計(jì)算機(jī)學(xué)科專業(yè)及人才培養(yǎng)

第7講計(jì)算機(jī)學(xué)科專業(yè)及人才培養(yǎng)1計(jì)算機(jī)應(yīng)用導(dǎo)論本次專題安排part1計(jì)算機(jī)學(xué)科及專業(yè)part2人才培養(yǎng)2計(jì)算機(jī)應(yīng)用導(dǎo)論part1計(jì)算機(jī)學(xué)科專業(yè)計(jì)算工具的發(fā)展學(xué)科奠基人學(xué)科領(lǐng)域?qū)I(yè)設(shè)置3計(jì)算機(jī)應(yīng)用導(dǎo)論1.計(jì)算工具的發(fā)展計(jì)算工具的發(fā)展從結(jié)繩記事到算盤，從計(jì)算尺到計(jì)算器，從機(jī)械計(jì)算機(jī)到電子計(jì)算機(jī)。4計(jì)算機(jī)應(yīng)用導(dǎo)論1.1從結(jié)繩記事到算盤公元前3000年的古埃及人用結(jié)繩來記錄土地面積和收獲的谷物公元前2000年的美索不達(dá)米亞人用泥板計(jì)數(shù)，這塊泥板上的契形文字代表25。公元429年-公元500年古代數(shù)學(xué)家祖沖之就是用算籌計(jì)算出圓周率值介于3.1415926和3.1415927之間。5計(jì)算機(jī)應(yīng)用導(dǎo)論1.1從結(jié)繩記事到算盤珠算被稱為我國“第五大發(fā)明”，最早記錄于漢朝人徐岳撰寫的《數(shù)術(shù)記遺》一書里。約公元130～210算圣劉洪及其發(fā)明的珠算盤。6計(jì)算機(jī)應(yīng)用導(dǎo)論1.2從計(jì)算尺到計(jì)算器JohnNapier(1550-1617)約翰·納皮爾納皮爾算籌(Napier’sbones)1612年發(fā)明7計(jì)算機(jī)應(yīng)用導(dǎo)論1.2從計(jì)算尺到計(jì)算器威廉·奧卻德(WilliamOughtred)及其發(fā)明的圓形計(jì)算尺風(fēng)靡18－19世紀(jì)的計(jì)算尺1.2.1

計(jì)算尺8計(jì)算機(jī)應(yīng)用導(dǎo)論Casio14-A史上第一臺商用小型電子計(jì)算器1957年發(fā)明1.2.2

計(jì)算器1.2從計(jì)算尺到計(jì)算器9計(jì)算機(jī)應(yīng)用導(dǎo)論1.3.1契卡德計(jì)算機(jī)威廉·契克卡德德國圖賓根大學(xué)教授，于1623年制造了第一臺計(jì)算機(jī)。1960年，契克卡德家鄉(xiāng)人根據(jù)示意圖重新制作的契克卡德計(jì)算機(jī)：能做6位數(shù)加減法，設(shè)置了某種“溢出”響鈴裝置；機(jī)器上部附加一套圓柱型“納皮爾算籌”，因此也能進(jìn)行乘除運(yùn)算。WilhelmSchickard(1592-1635)1.3

從機(jī)械式計(jì)算機(jī)到電子計(jì)算機(jī)10計(jì)算機(jī)應(yīng)用導(dǎo)論1.3.2帕斯卡加法機(jī)BlaisePascal(1623–1662)保存在巴黎國立工藝博物館的帕斯卡加法機(jī)，1642年發(fā)明：由系列齒輪組成的裝置，外殼用黃銅材料制作，長20英寸、寬4英寸、高3英寸，面板上有一列顯示數(shù)字的小窗口，旋緊發(fā)條后才能轉(zhuǎn)動，用專用的鐵筆來撥動轉(zhuǎn)輪以輸入數(shù)字。布萊斯·帕斯卡

