計(jì)算機(jī)科學(xué)發(fā)展概述課件

計(jì)算機(jī)導(dǎo)論講授：李芳芳8/9/20231計(jì)算機(jī)導(dǎo)論講授：李芳芳8/8/20231課程性質(zhì)與目的本課程是入門性的專業(yè)基礎(chǔ)課。通過計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與信息系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、多媒體技術(shù)、計(jì)算機(jī)信息安全技術(shù)等內(nèi)容的學(xué)習(xí)，為后續(xù)的計(jì)算機(jī)課程構(gòu)建一個(gè)基本知識(shí)框架，也為以后學(xué)習(xí)和掌握專業(yè)知識(shí)奠定良好的基礎(chǔ)。8/9/20232課程性質(zhì)與目的本課程是入門性的專業(yè)基礎(chǔ)課。8/8/20232學(xué)時(shí)分配和成績(jī)計(jì)算方法本課程主要采用課堂講授和學(xué)生實(shí)驗(yàn)的形式，課堂講授

36學(xué)時(shí)，學(xué)生實(shí)驗(yàn)27學(xué)時(shí)。計(jì)劃每周安排3+3課時(shí)。成績(jī)計(jì)分方法為：課堂點(diǎn)名與平時(shí)作業(yè)各30％+期末考試40%8/9/20233學(xué)時(shí)分配和成績(jī)計(jì)算方法本課程主要采用課堂講授和學(xué)生實(shí)驗(yàn)的形式第1章計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)發(fā)展概述

1.1計(jì)算發(fā)展史1.2現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生1.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的定義1.4計(jì)算機(jī)的應(yīng)用1.5計(jì)算機(jī)科學(xué)的知識(shí)體系和分支學(xué)科1.6新型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)8/9/20234第1章計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)發(fā)展概述

1.1計(jì)算發(fā)展史8/8/21.1計(jì)算發(fā)展史計(jì)算作為人類社會(huì)生活、生產(chǎn)中總結(jié)發(fā)展起來的一門知識(shí)，已經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的發(fā)展階段。結(jié)繩紀(jì)事算盤機(jī)械式（模擬）計(jì)算機(jī)電子式（數(shù)字）計(jì)算機(jī)8/9/202351.1計(jì)算發(fā)展史計(jì)算作為人類社會(huì)生活、生產(chǎn)中總結(jié)發(fā)展起來的1.2現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生1946年2月14日世界上第一臺(tái)數(shù)字電子計(jì)算機(jī)ENIAC(TheElectronicNumericalIntegratorandComputer，電子數(shù)值積分計(jì)算機(jī))在美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)研制成功。

