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计算机导论 Introduction to Computer, 2003年9月,教材与参考书,教材 信息技术与应用导论（第七版 影印版） Computers, Communications, and Information (Seventh Edition) 推荐参考书 计算机应用技术基础黄旭明 主编 厦大 计算机科学与技术导论陶树平 等 高教,教学资料下载,2003级计算机科学与技术专业教学计划 download （下载） from 0/03级计算机专业教学计划 或 ftp:/202.01.11.195/03级计算机专业教学计划 本课件 download （下载） from ftp:/计算机导论课件 Lets try ,0.计算机科学与技术(本科) 专业介绍,计算机科学与技术专业培养目标,本专业培养具有良好的思想素质和科学素养,能系统地掌握计算机科学与技术（包括计算机硬件、软件与应用）的基本理论、基本知识和基本技能与方法，能在科研、教育、企业、事业、技术和行政管理部门等单位从事计算机应用、科学研究和教学的计算机科学与技术学科高级技术人才。 （非师范类） 本专业培养具有良好的思想素质和科学素养,能系统地掌握计算机科学与技术（包括计算机硬件、软件与应用）的基本理论、基本知识和基本技能与方法，具有创新精神和适应21世纪教育改革发展需要的中等学校计算机教育教师。（师范类）,计算机科学与技术专业(非师范类) 培养要求,本专业学生主要学习计算机科学与技术方面的基本理论和基本知识，接受从事研究与应用计算机的基本训练，具有研究和开发计算机系统的基本能力。 毕业生应获得以下几方面的知识和能力： (1)掌握计算机科学与技术的基本理论、基本知识； (2)掌握计算机系统分析和设计的基本方法； (3)具有研究开发计算机软、硬件的基本能力； (4)具有计算机网络建设和管理的基本能力； (5)了解与计算机有关的法规； (6)了解计算机科学与技术的发展动态； (7)掌握文献检索、资料查询的基本方法，具有获取信息 的能力。 (8)英语水平要求通过国家大学英语四级考试,计算机科学与技术专业（师范类） 培养要求,本专业学生主要学习计算机科学与技术方面的基本理论和基本知识，接受从事研究与应用计算机的基本训练，具有研究和开发计算机系统的基本能力。 毕业生应获得以下几方面的知识和能力： (1)掌握计算机科学与技术的基本理论、基本知识； (2)掌握计算机系统分析和设计的基本方法； (3)具有研究开发计算机软、硬件的基本能力； (4)具有计算机网络建设和管理的基本能力； (5)了解与计算机有关的法规； (6)了解计算机科学与技术的发展动态； (7)掌握文献检索、资料查询的基本方法，具有获取信息的能力。 (8)英语水平要求通过国家大学英语四级考试 (9)具有现代教育观念，熟悉教育法规，掌握并能初步运用教育学、心 理学和计算机教学法的基本原理和方法，具备课堂教学和运用现代 教育技术从事教学工作的基本能力。,学制与学位,学制：四年 授予学位：工学学士 学生毕业应达到最低总学分 非师范类: 167.5 学分 其中课堂教学142学分，实践环节25.5学分 师范类: 168.5 学分 其中课堂教学143学分，实践环节25.5学分 注: 课堂教学中约2个学分为艺术类选修课，4个学分为人文社会科学类选修课，8个学分为任选课,教学计划组成模块,公共课 政治/公共英语/体育/艺术和人文社科 基础课 专业基础课 必修 / 限选 专业课 必修 / 限选 任选课 专业任选课 跨系选修课,如何搞好专业学习,人生转折点：培养自我更新知识(自学)的能力 课堂教学：专业的起点而非终点 重视实践练习： 课程设计、毕业设计、上机问题、假期实践 课堂学习：预习/听课/小结/作业 百尺竿头，更进一步： 研究生入学考试：考试课程介绍 计算机水平考试： 初级程序员、程序员、高级程序员 网络程序员、网络设计师 综合素质的培养：选修与辅修,03-04年计算机类研究生入学考试 考试科目,统考科目 数学 政治 英语 专业科目 数据结构及计算机原理（清华、厦大） 数据结构与程序设计（C语言或PASCAL语言） （福大） 数据结构（华大）,全国计算机软件专业技术资格和水平考试 介绍,全国计算机软件专业技术资格和水平考试，由人事部和信息产业部联合主办，是目前唯一由国家统一组织的计算机专业考试。与目前国际计算机行业专业水平接轨，注重专业水平和能力的考核。 全国计算机软件专业技术水平考试有哪些级别？ 共有6个级别：初级程序员（相当技术员级）、程序员（相当助理工程师级）、高级程序员（相当工程师级）、系统分析员（相当高级工程师级）。网络程序员（相当助理工程师级）、网络设计师（相当工程师级）。 如何选择合适的级别？ 本科计算机专业学生应该从程序员或网络程序员起步，毕业时应该达到高级程序员或网络设计师水平。本科非计算机专业学生应该从初级程序员起步，毕业时应该达到程序员或网络程序员水平。,全国计算机软件专业技术资格和水平考试 介绍,考试范围和要求 初级程序员、程序员上午考基础知识，下午考编程能力。高级程序员上午考基础知识，下午考软件设计能力。系统分析员上午考综合知识，下午分别考系统分析设计和论文。