法國數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家、思想家1.3

從機(jī)械式計(jì)算機(jī)到電子計(jì)算機(jī)11計(jì)算機(jī)應(yīng)用導(dǎo)論1.3.3萊布尼茲乘法機(jī)GottfriedLeibniz(1646–1716)1674年，萊布尼茨發(fā)明乘法機(jī)。這是第一臺可以運(yùn)行完整四則運(yùn)算的計(jì)算機(jī)，長100厘米、寬30厘米、高25厘米，主要由不動的計(jì)數(shù)器和可動的定位機(jī)構(gòu)兩部分組成，整個(gè)機(jī)器由一套齒輪系統(tǒng)傳動?！竟?700年左右，萊布尼茨從一位友人送給他的中國“易圖”（八卦）里受到啟發(fā)，悟出了二進(jìn)制數(shù)之真諦，率先提出了二進(jìn)制的運(yùn)算法則。】戈特費(fèi)里德·萊布尼茲

德國數(shù)學(xué)家、微積分獨(dú)立發(fā)明人1.3

從機(jī)械式計(jì)算機(jī)到電子計(jì)算機(jī)12計(jì)算機(jī)應(yīng)用導(dǎo)論1.3.4

差分機(jī)和分析機(jī)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)奠基人——英國劍橋大學(xué)教授查爾斯·巴貝奇1822年，差分機(jī)——倫敦科學(xué)博物館復(fù)制品CharlesBabbage(1791-

1871)1.3

從機(jī)械式計(jì)算機(jī)到電子計(jì)算機(jī)13計(jì)算機(jī)應(yīng)用導(dǎo)論1.3.4

差分機(jī)和分析機(jī)世界上第一位程序員——奧古斯塔·艾達(dá)·拜倫翻譯巴貝奇早期的程式設(shè)計(jì)書《分析機(jī)概論》后人根據(jù)巴貝奇圖紙制造的“分析機(jī)”AugustaAdaByron(1815-1852)1834年，巴貝奇提出通用計(jì)算機(jī)“分析機(jī)”構(gòu)想，未制成。1.3

從機(jī)械式計(jì)算機(jī)到電子計(jì)算機(jī)14計(jì)算機(jī)應(yīng)用導(dǎo)論1.3.4

差分機(jī)和分析機(jī)設(shè)計(jì)圖紙之一——差分機(jī)和分析機(jī)存儲器框架1.3

從機(jī)械式計(jì)算機(jī)到電子計(jì)算機(jī)15計(jì)算機(jī)應(yīng)用導(dǎo)論1.3.5

手搖計(jì)算機(jī)鮑德溫發(fā)明的手搖計(jì)算機(jī)，1873年弗蘭克·鮑德溫(FrankBaldwin)1.3

從機(jī)械式計(jì)算機(jī)到電子計(jì)算機(jī)16計(jì)算機(jī)應(yīng)用導(dǎo)論1.3.6

穿孔制表機(jī)HermanHollerith(1860-1929)美國著名統(tǒng)計(jì)專家——赫爾曼·霍列瑞斯霍列瑞斯發(fā)明的自動制表機(jī)1.3

從機(jī)械式計(jì)算機(jī)到電子計(jì)算機(jī)17計(jì)算機(jī)應(yīng)用導(dǎo)論1.3.7

電子文明的曙光——電子二極管、三極管JohnFleming(1848-1945)1904年，英國青年工程師約翰·弗萊明發(fā)明真空二極管LeeDeForest(1873-1961)1906年美國人李·德·福雷斯特發(fā)明能起放大作用的真空三極管。1.3

從機(jī)械式計(jì)算機(jī)到電子計(jì)算機(jī)18計(jì)算機(jī)應(yīng)用導(dǎo)論ENIAC兩位設(shè)計(jì)者

——莫契利和?？颂谽NIAC博物館中的部分器件1.4

第一臺電子計(jì)算機(jī)19計(jì)算機(jī)應(yīng)用導(dǎo)論ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator）：1946年2月14日1.4

