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信息技术导论第二章计算机基础知识 北京林业大学信息学院曾怡zeng bjfu Outlines 2 1计算机的发展2 2计算机的分类2 3计算机的组成2 4相关应用 2 1计算机的发展2 2计算机的分类2 3计算机的组成2 4相关应用 2 1计算机的发展 计算机是人类追求计算速度的产物古代 商业活动中用来记录和计算的设备古巴比伦的粘土板 公元前4000年 中国的算盘 公元前3000年 2 1计算机的发展 启蒙时期 对钟表机构的好奇心与实验Pascaline 1642 Blaise Pascal发明了一种用钟表元件构成的 能够做两个十进制数加减法的机器 2 1计算机的发展 工业革命时期 纺织技术提花织机 1728 飞梭织机 1733 2 1计算机的发展 电子计算机时代1821年 英国数学家查理斯 巴贝奇 CharlesBabbage 1791 1871 设计了差分机和分析机 这是第一台可自动进行数学变换的机器分析机的结构蕴涵着现代计算机的结构和设计思想 因此巴贝奇被称为 计算机之父 AdaLovelace 1815 1852 为Babbage的分析机设计了程序 被称为 第一位程序员 2 1计算机的发展 世界上第一台电子数字计算机1946年 在宾夕法尼亚大学 美国陆军弹道实验室为解决弹道计算问题 研制成功了ENIAC ElectronicNumericalIntegratorandCalculator 即 电子数字积分计算机 第一台电子计算机 ENIAC 5000次加法 秒体重30吨占地170m218800只电子管1500个继电器功率150KW ENIAC 晶体管是划时代的实验装置 电子管的缺点 体积大 耗能高 散热量大 晶体管的优点 体积小 耗能低 性能稳定 2 1计算机的发展 根据计算机采用的物理器件 将其分为以下几个阶段 第二代 1958 1964 晶体管几十万 百万次 秒 第三代 1964 1970 中 小规模集成电路百万 几百万次 秒 2 1计算机的发展 计算机的发展阶段第五代 1991 目前 以互联网 Internet 为标志的信息系统 晶体管数 每18个月芯片的晶体管数目增长一倍 性能增长一倍 2 1计算机的发展 计算机第一定律 摩尔定律 2 1计算机的发展 奠定现代计算机发展的重要人物计算理论的奠基人 艾兰 图灵AlanTuring 1912 1954 1936年上研究生时发表的一篇论文中提出了图灵机 TuringMachine 模型 奠定可计算理论的基础 图灵的基本思想是用机器来模拟人们用纸笔进行数学运算的过程 计算机学科的最高荣誉是ACM 美国计算机学会 图灵奖 2 1计算机的发展 奠定现代计算机发展的重要人物计算机体系结构的创始人 冯 诺依曼1946年 JohnvonNeumann发表了第一篇关于电子计算机程序存储的论文 描述了如何用数字来表示逻辑操作 程序 确定了现代计算机体系结构 提出了 存储程序 和 程序控制 的计算机工作原理 至今 大多数计算机采用的都是冯 诺依曼体系结构 JohnvonNeumann冯 诺依曼 1949EDSAC 冯 诺依曼计算机 存储程序工作原理计算机的两个基本能力 一是能够存储程序 二是能够自动地执行程序 计算机是利用 存储器 内存 来存放所要执行的程序的 而称之为CPU的部件可以依次从存储器中取出程序中的每一条指令 并加以分析和执行 直至完成全部指令任务为止 2 1计算机的发展 奠定现代计算机发展的重要人物现代信息论的创始 香侬1938年 香侬在发表的论文中 首次用布尔代数进行开关电路分析 并证明布尔代数的逻辑运算可以通过继电器电路来实现 ClaudeShannon Altair8800 计算机发展趋势 微型化 计算机不再是单一的计算机器 而是一种信息机器 一种个人的信息机器 Cray I 计算机发展趋势 巨型化 运算速度可达每秒几百亿次运算的超级计算机1975年世界上第一台超级计算机 Cray I 超级计算机应用 天气预报 地震机理研究 石油和地质勘探 卫星图像处理等大量科学计算的高科技领域 中国超级计算机 国防科技大学研制的 银河1号 银河2号 和 银河3号 国家智能计算机中心推出的 曙光1000 曙光200I 和 曙光3000 银河 计算机发展趋势 网络化 计算机网络 计算机技术与通信技术结合的产物 计算机网络的发展动力 使用远程资源 共享程序 数据和信息资源 网络用户的通讯和合作 计算机发展趋势 智能化 总有一天 