网络程序员上午考网络基础知识，下午考网络编程。网络设计师上午考网络综合知识，下午考网络设计与管理。 考试时间 考试时间全国统一是在每年10月份的第二个星期天，考试分上下午进行。上午采用涂卡方式，下午采用笔答方式，不需要上机操作。答卷时间：初级程序员上下午各为2小时；程序员、高级程序员，网络程序员、网络设计师上下午各为2小时30分；系统分析员上午为2小时30分，下午第一次为1小时30分，下午第二次为2小时。 资格考试与水平考试有什么区别? 资格考试主要是针对在岗专业设计人员的职称晋升而设置，其报考有些条件限制，报考只有3个级别(初级程序员、程序员、高级程序员)。 水平考试不受任何条件限制，资格考试与水平考试的试卷相同，但合格线不同，资格考试合格线低于水平考试合格线。合格证的认证部门也不同。,本课程教学目的和学习要求,教学目的 对计算机及信息技术（IT）有一个概貌性认识 教学方式 英文教材，中文授课（双语教学） 学习要求 掌握各章Summary（主要知识点）的术语含义 用中文或英文完成各章Exercises（课后作业）和每章中的Key Questions（主要问题）。 考核方式 电子作业/笔试（开卷） 配套课程 计算机基础训练（实践环节之一）,考核方式 （英文题目，中文答题；小测暂定为4次）,教材内容,第一章 综述 第二章 数据处理系统 第三章 输入与输出系统 第四章 存储系统 第五章 系统软件 第六章 应用软件 第七章 通信技术,第八章 通信技术的应用 第九章 信息系统分析与设计 第十章 软件编程与设计 第十一章 信息管理 第十二章 文件与数据库 第十三章 计算机技术的发展 第十四章 道德、隐私、安全及社会问题,第一章 综述 千里之行始于此 Chapter 1 Overview The Foundation for Your Future,你将从此开始成为一个计算机学者和计算机能手的成长之旅,This chapter starts you on your way to becoming computer literate and computer competent P1.2,1.1 什么是 “计算机用户” 计算机专业人员与计算机用户有何不同？ 1.2 计算机知识和计算机技能 计算机知识和计算机能力各指什么？ 1.3 什么是“基于计算机的信息系统” ？ 基于计算机的信息系统由哪六个部分组成？ 1.4 计算机硬件 计算机硬件可以分成哪五类？,本章主要内容 Key Questions,1.5 计算机软件 什么是软件，软件分为哪两类？ 1.6 计算机系统的分类 计算机可以分为哪五类？ 1.7 计算机发展史 计算机的发展经历了哪几代？ 1.8 连接功能、互动功能与数字集成 什么是连接功能、互动功能与数字集成？ 它们对计算机用户有何影响？,本章主要内容 Key Questions,1.1 什么是“计算机用户”,与你类似的大多数人,什么，跟我类似?!,哈，当然是指现在的你罗！,计算机专业人员(computer professional) 受过专门教育，从事计算机技术工作，为开发、维护计算机系统而使用计算机。 如软件工程师、系统分析员、网络管理员。 计算机用户(user or end-user) 对计算机技术知识不甚或不想了解，但为工作、学习使用或想使用计算机。 如现在的你，公司的职员。,使用计算机的两类人,1.2 计算机知识和技能的重要 The Importance of Becoming Computer Literate & Computer Competent,知识与技能,计算机知识（computer literate ） 拥有计算机科学的有关知识并理解其应用。 计算机技能（computer competent ） 掌握计算机使用技术并具有不断更新的能力。,,1.3 什么是“基于计算机的信息系统” ？What is a Computer-Based Information System?,功能：将原始数据转换为有用的信息并快速传送给 需要该信息的人。 “基于计算机的信息系统”由六个部分组成：P1.5图1.1 Hardware （硬件） Software （软件） Data/information （数据/信息） People （人） Procedure （使用说明） Communication （通信）,基于计算机的信息系统：组成部分之一 Hardware（硬件）,在计算机系统中，硬件必须由软件控制才能工作。没有配备任何软件的机器称为“裸机”。,计算机是由电子元件和机电元件组成的一种机器。计算机机器本身无任何智能可言，故称为 hardware ( 硬件)。,硬件（Hardware）,硬件（Hardware）,基于计算机的信息系统：组成部分之二 Software（软件）,软件是计算机程序的别称。所谓“程序“ ( program ) 就是指控制计算机硬件执行所需工作的一套指令。没有软件控制的计算机硬件（裸机）是毫无用处。,基于计算机的信息系统：组成部分之三 Data/information(数据与信息),在今天的大部分商业应用中，计算机系统的主要任务是将“数据”转换为“信息”供人们决策、销售等使用。 Data（数据） 计算机处理的“原材料”。 可能是纸面的、电子的或其他形式（如声音）。 