被公認(rèn)為第一臺(tái)使用電子線路來執(zhí)行算術(shù)、邏輯運(yùn)算和信息存儲(chǔ)的真正工作的計(jì)算機(jī)器。奠定了電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展基礎(chǔ)，開辟了計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的新紀(jì)元。8/9/202361.2現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生1946年2月14日世界上第一臺(tái)數(shù)字1.2現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生8/9/202371.2現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生8/8/20237埃尼阿克ENIAC是美國(guó)奧伯丁武器試驗(yàn)場(chǎng)為滿足計(jì)算彈道需要而研制。主要發(fā)明人是電氣工程師普雷斯波?？颂睾臀锢韺W(xué)家約翰莫奇勒博士采用電子管作為計(jì)算機(jī)的基本元件，每秒可進(jìn)行5000次加減運(yùn)算。使用了18000只電子管，10000只電容，7000只電阻，體積3000立方英尺，占地170平方米，重量30噸，耗電140~150千瓦，機(jī)器被安裝在一排2.75米高的金屬柜里,是一個(gè)名副其實(shí)的“龐然大物”8/9/20238埃尼阿克ENIAC是美國(guó)奧伯丁武器試驗(yàn)場(chǎng)為滿足計(jì)算彈道需要而世界上第一臺(tái)數(shù)字電子計(jì)算機(jī)ENIAC8/9/20239世界上第一臺(tái)數(shù)字電子計(jì)算機(jī)ENIAC8/8/20239計(jì)算機(jī)之父——馮?諾依曼1946年6月美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮?諾依曼等提出關(guān)于電子計(jì)算裝置邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究報(bào)告。電子計(jì)算機(jī)應(yīng)該是：1)以二進(jìn)制為運(yùn)算基礎(chǔ)；2)采用存儲(chǔ)程序方式工作。并進(jìn)一步明確其結(jié)構(gòu)應(yīng)由五個(gè)部分組成：運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入裝置和輸出裝置。至今絕大部分的計(jì)算機(jī)還是采用存儲(chǔ)程序式計(jì)算機(jī)的組織結(jié)構(gòu)思想及實(shí)現(xiàn)方法8/9/202310計(jì)算機(jī)之父——馮?諾依曼1946年6月美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮?諾第四代計(jì)算機(jī)（大、超大規(guī)模集成電路時(shí)代）第三代計(jì)算機(jī)（中小規(guī)模集成電路時(shí)代）第二代計(jì)算機(jī)（晶體管時(shí)代）第一代計(jì)算機(jī)（電子管時(shí)代）計(jì)算機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)史12348/9/202311第四代計(jì)算機(jī)（大、超大規(guī)模集成電路時(shí)代）第三代計(jì)算機(jī)（中小規(guī)第一代計(jì)算機(jī)（1946年～1957年）邏輯器件使用電子管用穿孔卡片機(jī)作為數(shù)據(jù)和指令的輸入設(shè)備用磁鼓或磁帶作為外存儲(chǔ)器要計(jì)算一個(gè)新的題目，就得將線路另外重新搭接一次，把成千上萬的線重新焊一下。在1949出現(xiàn)了可以存儲(chǔ)程序的計(jì)算機(jī)。這些計(jì)算機(jī)使用機(jī)器語言編程，可存儲(chǔ)信息和自動(dòng)處理信息。人類存儲(chǔ)和處理信息的方法開始發(fā)生革命性的變化。第一代計(jì)算機(jī)（電子管時(shí)代）8/9/202312第一代計(jì)算機(jī)（1946年～1957年）第一代計(jì)算機(jī)（電子管時(shí)第二代計(jì)算機(jī)（1958年～1964年）使用晶體管代替了電子管；內(nèi)存儲(chǔ)器采用了磁芯體；引入了變址寄存器和浮點(diǎn)運(yùn)算硬件；利用I/O處理機(jī)提高了輸入輸出能力；在軟件方面配置了子程序庫和批處理管理程序，并且推出了Fortran、COBOL、ALGOL等高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言及相應(yīng)的編譯程序。第二代計(jì)算機(jī)（晶體管時(shí)代）8/9/202313第二代計(jì)算機(jī)（1958年～1964年）第二代計(jì)算機(jī)（晶體管時(shí)第三代計(jì)算機(jī)（1965年～1971年）用小規(guī)?；蛑幸?guī)模集成電路；用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器代替磁芯存儲(chǔ)器；使用微程序設(shè)計(jì)技術(shù)簡(jiǎn)化處理機(jī)的結(jié)構(gòu)；在軟件方面則廣泛地引入多道程序、并行處理、虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)和功能完備的操作系統(tǒng)，同時(shí)還提供了大量的面向用戶的應(yīng)用程序。三代機(jī)的典型機(jī)型是IBM360系列第三代計(jì)算機(jī)（中小規(guī)模集成電路時(shí)代）8/9/202314第三代計(jì)算機(jī)（1965年～1971年）第三代計(jì)算機(jī)（中小規(guī)模第四代計(jì)算機(jī)（1972年～現(xiàn)在）使用了大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路。完善的系統(tǒng)軟件、豐富的系統(tǒng)開發(fā)工具和商品化的應(yīng)用程序的大量涌現(xiàn)，以及通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，使得計(jì)算機(jī)進(jìn)入了一個(gè)大發(fā)展的階段。第四代計(jì)算機(jī)（大、超大規(guī)模集成電路時(shí)代）8/9/202315第四代計(jì)算機(jī)（1972年～現(xiàn)在）第四代計(jì)算機(jī)（大、超大規(guī)模集思考：有第五代計(jì)算機(jī)嗎？作業(yè)：第五代電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展進(jìn)程？8/9/202316思考：有第五代計(jì)算機(jī)嗎？8/8/2023161.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的定義由計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)兩大部分組成。是由一系列電子元器件按照一定邏輯關(guān)系聯(lián)接而成，它是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)是指用來指揮計(jì)算機(jī)運(yùn)行的各種程序的總和以及開發(fā)、使用和維護(hù)這些程序所需的技術(shù)資料。計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)+8/9/2023171.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的定義是由一系列電子計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)軟計(jì)算機(jī)硬件基本組成示意圖輸入設(shè)備輸出設(shè)備存儲(chǔ)器CPU運(yùn)算器控制器8/9/202318計(jì)算機(jī)硬件基本組成示意圖輸入設(shè)備輸出設(shè)備存儲(chǔ)器運(yùn)算器控制器8計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次關(guān)系應(yīng)用軟件層AutoCAD、財(cái)務(wù)軟件、ERP、MIS等實(shí)用軟件層編譯程序、編輯程序、軟件開發(fā)工具、接口軟件、圖形處理軟件、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)軟件等操作系統(tǒng)層DOS、MACOS、Windows、UNIX、Linux、Solaris等硬件層CPU(運(yùn)算器和控制器)存儲(chǔ)器(主存和輔存)輸入輸出設(shè)備：鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器基本配置附加配置打印機(jī)、掃描儀、聲卡、網(wǎng)卡、攝像頭、移動(dòng)硬盤磁帶機(jī)、電子眼、U盤等8/9/202319計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次關(guān)系應(yīng)用軟件層AutoCAD、財(cái)務(wù)軟件、E1.4計(jì)算機(jī)的分類按照計(jì)算機(jī)工作原理和運(yùn)算方式的不同，以及計(jì)算機(jī)中信息表示形式和處理方式分為：電子計(jì)算機(jī)數(shù)字式電子計(jì)算機(jī)digitalcomputer模擬式電子計(jì)算機(jī)analogcomputer數(shù)字模擬混合計(jì)算機(jī)hybridcomputer

