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北京理工大学计算机学院 第一讲概述 计算机科学导论 2 主讲教师 马波授课对象 2011级计算机学院学生总学时数 100000学时理论教学学时数 11000学时上机学时数 1000学时 32 24 8 3 计算机科学导论 教材 教材 计算机科学导论 机械工业出版社刘艺等译 4 课程目标 展示计算机科学的全景激发学习兴趣为后续课程的学习做好必要的知识准备 学习要求 了解计算机科学的内涵与应用领域 计算机的硬件结构与组成原理 软件工程 计算机网络与信息安全 多媒体技术 人工智能等领域的基本知识 初步掌握计算机科学的基本概念和术语 操作系统的功能 数据结构和数据库的基本概念和相关技术 计算机基本应用技能等 5 6 课程安排 讲授内容第1讲 概论 第1章 第2讲 数据和数的表示 第2 3 4章 第3讲 计算机硬件 第5章 第4讲 计算机操作系统 第7章 第5讲 算法 第8章 第6讲 计算机程序设计基础 第9章 第7讲 计算机网络与安全 第6 16章 第8讲 软件工程 第10章 第9讲 数据结构 第11 12章 第10讲 数据库 第14章 第11讲 人工智能与计算理论 第17 18章 7 上机练习 8学时 时间待通知 8 作业 按时完成并提交教师布置的作业作业的发布 提交和答疑均在 网络教学支撑平台 进行计算机科学导论教学网站 9 学习建议 内容多 用系统的思想学习 掌握基本概念 基本原理 基本操作 听讲与自学相结合 可以快速浏览几本书 有针对性的上网查阅或图书查阅 多上机 多实践 提高动手能力 10 考核方法 课程成绩百分制 1 计算机基础笔试成绩 50 2 专题讨论报告 40 3 平时作业 10 11 专题讨论的要求 1 专题讨论题目分为两大类 计算机发展史方面 计算机软 硬件组成方面2 每位学生在两大类题目中各选择一个小题目作为自己的讨论专题 3 相关资料通过互联网或其他媒体收集 要保证资料的正确和可靠 12 专题讨论的要求 4 写专题报告 报告不少于2000字 WORD文档 要求有一定的格式 如标题 正文 字体 行距等等 5 做出专题报告的演讲文稿 不少于10张幻灯片 PPT文档 要求图文并茂 并有一定的动画和链接 6 对专题报告中的数据 如果有的话 进行处理 做出简单的图表 XLS文档 7 专题报告中必须要有个人的分析和见解 13 本讲内容 1 1 计算机系统分层结构1 2 计算机的发展历史1 3 计算机的分类1 4 计算机应用 什么是计算机科学 14 Computerscienceisthestudyofthetheory design implementation andperformanceofcomputersoftwareandcomputersystems includingthestudyofcomputabilityandcomputationitself UM CS 15 什么是计算机 输出 计算机是数据处理器 它根据事先存储在存储器中的一组指令的要求 接收输入的数据 处理数据 存储数据并且输出数据 输入 8 12 22 3 3 8 12 22 程序 存储在存储器中 冯 诺依曼模型 JohnVonNeumann1903 1957 16 现代计算机都是基于冯 诺依曼模型 4个子系统程序存储指令顺序执行 计算机硬件计算机软件 17 计算机概述 计算机系统分层结构 数据信息 由原始事实和图像等各种信息组成 通过指令完成计算和数据管理 由物理元器件构成 网络 多台计算机联接在一起 实现信息交换和资源共享 硬件 应用 操作系统 管理计算机资源 在不同领域充分利用计算机的能力 通信 程序 18 计算机基础 计算机的发展历史 机械计算器时期 1930以前 电子计算机时期 1930 1950 现代计算机时期 1950 now 帕斯卡与机械计算机Pascaline 1642 莱布尼兹与改进的Pascaline 1672 巴贝奇与差分引擎 1823 霍列瑞斯与卡片穿孔制表机 1890 图灵与图灵机 巨人计算机Colossus 1943 冯 诺依曼与IAS 1952 莫奇利和埃克特与ENIAC 1946 EDVAC 1950与UNIVAC 1951 19 帕斯卡与机械计算机Pascaline 1642 早期最重要的计算工具是算盘 abacus 计算工具最重要的发展是帕斯卡机械计算机 也称 Pascaline 1642由法国数学家BlaisePascal发明 可对所以数字做加减法运算 20 莱布尼兹与改进的Pascaline 1672 德国数学家莱布尼兹1672年对 Pascaline 进行了改进 可进行四则运算和开方 称之为莱布尼兹轮 21 巴贝奇与差分引擎 1823 1823年 设计了一台自动的机械计算器 也称差分引擎 DifferenceEngine 1833 又开始设计可编程的自动机械数字计算机 也称分析引擎 AnalyticalEngine 22 霍列瑞斯与卡片穿孔制表机 1890 计算机系统发展的重要一步是1890年制表机的发明 由霍列瑞斯发明 首次用于全美的人口普查 1896年 霍列瑞斯组织了InternationalBusinessMachines IBM 该组织后来在计算机发展中发挥了重要的作用 23 图灵与图灵机 巨人计算机Colossus 1943 图灵在1936年发表的论文中 提出了一种计算机抽象模型 利用这种计算机可用一些简单的机械动作实现推理 这种计算机也称 图灵机 1943年 图灵设计了 Colossus 巨人计算机 主要用于第二次世界大战破译德国的密码 24 莫奇利 埃克特与ENIAC 1946 