Information（信息） 经过计算机处理的数据。 如用员工的工作时数和时工资作“原材料”，经计算机处理后变成工资支票和工资册形式的“信息”。,计算机的三个基本任务：输入/处理/输出,数据,信息,处理,基于计算机的信息系统：组成部分之四 People（人）,人是“基于计算机的信息系统”中最重要的一个部分：设计和开发计算机系统、操作计算机硬件、开发和使用计算机软件 ,基于计算机的信息系统：组成部分之五 Procedure(使用说明),人们在使用计算机硬件和软件时，应按“使用说明”操作和使用。 计算机系统的“使用说明”通常是以“文件手册”或“用户指南”的形式提供给用户的。,基于计算机的信息系统：组成部分之六 Communications(通信),当一个计算机系统开始与另一个计算机系统共享数据和信息时，就需要用到第六个部分通信,亦称“互连”(connectivity )。,补充内容：计算机的概念,计算机：顾名思义,计算机 其英文名称是computer，顾名思义：用于计算的机器。,什么是“计算机”？,在计算机诞生的初期主要是被用来进行科学计算的，因此被称之为“计算机”。然而，现在计算机的处理对象已经远远超过了“计算”这个范围，它可以对数字、文字、声音以及图像等各种形式的数据进行处理。因此，如果仅仅把计算机理解为“能够进行数学计算的工具”那就太狭隘了。 实际上，计算机是一种能够按照事先存储的程序，自动、高速地对数据进行输入、处理、输出和存储的系统。,计算机系统的概念,一个计算机系统包括硬件和软件两大部分。硬件是由各种电子、磁性及机械的器件组成的物理实体，包括运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备等五个基本组成部分。软件则是程序和有关文档的总称，包括系统软件和应用软件两大类。 计算机系统=硬件系统+软件系统,计算机系统=硬件+软件,拿计算机跟人比： 人=肉体+思想。 没有肉体，思想何以存在？所谓“皮之不存，毛将焉附”。没有思想，或为“行尸走肉”（白痴），或为“植物人”。 计算机系统=硬件+软件。 硬件机器 软件控制计算机工作的各种程序 没有配备任何软件的计算机叫做“裸机”裸机跟一个只会发光发热的电阻箱没有什么两样。这是计算机与一般电器迥异之处。,计算机能完成的4种基本操作,计算机能够完成的基本操作及主要功能： 输入：接受由输入设备（如键盘）提供的数据 处理：对数据、字符、图象等各种类型的数据进行操作，按指定的方式进行转换 输出：将处理所产生的结果（信息）由输出设备进行输出 存储：程序和数据的存储 以上4种基本操作通常被称为IPOS循环，它反映了计算机进行数据处理的基本步骤，即输入（Input）、处理 (Processing)、输出 (Output）和存储(Storage)。,输入输出存储处理,计算机时代已经来临,今天，计算机已经进入现代社会几乎一切领域。从登月飞行、战略武器、石油勘探、中长期天气预报，到书报排版印刷、影视动画效果、远程教学，到日常生活的许多细小方面自动洗衣机、电视机的遥控器、高档音响选曲系统电脑这个有史以来最伟大的人造精灵简直是无处不在！ 总之，计算机时代已来临，以致在上个世纪未就有人预言，在21世纪，不懂计算机将成为“新文盲”。,一次震动世界的棋赛,北京时间1997年5月12日凌晨4时50分，国际象棋世界冠军卡斯帕罗夫与美国IBM公司的“深蓝”下的第六盘决胜局中，仅走了19步就投子败北当“深蓝”将棋盘上的兵走到C4位置时，卡斯帕罗夫推枰认输，“深蓝”以3.5:2.5的优势取得了胜利(先后6场比赛中，“深蓝”二胜三平)。 那么“深蓝”是何许人也？卡斯帕罗夫又是何许人也？,深蓝与卡斯帕罗夫,“深蓝”是美国IBM公司生产的一台超级国际象棋电脑，重1270公斤，有32个大脑（微处理器），每秒钟可以计算2亿步。人们给“深蓝”输入了一百多年来优秀棋手的对局两百多万局。 国际象棋史上划时代的人物、俄罗斯国际象棋特级大师卡斯帕罗夫（1963年4月13日 出生）是人类有史以来最伟大的棋手，在国际象棋棋坛上他独步天下，无人能出其右，在逻辑性推理方面堪称全人类最杰出者。前世界冠军卡尔波夫号称是唯一能与其抗衡的棋手，但在两人交战史上，每次都是卡斯帕罗夫取胜。可是，在临近世纪末的1997年，孤独求败的卡斯帕罗夫不得不承认自己输了，而战胜他的是一台没有生命力、没有感情的电脑。,余波未平,也许这是一件偶然的事件，可是，这场“巨人”与“巨机”的大战也使人类看到了一个自己不愿看到的结果：人类的工具终于有一天会战胜自己。 这次造成震动的历史事件结束后，在全球引起的议论是广泛的，讨论不但在国际象棋层次，还在科技与人类文明、未来学和人工智能学、对技术可能统治人类的恐惧等层次进行，甚至上升到伦理学和哲学的高度，以致还曾出现不大不小的恐慌言论。这一切连网上的文章资料也是多不胜数，不知能出几本书了。而且至今余热未褪。,更新消息,新华网报道：国际象棋特级大师卡斯帕罗夫与电脑软件棋手“小深”（Deep Junior ）惊心动魄的“人机大战”2003年2月日在纽约降下帷幕。在总共六局比赛中，双方各一胜一负，另有四局打成平手，同积分，不分伯仲。此次与“小深”对阵，卡斯帕罗夫“使出了标志性的攻击棋路”。岁的卡斯帕罗夫在赛后表示，能够与“小深”最终战平他感到“相当满意”。