第1讲-计算机系统概述

日本丰田公司研制的智能机器人 可以同时处理三个人的语音要求
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计算机的应用
多媒体技术
人们已经有能力把文本、音频、视频、动画、图形和 图像等各种媒体综合起来，构成一种全新的概念—“多 媒体”（Multimedia）。 在医疗、教育、商业、银行、保险、行政管理、军事、 工业、广播和出版等领域中，多媒体的应用发展很快。 通过高速信息网实现数据与信息的查询、高速通信服 务、远程医疗和会诊、交通信息管理等。计算机的应 用将推动信息社会更快地向前发展。 多媒体技术使信息展现在人们面前的不仅是数字和文 字，也有声情并茂的声音和图像信息。
贡献
图灵测试（Turing Test)
1950年在哲学期刊《Mind》上发表“Computing Machinary and Intelligence”，奠定了人工智能的理论 基础。
1966年美国计算机学会（ACM）设立了图灵奖。
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存储程序原理
冯•诺依曼(J von Neumann, 1903—1957年)美籍匈牙利数学家。
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图灵机
一种抽象的机器。它由一个控制部件、一条存储 带和一个读写头构成。
这种机器所能进行的操作为：
（1）左移（读写头在存储带上向左移动一格）； （2）右移（读写头在存储带上向右移动一格）； （3）在存储带的某一格内写下或清除一个符号； （4）条件转移。
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图灵测试（Turing Test)
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珠算的特点
脑力劳动 机械化 操作速度慢
计算过程 程序化
珠算系统
人工介入多
复杂计算 简单化
存储容量小
希望计算工具能：大容量、高速度、自动化
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脑力劳动机械化→自动化
希望拥有一把空间容量大、能快速操作、自动化 程度高的“算盘” 这样的“算盘”应该有
很多“档” 自动“手”
用什么材料制作
电子器件 ———— 电子计算机
光学器件 ———— 光学计算机
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2. 电子计算机基本原理
二进制 图灵机 冯· 诺依曼存储程序原理
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二进制
莱布尼兹(G W Leibniz,1646—1716年) 德国哲学家、自然科学家、数学家。
同牛顿(Issac Newton, 1642—1727年，英国 物理学家、数学家、天文学家)并称为微积分的 制定者。 数理逻辑的先驱。 他改进了帕斯卡(Blaise Pascal,1623—1662年，法 国数学家、物理学家、哲学家、散文家)的加法 器，设计并制造了一种手摇的计算机。 提出了他认为是和中国“先天八卦”相吻合的二 进制算术，影响到后来计算技术的发展。
1945年，他提出了存储程序的概念， 程序和数据一样，存储在存储器内， 并可以由机器来加工及修改。 被认为是近代通用计算机的最重要的概念之一。 从此不再需要插塞板来更改程序，减少了大量繁 琐的工作。 并且出现了一门新的分支学科——程序设计，为 构造和开发现代计算机奠定了基础。
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3. 数字化及其标准化
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二进制数和“比特”
在我们开始二进制的探秘之旅前，不妨来思考一 下，怎样仅用0和1来数数呢？
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从0数到31
012345……
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二进制数和“比特”
由于每位只有两种数值可供选择，所以二进制有 时候也被称为基数为2的数制（base-two）
0
1
术语一点通：
0
0
1
= 9
在计算机科学中被广泛使用的“二进制位”有 一个昵称“比特”（bit）。一个比特即是一个数位， 其值可以为0或1。
计算机网络的发展动力：
使用远程资源， 共享程序、数据和信 息资源，网络用户 的通讯和合作。
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“总有一天， 人类会造出一些 举止跟人一样的 ‘没有灵魂的机 械’来”。
笛卡尔(1637)
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Deepblue
多媒体是“以数 字技术为核心的图象、 声音与计算机、通信 等融为一体的信息环 境”的总称，使计算 机以更接近人的自然 方式与我们交换信息。