人类会造出一些举止跟人一样的 没有灵魂的机械 来 笛卡尔 1637 第一代机器人机械手 1962年出现 第二代机器人具有 感觉 的机器人第三代机器人装有启发式计算机的 智能机器人 2 1计算机的发展 计算机世界中的中国1952年在清华大学成立中国第一个计算机三人研究小组 组长 闵大可 电机系教授1954年小组经扩充和调整 并入中科院近代物理研究所 负责人 钱三强1958年完成第一台电子计算机1031959年完成大型电子计算机1041959年中国自行研究的107计算机问世1965年中国开始研制第三代计算机 集成电路 1977年研制成功中国第一台微机DJS050 2 1计算机的发展2 2计算机的分类2 3计算机的组成2 4相关应用 2 2计算机的分类 常用的计算机分类法是根据计算机的字长 运算速度 存储容量等综合性能指标将其分为 1 高性能计算机2 中小型计算机3 微型计算机台式机 笔记本 掌上电脑 个人数字助理 4 服务器和工作站服务器 资源提供者 工作站 资源需求方5 嵌入式计算机 2 2计算机的分类 高性能计算机 巨型机 它的运算速度最快 性能最高 技术最复杂 巨型机主要用于解决大型机也难以解决的复杂问题 它是解决科技领域中某些带有挑战性问题的关键工具 中小型计算机 大型通用机 其特点表现在通用性强 具有很强的综合处理能力 性能覆盖面广等 主要应用在科研 商业和管理部门 服务器和工作站服务器提供信息资源 并及时响应工作站的请求 微型计算机安装网络操作系统 网络协议和各种服务器软件后 可以充当服务器 PC机 PersonalComputer 以微处理器为中央处理单元而组成的个人计算机称为PC机 微机 嵌入式计算机运行固定的软件 用户很难或不能改变固定的程序 中型机 大型机 超算中心 举例 举例 高性能计算机深腾7000超级计算机3208个IntelXeon四核处理器 384个IntelItanium2双核处理器 共13600个CPU核心用于计算的处理器核心共12320个系统内存总量为66TB 其中计算部分内存总量约60TB外部存储容量约1410TB 包括354TB的全光纤磁盘阵列 1PB容量的磁带库 64TB容量的虚拟带库 举例 PC 两种主要的PC系列 PCandcompatiblesusetheWindowsoperatingsystem AppleMacintoshusestheMacintoshoperatingsystem MacOS 举例 PC PC desktopcomputer 桌面电脑 举例 PC notebookcomputer Alsocalledalaptopcomputer 举例 PC TabletPC 平板电脑 笔控输入 语音辨识等 举例 mobiledevices 移动设备 smartphone personaldigitalassistant PDA Internet enabledtelephoneisa smartphone AsmartphoneisanInternet enabledtelephonethatusuallyprovidesPDAcapabilities 举例 embeddedcomputer 嵌入式计算机 指专用于特别用途的计算机 作为信息处理部件嵌入到应用系统产品中 2 1计算机的发展2 2计算机的分类2 3计算机的组成2 4相关应用 计算机是一台能存储程序和数据 并能自动执行程序的机器 计算机系统由硬件系统和软件系统组成 2 3计算机的组成 微型计算机的硬件组成 主机是包含电源 存储设备和电路板的机箱 其中电路板上有计算机的主处理器和内存 监视器是计算机的主要输出设备 它将来自计算机显卡的电信号转换为屏幕上的彩色亮点 从而形成图像 硬盘驱动器一般安装在系统单元内 当其工作时 机箱上的指示灯会亮 软盘驱动器将数据写到软盘上 当其工作时 其指示灯就亮 警告用户此时不要取出软盘 CD ROM和DVD驱动器采用激光技术从光盘上读取数据 鼠标是一种输入指示设备 帮助用户操作对象并选择菜单项 键盘作为多数计算机的主要输入设备 声卡位于系统单元内 提供到扬声器 麦克风和耳机的连接 主机 内存Memory适配卡Adaptercards声卡Soundcard显卡Videocard端口Ports接口Connector磁盘驱动器Drivebays电源Powersupply主板Motherboard 处理器Processor 主机 主板motherboard 也叫系统板 母板 是微机中最大的一块电路板主板上的主要部件CPU插座芯片组 