这位俄罗斯人透露，最后一场决胜局比赛，曾令他回想起年大战“深蓝”时的危险场面。当时，卡斯帕罗夫正是在关键的最后一场比赛中败北，最终在总比分上输给了“深蓝”。 卡斯帕罗夫说，这次他的惟一目标就是保证“不要输”。他声称，虽然“小深”比“深蓝”更强大，但自己在比赛中从来没有真正落于下风。“我只输了一场，而且那还是因为一个非常非常可怕的错误，”卡斯帕罗夫说，“但这并不意味着机器打败了我”。,卡斯帕罗夫与“小深”对战,资料：以色列科学家开发的软件棋手“小深”每秒能思考万步棋并能以更接近人类棋手的方式对奕，曾连续三次在国际象棋计算机大赛中夺冠，人称电脑“棋王”，近两年在与人类棋手的比赛中它还未尝败绩。,计算机“数字”基础 The Digital Basis of Computer,计算机工作原理并不神秘,迄今为止，任何似乎无所不能的“电脑”，在其内部其实只会进行两种最基本的运算 算术运算（二进制加法）： 00=0 10=1 01=1 11=10 （ 做减法需要给它编程序） 逻辑运算（判断真假） 运算结果：0假，1真,计算机为什么“使用”二进制数？,计算机的主要特点之一是”数字”(digital)性。 原因是计算机内部使用了成千上万个微型的“通断型”电子开关进行工作：这些开关在任何时刻要么是“连通”（通电），要么是“断开”（断电）。或者说，该电路只有两种工作状态：通(on)或断(off)。 在计算机科学中，人们不是用“通通断断通通断”之类的话来表示电路状态，而用两个数字0和1来表示这两种状态：“1100110 ”。用术语来说，计算机”使用“二进制数 (binary number)。其实，计算机使用的是通/断型的电子开关，所谓的“二进制数”只是这些开关状态的一种简便表示法而已。,两类信号形式,信号（signal） 一般可分为两类： 模拟信号（analog signal） 连续变化值（如数学中之实数）。 自然界产生的物理量一般均为模拟 信号。 数字信号（digital signal） 离散变化值（如数字中之整数）。 计算机内部传输和处理的均为矩形 脉冲形式的数字信号（1和0）。,所以，网络技术中计算机内部的信息（数字信号）往往要转换为通信线路上电信号或光信号（模拟信号）才能传送。,回过头来看看计算机通信的情况,当一个计算机系统开始与另一个计算机系统共享数据和信息时，就需要用到信息系统的第六个部分通信,亦称“互连”(connectivity )。,你相信吗,上面说过，计算机内部只会做非常简单的二进制算术运算和逻辑运算。 一定有人会说，照你这样说，“电脑”的运算能力似乎“不如”一个小儿。但事实上，它们却有着似乎难以置信的惊人本领如战胜过象征人类智慧顶峰的国际象棋大师、能做无数人类很难做到甚至做不到的事情。这岂非怪事？,计算机的力量源于高速运算能力,其实不奇怪。数学家已证明，世界上的“一切”事件，都可以分解为那两种0和1的基本运算正如世界上的一切物质都可分解成约110种化学元素一样。当然，一个很简单的事件，可能需要分解成千上万步0和1的基本运算。而计算机的高速运算能力，恰恰在此显示出极大的优点。而且越复杂，越显示出其“超人”之处让电脑求12肯定不如人；但是让电脑123456789987654321，人就不如电脑。所以许多事情非常复杂时，人类无法完成，电脑能完成。,计算机：一个“大智若愚”的家伙,其实计算机的特点可以用两个字来概括“笨”（笨到极点）和“快”（快到不可思议），说它“笨”，因为的确它只能做非常简单、连幼儿园的小朋友都会的那两种“基本运算”某个事情，人家一步就做出来了，它要做几十步、几百步甚至更多步，但是对这种基本运算，它的运算速度却快得惊人。计算机就是一个由这种“笨”与“快”奇妙结合而产生的伟大精灵！,强大的电脑:背后是伟大的人脑,但这并不说明人类的智慧不如“电脑”。因为电脑工作要执行的各种程序（运算的步骤）是人类编写出来。这些程序（软件）是无数科学家和计算机专家智力的结晶。没有这些程序，运算能力再强的电脑也无法做任何事情。 电脑可以帮助人类做许多事情，包括任何一个人无法独立完成的事情，但它永远只是用来帮助人类完成各种工作的一种辅助工具人类需要完成什么工作，就开发什么软件来装备电脑，电脑才具有完成什么工作的能力。 事实上，卡斯帕罗夫输棋并不是输给了机器，归根到底仍然输给了人说穿了，是输给了IBM公司的“深蓝”小组（其中主要研制者是华裔计算机专家许峰雄和谭崇仁）。,1.4 计算机硬件 Computer Hardware,计算机硬件可以分成哪五类？P1.8,Input（输入系统硬件） Processing and memory（数据处理和主存储系统硬件） Output（输出系统硬件） Storage（辅助存储系统硬件） Communications（通信系统硬件） Peripheral devices（外围设备） 与计算机相连且由计算机控制的设备。这类设备可以安装在计算机箱的外面（如显示器、键盘等），亦可安装在计算机箱的里面（如软驱）。,Input Hardware（输入系统硬件）,功能 接受数据并将其转换为适合于计算机处理的形式。 