大学计算机基础 第一章计算机及信息技术概述

1、计算机科学与工程系计算机科学与工程系 2012年信息学院修读辅修专业年信息学院修读辅修专业双学士学位招生双学士学位招生.doc计算机科学与工程系计算机科学与工程系 李康顺李康顺 教授、博士后、博士生导教授、博士后、博士生导师师QQ:278828464 大学计算机基础教学大纲大学计算机基础教学大纲 大学计算机基础教学安排大学计算机基础教学安排计算机科学与工程系计算机科学与工程系计算机科学与工程系计算机科学与工程系教材：教材：大学计算机基础大学计算机基础实验指导实验指导:大学计算机基础上机实验指导大学计算机基础上机实验指导计算机科学与工程系计算机科学与工程系 本课程包括理

2、论课学习和上机实验2大部分。总学时数：56（其中上课32，上机单独一门课16） 课堂只讲理论，要求理解和记忆。(在讲课中指定不要求的内容可不看) 实验：按课表按排(一般在理论课教学开始后的第四周进行 )。实验课以自学为主，有老师指导。实验指导书中的实验内容基本上要求独立完成，另外实验指导书还附有习题库及期末考试试卷样题。 成绩：理论课100分（期末笔试70%+平时30%），上机实验100分单独计分100分（上机内容占70%，按时上下实验室占30%） 教学要求：上课、实验、纪律 计算机科学与工程系计算机科学与工程系第一章第一章 计算机及信息技术概述计算机及信息技术概述 本章主要介绍计算机的发展史

3、和特点、本章主要介绍计算机的发展史和特点、类型及应用，以及计算机的未来发展趋势；类型及应用，以及计算机的未来发展趋势；计算机系统的硬件和软件系统构成；最后介计算机系统的硬件和软件系统构成；最后介绍信息技术的基本概念。绍信息技术的基本概念。计算机科学与工程系计算机科学与工程系 计算机发展历史上的重要人物和思想计算机发展历史上的重要人物和思想 人类从远古时代就产生了计算的需要。钟表业，人类从远古时代就产生了计算的需要。钟表业，特别是齿轮传动装置技术的发展，诞生了最早的机特别是齿轮传动装置技术的发展，诞生了最早的机械式计算机。械式计算机。 下面介绍几位在电子计算机诞生之前对计算机下面介绍几位在电子计

4、算机诞生之前对计算机发展有过突出贡献的几位早期历史人物。发展有过突出贡献的几位早期历史人物。 计算机科学与工程系计算机科学与工程系 法国物理学家帕斯卡法国物理学家帕斯卡(1623-1662)：在：在 1642年发明了第一台机械式加法机。该机年发明了第一台机械式加法机。该机由齿轮组成，靠发条驱动，用专用的铁笔由齿轮组成，靠发条驱动，用专用的铁笔来拨动转轮以输入数字。来拨动转轮以输入数字。 当时，当时，19岁的帕斯卡为了帮岁的帕斯卡为了帮助父亲计算税款，开始研究机械助父亲计算税款，开始研究机械计算装置，最后制成了手摇驱动计算装置，最后制成了手摇驱动的齿轮进位式计算器，可完成六的齿轮进位式计算器，可

5、完成六位数字的加减法。位数字的加减法。 计算机科学与工程系计算机科学与工程系 德国数学家莱布尼茨：在德国数学家莱布尼茨：在1673年发明了机械式乘年发明了机械式乘除法器。基本原理继承于帕斯卡的加法机，也是由一除法器。基本原理继承于帕斯卡的加法机，也是由一系列齿轮组成，但它能够连续重复地做加减法，从而系列齿轮组成，但它能够连续重复地做加减法，从而实现了乘除运算。实现了乘除运算。 计算机科学与工程系计算机科学与工程系 英国数学家巴贝奇：英国数学家巴贝奇：1822年，在历经年，在历经10年努力终于发明了年努力终于发明了“差分机差分机”。它有。它有3个齿个齿轮式寄存器，可以保存轮式寄存器，可以保存3个

