第一章计算机及信息技术概述

,第一章计算机及信息技术概述,计算机的历史和类型计算机典型应用计算机的未来发展趋势计算机学科概要及计算机系统构成信息技术基础知识计算思维概述,1.1计算机基础知识,1.1.1计算机发展历史上的重要人物和思想,法国物理学家帕斯卡(1623-1662),1642年，手摇驱动的齿轮进位式计算器,1.1计算机基础知识,1673年，莱布尼茨发明机械式乘除法器,1.1计算机基础知识,1.1计算机基础知识,英国数学家巴贝奇Babbage1822年，“差分机”,Amodernreconstructionofthedifferenceengine.F/history,1.1计算机基础知识,巴贝奇试图发明功能更好的通用计算机分析机，1834年据说成功了。,英国女数学家阿达(1815-1852)是巴贝奇的合作伙伴。她用穿孔卡片设计了世界上“第一件计算机程序”。她还建议分析机用二进制存储。预言分析机能唱歌、绘画。,英国诗人拜伦的女儿,1.1计算机基础知识,英国科学家阿兰图灵(理论计算机的奠基人1912-1954),1.1计算机基础知识,图灵机：这个在当时看来是纸上谈兵的简单机器，隐含了现代计算机中“存储程序”的基本思想。半个世纪以来，数学家们提出的各种各样的计算模型都被证明是和图灵机等价的。,1.1计算机基础知识,美籍匈牙利数学家冯诺依曼,1.1计算机基础知识,冯诺依曼：“如果不考虑巴贝奇、阿达和其他人早先提出的有关思想，计算机基本概念只能属于阿兰图灵”,计算机应由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部件组成；应采用二进制简化机器的电路设计；采用“存储程序”技术,以便计算机能保存和自动依次执行指令。,1.1计算机基础知识,七十多年来，现代计算机基本结构仍然是“冯诺依曼计算机”。,1.1计算机基础知识,1946年2月由宾夕法尼亚大学研制成功的ENIAC是第一台电子数字计算机。,重30吨，占地167m2，耗电150千瓦18800个电子管，1500个继电器，保存80个字节每秒钟可做5000次加减法或400次乘法运算。“诞生了一个电子的大脑”,致命缺陷：没有存储程序。,1.1.2电子计算机时代,电子技术的发展促进了电子计算机的更新换代。,第一代计算机19461958年以电子管为主要元件代表机型：ENIAC,1.1计算机基础知识,1.1计算机基础知识,1.1计算机基础知识,第三代计算机19641971年以集成电路为主要元件,采用集成电路的第一台电子计算机IBM360型,第四代计算机1971年至今以大规模/超大集成电路为主要元件巨型机、大型机、小型机、微型机以及便携机,1.1计算机基础知识,第五代计算机：据说是智能计算机,1.1计算机基础知识,1.1计算机基础知识,1.1计算机基础知识,1.1.3计算机类型,1.1计算机基础知识,计算机是一种能按照事先存储的程序，自动、高速地进行大量数值计算和各种信息处理的现代化智能电子设备。,运算速度快,计算精度高,存储容量大,具有逻辑判断能力,按照程序自动运行,计算机特点,1.1.4计算机的特点及应用领域,1.1计算机基础知识,科学计算,数据处理,过程与实时控制,人工智能,计算机辅助设计与制造,计算机应用领域,远程通信与网络应用,多媒体与虚拟现实,微机的发展(1975-1995),1975年第一台个人电脑问世。1981年第一台IBM-PC问世。1985年386；1989年486；1993年奔腾出现。CPU进入32位时代。1989年多媒体声卡问世。1995年个人电脑出现CD-ROM光驱。1995年Win95问世，操作系统进入Windows时代。多媒体和图形界面的出现使电脑真正进入家庭。,1995年，3D加速芯片使显卡性能有了很大的发展。1998年USB在PC上出现，即插即用的电子消费产品MP3/MP4等大量涌现。Intel的CPU频率（2000年P4，2GHz；2004年P4，3.8GHz）。2001年WindowsXP，集成大量应用程序，例如IE、MediaPlayer、图像浏览等。2004年Google进入桌面，搜索大战。,微机的发展(1995-2005),电脑的展望：64位与双核,2003年9月，AMD公司生产了进入个人电脑最早64位CPU。2005年4月，64位WindowsXP操作系统问世。2005年4月，CPU进入双核和多核时代。2006年，WindowsVista32位/64位操作系统发布。,计算机发展趋势巨型化,1.1.5未来的计算机,1.1计算机基础知识,1.1计算机基础知识,LosAlamosNationalLaboratory,OakRidgeNationalLaboratory,NASA/AmesResearchCenter,LawrenceLivermoreNationalLaboratory,ArgonneNationalLaboratory,TexasAdvancedComputingCenter,NERSC/LBNL,OakRidgeNationalLaboratory,NNSA/SandiaNationalLaboratories,ShanghaiSupercomputerCenter,TOP10November2013,天河二号“天河二号”同“天河一号”一样由中国国防科技大学开发，将于本年底在广州国家超级计算机中心投入使用。天河二号拥有多达312万计算机核心，102.4万GB内存，每秒浮点运算速度达33.86千万亿次，理论浮点运算速度峰值达54.90千万亿次，操作系统为中国自主研发的麒麟Linux。美国“泰坦”美国“红杉”日本“KComputer”美国“米拉”美国“Stampede”,Thesystemsranked#1since1993IBMRoadrunner(since2008.06)IBMBlueGene/L(2004.11-2008.06)NECEarthSimulator(2002.06-2004.11)IBMASCIWhite(2000.11-2002.06)IntelASCIRed(1997.06-2000.11)HitachiCP-PACS(1996.11-1997.06)HitachiSR2201(1996.06-1996.11)FujitsuNumericalWindTunnel(1994.11-1996.06)IntelParagonXP/S140(1994.06-1994.11)FujitsuNumericalWindTunnel(1993.11-1994.06)TMCCM-5(1993.06-1993.11),计算机发展趋势微型化,1981年IBMPC,计算机不再是单一的计算机器，而是一种个人的信息机器。,1.1计算机基础知识,计算机发展趋势网络化,计算机网络：计算机技术通信技术网络的发展动力：共享远程资源，实现通信和合作。,1.1计算机基础知识,计算机发展趋势智能化,智能计算机将是一种具有类似于人的思维能力，能听会说，能想会做，能代替人的体力劳动以及脑力劳动的智能机器人。,1.1计算机基础知识,未来的计算机光计算机,用光子器件替代电子器件。,1.1计算机基础知识,未来的计算机生物计算机,用生物工程技术生产的蛋白质分子作元件制成集成电路。,未来的计算机量子计算机,利用处于多态的原子进行计算。最小的信息单元是一个量子比特。,1.2.1计算机硬件系统,1.2计算机系统构成,冯诺依曼计算机结构,计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部分组成。,计算机系统,1.2计算机系统构成,应用软件是指用户利用计算机及其提供的系统软件为解决各种实际问题而编写的程序。,系统软件主要包括：（1）操作系统。（2）语言处理程序。（3）监控管理程序、调试程序、故障检查和诊断程序等