常见输入设备,Mouse (鼠标),Scanners (打描仪),Keyboard (键盘),Scanner（扫描仪）,手写板,数字化仪,计算机常见输入设备,Processing and Memory Hardware 数据处理和主存储系统硬件,计算机的控制中心由主机箱（System Unit）中的数据处理和主存储设备组成。,System Unit（系统单元, 主机箱）,计算机的控制中心由主机箱中的数据处理和主存储设备组成。 P1.10图1.4,System board (主板),CPU插座,内存插槽,CPU ( Central Processing Unit ) 中央处理器,CPU是计算机控制和处理数据以产生信息的计算元件。在微型计算机中，CPU是一块大约1.5英寸见方、封装有成千上万个晶体管的集成电路芯片，称为“microprocessor”（微处理器), 简记 MPU。,Memory（主存储器）,主存储器又称为“内存”或RAM ( 随机存取存储器 )，是一种用于临时存储的工作存储器，用来存储需要马上由CPU处理的数据和程序，可以将它理解为计算机的“工作区”或“办公桌区”。主存储器存储容量的大小决定了每次数据处理量的大小和程序的运行规模和复杂程度。 和CPU一样，主存储器也是一种集成电路芯片，断电时，存储在其中的所有数据和程序将全部消失，故称为“易失的”(volatile)存储器。所以在计算机中还需要一种所谓“辅助存储器”（如磁盘、磁带等）来存储数据和信息。,笔记本机用256M内存,普通内存条,安装在主板上的内存条,Secondary Storage Hardware (辅助存储器),功能 以相对长久的(“非易失”)的方式存储数据和程序。即断电时所存内容不会丢失。 常见辅助存储器类型有： 软磁盘（diskette or floppy disk） 硬磁盘 ( hard disk ) 磁带 ( magnetic tape ) 光盘 ( optical disks ),软磁盘和硬磁盘,软磁盘与硬磁盘：盘片,光盘和光盘驱动器,磁带及磁带机,新型存储器：闪存（U盘）,拥有512MB闪存的超酷MP3,闪速存储器(Flash memory)具有掉电后信息保留的特点，又可以在线写入(写入前自动擦除)，并且可以按页连续字节写入，读出速度高。,Output Hardware 输出设备,功能 将计算机处理产生的信息转换为用户可以识别和使用的形式。 Hardcopy output (硬考贝输出 ) 输出的图文通过打印机、绘图机等印制在纸面等，用户可以取走。 Softcopy output (软考贝输出) 输出的图文通过显示器显示在屏幕上，或输出音响通过音箱播放，用户可以观看和欣赏，但无法取走。,输出设备面面观,针式打印机,喷墨打印机,激光打印机,CRT (阴极射线管) 显示器,LCD (液晶) 显示器,Communications Hardware 通信设备,功能 用于计算机之间和计算机网络(networks)之间的连接，以实现软硬件资源的共享。 为了使计算机的数字信号能够通过传统的铜芯电话线路传送，需要配备一种叫做Modem的通信设备将其转换模拟信号。,上网之“灵猫”：调制解调器,参考：国内教材中关于计算机硬件系统的叙述,迄今为止所有计算机从其功能结构来看，都可看作由五大部分组成： 运算器 功能：算术运算和逻辑运算 控制器 功能：使计算机能自动地执行程序，并使各部分协调工作 存储器 功能：用于保存程序和数据 主存储器(内部存储器) 存放当前所执行程序的指令和数据 辅助存储器(外部存储器) 存放暂不参加运算的程序的指令和数据 输入设备 用于程序和数据输入（标准设备：键盘） 输出设备 用于程序和数据输出（标准设备：显示器）,计算机工作原理示意图,输入设备,主存储器,辅助存储器,输出设备,运算器,控制器,输入,输出,程序 原始数据,运算结果,指令数据线,控制信号线,对照一下人进行某项运算时的情况,大 脑,（控制器）,控制,计算、判断,（运算器）,记忆细胞,（内部存储器）,眼、耳等,手、口等,笔记本、手册等,解题方法 (事先学习） 题目,提供答案,输入,输出,输入设备,输出设备,外部存储器,常用术语,在计算机五大部分中，运算器和控制器是最核心的部分，通常做在一个器件上，称作CPU。 【术语】 CPU=控制器+运算器（+寄存器组） 只有主存（内存）可直接与CPU交换信息，它与CPU组合可实现计算机的基本功能。 【术语】主机=CPU+主存储器 输入/输出(Input/Output)设备和外存合称“外围设备”。 【术语】外设=I/O+辅助存储器,冯诺依曼型计算机,上述计算机的基本结构是由美藉匈牙利科学家冯 诺依曼于1946年提出的。迄今为止所有进入实用的电子计算机都是按冯 诺依曼的提出的结构体系和工作原理设计制造的，故又统称为“冯诺依曼型计算机”。 新一代计算机将努力突破冯氏的结构体系和工作原理，将是“非冯诺依曼型计算机”。 冯诺依曼型计算机的两大特征 程序存储（计算机自动连续工作的基础） 采用二进制（机内一切信息均需为二进制编码形式存在） 冯诺依曼型计算机的工作原理 存储程序（将欲执行的任务事先编成程序存入主存中） 程序控制（执行时由CPU调用主存中的程序进行运算）,1.5 计算机软件 Computer Software,为什么要使用软件？,计算机机器本身毫无智力可言，必须由人们提供各种指令来告诉它做什么、如何做和何时做。