第一臺電子計(jì)算機(jī)20計(jì)算機(jī)應(yīng)用導(dǎo)論KonradZuse(1910-1995)數(shù)字計(jì)算機(jī)之父-克蘭德·楚澤1938-1945Z1機(jī)械-Z3可編程-Z4德國博物館中存放的Z4計(jì)算機(jī)1.5

那些被遺忘的計(jì)算機(jī)1.5.1

德國Z系列計(jì)算機(jī)21計(jì)算機(jī)應(yīng)用導(dǎo)論1.5

那些被遺忘的計(jì)算機(jī)1.5.2

英國巨人計(jì)算機(jī)-194322計(jì)算機(jī)應(yīng)用導(dǎo)論1.5

那些被遺忘的計(jì)算機(jī)1.5.2

英國巨人計(jì)算機(jī)23計(jì)算機(jī)應(yīng)用導(dǎo)論1.5

那些被遺忘的計(jì)算機(jī)1.5.2

英國巨人計(jì)算機(jī)24計(jì)算機(jī)應(yīng)用導(dǎo)論1.5

那些被遺忘的計(jì)算機(jī)1.5.2

英國巨人計(jì)算機(jī)25計(jì)算機(jī)應(yīng)用導(dǎo)論HowardAiken(1900-1973)MARK系列計(jì)算機(jī)發(fā)明人—霍華德·艾肯哈佛大學(xué)的MARK-I-19441.5

那些被遺忘的計(jì)算機(jī)1.5.3

MARK系列計(jì)算機(jī)26計(jì)算機(jī)應(yīng)用導(dǎo)論計(jì)算機(jī)軟件之母——GraceHopper(1906-1992)(a)一本介紹霍波博士的書(b)海軍軍官霍波——攝于1984年保存在霍波筆記本中的第一個(gè)“bug”1.5

那些被遺忘的計(jì)算機(jī)1.5.3

MARK系列計(jì)算機(jī)27計(jì)算機(jī)應(yīng)用導(dǎo)論被“遺忘”的電子計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)(Atanasoff-BerryComputer)28計(jì)算機(jī)應(yīng)用導(dǎo)論2.學(xué)科奠基人計(jì)算機(jī)學(xué)科源于數(shù)學(xué)、物理兩大學(xué)科的交叉學(xué)科物理學(xué)科又派生出電子學(xué)科、通信學(xué)科ICT信息通信技術(shù)29計(jì)算機(jī)應(yīng)用導(dǎo)論邏輯代數(shù)創(chuàng)始人，英國數(shù)學(xué)家——喬治·布爾(GeorgeBoole，1815-1864)2.130計(jì)算機(jī)應(yīng)用導(dǎo)論信息論創(chuàng)始人，美國科學(xué)家——

克勞德·香農(nóng)(ClaudeShannon，1916-2001)2.231計(jì)算機(jī)應(yīng)用導(dǎo)論2.3圖靈、圖靈機(jī)及圖靈測試