Chipset 各类存储器 内存RAM插槽 CMOS芯片 总线通道各种接口 扩展槽 Slots 主机 端口 Ports 和接口 Connector 用于将外部设备连接到主机上 主机 特殊端口 MIDI MusicalInstrumentDigitalInterface portSCSI smallcomputersysteminterface portIrDA InfraredDataAssociation portBluetoothport 为用户接入特殊的数据传输或无线传输设备 外设 输入设备 键盘 鼠标 扫描仪等输出设备 显示器 打印机等外存 软盘 硬盘 光盘 闪存等网络设备 网卡 调制解调器等 2 3计算机的组成 计算机工作原理由运算器 控制器 存储器 输入设备和输出设备5个基本部分组成程序和数据在计算机中用二进制数表示 中央处理器CPU 运算器 输入设备 外存 输出设备 内存 数据 信息 控制器 计算机软件系统组成 软件 系统软件 应用软件 操作系统 设备驱动 实用工具 编译系统 文字处理 电子表格 演示软件 图形软件 视频软件 上网软件 学习课件 娱乐软件 商务软件 1 系统软件协助计算机执行基本任务 2 应用软件协助人们完成某项任务 2 3计算机的组成 系统软件 操作系统最基本的系统软件 其它的所有软件都是建立在操作系统的基础上 实用工具用来提供一种让计算机用户控制 分配和使用计算机资源的方法 以增强操作系统的功能 设备驱动程序设备驱动程序告诉计算机中的操作系统如何使用某一硬件 编译器编译器是程序员将高级语言编写的指令翻译成可以在计算机上执行的代码的软件开发工具 它的特点是目标语言比源语言低级 2 3计算机的组成 操作系统协助计算机完成基本硬件操作 并与应用程序进行交互 完成诸如打印和存储数据等应用任务 Linux MacOS UNIX Windows OS 2 2 1计算机的发展2 2计算机的分类2 3计算机的组成2 4相关应用 计算机的应用计算机的出现对人类科学技术的发展产生了深远的影响 极大的增强了人类认识世界 改造世界的能力 在国民经济和社会生活的各个领域有着广泛的应用 计算机主要用途 科学计算 数据处理 实时控制 人工智能 计算机辅助工程和辅助教育 娱乐与游戏等 1 科学计算科学计算是指使用计算机来完成科学研究和工程技术中所遇到的数学问题的计算 又称为数值计算 在科学研究和工程技术中通常要将实际问题归结为某一数学模型 其内容复杂 计算量大 要求的精度高 诸如天气预报 宇宙飞船和火箭的发射与控制 人造卫星的研制 原子能的利用等现代科学技术研究 2 数据处理 数据处理是计算机又一重要的应用领域 指用计算机对数据进行输入 分类 加工 整理 合并 统计 制表 检索及存储等 例如 利用数据库技术开发的管理信息系统和决策支持系统等 可大大提高企业或政府部门的现代化管理水平 3 实时控制 实时控制是指及时地采集检测数据 使用计算机快速地进行处理并自动地控制被控对象的动作 实现生产过程的自动化 此外 在计算机应用于实时控制中还具有故障检测 报警和诊断等功能 如在钢铁 石油 化工 制造业等工业企业都需要进行实时控制 以提高生产效率和产品质量 4 人工智能 人工智能是由计算机来模拟或部分模拟人类的智能 传统的计算机程序虽然具有逻辑判断的能力 但它只能执行人预先设计好的动作 而不能像人类那样进行思维 例如专家系统属于人工智能的应用范畴 如自然语言理解 专家系统 机器人 机器学习 定理自动证明等 5 计算机辅助工程 计算机辅助工程包括计算机辅助设计 computer aideddesign CAD 计算机辅助制造 computer aidedmanufacturing CAM 计算机集成制造系统 computer integratedmanufacturingsystem CIMS 计算机辅助设计 CAD 利用计算机完成各种产品或者工程项目的设计工作 实现设计过程的自动化或半自动化 计算机辅助制造 CAM 使用计算机辅助人们完成工业产品的制造任务 如对设计文档 工艺流程 生产设备等的管理 对加工与生产装置的控制和操作 计算机集成制造系统 CIMS 将计算机技术集成到制造工厂的整个制造全过程中 使企业内的信息流 物流 资金流和人员活动形成了一个统一协调的整体 CIMS的对象是制造业 6 计算机辅助教育 计算机辅助教育 CAIcomputer aidedinstruction

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