这些指令被总称为“software” ( 软件 )，因为它的存在人们感觉不到也看不到。 软件是由一组用所谓“编程语言”编写的程序组成。程序则由指令组成。用于实现某一专业功能的软件通常又称为“软件包”。 软件通常由专业编程人员开发，并存放在磁盘、光盘上，或通过因特网在线提供。,两类软件,软件通常可以分为两类： System Software (系统软件) Application Software (应用软件),应用软件：我用的,系统软件：它用的,你可以认为应用软件是 你用的，而系统软件是 计算机用的。,System Software: The Computers Boss,功能 用于使计算机能够管理其本身的内部资源，控制硬件的运行，执行各种基本操作，如使CPU与键盘、显示器、打印机和磁盘驱动器通信等。系统软件不用于解决各种业务性或专业性的具体问题。 最重要的一种系统软件是“操作系统”。目前个人计算机最常用的系统软件即美国Microsoft(微软)公司的Windows（视窗）系列操作系统。,Application Software: Your Servant,功能 用于提高计算机用户的工作效率和创造力。 目前个人计算机最常用的应用软件是美国Microsoft(微软)公司的Office系列办公软件和Internet Explorer Browser ( IE浏览器)。前者用于编写文档、处理电子表格、制作网页和多媒体演示软件等，后者用于在因特网上“上网冲浪”访问远程网站、下载软件、收发电子邮件、网上交友,1.6 计算机系统的分类 Types of Computer Systems,1969年美国阿波罗登月飞船宇航员所用的机载导航计算机重量为31公斤，主存储器仅能保存2000个字符的数据，位于地面的发射控制计算机也只能存储一百万个字符，而造价高达400万美元，体积庞大，几乎占据一个大房间。,美国休斯顿：太空飞船发射控制中心 美国国家航空与宇宙航行局约翰逊空间中心,飞速发展的计算机技术,摩尔定律： Intel的创始人之一 Gordon Moore在1965年提出了这个著名的定律，预言单位平方英寸芯片的晶体管数目每过18到24个月就将增加一倍。过去四十年的芯片产业一直遵循摩尔定律每18个月速度增长一倍的规律运行。事实上，Intel的CPU芯片上的晶体管数目已经由1971年的2300增长到今天Pentium 4处理器的5500万，即增长了两万四千倍。 今天你用几千元人民币购买的个人计算机处理能力是1969年阿波罗登月发射控制计算机的上千倍，存储容量则是它的几百倍。体积之小，可以放在办公桌的桌面上，甚至可以放在掌心。,索尼公司展示 新型掌上电脑,Gordon E. Moore and “Moores Law“,戈登摩尔身高超过1.8米，头顶光秃，性情相当沉着、平静。他有两大爱好:垂钓和划船。作为英特尔的创始人，今年已经73岁的摩尔曾经一度成为硅谷的首富。因此，他早已有足够的金钱、时间和心情，扛一根钓竿，天天到硅谷湾区钓鱼，享受宁静的晚年时光。但是，除了他高大的身影外，一个更高大的“阴影”始终弥漫在这家半导体领域利润最高的公司之上，笼罩着整个半导体产业。这就是“摩尔定律”，IT产业的第一定律！ 摩尔定律已经37岁了，甚至比英特尔的年龄还要大三岁。37年来，它所倡导的“更快、更小、更便宜”的理念，使整个IT业变成了另一个“奥林匹克”竞技场。,戈登摩尔,计算机系统的分类,根据其体积大小和处理能力，通常可分为 Supercomputers （超级计算机） Mainframe computers （大型计算机） Workstations （工作站） Microcomputers （微型计算机） Microcontrollers （微控制器）,Supercomputers 超级计算机（巨型机）,最快和性能最高的计算机。通常配备有上百个到上千个处理器，运算速度可达几万亿次/秒。目前世界上最快的集群超级计算机运算速度为每秒7.6万亿次浮点运算，预计04年初将出现100万亿次的超级计算机。 主要用于研究，如世界性气象预报和气侯现象分析、石油勘探、飞机设计、裂变核武器系统评定等。 价格：1000万美元（国外） 1000万人民币（国产） 我国国产巨型机有：银河系列、曙光系列、深腾系列超级计算机。,曙光3000超级服务器,国家863计划的重大项目曙光3000超级服务器于2000年12月研制成功，通过了国家科技部组织的验收，并于2001年2月通过了专家鉴定。 曙光3000是一种通用的超级并行计算机系统，是目前性能最高的国产超级服务器。它兼顾大规模科学计算、事务处理和网络信息服务。系统峰值浮点运算速度为每秒4032亿次，内存总容量为168GB，磁盘总容量为3.63TB。它具有先进的机群体系结构。由70台节点计算机组成，共280个处理机。系统提供三套连接网络，用做高速并行计算、文件传输、系统管理、接待用户请求。另外,还有两套串行网络，用于监控系统的各种状态。,曙光3000最高运算速度达每秒4032亿次，256个处理机，内存总量达168GB。16个处理机的曙光3000每天可实现80亿次的页面点击。8个处理机的系统每天可收发七千万封电子邮件。4个处理机的系统每天可处理三百万次事务。128个处理机工作，48小时的精确天气预报只需1小时38分钟。64个处理机工作，一个月的气候预报仅用15分钟。