計(jì)算機(jī)技術(shù)與計(jì)算思維 課件 1. 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識

信息技術(shù)實(shí)踐信息技術(shù)實(shí)踐課程組課程助教/ma/s/VnykmKOk計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識教師信息姓名：電話：郵件：答疑時(shí)間地點(diǎn)：教學(xué)大綱解讀思考：為什么要上本門課程？你期望學(xué)到什么？教學(xué)大綱這是一幅很著名的人類進(jìn)化幽默圖20世紀(jì)以來人類最重大的科技發(fā)明當(dāng)屬電子數(shù)字計(jì)算機(jī)，計(jì)算技術(shù)和計(jì)算機(jī)是現(xiàn)代社會、經(jīng)濟(jì)和科技的基石之一討論：為什么要學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)課程？討論：計(jì)算機(jī)對我們產(chǎn)生了什么影響？討論：計(jì)算機(jī)對我們產(chǎn)生了什么影響？無處不在工作助手生活伙伴最直觀的感受深刻影響著人們的思維方式影響著很多學(xué)科的研究和發(fā)展深層次

學(xué)科交叉：X@Computer!Computer-based+X“多學(xué)科交叉融合是創(chuàng)新的源泉，推動了科學(xué)研究的重大突破與高新技術(shù)的產(chǎn)生?！?/p>

計(jì)算機(jī)學(xué)科知識膨脹速度非常快，多學(xué)科交叉融合已是必然趨勢，“知識”的學(xué)習(xí)必須有所選擇，因此應(yīng)學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)學(xué)科基礎(chǔ)之余，更應(yīng)學(xué)習(xí)經(jīng)典的、對人們現(xiàn)在和未來有深刻影響得的思維模式！學(xué)會像計(jì)算機(jī)科學(xué)家那樣思考學(xué)會使用計(jì)算機(jī)處理各種問題為什么要在非計(jì)算機(jī)專業(yè)開設(shè)本課程？教學(xué)目標(biāo)1、通過對計(jì)算機(jī)軟硬件的一些基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)，以及信息技術(shù)發(fā)展趨勢的了解，構(gòu)建基本的信息素養(yǎng)與學(xué)習(xí)能力；2、通過熟悉典型的計(jì)算機(jī)操作環(huán)節(jié)及工作平臺，培養(yǎng)使用常用軟件工具處理日常事務(wù)的能力，以及應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息處理能力；3、培養(yǎng)學(xué)生人工智能及計(jì)算思維能力,能夠應(yīng)用人工智能及計(jì)算思維解決日常生活中遇到的問題。授課學(xué)時(shí)安排表序號內(nèi)容課時(shí)數(shù)1初識計(jì)算機(jī)62計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)43信息檢索24人工智能與計(jì)算思維65數(shù)據(jù)處理與展示46多媒體技術(shù)與新媒體應(yīng)用87原型設(shè)計(jì)48計(jì)算機(jī)科學(xué)前沿技術(shù)2課時(shí)總計(jì)：36學(xué)時(shí)

