1.1 计算机概述ppt课件.ppt

大学计算机基础 多媒体教学课件 城市学院信息科学与工程系计算机教研室制作 1 一 教学目的 1 掌握计算机的基本概念 2 了解计算机的发展及中国计算机的发展概况 未来计算机的发展 3 了解计算机的应用领域 4 了解计算机系统的概念和组成 5 掌握二进制及编码 6 了解汉字在计算机中的表示 熟练掌握一种汉字输入方法 7 了解计算机软件的分类和应用 第1章计算机基础知识 2 二 重点 难点重点 计算机系统的组成 软件和硬件组成及各组成部分的功能及相应关系 数制转换及运算 数据在计算机中的表示 难点 数据在计算机中的表示 硬件和软件的概念 第1章计算机基础知识 3 1 1 1计算机的发展 登高而招 臂非加长也 而见者远 顺风而呼 声非加疾也 而闻者彰 假舆马者 非利足也 而致千里 假舟楫者 非能水也 而绝江河 君子生非异也 善假于物也 荀况 人脑计算有限计算机的发明是历史的必然 4 我国春秋时期出现的算筹是世界上最古老的计算工具 计算的时候摆成纵式和横式两种数字 按照纵横相间的原则表示任何自然数 从而进行加 减 乘 除 开方以及其它的代数计算 算筹 祖冲之 公元500年前 中国南北朝时期的数学家祖冲之借助算筹作为计算工具 成功地将圆周率 值计算到小数点后的第7位 成为当时世界上最精确的 值 1 早期的计算工具 5 随着计算技术的发展 在求解一些更复杂的数学问题时 算筹显得越来越不方便了 于是在唐代 中国人发明了算盘 它结合了十进制计数法和一整套计算口诀并一直沿用至今 是世界上第一种手动式计数器 算盘 6 1621年 英国人冈特发明计算尺 这是世界上最早的模拟计算工具 17世纪的文献详细记载了冈特发明这种计算工具的过程 冈特计算尺 7 1623年德国科学家希克尔德制作了一台计算器 他的计算器能做6位数加减法 希克尔德的机械式计算机 8 1642年 法国数学家 物理学家和思想家帕斯卡 Pascal 发明加法机 这是人类历史上第一台机械式计算机 其原理对后来的计算机械产生了持久的影响 帕斯卡的加法机 1971年瑞士人沃斯把自己发明的高级语言命名为Pascal 以表达对帕斯卡的敬意 9 1673年 德国数学家莱布尼兹 Leibnize 发明乘法机 这是第一台可以运行完整的四则运算的计算机 莱布尼兹首次提出二进制思想 同时还提出了 可以用机械代替人进行繁琐重复的计算工作 的伟大思想 这一思想至今鼓舞着人们探求新的计算机 莱布尼兹乘法机 10 1812年 英国数学家巴贝奇 Babbage 设计出了差分机 专门用于航海和天文计算 这是最早采用寄存器来存储数据的计算机 体现了早期程序设计思想的萌芽 第一台差分机从设计到制造完成 花费了整整十年 它可以处理3个5位数 计算精度达到6位小数 巴贝奇差分机 11 巴贝奇分析机 1834年 三部分组成 1 由许多轮子组成的保存数据的存储库 2 运算装置 3 能对操作顺序进行控制 并选择所需处理的数据以及输出结果的装置 12 巴贝奇分析机 1834年 巴贝奇把程序控制的思想引入了分析机 它的设想是采用穿孔卡片把指令存到存储库中 机器根据穿孔卡片上孔的图形确定该执行什么指令 并自动运算 在计算机的发展史上 巴贝奇写下了光辉的一页 他的设计思想为现代电子计算机的结构设计奠定了基础 现代电子计算机的中心结构部分恰好包括了巴贝奇提出的分析机的3个部分 可以说巴贝奇的分析机是现代电子计算机的雏形 13 1944年 美国科学家艾肯在IBM公司的资助下 研制成功机电式计算机MARK I 这是世界上最早的通用型自动机电式计算机之一 它取消了齿轮传动装置 以穿孔纸带传送指令 MARK 1外壳用钢和玻璃制成 长15米 高2 4米 自重31 5吨 使用了15万个元件和800公里电线 每分钟进行200次运算 艾肯研制MARK 1的灵感来自一个世纪以前巴贝奇留下的思想精华 艾肯的MARK I 14 2 现代计算机的诞生 现代计算机的诞生 英国科学家图灵 Turing 和美籍匈牙利科学家冯 诺依曼 VonNeueman 做出了杰出的贡献 图灵 人工智能之父冯 诺依曼 