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计算机的应用
科学计算(或数值计算)
科学计算最早的应用领域， Calculator 是指利用计算机来完成科 学研究和工程技术中提出 的数学问题的计算。
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计算机的应用
数据处理(或信息处理)
数据处理是指对各种数据进 行收集、存储、整理、分类、 统计、加工、利用、传播等 一系列活动的统称。据统计， 80％以上的计算机主要用 于数据处理，这类工作量大 面宽，决定了计算机应用的 主导方向。
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计算机的应用
辅助技术(或计算机辅助设计与制造)
计算机辅助设计(Computer Aided Design, CAD) 计算机辅助制造(Computer Aided Manufacturing, CAM) 计算机辅助教学(Computer Aided Instruction, CAI)
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比较通用的分类是按微机的CPU性能 分类，根据INTEL公司CPU芯片系列可 分为： 8088/8086 、80286、80386、 80486、Pentium（奔腾）、Pentium Pro、Pentium Ⅱ、Pentium Ⅲ、 Pentium Ⅳ。 根据计算机的字长分类：4位、8位、 16位、32位、64位。
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计算机的发展
几乎半个世纪以来， 摩尔定律一直有效， 它使计算机越来越便 宜，运行速度越来越 快，同时功能越来越 强大。 在半导体行业内，每18个月芯片上晶体管的数量 就会翻番 每隔5～6年，计算机运算速度提高10倍；体积缩 小10倍；成本降低10倍； 每隔18个月，计算机性能提高一倍
特点
存储、自动、高速操作
问
计算机（电脑）有智能吗？
答
全靠人来调教
学习程序设计语言，就是掌握调教计算机的本领
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课程特点
内容全面 各部分自成体系 不要求复杂的理论 注重实践
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教学目标
培养具备一定的计算机基础知识，掌握一 定的软、硬件技术的初步知识，具有主动 学习，能应用计算机表达、交流、获取信 息并逐步达到利用计算机解决学习、生活 中问题的能力，为后继课程的学习奠定一 个较为宽泛的基础。
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内容提要
1. 计算系统 2. 计算机的产生与发展 3. 计算机的特点、分类及应用
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计算机的发展趋势
巨型化
CRAY-Ⅱ
微型化 网络化
PDP-11
Altair 8800
智能化 多媒体化
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运算速度可达
CRAY-Ⅱ
“几百亿次/s” 运算
的超级计算机
银河Ⅱ
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计算机不再是单一的计算机 器，而是一种信息机器或个人 的信息机器。
Altair 8800
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计算机网络： 计算机技术与通 信技术结合的产物。
时间特性——时序
初始数据→ 中间结果→最终结果
空间特性——复用
中间结果反复覆盖存储
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珠算的特点
在算盘上能够进行的操作只有有限多种
选择某一档
读取该档上算珠的状态 移动该档上的算珠（即改变算珠的状态）
任何一个可由珠算系统计算的问题，其解题过程 被分解成有限多个上述操作的有序动作的集合。 珠算的计算过程就是算珠在其所在档上的移动过 程。数据从原始数据逐步演变成为结果。
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计算机系统概论 计算系统
1. 珠算系统 2. 电子计算机基本原理 3. 数字化及其标准化
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1. 珠算系统
珠算硬件系统
算盘（算珠、档） 人
珠算软件系统
珠算知识（记数法、珠算口诀） 人
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1+2+3+4+5+„+35+36 = 666
0+1+2+3+4+5+……+35+36 = 6 6 0+1+2+3+4+5+„+35+36 = 0 3 3 1 1 0 0 5 6 6 6
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计算机的应用