課程目標(biāo)1.了解計(jì)算機(jī)的誕生和發(fā)展2.掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成3.掌握計(jì)算機(jī)的工作原理4.了解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及主要性能指標(biāo)5.能夠正確選購適合自己使用的電腦傳統(tǒng)“計(jì)算機(jī)器”多樣化的“計(jì)算機(jī)器”，各種設(shè)備的“大腦”系統(tǒng)形形色色的計(jì)算機(jī)1.1計(jì)算機(jī)是什么？形形色色的計(jì)算機(jī)軟件正在占領(lǐng)全世界形形色色的計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)OS:分時(shí)OS,實(shí)時(shí)OS,網(wǎng)絡(luò)OS,并行OS,移動OS,云OS,…中間件，如應(yīng)用服務(wù)器,消息中間件,流程中間件,服務(wù)中間件,…硬件(裸機(jī))嵌入式/移動式(設(shè)備裸機(jī))網(wǎng)絡(luò)化/互聯(lián)化—其他硬件工具軟件語言處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造軟件CAx企業(yè)管理軟件ERP&SCM電子商務(wù)各類軟件，網(wǎng)上購物各類在線與非在線娛樂軟件計(jì)算類軟件-生物計(jì)算、化學(xué)計(jì)算等嵌入類軟件-車輛、機(jī)床等設(shè)備云大數(shù)據(jù)服務(wù)智能移動各行業(yè)、各領(lǐng)域企業(yè)的計(jì)算系統(tǒng)；面向家庭、社會和政府的計(jì)算系統(tǒng)系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件計(jì)算機(jī)：硬件vs.軟件計(jì)算機(jī)是什么?計(jì)算機(jī)本質(zhì)上是信息處理機(jī)，輸入數(shù)字化的數(shù)據(jù)，按照程序規(guī)定的步驟進(jìn)行處理，輸出指定的動作和時(shí)序，從而完成控制任務(wù)和信息處理。特點(diǎn)：（1）運(yùn)算速度快（2）計(jì)算精度高（3）具有記憶能力（4）具有邏輯判斷能力（5）具有自動執(zhí)行能力1.2計(jì)算機(jī)能夠做什么？我們遇到了這樣一些問題：計(jì)算機(jī)上有病毒了！磁盤上的碎片太多了！計(jì)算機(jī)啟動太慢了！解決方法可以是：查殺病毒軟件磁盤整理軟件系統(tǒng)配置實(shí)用程序（msconfig）一些生活中的應(yīng)用問題：把照片里的人換個(gè)樣制作一個(gè)求職演說報(bào)告統(tǒng)計(jì)學(xué)生成績PhotoshopOfficeExcel或數(shù)據(jù)庫PS一些相對專業(yè)的問題：制作一個(gè)鳥巢的三維模型求解數(shù)學(xué)中正弦擬合導(dǎo)彈穿甲戰(zhàn)斗部侵徹鋼板的毀傷分析3dmaxmayaMATLAB投資組合優(yōu)化等高線正弦擬合問題描述軟件名稱問題描述軟件名稱文件與信息下載迅雷下載視頻制作影視屏王文檔瀏覽HedExLite壓縮軟件WinRAR圖像瀏覽ACDSee計(jì)算機(jī)安全使用360殺毒音頻瀏覽酷狗音樂播放器硬盤檢測工具HDTunePro視頻瀏覽超級解霸數(shù)?學(xué)?建?模Mathematica圖像制作美圖秀秀電路設(shè)計(jì)Protel三維動畫制作3DSmax機(jī)械制圖AutoCAD，Pro/E

軟件名稱與功能你需要具備學(xué)習(xí)能力應(yīng)對新技術(shù)的跟進(jìn)！思考：所有計(jì)算機(jī)可解的問題都有可用的軟件嗎？計(jì)算機(jī)使用領(lǐng)域科學(xué)計(jì)算（數(shù)值計(jì)算）如：導(dǎo)彈設(shè)計(jì)、飛機(jī)設(shè)計(jì)、石油勘探數(shù)據(jù)處理（非數(shù)值計(jì)算）如：辦公自動化、企業(yè)管理、情報(bào)檢索過程控制如：導(dǎo)彈、宇宙飛船控制等計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)如：CAD建模人工智能如：博弈、專家系統(tǒng)、機(jī)器人...1.3計(jì)算機(jī)的發(fā)展（自學(xué)）第一代——電子管計(jì)算機(jī)（1946—1954年）內(nèi)存：延遲線或磁芯外存：紙帶、卡片或磁帶工作速度：幾千～一萬次／秒軟件：機(jī)器語言或匯編語言應(yīng)用：科學(xué)計(jì)算代表機(jī)型：ENIAC特點(diǎn)體積龐大，運(yùn)算速度低，成本高第二代——晶體管計(jì)算機(jī)（1954—1964年）物理元件：晶體管內(nèi)存：磁芯外存：磁帶或磁盤工作速度：幾十萬次／秒軟件：高級算法語言應(yīng)用：事務(wù)管理及工業(yè)控制代表機(jī)型：IBM7000系列優(yōu)點(diǎn)：體積小，壽命長，速度快，能耗少，可靠性高世界上第一臺全晶體管計(jì)算機(jī)TRADIC，1953人類第一只晶體管(真空二極管),1947第三代——集成電路計(jì)算機(jī)（1964—1970年）物理元件：中小規(guī)模集成電路（硅）內(nèi)存：半導(dǎo)體存儲器外存：磁帶或磁盤工作速度：幾十萬～幾百萬次/秒軟件：高級算法語言、操作系統(tǒng)應(yīng)用：計(jì)算、管理及控制代表機(jī)型：IBMSystem/360優(yōu)點(diǎn)：體積更小、速度更快、能耗更小、壽命更長發(fā)展特點(diǎn)：計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)出現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化的局面IBMSystem/360大型機(jī)第四代——大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)（1970年至今）物理元件：（超）大規(guī)模集成電路內(nèi)存：半導(dǎo)體存儲器外存：磁盤和光盤工作速度：幾百萬～幾千萬次／秒軟件：操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件應(yīng)用：以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為特征第四代計(jì)算機(jī)—個(gè)人計(jì)算機(jī),1981VLSI芯片及其封裝的內(nèi)部電路摩爾定律----每18個(gè)月芯片能力增長一倍1.4計(jì)算機(jī)的分類（1）高性能計(jì)算機(jī)（2）微型計(jì)算機(jī)（3）工作站（4）服務(wù)器（5）嵌入式計(jì)算機(jī)1.5計(jì)算機(jī)的未來世界上最小臺式電腦----如同拇指大小平板電腦-AppleIPAD智能手機(jī)微型化：可嵌入、可攜帶2014.6,超級計(jì)算機(jī)500強(qiáng)第一名：天河二號