电子计算机之父 15 计算机科学奠基人 图灵 艾兰 图灵1912年6月23日出生于英国伦敦 1936年 图灵发表了一篇划时代的论文 论可计算数及其在判定问题中的应用 后被人改称 理想计算机 论文里论述了一种 图灵机 只要为它编好程序 它就可以承担其他机器能作的任何工作 当世界上还没人提出通用计算机的概念前 图灵已经在理论上证明了它存在的可能性 16 1950年10月 图灵的另一篇论文 机器能思考吗 发表 首次提出检验机器智能的 图林试验 从而奠定了人工智能的基础 使他再次荣膺 人工智能之父 称号 1954年 42岁的艾兰 图灵英年早逝 为了纪念他在计算机领域奠基性的贡献 美国计算机学会决定设立 图灵奖 从1956年开始颁发给最优秀的计算机科学家 它就像科学界的诺贝尔奖那样 是计算机领域的最高荣誉 图灵与图灵机 17 冯 诺依曼与冯 诺依曼机 冯 诺依曼1913年出生于匈牙利首都布达佩斯 1945年6月 冯 诺依曼与戈德斯坦 勃克斯等人 联名发表了一篇长达101页纸的报告 即计算机史上著名的 101页报告 直到今天 仍然被认为是现代计算机科学发展里程碑式的文献 报告明确规定出计算机的五大部件 并用二进制替代十进制运算 该方案的革命意义在于 存储程序 以便计算机自动依次执行指令 人们后来把这种 存储程序 体系结构的机器统称为 冯 诺依曼计算机 18 3 计算机的发展历程 计算机发展了六十年 依据计算机采用的基本电子元件和使用的软件可以分为以下四个阶段 19 1 第一代电子计算机 1946 1958 第一代计算机采用电子管作为基本元器件 20 1904年 英国人弗莱明发明真空电子二极管 电子管的诞生 是人类电子文明的起点 弗莱明与电子二极管 21 1906年 美国人德弗雷斯特发明电子三极管 并在研究中发现 三极管可以通过级联使放大倍数大增 这使得三极管的实用价值大大提高 从而促成了无线电通信技术的迅速发展 德弗雷斯特与电子三极管 22 莫奇利 左 埃克特 右 世界上第一台通用数字电子计算机的诞生 1946年2月15日 世界上第一台通用数字电子计算机ENIAC在美国研制成功 承担开发任务的 莫尔小组 由四位科学家和工程师埃克特 莫奇利 戈尔斯坦 博克斯组成 总工程师埃克特当时年仅24岁 23 世界上第一台通用数字电子计算机ENIAC 电子管 18 800个电阻 70 000个电容 10 000个继电器 1 500个占地 170平方米重量 约30吨功率 150KW每秒运算 5000次加法造价 48万美元 24 25 UNIVAC由埃克特和莫奇利研制成功 这也是第一个进行批量生产的计算机 1951年 电脑开始走出实验室服务于社会与公众 1950问世的第一台并行计算机EDVAC 首次实现了冯 诺依曼体系的两个重要设想 存储程序和采用二进制 在ENIAC研制成功后 相继出现了一批电子管计算机 主要用于科学计算 采用电子管作为逻辑元件是第一代计算机的标志 26 2 第二代电子计算机 1958 1964 晶体管的发明 为半导体和微电子产业的发展指明了方向 采用晶体管代替电子管成为第二代计算机的标志 除了科学计算 计算机也开始被用于企业商务 27 肖克莱 左 巴丁 中 布拉顿 右 于1956年共同获得诺贝尔物理学奖 1947年 贝尔实验室的肖克莱 巴丁 布拉顿发明点触型晶体管 1950年又发明了面结型晶体管 相比电子管 晶体管体积小 重量轻 寿命长 发热少 功耗低 电子线路的结构大大改观 运算速度则大幅度提高 晶体管 第一个晶体管 28 美国贝尔实验室于1954年研制成功第一台使用晶体管的第二代计算机TRADIC 相比采用定点运算的第一代计算机 第二代计算机普遍增加了浮点运算 计算能力实现了一次飞跃 第一台使用晶体管的第二代计算机TRADIC 29 3 第三代电子计算机 1964 1970 集成电路的问世催生了微电子产业 采用集成电路作为逻辑元件成为第三代计算机的最重要特征 此外 系列兼容和采用微程序设计也是第三代计算机的重要特点 30 1958年 美国物理学家基尔比和诺伊斯同时发明集成电路 世界上第一块半导体集成电路 