第一台电子计算机 ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator ENIAC 诞生于1946年 由莫奇利与埃克特设计 25 编程 通过插孔和开关实现速度 5 000次 秒输入 输出 卡片 指示灯 开关 插孔空间 1 000平方英尺 26 EDVAC 1950与UNIVAC 1951 EDVAC ElectronicDiscreteVariableAutomaticComputer 是第一台存储程序的计算机 基于冯 诺依曼思想 诞生于1950年 UNIVAC UniversalAutomaticComputer 第一台商业计算机 1951年由莫奇利与埃克特设计制造 27 冯 诺依曼与IAS 1952 冯 诺依曼的IAS计算机诞生于1952 28 计算机概述 计算机的发展历史 1电子管时代 从ENIAC诞生到50年代后期 2晶体管时代 50年代中期到60年代中期 3集成电路时代 60年代中期到70年代前期 4大规模集成电路时代 70年代初到80年代初 5超大规模集成电路时代 80年代以后 6生物神经网络时代 人工智能 29 第一台通用计算机国际商用机器公司耗资50亿美元历时5年的IBM360系统计算机于1964年问世 器件为晶体管和集成电路混合的 IBM360的贡献在于通用化 标准化 系列化 可用于科学计算 商业数据处理 内部硬件和其它设置可适应多方面的应用 同一程序可在机器语言一级上在不同的计算机上执行 IBM360有大 中 小三大类六个型号 从IBM360开始有了计算机兼容的概念 30 IBM360系列机 31 IBM360 20 2020 3 17 32 可编辑 33 第一台微型计算机Intel公司于1971年开发Intel4004微处理器 在3毫米 4毫米的大规模集成电路芯片上有2250个晶体管 每秒运算速度6万次 第一台基于Intel微处理器的微型计算机有以下说法 Intel公司的MCS 4 1971年 约翰 布兰肯贝克的Kenbak1 1971年 加拿大自动电器系统公司推出商用电脑 有显示屏 键盘 CPU 1972年 法国Micral公司的Micral 1973年 首次在广告中使用了Microcomputer一词 34 Intel4004微处理器芯片 35 微处理芯片和微型计算机 36 第一台个人计算机美国微型仪器和遥感系统公司1972年推出的MITS 816 是世界上第一台供个人使用的数字微型计算机 1977年苹果公司推出的 苹果II型 是世界上第一台有彩色图形界面的个人计算机 使用摩托罗拉6502芯片 每秒50万次加法 48K基本内存 1981年8月IBM推出IBM5150个人计算机 使用Intel8088芯片 4 77兆主频 64K内存 MS DOS操作系统 售价单色显示器3000美元 彩色显示器6000美元 37 IBMPC PersonalComputer 38 计算机概述 计算机的分类 计算机的分类 根据体积大小 计算速度 处理能力 价格等特性来分类 巨型计算机 Supercomputer 大型计算机 Mainframecomputer 小型计算机 Minicomputer 微型计算机 Microcomputer 39 计算机的分类 巨型计算机 最快速的 最昂贵的计算机 每秒能处理一万亿多条指令 巨型计算机的典型应用包括世界范围的天气预报 核爆炸的仿真等 40 计算机的分类 巨型计算机 41 计算机的分类 大型计算机 大型的 快速的 昂贵的计算机 一般用来为商业或政府机构提供中心存储处理或大量数据的管理 42 计算机的分类 大型计算机 43 计算机的分类 小型计算机 中规模 较便宜 功耗小于大型计算机 能为小型商业提供适当的计算能力 44 计算机的分类 微型计算机 计算机的分类 微型计算机 这些是什么 微型计算机 45 计算机的分类 微型计算机 一种建立在单处理器芯片上的计算机 也叫个人计算机或PC机 桌面型计算机笔记本式计算机个人数字助理 PDA 46 计算机的分类 微型计算机 计算机的分类 微型计算机 桌面型计算机 笔记本式计算机 膝上型计算机 47 计算机的分类 微型计算机 计算机的分类 微型计算机 个人数字助理 Personaldigitalassistant 掌上型计算机 48 计算机无处不在 49 辅助教学 CAI Computer assistedinstruction 通过教师 学生与计算机系统的对话 实现教学的技术 计算机概述 计算机应用 50 远程教育 51 远程健康护理 52 网络交易 53 54 数值计算 工程计算 地震预测 气象预报 火箭发射等要求高速度 高精度的科学计算都需要计算机 气象预报由什么工具来计算 计算机改变了一些学科传统的研究方法 促成了计算力学 计算物理 计算化学 生物控制论等新学科的出现 计算机的应用 续 55 数据处理 这是数值计算吗 区别 数据处理包括 信息的收集 转换 组织 存储 计算 检索 排序等多项内容 数据处理应用于 人口统计 档案管理 银行业务 情报检索 企业管理 计算机的应用 续 56 计算机对无人驾驶飞机做实时控制 计算机越来越多地应用于生产自动化 它在计算复杂的多变量控制问题和自动控制系统的组织上都是必不可少的基本技术工具 广泛应用于冶金 机械 石油 化工 电力及各种自动化系统等部门 过程控制 实时控制 计算机的应用 续 57 辅助工程 辅助设计 CAD ComputerAidedDesign CAD能将设计方案转化为图纸 并能对设计方案进行分析 测试和优化 图纸 计算机的应用 续 58 辅助制造 CAM ComputerAidedManufacturinge 在机器制造业中 利用自动控制完成