6、个5位数字，计算精位数字，计算精度可以达到度可以达到6位小数。位小数。 巴贝奇试图发明功能更好的通用计算机巴贝奇试图发明功能更好的通用计算机分析机，但最终失败。分析机，但最终失败。 英国女数学家爱达英国女数学家爱达 (1815-1852)：巴贝奇：巴贝奇的合作伙伴。她用穿孔卡片设计了世界上的合作伙伴。她用穿孔卡片设计了世界上“第一件计算机程序第一件计算机程序”。她还建议分析机用。她还建议分析机用二进制存储。预言分析机能唱歌、绘画。二进制存储。预言分析机能唱歌、绘画。英国诗人拜伦的女儿英国诗人拜伦的女儿计算机科学与工程系计算机科学与工程系图灵机：这个在当时看来是纸上谈兵的简单图灵机：这个在当时看

7、来是纸上谈兵的简单机器，隐含了现代计算机中机器，隐含了现代计算机中“存储程序存储程序”的的基本思想。半个世纪以来，数学家们提出的基本思想。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各种各样的计算模型都被证明是和图灵机等价的。价的。 英国科学家阿兰英国科学家阿兰 图灵图灵(理论计算机的奠基人理论计算机的奠基人1912-1954) 控制器（含运算功能）控制器（含运算功能）这种可在纸带上左右移动的读写这种可在纸带上左右移动的读写头，用于读写数据头，用于读写数据(输入输出设输入输出设备备)，斜线方格代表，斜线方格代表1，否则代表，否则代表0。任何可计算问题都认为是与。任何可计算

8、问题都认为是与图灵机等价的图灵机等价的可无限延伸的纸带。用于可无限延伸的纸带。用于存储程序和数据（存储器）存储程序和数据（存储器）姚期智：姚期智：20002000年年首位获奖图灵奖首位获奖图灵奖的华裔学者的华裔学者 计算机科学与工程系计算机科学与工程系七十多年来，现代计算机基本结构仍然是七十多年来，现代计算机基本结构仍然是“冯冯诺依曼计算机诺依曼计算机”。美籍匈牙利数学家美籍匈牙利数学家冯冯 诺依曼诺依曼( (计算机鼻祖计算机鼻祖) ) 计算机应由运算器、控制器、存储器、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；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

9、路设计；应采用二进制简化机器的电路设计； 采用采用“存储程序存储程序”技术技术, ,以便计算机能保以便计算机能保存和自动依次执行指令。存和自动依次执行指令。 冯冯诺依曼：诺依曼： “如果不考虑巴贝奇、爱达和其他人早先提出的如果不考虑巴贝奇、爱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有关思想，计算机基本概念只能属于阿兰图灵图灵”计算机科学与工程系计算机科学与工程系1946年年2月由宾夕法尼亚大学月由宾夕法尼亚大学研制成功的研制成功的ENIAC是世界上是世界上第一台电子数字计算机。第一台电子数字计算机。Electronic Numerical Integrator And Calc

10、ulator电子数字积分计算机电子数字积分计算机重重30吨，占地吨，占地167m2，耗电，耗电150千瓦千瓦18800个电子管，个电子管，1500个继电器，保个继电器，保存存80个字节，每秒钟可做个字节，每秒钟可做5000次加减次加减法或法或400次乘法运算。次乘法运算。“诞生了一个电子的大脑诞生了一个电子的大脑”致命缺陷：没有存储程序。致命缺陷：没有存储程序。计算机科学与工程系计算机科学与工程系q 第一代计算机第一代计算机 19461958年年 以电子管为主要元件以电子管为主要元件 代表机型：代表机型：ENIACq 第二代计算机第二代计算机 19581964年年 以晶体管为主要元件以晶体管为

11、主要元件采用晶体管的第二代采用晶体管的第二代电子计算机电子计算机IBM7090IBM7090型型即：电子数字积分计算机即：电子数字积分计算机计算机科学与工程系计算机科学与工程系q 第四代计算机第四代计算机 1971年至今年至今 以大规模以大规模/超大集成电路为主要元件超大集成电路为主要元件 巨型机、大型机、小型机、微型机以及便携机巨型机、大型机、小型机、微型机以及便携机 q 未来的第五代计算机是智能计算机未来的第五代计算机是智能计算机q 第三代计算机第三代计算机 19641971年年 以集成电路为主要元件以集成电路为主要元件采用集成采用集成电路的第电路的第一台电子一台电子计算机计算机IBM36