--中國32000顆IntelXeonE52.2GHz12核心處理器實(shí)測運(yùn)算速度可以達(dá)到每秒3.39億億次(這意味著，它計(jì)算一天，相當(dāng)于一臺家用電腦計(jì)算大約2萬年)2022年1月12日，中國計(jì)算機(jī)學(xué)會高性能計(jì)算機(jī)專業(yè)委員會（CCF高專委）發(fā)布了2021中國高性能計(jì)算機(jī)（HPC）性能TOP100榜單。

今年上榜的100臺超算系統(tǒng)的平均性能，相比2020年提升79%。

其中，一臺匿名主機(jī)系統(tǒng)以125PFLOPS（12.5億億次每秒）的測試性能排名第一，取代過去5年的榜首“神威·太湖之光”?！吧裢ぬ狻苯衲昱琶诙ツ昱琶诙摹疤旌佣朅”今年位列第四。第三名也是一臺匿名主機(jī)系統(tǒng)。

今年在整個(gè)榜單中，“算力服務(wù)”占據(jù)的系統(tǒng)性能份額最多，達(dá)到了46%。中科院計(jì)算技術(shù)研究所研究員張?jiān)迫硎荆骸八懔Ψ?wù)異軍突起，中國進(jìn)入算力經(jīng)濟(jì)時(shí)代。”功能巨型化：可進(jìn)行大規(guī)模、復(fù)雜計(jì)算超級計(jì)算機(jī)500強(qiáng)汽車生產(chǎn)線上的機(jī)器人水下機(jī)器人智能化理解自然語言，具有自適應(yīng)性，自主完成復(fù)雜功能InternetofServicesInternetofNetworksInternetofThingsInternetof3DWorldsForpeopleandenterprises網(wǎng)絡(luò)化“未來互聯(lián)網(wǎng)”-FutureInternet機(jī)-機(jī)相聯(lián)，物-物相聯(lián)，物-人相聯(lián)，人-人相聯(lián)網(wǎng)絡(luò)化IBM提出智慧地球，SmartPlanet。交通電力能源物流InstrumentedInterconnectIntelligent計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)系統(tǒng)軟件主機(jī)應(yīng)用軟件外設(shè)中央處理器(CPU)運(yùn)算器內(nèi)存儲器控制器只讀存儲器(ROM)隨機(jī)存儲器(RAM)輸入設(shè)備(鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀、攝像頭等）輸出設(shè)備(顯示器、打印機(jī)、繪圖儀)外存儲器(硬盤、U盤、光盤、軟盤)操作系統(tǒng)語言處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)系統(tǒng)服務(wù)程序辦公軟件圖形處理軟件輔助設(shè)計(jì)軟件裸機(jī)1.6計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成計(jì)算機(jī)內(nèi)部采用二進(jìn)制馮·諾依曼機(jī)存儲程序自動工作硬件由五大部件組成JohnvonNeumann馮

諾依曼（1903-1957）馮諾依曼計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)圖靈1.6計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成馮諾依曼計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)①運(yùn)算器硬件③存儲器②控制器④輸入設(shè)備⑤輸出設(shè)備運(yùn)算器控制器主存儲器輸出設(shè)備輸入設(shè)備主機(jī)CPU控制器：指揮中心和神經(jīng)樞紐。運(yùn)算器：進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。存儲器：存放程序和數(shù)據(jù)。輸入設(shè)備：將程序和數(shù)據(jù)送入內(nèi)存。輸出設(shè)備：將內(nèi)存中的處理結(jié)果轉(zhuǎn)變?yōu)橛脩粜枰男问讲⑤敵觥?shù)據(jù)流指令流計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)組成計(jì)算機(jī)的基本工作原理主存儲器類型和特點(diǎn)ROM(ReadOnlyMemory)◆ROM（掩膜ROM）ROM生產(chǎn)時(shí)寫入，用戶不可更改?！鬚ROM（ProgrammableROM，熔絲PROM）生產(chǎn)時(shí)空白，用戶可寫入，但寫入后不可更改。◆EPROM（ErasablePROM，紫外線EPROM）可擦除重寫，但必須使用專用設(shè)備。◆EEPROM(ElectricallyEPROM，電可擦寫可編程只讀存儲器)可在電腦上或?qū)Ｓ迷O(shè)備上擦除已有信息，重新編程。◆FlashEPROM（快速可擦除編程只讀存儲器）是一種長壽命的非易失性（在斷電情況下仍能保持所存儲的數(shù)據(jù)信息）的存儲器。特點(diǎn)：非易失性存儲器，斷電后信息依然可以保存。RAM(RandomAccessMemory)◆DRAM(DynamicRAM)可隨機(jī)存取，但必須周期性的刷新以保持存儲內(nèi)容?！鬝RAM(StaticRAM)可隨機(jī)存取，且不需要周期性刷新的存儲器。存儲器類型和特點(diǎn)特點(diǎn)：易失性存儲器，斷電信息丟失。內(nèi)存、硬盤、U盤、光盤等存儲器容量單位是相同的，基本存儲單位都是字節(jié)(Byte)：1024B

