第一讲 计算机世界全景图.ppt

1、1.1 无处不在的计算机,无处不在计算的理念（） 无处不在计算(Ubiquitous Computing)是美国施乐公司PARC研究中心的Mark Weiser ，1991年在Scientific American杂志上发表的题为The Computer for the 21st Century的文章中首次提出来的理念 现在计算机使用的最大弊端是计算机本身吸引了人们太多的注意力和使用不方便，计算机应该融入人们的生活和工作环境，成为一个自然、方便的工具。,1.1 无处不在的计算机,无处不在计算的本质就是：要创造一个与人们的生活完美结合并具备计算和通信能力的环境 1990年左右施乐公司PARC研究

2、中心的Weiser等人提出无处不在计算理念时,做出了Tabs、 Pads和 Boards三种设备原型，如下图所示。,无处不在计算的特征（一）, user-centeric，以人为中心的计算，使计算机的使用符合人的习惯 invisibility 不可见的计算，将计算机自然、合理地嵌入到人们日常工作和生活环境（办公室、家庭）中，使其从人们的视线中消失。人们通过新一代自然交互界面，进行自然、方便的交互 access anything by anybody via any devices, anywhere anytime 在任何时间和地点，人们通过任何设备和网路，访问任何信息,无处不在计算的特征（二

3、）, hundreds of handheld and wearable computers 许多手持式和可穿戴式计算机 hundreds of wireless computing devices per person per office, of all scales 大量遍布在每个办公室、每个人的，各种规格的无线计算设备 hundreds of devices to sense and control appliances 许多传感设备和控制设备,古典计算机器时代,计算设备还不是科学，而是工具。 出现一些具备计算和存储信息能力的设备。 辅助计算的基本手段出现，主要针对的是数字 主要特点：

4、计算设备作为人脑计算的辅助工具，不具备自动计算能力。,第一代计算机,1946-195 电子管 计算机 主要特点 逻辑元件电子管 主存磁鼓 辅存磁带 软件机器语言、符号语言 应用科学计算,第一代计算机,1946-195 电子管 计算机 主要成就 数字电子计算机的出现，揭开了人类历史新篇章。 1946年6月，冯诺依曼提出了“存储程序”和“程序控制”的概念以及计算机组成和框架，奠定了现代计算机的基础。,图灵、图灵机及图灵测试,阿塔纳索夫及ABC计算机,冯诺伊曼及冯诺伊曼结构,1945年6月30日，冯诺依曼发表“101页报告”First Draft of a Report on the EDVAC；

5、1946年7、8月间，冯诺依曼又提出了一个更加完善的设计报告“电子计算机逻辑设计初探”（Preliminary discussion of the the logical design of an electronic computing instrument）。,这两篇报告的综合设计思想，便是著名的“冯诺依曼结构（von Neumann Architecture）”。报告明确指出： 采用二进制，不但数据采用二进制，指令也采用二进制； 计算机由5部分构成：运算器、控制器、存储器、输入和输出装置； 程序由指令组成并和数据一起存放在存储器中，机器按程序指定的逻辑顺序，把指令从存储器中读出来并逐条执

6、行，从而自动完成程序描述的处理工作。(即，“存储程序”思想),现代电子计算机之父 冯诺伊曼,电子管计算机,1946年世界上第一台电子计算机 ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Computer，注意ENIAC并不是基于“存储程序”工作的计算机！）在美国宾夕法尼亚大学研制成功。,5000次加法/秒 体重30吨 占地170m2 18800只电子管 1500个继电器 功率150KW,第二代电子计算机,195 -196 晶体管 计算机 主要特点 逻辑元件 晶体管 主存 磁芯 辅存 磁盘 软件 高级程序设计语言、操作系统 应用 除科学计算外，已应用于数据处

7、理、过程控制 主要成就 首次将晶体管用于计算机，使计算机缩小了体积，减低了功耗，提高了速度和可靠性。 发明了高级语言。 首次提出了计算机的兼容问题，包括硬件兼容和软件兼容。,晶体管计算机,第三代电子计算机,196 -197 集成电路计算机 主要特点 逻辑元件 大规模集成电路 主存 半导体芯片 辅存 磁盘 软件 编译系统，各类高级语言、操作系统 提出“摩尔定律”,摩尔定律,微芯片上集成的晶体管数目每18个月翻一番，价格降低一半,集成电路计算机,第四代电子计算机,197 - 现在大规模、超大规模集成电路计算机 主要特点 逻辑元件 大规模/超大规模集成电路（LSI/VLSI） 主存 LSI/VLSI

8、半导体芯片 辅存 磁盘、光盘 软件 高级程序设计语言、操作系统 应用 科学计算、数据处理、过程控制，并进入以计算机网络为特征的应用时代,第五代电子计算机,从20世纪80年代开始，日本、美国、欧洲等发达国家都宣布开始新一代计算机的研究。人们普遍认为新一代计算机应该是智能型的，它能模拟人的智能行为，理解人类自然语言，并继续向着微型化、网络化发展。综合起来大概有以下几个研究方向。 人工智能计算机 巨型计算机 多处理机 激光计算机 超导计算机 生物晶体计算机（DNA计算机） 量子计算,1.3 计算机与计算思维,计算思维（Computational Thinking）是运用计算机科学的基础概念进行问题求

9、解、系统设计以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。 计算思维建立在计算过程的能力和限制之上，它是选择合适的方式去陈述一个问题，对一个问题的相关方面建模并用最有效的办法实现问题的求解，整个过程由人和机器协同配合执行。计算方法和模型使我们敢于去处理那些原本无法由任何个人独自完成的问题求解和系统设计。,计算思维表达体系（基本内涵）,周以真教授: 计算思维能力可以通过熟练地掌握计算机科学的基础概念而得到提高: 约简、嵌入、转化、仿真、递归、并行、抽象、分解、建模、预防、保护、恢复、冗余、容错、纠错、启发式推理、规划、学习、调度等 ACM和IEEE联合制定的CC1991给出了计算机科学领域里重复出现的12个核心概念：,计算思