集成电路 31 IBM于1964年研制出计算机历史上最成功的机型之一IBMS 360 S 360极强的通用性适用于各方面的用户 它具有 360度 全方位的特点 并因此得名 开发S 360被称为 世纪豪赌 IBM为此投入了50亿美元的研发费用 远远超过制造原子弹的 曼哈顿计划 的20亿美元 32 4 第四代电子计算机 1971 至今 从1970年至今的计算机基本上都属于第四代计算机 它们都采用大规模和超大规模集成电路 随着技术的进展 计算机开始分化成通用大型机 巨型机 小型机和微型机 33 各代计算机的电子器件 34 4 我国计算机工业的发展 我国计算机工业起步于1956年 当时以华罗庚为首的一批科学家开始仿制苏联的M3电子管计算机 这就是我国的第一台电子计算机 1959年9月又成功地仿制成功一台大型通用电子数字计算机 命名为104机 35 4 我国计算机工业的发展 从1964年起 北京 天津 上海等地相继研制成功一批晶体管计算机 其中DJS6 441B 441B 计算机已批量生产 这一时期我国计算机在应力分析 天气预报 大地测量 地质勘探以及卫星火箭和核物理方面得到了广泛应用 并取得了巨大成果 36 4 我国计算机工业的发展 20世纪70年代 我国计算机进入了集成电路时期 早期的集成电路计算机的代表机型是111机 112机与709机 从电子管计算机到晶体管计算机再到集成电路计算机 这三代计算机的开发研制使我国计算机工业基本上跟上了世界发展的潮流 37 4 我国计算机工业的发展 20世纪80年代以来 我国的计算机工业有了飞跃发展 1983年 由国防科技大学研制的 银河 巨型计算机每秒运算达1亿次以上 1994年研制出的 银河 巨型机运算速度达到每秒10亿次以上 1995年 曙光1000 并行计算机投入运行 这些标志着我国已进入超级计算机研制者的行列 38 4 我国计算机工业的发展 在2001年 中科院计算所研制成功我国第一款通用CPU 龙芯芯片 2002年曙光公司推出完全自主知识产权的龙腾服务器 龙腾服务器采用了龙芯 1CPU 采用了曙光公司和中科院计算所联合研发的服务器专用主板 采用曙光Linux操作系统 该服务器是国内第一台完全实现自有产权的产品 39 激光照排之父 当代毕昇 王选 著名计算机应用专家 主要致力于文字 图形 图像的计算机处理研究 1975年开始主持我国计算机汉字激光照排系统和以后的电子出版系统的研究开发 跨越当时日本的光机式二代机和欧美的阴极射线管式三代机阶段 开创性地研制当时国外尚无商品的第四代激光照排系统 获一项欧洲专利和八项中国专利 这些成果的产业化和应用 取消了我国沿用上百年的铅字印刷 推动了我国报业和印刷出版业的发展 40 激光照排之父 当代毕昇 王选 此后 他又相继提出并领导研制了大屏幕中文报纸编排系统 彩色中文激光照排系统 远程传版技术和新闻采编流程管理系统等 这些成果达到国际先进水平 在国内外得到迅速推广应用 使中国报业技术和应用水平处于世界最前列 是我国计算机技术应用最为全面和成功的行业之一 41 5 计算机的发展趋势 巨型化微型化多媒体网络化智能化 42 1 1 2计算机的分类 按综合性能指标 巨型机大型机小型机微型计算机工作站 43 1 1 3计算机的应用领域 科学计算信息处理过程控制计算机辅助技术电子商务多媒体技术虚拟现实人工智能 44 1 1 4计算机的新技术 1 嵌入式技术将计算机作为一个信息处理部件 嵌入到应用系统之中的一种技术 系统和功能软件固化起来 类似BIOS的工作方式 应用 各种家电 数码相机等 45 1 1 4计算机的新技术 2 网格计算利用互联网把分散在不同地理位置的电脑组织成一个 虚拟的超级计算机 其中每一台计算机就是一个 节点 而整个计算是由成千上万个 节点 组成的 一张网格 优点 数据处理能力强 充分利用网上的闲置处理能力 示例 46 1 1 4计算机的新技术 3 中间件技术中间件是介于应用软件和操作系统之间的系统软件 47 1 1 5未来新型计算机 1 光计算机利用光子取代电子进行数据运算 传输和存储 不同的波长表示不同的数据 优点