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1KB(千字節(jié))=

1024字節(jié)

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210字節(jié)1024KB

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1MB(兆字節(jié))=

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220字節(jié)1024MB

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260字節(jié)1024EB

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270字節(jié)1024ZB

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1YB(堯字節(jié))=

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280字節(jié)1024YB

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1BB(千億億億字節(jié))=

1208925819614629174706176字節(jié)

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290字節(jié)存儲容量為什么采用多級存儲體系？為了緩解主存儲器讀寫速度慢，與CPU讀寫速度不匹配的問題。為了解決主存儲器容量小，存不下更多的程序和數(shù)據(jù)的難題。為了解決計(jì)算機(jī)斷電后，數(shù)據(jù)程序的存儲問題。為了解決存儲價(jià)格問題。計(jì)算機(jī)的多級存儲體系05030201U盤(USB3.0+)、光盤、軟盤硬盤內(nèi)存(RAM)高速緩存Cache(在CPU中)內(nèi)存儲器外存儲器04寄存器(在CPU中)計(jì)算機(jī)的多級存儲體系主板微處理器輸入/輸出設(shè)備外存儲器內(nèi)存儲器1.6計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件組成主板，又叫主機(jī)板(mainboard)、它是微型計(jì)算機(jī)最重要的部件之一。主板一般為矩形電路板，其上有組成微型計(jì)算機(jī)的主要電路系統(tǒng)，包括芯片組、擴(kuò)展插槽、鍵盤和面板控制開關(guān)接口、指示燈插接件、電源接口等。主板介紹4個(gè)PCI-EX12個(gè)PCI插槽6×SATAII接口2個(gè)DDR3內(nèi)存插槽主板電源接口CPU插槽CPU電源接口南橋芯片PCI-EX16插槽技嘉GA-F2A55-DS3主板介紹內(nèi)存擴(kuò)展槽：用來插內(nèi)存條。內(nèi)存擴(kuò)展槽插槽、擴(kuò)展槽和內(nèi)部接口PCI-E擴(kuò)展槽：是一種通用型擴(kuò)展槽，不限定擴(kuò)展用途，比如：顯卡，聲卡，網(wǎng)卡等。PCI-EX4擴(kuò)展槽PCI-EX16擴(kuò)展槽PCI-EX1擴(kuò)展槽PCI-EX16擴(kuò)展槽擴(kuò)展槽和內(nèi)部接口SATA接口：sata負(fù)責(zé)連接固態(tài)硬盤、光盤驅(qū)動器。SATA接口擴(kuò)展槽和內(nèi)部接口M.2接口：用來連接固態(tài)硬盤、傲騰內(nèi)存。M.2接口擴(kuò)展槽和內(nèi)部接口針腳：主板底部的針腳通過跳線連接到機(jī)箱前面板，包括開機(jī)鍵、重啟鍵、I/O接口指示燈。其他位置還有一些針腳，負(fù)責(zé)連接RGB，aRGB燈光控制器，CPU風(fēng)扇，電源風(fēng)扇等。針腳擴(kuò)展槽和內(nèi)部接口電源：主板電源接口分主供電接口和輔助供電接口。ATX24針主供電接口8針CPU供電接口4針CPU供電接口擴(kuò)展槽和內(nèi)部接口音頻輸入接口音頻輸出接口麥克風(fēng)接口USB3.0接口E-SATA接口DisplayPort接口HDMI接口USB接口PS/2鍵鼠接口DVI接口VGA接口主板常用外部接口CPU介紹CPU及其插槽中央處理器〔Central