计算机科学导论第一章绪论.ppt

1、计算机科学导论 （Foundations of Computer Science）,计算机科学：研究计算机及其周围各种现象和规律的科学，亦即研究计算机系统结构、程序系统（即软件）、人工智能以及计算本身的性质和问题的学科。 培养目标：计算机硬件与软件相结合、面向系统、侧重应用的宽口径专业。通过基础教学与专业训练，培养基础知识扎实、知识面宽、工程实践能力强，具有开拓创新意识，在计算机科学与技术领域从事科学研究、教育、开发和应用的高级人才。,计算机专业,主要课程：数据结构、操作系统、软件工程、计算机网络、计算机组成原理、数据库系统、编译原理、离散数学、程序设计语言以及算法分析与设计等。 学科特色：理

2、论性强，实践性强，发展迅速。前两年注重自然学科基础课程和专业基础课程；后两年主要是专业课程，突出学科方向特色，体现最新技术发展动向。,计算机专业,知名机构与行业协会,Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)电气和电子工程师协会. ACM(Association for Computing Machinery )美国计算机协会 IETF（Internet Engineering Task Force）。Internet工程任务组，成立于1985年底，是全球互联网最具权威的技术标准化组织，主要任务是负责互联网相关技术规范的研发

3、和制定，当前绝大多数国际互联网技术标准出自IETF.,学术期刊的名称,Transaction(学报) Review（评论） Letter（快报） Communication（通讯）,学术会议的类型,Conference（会议） Convention（大会） Symposium（专业讨论会） Colloquium（学术讨论会） Seminar（研究讨论会） Workshop（专题讨论会）,课程介绍,课程类型：必修课、学科基础课 课程性质 计算学科的综述性导引课程 课程地位 计算机专业的入门课程，是学习其它专业课程的基础。 为后续专业课程的学习做一个知识上的铺垫。 学习该课程时所初步建立的学科基本

4、思想和方法，有利于后续专业课程的学习。,课程学习要求,对知识掌握程度的要求大体分为三个层次 掌握 理解 了解 要求掌握： 计算机专业各领域的基本概念（要求广度） 整体知识体系，对以后要学习的知识和课程做到“心中有数”。 不要求： 深入理解，具体知识原理会在各专业课程中学习。,学习方法,课前预习，带着问题听课 认真听课 课下认真做好复习； 课本只是参考； 课下多看参考资料，充分利用网络资源 培养兴趣和自学能力 学会使用软件帮助,教材,计算机科学导论（Foundations of Computer Science）,美Behrouz A. Forouzan著，刘艺等译，机械工业出版社。,参考书,计

5、算机科学概论（原书第3版）（Computer Science Illuminated）（美）Nell Dale,John Lewis著，张欣等译，机械工业出版社。,参考书,计算机导论（第2版），袁方等编著，清华大学出版社。 计算概论（第2版），许卓群等编著，清华大学出版社,参考书,计算机科学导论，瞿中著，清华大学出版社 计算机导论，朱战立主编，电子工业出版社 网络资源,第一章绪论,图灵:(1912-1954)英国数学家、 逻辑学家 提出图灵机，人工智能理论 被称为“计算机理论之父”，“人工智能之父” 人们为纪念其在计算机领域的卓越贡献而设立“图灵奖”。,1）图灵机的提出,1.1 图灵模型,图灵

6、机 1936年，英国剑桥大学数学家阿兰图灵提出了一种抽象的计算模型图灵机(Turing Machine)。 “图灵机”不是一种具体的机器，而是一种数学模型。,图灵机 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。 图灵机被公认为现代计算机的原型。 图灵机由下面几个部分组成 （1）无限长的纸带 （2）读写头 （3）内部状态 （4）程序,2） 可编程数据处理器,程序：,计算机对数据进行处理的指令集合。,输出数据：,受到输入数据和程序的共同作用。,基于图灵模型的计算机：可编程数据处理器,（1）相同的程序，不同的输入数据,（2）相同的输入数据，不同的程序,（3）相同的程序，相同的输入数据,

7、输出结果一致。,1.2 冯诺依曼模型,基于图灵模型的计算机在存储器中存储数据, 1944-1945年期间，冯诺依曼提出存储程序的概念。,约翰冯诺依曼:(1903-1957)美籍匈牙利裔科学家、数学家，被誉为“现代电子计算机之父”。 19岁就发表了有影响力的数学论文 ,30岁时被聘问美国普林斯顿大学终身教授，成为爱因斯坦最年轻的同事。在数学、物理学、数值分析和博弈论等领域都有杰出的贡献。,1.2 冯诺依曼模型,基于冯诺依曼模型建造的计算机分为四个子系统： （1）算术逻辑单元 （2）控制单元 （3）存储器 （4）输入设备 （5）输出设备,冯诺依曼思想： （1）二进制 他根据电子元件双稳工作的特点，