當(dāng)今廣泛應(yīng)用的是數(shù)字計(jì)算機(jī)，因此，常把數(shù)字式電子計(jì)算機(jī)(electronicdigitalcomputer)簡(jiǎn)稱為電子計(jì)算機(jī)或計(jì)算機(jī)。8/9/2023201.4計(jì)算機(jī)的分類電子計(jì)算機(jī)數(shù)字式電子計(jì)算機(jī)模擬式電子計(jì)算機(jī)按計(jì)算機(jī)的用途分:通用計(jì)算機(jī)(generalpurposecomputer)專用計(jì)算機(jī)specialpurposecomputer)計(jì)算機(jī)能解決多種類型問題，是具有較強(qiáng)通用性的計(jì)算機(jī)。一般的數(shù)字式電子計(jì)算機(jī)多屬此類。是為解決某些特定問題而專門設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)，如嵌入式系統(tǒng)。8/9/202321按計(jì)算機(jī)的用途分:通用計(jì)算機(jī)(generalpurpose根據(jù)計(jì)算機(jī)的總體規(guī)模分類(按照計(jì)算機(jī)的字長(zhǎng)、運(yùn)算速度、存儲(chǔ)量大小、功能強(qiáng)弱、配套設(shè)備多少軟件系統(tǒng)的豐富程度)微型計(jì)算機(jī)microcomputer小型計(jì)算機(jī)minicomputer大/中型計(jì)算機(jī)mainframe巨型機(jī)Supercomputer1234網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)networkcomputer5常見微型機(jī)可分為臺(tái)式機(jī)、便攜機(jī)、筆記本電腦、掌上型電腦等多種類型。