圖靈是計(jì)算機(jī)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(jī)理論；31歲，參與Colossus（二戰(zhàn)時(shí)英國破解德國通信密碼的計(jì)算機(jī)）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(jì)概念；38歲，設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)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）32計(jì)算機(jī)應(yīng)用導(dǎo)論2.3圖靈、圖靈機(jī)及圖靈測試1.圖靈機(jī)1936年5月28日，圖靈向倫敦權(quán)威的數(shù)學(xué)雜志投了一篇論文，題為“論可計(jì)算數(shù)及其在判定問題上的應(yīng)用”(OnComputableNumbers,withanApplicationtotheEntscheidungsproblem)。在這篇開創(chuàng)性的論文中，圖靈給“可計(jì)算性”下了一個(gè)嚴(yán)格的數(shù)學(xué)定義，并提出著名的“圖靈機(jī)(TuringMachine)”的設(shè)想。圖靈機(jī)模型示意圖33計(jì)算機(jī)應(yīng)用導(dǎo)論2.3圖靈、圖靈機(jī)及圖靈測試2.圖靈測試1950年10月，圖靈發(fā)表一篇題為“計(jì)算機(jī)器與智能”(Computingmachineryandintelligence)的論文，成為劃時(shí)代之作。在這篇論文里，圖靈第一次提出“機(jī)器思維”的概念。他還對智能問題從行為主義的角度給出了定義，由此提出一假想：一個(gè)人在不接觸對方的情況下，通過一種特殊的方式，和對方進(jìn)行一系列的問答，如果在相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)，他無法根據(jù)這些問題判斷對方是人還是計(jì)算機(jī)，那么，就可以認(rèn)為這個(gè)計(jì)算機(jī)具有同人相當(dāng)?shù)闹橇?，即這臺計(jì)算機(jī)是能思維的。這就是著名的“圖靈測試”（TuringTesting）。34計(jì)算機(jī)應(yīng)用導(dǎo)論2.3圖靈、圖靈機(jī)及圖靈測試3.圖靈獎(jiǎng)為紀(jì)念圖靈對計(jì)算機(jī)領(lǐng)域做出的巨大貢獻(xiàn)，國際計(jì)算機(jī)協(xié)會(AssociationforComputingMachinery，ACM)于1966年開始設(shè)立圖靈獎(jiǎng)(TuringAward)，這是計(jì)算機(jī)界最負(fù)盛名的獎(jiǎng)項(xiàng)，有“計(jì)算機(jī)界諾貝爾獎(jiǎng)”之稱。首位華人獲獎(jiǎng)?wù)摺?000年圖靈獎(jiǎng)得主，姚期智首位女性獲獎(jiǎng)?wù)摺?006年圖靈獎(jiǎng)得主，法蘭西斯·艾倫姚期智法蘭西斯·艾倫(FrancesAllen)35計(jì)算機(jī)應(yīng)用導(dǎo)論2.4

維納及計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)五原則

不是模擬式，而是數(shù)字式；

由電子元件構(gòu)成，盡量減少機(jī)械部件；

采用二進(jìn)制，而不是十進(jìn)制；

內(nèi)部存放計(jì)算表；

在計(jì)算機(jī)內(nèi)部存儲數(shù)據(jù)?？刂普搫?chuàng)始人——諾伯特·維納（NorbertWiener，1894-1964）36計(jì)算機(jī)應(yīng)用導(dǎo)論2.4

維納及計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)五原則

【維納1943年在所發(fā)表的論文“行為、目的和目的論”（Behavior,purpose,andteleology.Phil.Sci.10(1943).）中，首次提出了“控制論”這個(gè)概念。

1948年維納在麻省理工學(xué)院出版社（MITPress）出版了里程碑式的著作《控制論——?jiǎng)游锖蜋C(jī)器中的通信與控制問題》（Cybernetics:OrtheControlandCommunicationintheAnimalandtheMachine.Cambridge），為控制論奠定了理論基礎(chǔ)，標(biāo)志著它的正式誕生?！?7計(jì)算機(jī)應(yīng)用導(dǎo)論2.5馮·諾伊曼及馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)1945年6月30日，馮·諾依曼發(fā)表“101頁報(bào)告”——FirstDraftofaReportontheEDVAC；1946年7、8月間，馮·諾依曼又提出了一個(gè)更加完善的設(shè)計(jì)報(bào)告“電子計(jì)算機(jī)邏輯設(shè)計(jì)初探”（Preliminarydiscussionofthethelogicaldesignofanelectroniccomputinginstrument）?，F(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)之父——馮·諾伊曼38計(jì)算機(jī)應(yīng)用導(dǎo)論2.5馮·諾伊曼及馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)這兩篇報(bào)告的綜合設(shè)計(jì)思想，便是著名的“馮·諾依曼結(jié)構(gòu)（vonNeumannArchitecture）