过程控制(或实时控制) 过程控制是利用计算机 及时采集检测数据，按 最优值迅速地对控制对 象进行自动调节或自动 控制。
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计算机的应用
人工智能(Artificial Intelligence)
是计算机模拟人类的智能 活动，诸如感知、判断、来自百度文库理解、学习、问题求解和 图像识别等。 机器人 专家系统 模式识别
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未来的计算机：
智能计算机——不是按事先安排的程序解决问题，而 是按内置规则及推理来解决问题 生物计算机——采用生物芯片，更易于模拟人脑的机 制。速度会快106，消耗只有十亿分之一 光子计算机——以光硬件代替电子硬件，运算速度会 快上千倍 超导计算机——利用超导材料 量子计算机——利用处于多现实态下的原子进行运算 的计算机，这种多现实态是量子力学的标志。
1946年 ENIAC主机房
1946年2月诞生于美国
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计算机的发展
第二代 第一代 （1955-1964） （1946-1955） 体积越来越小 晶体管 电子管 几十万-百万（次/秒） 5千-4万（次/秒）
运算速度越来越快
性能价格比越来越高
第三代 第四代 应用范围越来越广泛 （1965-1970） （1971-今） 集成电路 大/超大规模集成电路 百万-几百万（次/秒） 几百万-千万亿（次/秒）
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图灵机
图灵(A M Turing,1912—1945) 英国数学家、计算机理论之父 在1936年提出了一种描述计算过程 的数学模型，后来人们就称这个数 学模型为图灵机。 这种机器的结构虽然比较简单，但在理论上它 却能够模拟现代数字计算机的一切运算，因之 可以看作是现代数字计算机的一种数学模型， 可以通过对这种模型的研究来揭示数字计算机 的性质。
世界著名的数学家冯· 诺依曼 博士首先提出了电子计算机中 存储程序的概念，从而导致第 一台具有存储程序功能的计算 机的诞生, 它具有存储能力并 采用二进制进行计算。
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John von Neumann 冯诺依曼
世界上第一台电子计算机--ENIAC
运算速度5000次/s 启动电力150KW 18800个电子管 10000只电容 7000个电阻 保存80个字节 占地170平方米 重达30吨
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计算机的基本特点
处理速度快
运算精度高
有记忆和逻辑判断能力
通用性 自动信息处理
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计算机的分类
计算机
模拟计算机
数字计算机
通用机
参与运算的数值由不间断的连续量表示
专用机
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计算机的分类
我国根据计算机的结构、规模和处理能力 的差别划分为：巨型机、大型机、小型机、 微型机、单片机。 国外根据计算机的性能指标、应用对象划 分为：巨型机(super computer) 、小巨型 机(mini supercomputer) 、大型机 (mainframe) 、小型机(minicomputer) 、 工作站(workstation) 、个人计算机 (personal computer简称PC机)
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计算机的应用 应用领域：
1. 工商：电子商务、CAD/CAM 2. 教育：多媒体教育、远程教育 3. 医药：远程医疗、医学影处理像 4. 政府：电子政府 5. 娱乐：虚拟现实、电影特技 6. 科研：数据采集、计算分析 7. 家庭：家庭信息化
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小结:什么是计算机
描述性定义
电子计算机是一种具有存储能力、能进行高速运算(操 作)的自动电子装置。
数值数字化
精确表示的整数 近似表示的浮点数（实数）
字符数字化
字符编码 • ASCII字符集、汉字字符集 字形数字化 • 字模库
计算机指令数字化 各种多媒体信息数字化
声音、图形、图像
后面专门一次课 进行讲解
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计算机的产生与发展
第一台电子计算机的诞生
◆ 1944 年 8 月— 1945 年 6 月
大学计算机基础
第1讲 计算机系统概述
HZAU理学院计算机系 姚娟 QQ：2531958 Email: yaojuan@mail.hzau.edu.cn
授课计划
24(理论)+20(实验)
基本理论
计算机系统平台
基本技能
计算机的基本操作
操作系统 办公自动化软件 数据库与信息处理 网络信息系统
Office应用软件的使用 关系数据库的基本使用 计算机网络的基本操作