8/9/202322根據(jù)計(jì)算機(jī)的總體規(guī)模分類(按照計(jì)算機(jī)的字長(zhǎng)、運(yùn)算速度、存儲(chǔ)量1.5計(jì)算機(jī)特點(diǎn)運(yùn)算速度快精度高信息容量大具有記憶和邏輯判斷能力使用方便適應(yīng)性強(qiáng)。8/9/2023231.5計(jì)算機(jī)特點(diǎn)運(yùn)算速度快8/8/2023231.4計(jì)算機(jī)的應(yīng)用科學(xué)與工程計(jì)算理論研究和工程技術(shù)中數(shù)學(xué)問題的計(jì)算是龐大的數(shù)值計(jì)算?；瘜W(xué)、物理、天文等領(lǐng)域的定理推導(dǎo)和問題求解；在地球物理勘探、氣象預(yù)報(bào)中大量圖形圖像數(shù)據(jù)的分析；衛(wèi)星、宇宙飛船運(yùn)行軌道的計(jì)算。8/9/2023241.4計(jì)算機(jī)的應(yīng)用科學(xué)與工程計(jì)算8/8/2023241.4計(jì)算機(jī)的應(yīng)用1.科學(xué)與工程計(jì)算如果采用手工，耗費(fèi)的時(shí)間已經(jīng)比人類壽命高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)。

如圓周率π的計(jì)算，19世紀(jì)一位外國(guó)數(shù)學(xué)家把圓周率π的值計(jì)算到小數(shù)點(diǎn)后面707位，共花了15年的時(shí)間，1984年一位日本人用計(jì)算機(jī)將π計(jì)算到1000萬位，只用了24個(gè)小時(shí)。8/9/2023251.4計(jì)算機(jī)的應(yīng)用1.科學(xué)與工程計(jì)算如果采1.4計(jì)算機(jī)的應(yīng)用2.信息處理

信息處理指信息的收集、識(shí)別、提取、加工、變換、存儲(chǔ)、傳遞、檢索、檢測(cè)和分析。信息可以是數(shù)值的，也可以是文字的，還可以是圖片或聲音的。8/9/2023261.4計(jì)算機(jī)的應(yīng)用2.信息處理信息處理指信1.4計(jì)算機(jī)的應(yīng)用3.自動(dòng)控制自動(dòng)控制也稱為實(shí)時(shí)控制或過程控制，指通過自動(dòng)檢測(cè)裝置采集工藝過程和設(shè)備狀態(tài)的數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算機(jī)分析處理，迅速對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制。8/9/2023271.4計(jì)算機(jī)的應(yīng)用3.自動(dòng)控制自動(dòng)控制也稱1.4計(jì)算機(jī)的應(yīng)用4.計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)通信是將一臺(tái)計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的數(shù)字信息通過通信信道傳送給其他計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是指將分布在不同地點(diǎn)具有獨(dú)立功能的多臺(tái)計(jì)算機(jī)通過通信設(shè)備及傳輸媒體互聯(lián)起來，按照規(guī)定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)現(xiàn)資源共享為目標(biāo)的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。8/9/2023281.4計(jì)算機(jī)的應(yīng)用4.計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算1.4計(jì)算機(jī)的應(yīng)用5.人工智能