12、0IBM360型型电子技术的发展促进了电子计算机的更新换代。电子技术的发展促进了电子计算机的更新换代。计算机科学与工程系计算机科学与工程系巨型机P7P7大型机小型机微型机工作站服务器嵌入式计算机按计算机规模分类按计算机规模分类计算机类型计算机类型按计算机用途分类按计算机用途分类通用计算机专用计算机按计算机处理的数据分类按计算机处理的数据分类数字计算机模拟计算机数字模拟混数字模拟混合计算机合计算机计算机科学与工程系计算机科学与工程系 计算机是一种能按照事先存储的程序，自动、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高速地进行大量数值计算和各种信息处理的现

13、代化智能电子设备。智能电子设备。运算速度快运算速度快计算精度高计算精度高存储容量大存储容量大具有逻辑判断能力具有逻辑判断能力按照程序自动运行按照程序自动运行计算机特点计算机特点计算机科学与工程系计算机科学与工程系科学计算科学计算数据处理数据处理过程与实时控制过程与实时控制人工智能人工智能计算机辅助设计与制造计算机辅助设计与制造计算机应用领域计算机应用领域远程通信与网络应用远程通信与网络应用多媒体与虚拟现实多媒体与虚拟现实计算机科学与工程系计算机科学与工程系 计算机发展趋势计算机发展趋势巨型化巨型化存储容量更大、运算速度更快。存储容量更大、运算速度更快。运算速度达每秒千亿、万亿次运算。主要应用：

14、天运算速度达每秒千亿、万亿次运算。主要应用：天气预报、地震机理研究、石油和地质勘探，卫星图气预报、地震机理研究、石油和地质勘探，卫星图像处理等的高科技领域。像处理等的高科技领域。CRAY-银河银河 计算机发展趋势计算机发展趋势微型化微型化 计算机不再是单一的计算机器，而是一种个人的信息计算机不再是单一的计算机器，而是一种个人的信息机器。机器。计算机科学与工程系计算机科学与工程系 计算机发展趋势计算机发展趋势网络化网络化 通过计算机网络可共享远程资源，实现通信和合作。通过计算机网络可共享远程资源，实现通信和合作。 计算机发展趋势计算机发展趋势智能化智能化 智能计算机将是一种具有类似于人的思维能力

15、，能听会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。器人。 DeepblueGarry Kasparov1996年年2月月10日，卡斯帕罗夫战胜日，卡斯帕罗夫战胜“深蓝深蓝”（国际象棋）（国际象棋）1997年年5月月12日，卡斯帕罗夫负于日，卡斯帕罗夫负于“更深的蓝更深的蓝”（改进的国际象棋）（改进的国际象棋）计算机科学与工程系计算机科学与工程系 光计算机光计算机 生物计算机生物计算机 量子计算机量子计算机计算机科学与工程系计算机科学与工程系计算机系统构成计算机系统构成冯诺依曼计算

16、机结构 计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、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。输出设备五大部分组成。控制信号流数据流计算机科学与工程系计算机科学与工程系计算机系统计算机系统硬件硬件软件软件中央处理器中央处理器运算器运算器控制器控制器存储器存储器内存内存外存外存ROMRAM输出设备输出设备系统软件系统软件应用软件应用软件磁盘磁盘光盘光盘 U盘盘软盘软盘硬盘硬盘键盘、鼠标、扫描仪键盘、鼠标、扫描仪等显示器、打印机等等显示器、打印机等计算机系统构成计算机系统构成输入设备输入设备计算机科学与工程系计算机科学与工程系用户程序或文档用户程序或文档其它系统软其它系统软件件

17、操作系统操作系统硬硬 件件 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。各种实际问题而编写的程序。应用软件可分为应用软件可分为2类：一类是针类：一类是针对某个应用领域的具体问题开发的程序，第二类是一些大型专对某个应用领域的具体问题开发的程序，第二类是一些大型专业软件公司开发的通用型应用软件。业软件公司开发的通用型应用软件。 系统软件位于计算机系统最系统软件位于计算机系统最靠近硬件的一层，其他软件一般靠近硬件的一层，其他软件一般都通过系统软件发挥作用，系统都通过系统软件发挥作用，系统软件主要包括：软件主要包括： (1) 操作系统。操作系统。 (2) 语言处理程序。语言处理程序。 (3) 监控管理程序、调试程监控管理程序、调试程序、故障检查和诊断程序等。序、故障检查和诊断程序等。 计算机软件系统计算机软件系统计算机系统构成计算