16个处理机做某油田291口井135年的油藏模拟只需17小时，在国内所有计算机包括进口计算机中第一次达到实用水平。,曙光3000超级服务器的性能,曙光3000超级服务器整机图,曙光3000是中国基因研究进度的保证,位于北京顺义的北京华大基因研究中心，承担了人类基因组1%测序的任务；就在这里，“入住”了两台全国为数极少的曙光2000巨型计算机。今年2月12日人类基因组图谱正式公布以后，这里成了世人关注的焦点。 生物信息中心主管黄小兵介绍，由于长期超负荷地运转，在我国所承担的人类基因组测序任务“完成图”已近尾声之时，每秒运行120亿次、日处理3GB数据的曙光2000也光荣地退居二线。“曙光2000在其它领域可能会运转得很正常，但在华大已经是不堪重负。不得不一下定购了两台曙光3000。”,正在研制中的曙光4000A,2003年7月23日，曙光公司与中科院计算所国家智能计算机研究开发中心宣布，将建造中国第一台运算速度超过每秒10万亿次的超级计算机曙光4000A 。 曙光公司总裁历军介绍，正在建设的曙光4000A将采用2192颗主频2.4G的64位AMD Opteron 800处理器，计算节点为512个，单个节点均为2U4路的64位高性能计算机，该机拥有高达2256G的内存容量，30TB磁盘容量和基于多级交叉开关的高速互连网络，运算峰值超过每秒10万亿次，建成后，不仅将是中国最快的超级计算机，也将是世界上最快的集群式超级计算机。 曙光4000A将于2003年9月实现计算机节点批量生产；2004年1月用户试算；2004年3月完成系统；2004年6月用户安装。,曙光4000A概念图,代号为“红色网格”，2192颗CPU， 2256G的内存容量，运算峰值超过每秒10万亿次,国防科大研制的“银河”系列巨型机,1997年6月，银河-III超级计算机研制成功。中国成为世界上少数几个能研制和生产大规模并行计算机系统的国家之一。银河III采用分布共享存储结构，峰值性能达到每秒130亿浮点运算。 1999年11月，银河-IV型巨型机 开始研制。 2002年11月19由国防科技大学计算机学院研制的新一代“银河”高性能实时仿真计算机系统在长沙通过技术鉴定。试运行期间，曾成功地对航天运载火箭及多个重大任务的控制系统进行了多次实时仿真试验。,83年银河-I 亿次机,92年银河-II 10亿次机,97年银河-III 百亿次机,世界超级计算机 全球TOP500排行榜,世界超级计算机TOP500排名，是由国际专业评价超级计算机性能的组织“TOP500”倡导发起的。该组织于1993年成立，每年6月和11月各发布一次全世界已安装并在使用的运算速度最快的前500台超级计算机的排名，截至到2003年6月27日为止，已经进行了21届。 到2003年6月排名第一的是NEC公司的Earth-Simulator/ 5120超级计算机 ，运算速度达到35.86万亿次。 曙光4000A开发成功，将在全球超级计算机Top 500强中排名第三（按今年6月23日排名）。,最新消息：深腾1800闯入世界超级计算机 全球TOP500排行榜,中国生产的超级计算机第一次进入高性能计算TOP500排名是在2002年11月，就是由联想集团研制成功具有自主知识产权核心技术的三台万亿次超级计算机“深腾1800”，实际运算速度达到每秒1.046万亿次，在2003年6月排名第51位、98位和299位。,20组机柜、526个高性能“奔腾4”型 CPU、1800多个小型风扇、近7000米网线、实测性能达到每秒1万亿次浮点运算 02年8月29日，联想集团和中科院数学与计算所联合召开新闻发布会，宣布了一个喜人的消息：我国首台万亿次计算机诞生了。,深腾6800：4亿次的精彩,03年12月9日，科技部携手联想集团在京宣布，由联想研制的国家网格主节点“深腾6800”超级计算机通过鉴定，研制成功。它使用了265个IA64结点，1060个主频为1.3GHz的英特尔安腾2处理器，内存总容量达2.2TB，磁盘总容量为81TB。 在03年TOP500排行榜中，深腾6800运算速度居第14位。,IBM : 将为美能源部造世界最快超级计算机,2002年11月19日，IBM公布了两台目前世界上运算速度最快计算机的制造计划，这是蓝色巨人和美国能源部达成的一项价值2亿9000万美元合同的一个组成部分。IBM官员指出，这两台超级计算机联合起来的计算处理能力将超过目前世界上计算能力最强的500台超级计算机的总和。 IBM将提供的第一台超级计算机名为ASCI Purple，它的运算速度将达到每秒100万亿次，即每秒100兆次浮点计算的水平。这台计算机被视为深蓝(Deep Blue)的直系後裔。ASCI Purple将在2004年交付使用，届时能源部的国家原子能安全管理署将使用ASCI Purple来模拟美国原子武器的老化及其处理过程。 第二台超级计算机目前被命名为Blue Gene/L，它的计算能力将明显超过ASCI Purple，达到每秒360万亿次的水平，预计在2005年交付使用。能源部计划把这台计算机供各个国家实验室使用，用於武器、生物技术和高能爆炸的模拟计算。,Mainframe computers 主机,包括通常说的大、中、小型计算机。 运算速度几千万次/秒，价值几万几百万美元。