是對(duì)人類的智能進(jìn)行模擬，是指計(jì)算機(jī)應(yīng)用知識(shí)進(jìn)行推理，進(jìn)而表示和執(zhí)行人類的智能活動(dòng)，來模擬人腦從事的推理、學(xué)習(xí)、思考和規(guī)劃等思維活動(dòng)，并解決需要人類的智力才能處理的復(fù)雜問題。例如：專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和機(jī)器博弈等。IBM的“深藍(lán)”系統(tǒng)戰(zhàn)勝了國(guó)際象棋大師是計(jì)算機(jī)的機(jī)器智能水平的一次榮譽(yù)記錄，也是聰明的人工智能軟件的一個(gè)成功范例。8/9/2023291.4計(jì)算機(jī)的應(yīng)用5.人工智能是對(duì)人類的智1.4計(jì)算機(jī)的應(yīng)用人工智能(人機(jī)大戰(zhàn))-卡斯帕羅夫&“深藍(lán)”“深藍(lán)”計(jì)算機(jī)由國(guó)際商用機(jī)器公司IBM技術(shù)人員歷經(jīng)六年時(shí)間研制成功，它帶有256個(gè)能在一臺(tái)RS6000型計(jì)算機(jī)上同時(shí)運(yùn)行的處理器。這臺(tái)“深藍(lán)”計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力是“深思”計(jì)算機(jī)的1000倍。它可以在3分鐘內(nèi)對(duì)500億步棋進(jìn)行分析并作出選擇。8/9/2023301.4計(jì)算機(jī)的應(yīng)用人工智能(人機(jī)大戰(zhàn))-卡斯帕羅夫&“1.4計(jì)算機(jī)的應(yīng)用6.計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)是指能夠部分或全部代替人完成各項(xiàng)工作(如設(shè)計(jì)、制造及教學(xué)等)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD計(jì)算機(jī)輔助制造CAM計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)CAI計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試CAT等8/9/2023311.4計(jì)算機(jī)的應(yīng)用6.計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)是指能夠部分或全部代替1.4計(jì)算機(jī)的應(yīng)用7.多媒體技術(shù)多媒體技術(shù)是指把文本、圖形、圖像、動(dòng)畫、音頻、視頻等多種媒體通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息采集、數(shù)字處理、網(wǎng)絡(luò)傳輸、屏幕顯示等應(yīng)用的綜合性技術(shù)。8/9/2023321.4計(jì)算機(jī)的應(yīng)用7.多媒體技術(shù)多媒體技術(shù)1.5計(jì)算機(jī)科學(xué)的知識(shí)體系和分支學(xué)科計(jì)算機(jī)科學(xué)的知識(shí)體系計(jì)算基礎(chǔ)(數(shù)學(xué))硬件基礎(chǔ)(電子技術(shù))計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)層計(jì)算機(jī)科學(xué)應(yīng)用層8/9/2023331.5計(jì)算機(jī)科學(xué)的知識(shí)體系和分支學(xué)科計(jì)算機(jī)科學(xué)的知識(shí)體系計(jì)1.5計(jì)算機(jī)科學(xué)的知識(shí)體系和分支學(xué)科計(jì)算機(jī)科學(xué)的分支學(xué)科（1）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用計(jì)算機(jī)控制和機(jī)器人學(xué)程序設(shè)計(jì)科學(xué)與方法論軟件工程和方法學(xué)理論計(jì)算科學(xué)8/9/2023341.5計(jì)算機(jī)科學(xué)的知識(shí)體系和分支學(xué)科計(jì)算機(jī)科學(xué)的分支學(xué)科（1.5計(jì)算機(jī)科學(xué)的知識(shí)體系和分支學(xué)科計(jì)算機(jī)科學(xué)的分支學(xué)科（2）數(shù)據(jù)庫理論和信息系統(tǒng)人工智能與知識(shí)工程人機(jī)工程計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)·計(jì)算機(jī)科學(xué)史的研究8/9/2023351.5計(jì)算機(jī)科學(xué)的知識(shí)體系和分支學(xué)科計(jì)算機(jī)科學(xué)的分支學(xué)科（1.5計(jì)算機(jī)科學(xué)的知識(shí)體系和分支學(xué)科計(jì)算機(jī)科學(xué)知識(shí)體系的分層結(jié)構(gòu)應(yīng)用層中間系統(tǒng)層計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)硬件及邏輯基礎(chǔ)軟件基礎(chǔ)社會(huì)和職業(yè)道德8/9/2023361.5計(jì)算機(jī)科學(xué)的知識(shí)體系和分支學(xué)科計(jì)算機(jī)科學(xué)知識(shí)體系的分1.6新型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)半個(gè)多世紀(jì)以來，電子學(xué)及其相關(guān)科學(xué)的發(fā)展，使計(jì)算機(jī)的總線、CPU、存儲(chǔ)器、外部設(shè)備都得到了巨大改進(jìn)，但仍然是以原來的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架為基礎(chǔ)，現(xiàn)有芯片制造方法將在未來10多年內(nèi)達(dá)到極限。想要克服摩爾定律的限制，那么很可能需要在目前的計(jì)算設(shè)計(jì)上做根本改變，采用全新計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。8/9/2023371.6新型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)半個(gè)多世紀(jì)以來，電子學(xué)及其相關(guān)科學(xué)的發(fā)生物計(jì)算機(jī)以生物界處理問題的方式為模型的計(jì)算機(jī)都屬于生物計(jì)算機(jī)狹義的生物計(jì)算