8、建议在电子计算机中采用二进制。报告提到了二进制的优点，并预言，二进制的采用将大大简化机器的逻辑线路。 （2）存储程序 把运算程序存在机器的存储器中，程序设计员只需要在存储器中寻找运算指令，机器就会自行计算。这样，就不必每个问题都重新编程，从而大大加快了运算进程。 一段程序是由一组数量有限的指令组成。,1.3 计算机组成,计算机硬件（第五章） 存储数据（第三章） 数据 组织数据（11-14章） 算法（第八章） 计算机软件语言（第九章） 软件工程（第十章） 操作系统（第七章）,1.4 历史,1.4.1 计算工具的发展概况,产生背景 二战期间美国军方需要 莫奇利（John Mauchly）于1942

9、年提出了试制第一台电子计算机的初始设想 成立了一个以莫奇利、埃克特（Eckert）为首的研制小组,电子计算机的诞生,1.4.2 计算机的发展史,ENIAC 世界上第一台电子计算机于1946年在美国研制成功，取名ENIAC ENIAC是“电子数字集成器和计算器”（Electronic Numerical Integrator And Calculator）的缩写。,电子计算机的诞生,ENIAC（埃尼阿克）,2、计算机的发展阶段,计算机发展的阶段（按照采用的电子器件划分）： 第一代计算机（19461957年） 第二代计算机（19581964年） 第三代计算机（19651975年） 第四代计算机（1

10、9751985年） 第五代计算机（1985年至今）,1、第一代计算机（19461957） 真空管计算机，主要逻辑元件采用真空管。,1、第一代计算机（19461957） 主要特征：使用真空管作为电子器件，水银延迟线、静电存储管等作为存储器，输入输出主要采用穿孔纸带或卡片。软件还处于初始阶段，程序设计语言为机器语言。 运算速度：几千到几万次每秒 代表产品：ENIAC、IBM650（小型机）、IBM709（大型机）等。 特点：存储量小、体积大、耗电多、运算速度低、成本高、使用不方便。 用途：主要用于军事和科学研究。,1、第一代计算机（19461957）,IBM650小型机,1、第一代计算机（1946

11、1957）,IBM709大型机,2、第二代计算机 (19581964) 晶体管计算机 主要特征：使用晶体管作为电子器件，用磁芯和磁鼓作存储器，输入输出主要采用磁带和磁盘。出现了汇编语言和高级程序设计语言。,2、第二代计算机（19581964） 运算速度：几十万次每秒 代表产品：IBM7090、IBM7094、IBM7040。 特点：体积大大缩小、耗电少、运算速度加快、内存容量增加、价格有所降低。 用途：用于军事和科学研究外，还用于数据处理和事务处理，并逐渐用于工业控制。,3、第三代计算机（19651975） 中/小规模集成电路计算机 主要特征：中、小规模集成电路代替了分立元件晶体管，半导体存储

12、器。操作系统有了很大发展，出现了结构化、模块化程序设计方法。,第一个半导体集成电路，1958年，美国物理学家基尔比和诺伊斯同时发明集成电路。,3、第三代计算机（19651975） 运算速度：上千万次每秒 代表产品：IBM360 特点：集成电路体积更小，功耗更低，可靠性更高。还没有微处理器。 用途：科学计算、数据处理、实时控制等。,4、第四代计算机（ 19751985年） 大规模/超大规模集成电路计算机 主要特征：采用大规模、超大规模集成电路作为主要功能部件，半导体集成电路作主存储器，外存储器采用大容量软、硬磁盘，还引进入光盘引入，虚拟存储技术。软件配置丰富，软件系统工程化、理论化。,4、第四代计算机（ 19751985年） 大规模/超大规模集成电路计算机 运算速度：几百万至万亿次 代表产品：IBM370系列（大型机）、IBM4300系列/3080系列/3090系列、最新的IBM9000系列、INTEL微处理器系列。 优点：体积进一步缩小、性能进一步提高，机器的性能价格比大幅度上升。 用途：应用已经涉及各个领域，并且进入了家庭。,5、第五代计算机（1985年至今） 智