主要用于银行、航空公司、保险公司、邮购商店、高校和税收局等。,IBM z 系列z900 服务器,IBM z系列z990服务器,国产大中型计算机,中科院计算技术研究所国家智能机中心研制的每秒200亿次的曙光2000型超级服务器,Workstations：工作站,80年代初期出现，是一种价格昂贵、功能强大的桌面计算机，主要供工程师们、科学家们、特效设计师们使用，如设计飞机机身、研制处方药品、影视特效制作等。,图：IBM图形工作站,Microcomputers：微型计算机,又称为“个人计算机” （ PC机），可以放置在桌面上，或可以出行携带。通常有： Desktop (台式机) Notebook（笔记本机） Personal digital assistant (PDA) (个人数字助理),台式机与笔记本电脑,Multimedia computers 多媒体 电脑,一台普通电脑，配上声卡、音箱、光盘驱动器等，不但可以进行各种运算和数据处理，还可播放或制作各种影视和音乐节目，称为“多媒体电脑”。,计算机主板：扩展槽,声卡和音箱,Microcontrollers：微控制器,亦称为“嵌入式”、“专用型”或“隐藏式”计算机。微控制器实际上是安装在各种智能设备（如电脑控制的微波炉、袖珍计算器等）中的微型计算机芯片（通常称为“单片机”）。 价格一般在几几十美元。,单片机芯片： SST89C58单片机,正面,背面,1.7 计算机发展史 Milestones in Computer Development,在电子计算机之前，人类用于计算的辅助工具有：算盘，手摇计算机（机械式，主要由机械齿轮组成），大型微分分析仪等。最早研制电子计算机，是为了解决科技进步特别是军事应用方面运算量越来越大的问题。 P1.16 图1.6,世界上第一台电子计算机,诞生于1946年2月的世界上第一台电子计算机，是为美国陆军计算枪炮火力表而研制。每张火力表需要计算数百条弹道，一条飞行时间为60秒的弹道，手摇计算机20小时，大型微分分析仪15分钟。军方要求每天计算6张火力表。,ENIAC (埃尼亚克),这台名为 ENIAC (电子数字积分计算机的缩写）的机器，使用18800个电子管，1500多个继电器，耗电150千瓦，占地170平方米，重达30吨，可谓“庞然大物”也。,电子计算机时代的到来,ENIAC由美国宾夕法尼亚州立大学莫尔学院设计研制，价值40多万美元，运算速度5000次/秒。今天看来，其运算速度低得可怜(稍高档的计算器即可达到)，而在当时，计算一条弹道时间缩短为30秒。它运算两小时，相当于一个物理学家100年的手工计算，不能不说是一个划时代的事件表明了电子计算机时代的到来。,计算机史,从1946年到今天，计算机技术已经经历了四次革命性的变化（四代），一代比一代体积缩小，功能增大，价格下降。,第一代（1946-1958）,电子技术，核心元件电子管，几千次/秒，用于军事与科学研究。,第二代（1959-1963）,半导体技术，核心元件晶体管，几十万次/秒，用于科学计算、数据和事务处理 。,第三代（1964-1970）,固体物理技术，核心元件中小规模集成电路，在几平方毫米单晶硅片上集成十几个至上百个电子元件；几十万至几百万次/秒；用于各个科学领域 。,第四代（1971至今）,核心元件大规模和超大规模集成电路(如“奔腾4处理器”包含4200万个晶体管)；上千万次至上亿次/秒；进入现代社会各个领域。 超大规模集成电路应用的直接结果是微型计算机的诞生。,今天之计算机,迄今为止的四代计算机都是按美籍匈牙利数学家冯诺依曼提出的工作原理设计制造的，所以也称为“冯诺依曼型计算机”。 随着技术的发展，今天的计算机已不再是一种单纯的计算工具。今天的计算机，除了高速运算（数十亿次/秒），还有逻辑处理功能，是一种具有强大信息处理能力的“智能化机器”。换言之，计算机应用已从单纯的数值计算转入信息处理领域。正因为如此，才使计算机走出科研院所的“象牙之塔”，进入现代社会的各个领域。今天的电子计算机，不仅会高速进行各种各样的科学计算，而且象人脑一样，会“判断”，会“思考”，会迅速果断地处理各种问题。所以，越来越多的人开始把计算机叫做“电脑”。,计算机发展史上的重要人物,英国数学家图灵(Turing):创建了自动机理论，发展了可计算机性理论，奠定了人工智能的基础。 美籍匈牙利数学家冯.诺依曼(Von Neumann)：确立了现代计算机的基本结构，即冯.诺依曼体系结构。其要点是 计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成 数据和指令（程序）以二进制代码形式不加区别地在执行前存放在存储器中 存储程序和数据的概念,图灵奖：计算机界的诺贝尔奖,ACM是美国计算机学会的缩写。最初这是美国的一个学术性组织，现在是美国乃至全世界最重要、影响最大的一个计算机学术团体。1966年，ACM创建图灵奖，有“计算机界的诺贝尔奖“之称。这个奖以英国数学家图灵命名，图灵在计算机出现之前就提出了计算机的模型，设想了它由哪些部件组成，以何种方式和顺序工作，被称为图灵机，奠定了计算机科学理论的基础。但图灵的结局是个悲剧，他在42岁正当年富力强，创造力最旺盛的时候用自杀结束了自己的生命，令世人惋惜，用他的名字命名这个奖项就是为了