼過程竄控制主要涉成就首次折將晶鑄體管響用于帶計算眉機，濫使計仔算機妥縮小丹了體桃積，西減低溫了功芳耗，耐提高乓了速名度和木可靠蝴性。發(fā)明腔了高絡(luò)級語正言。首次骨提出平了計完算機圍的兼株容問引題，校包括饞硬件應(yīng)兼容掀和軟鄰件兼景容。晶體豪管計費算機晶體管與電子管的比較：

體積比電子管小很多

耗電大大降低

穩(wěn)定性有很大提高1955年，貝爾實驗室使用800只晶體管組裝了世界上第一臺晶體管計算機TRADIC。(TransistorDigitalComputer)第三營代電毛子計典算機19完6×--19補7×集成培電路柜計算叫機主要藍特點邏輯捉元件殘—坦—大慎規(guī)模偷集成近電路主存圈—刷—半導(dǎo)現(xiàn)體芯彈片輔存孔—涂—放磁盤軟件綁—癢—編填譯系畢統(tǒng)，解各類邀高級儉語言某、操兵作系藏統(tǒng)提出降“摩但爾定激律”摩爾嚷定律微芯造片上充集成密的晶旦體管譽數(shù)目營每1堤8個煮月翻尊一番脖，價范格降臭低一亦半集成皮電路荒計算游機集成電路與晶體管的比較：1964年4月7日，在IBM公司成立50周年之際，由年僅40歲的吉恩·阿姆達爾(Gene

Amdahl)擔任主設(shè)計師，歷時四年研發(fā)的IBM360計算機問世，標志著第三代計算機的全面登場，這也是IBM歷史上最為成功的機型之一。第四遺代電紡子計余算機19包7×--現(xiàn)在逃大規(guī)拜模、鵲超大判規(guī)模紀集成熟電路糾計算核機主要芽特點邏輯列元件?！颉蠖?guī)模/超大揮規(guī)模倦集成始電路戰(zhàn)（LS伴I/陷VL裙SI）主存渠—笑—LS仿I/藍VL鐵SI半導(dǎo)駝體芯蟲片輔存桿—壯—料磁盤酷、光冠盤軟件穿—屈—歌高級晃程序隙設(shè)計灑語言薄、操禁作系泳統(tǒng)應(yīng)用游—牢—科淺學(xué)計險算、袍數(shù)據(jù)不處理鞭、過晚程控機制，并進葵入以遼計算臨機網(wǎng)騎絡(luò)為戚特征剃的應(yīng)急用時仍代第五記代電晌子計槽算機從20世紀80年代鼻開始絡(luò)，日催本、螞美國床、歐他洲等減發(fā)達跪國家采都宣瘡布開潛始新芒一代妨計算鴿機的表研究杰。人嫂們普搏遍認糖為新公一代障計算那機應(yīng)飄該是監(jiān)智能棋型的翼，它脫能模慈擬人睜的智撐能行肢為，帳理解擦人類堂自然吩語言為，并斧繼續(xù)葡向著顆微型草化、匙網(wǎng)絡(luò)垃化發(fā)廳展。罵綜合哥起來膜大概支有以際下幾講個研消究方猾向。人工列智能辛計算裕機巨型蹈計算識機多處知理機激光獸計算牙機超導(dǎo)定計算袖機生物首晶體宵計算飛機（DN夠A計算慮機）量子底計算1.耀3計算對機與布計算眠思維計算嘩思維松（Co打mp惜ut換at漏io偽na綿l覆Th近in刃ki材ng）是扮運用軟計算場機科船學(xué)的璃基礎(chǔ)曬概念勢進行退問題距求解秩、系秒統(tǒng)設(shè)摟計以份及人盈類行攏為理學(xué)解等喊涵蓋論計算喬機科察學(xué)之慰廣度谷的一值系列矛思維霜活動邊。計算垃思維遇建立鴨在計騾算過存程的裹能力惹和限特制之濫上，誤它是何選擇叼合適閥的方酸式去鳳陳述緒一個急問題橋，對葬一個也問題圣的相差關(guān)方備面建鞏模并砍用最揚有效丹的辦晴法實躁現(xiàn)問教題的鵲求解喂，整縱個過湊程由戚人和執(zhí)機器福協(xié)同傷配合育執(zhí)行言。計抽算方器法和撿模型稅使我臉們敢執(zhí)于去鏟處理齡那些濃原本宅無法均由任孤何個墨人獨朝自完棍成的遺問題沾求解蟻和系響統(tǒng)設(shè)億計。計算羅思維葬表達配體系（基異本內(nèi)脹涵）周以齡真教悅授:計算東思維苦能力嗎可以孔通過芬熟練遺地掌舉握計狀算機坡科學(xué)叼的基達礎(chǔ)概工念而刷得到惕提高:約簡甘、嵌御入、認轉(zhuǎn)化挑、仿蠟真、慰遞歸粉、并弟行、暫抽象儉、分崗解、堂建模邀、預(yù)牌防、蛋保護竟、恢紗復(fù)、忙冗余占、容寧錯、香糾錯稍、啟輔發(fā)式粗推理押、規(guī)嘉劃、攻學(xué)習(xí)覆、調(diào)亭度等AC痛M和IE喪EE聯(lián)合知制定參的CC灰19餡91給出奔了計很算機壯科學(xué)粱領(lǐng)域圾里重蠶復(fù)出兆現(xiàn)的12個核攔心概決念：計算厚思維勁表達藝體系（基寨本內(nèi)夠涵）綁定蔥、大煤問題唉的復(fù)破雜