计算机导论第1章

ENIAC机房
第二代计算机
第二代计算机（1959-1964）用晶体管代替了电子管， 主存储器均采用磁芯存储器，磁鼓和磁盘开始用作主要的 外存储器，程序设计使用了更接近于人类自然语言的高级 程序设计语言，计算机的应用领域也从科学计算扩展到了 事务处理、工程设计等多个方面。
1954年美国 贝尔实验室建成 世界上第一台晶 体管计算机 TRADIC。开始了 第二代计算机的 发展。
－－据说他的灵感来自中国
巴贝奇与 差分引擎，1823

1823年, 设计了 一台自动的机械 计算器，也称差
分引擎
“ (Difference Engine )”。
1833, 又开始设计可编程的自 动机械数字计算机，也称分 析引擎 “ (Analytical Engine )”。
机械计算器时期
霍列瑞斯与卡片穿孔制表机，1890
IBM S/360
1964年研制出计算机历史上最 成功的机型之一IBM S/360。S/360 极强的通用性适用于各方面的用户， 它具有“360度”全方位的特点， 并因此得名。IBM为此投入了50亿 美元的研发费用，远远超过制造原 子弹的的20亿美元。IBM360成为 第三代电脑的标志性产品
第四代计算机

电子计算机时期 (1930 ~ 1950)
20世纪30年代，英国数学家图 灵发表了关于可计算数的论文， 通过引入机器状态使用了本质 上具有指令特点的运算操作， 这种机器被称为“图灵机”。
在图灵1935年写出关于可计算 数的论文之后不到十年，世界 上第一台通用程序控制计算机 就诞生了。
图灵与图灵机、巨人计算机 Colossus， 1943

第一台电子计算机， Electronic Numerical Integrator And Calculator (ENIAC)的诞生 （ 1946 ）：
莫奇利、埃克特与 ENIAC, 1946
伟大的冯•诺依曼模型

冯•诺依曼的 IAS 计算机诞生于 1952。
主要思想
？
von Neumann/Turing冯诺依曼/图灵
钟表业的产生和发展，特别是齿轮传动装置技术的发 展为机械传动装置计算机的产生提供了重要的技术基 础。
各时期计算机发展
机械计算器时期 (1930以前)
帕斯卡与机械计算机 Pascaline， 1642 莱布尼兹与 改进的Pascaline，1672 巴贝奇与 差分引擎，1823 霍列瑞斯与卡片穿孔制表机，1890
1982 年 IBM 个人 计算 机
1.2 计算机科学

1.2.1 什么是计算科学 1.2.2 计算机与计算科学 1.2.3 计算科学的学科体系
1.2.1 什么是计算科学
一般说来，计算科学是描述和变换信息的算法过程， 包括其理论分析、设计，效率分析、实现和应用系统 的研究。
综观计算科学的基本问题就是：什么能(有效地)自动 进行，什么不能(有效地)自动进行。
第四代计算机（1971-至今）使用大规模和超大 规模集成电路，主存储器均采用半导体存储器，主 要的外存储器是磁带、磁盘、光盘，微处理器和微型 计算机诞生。多媒体技术和网络技术的广泛应用， 让计算机深入到社会的各个领域。
1976年苹果计 算机：集成电路的 发展，计算机开始 了小型化的历程。 最新 的笔 记本 电脑

早期最重要的计算工具是算盘 (abacus)
Fra Baidu bibliotek

计算工具最重要的发展是帕斯卡机械计 算机 ，也称“Pascaline”，1642由法 国数学家 Blaise Pascal发明。可对数 字做加减法运算。
机械计算器时期
帕斯卡与机械计算机 Pascaline，1642

为了纪念巴斯卡尔，语言大师沃斯(N.Wirth) 把他设计的一种高级程序设计语言取名为 Pascal。
von Neumann/Turing

存储程序思想：将事先编好的程序和原始数据 送入主存中，然后启动计算机工作。计算机应 能在不需操作人员干预下，自动完成逐条取出 指令和执行指令的任务。
冯‧诺依曼生平简介
美籍匈牙利数学家
现代计算机时期 (1950 ~ now)
1948年发明的晶体管改变了计算机的建造方式。采用 晶体管研制第二代电子计算机的工作就在美国的一些 著名实验室进行了。
1.2.3 计算科学的学科体系(4)
10.智能系统：主要内容包括：约束可满足性问题、知识 表示和推理、Agent、自然语言处理、机器学习和神 经网络、人工智能规划系统和机器人学等。
电子计算机时期 (1930 ~ 1950)
图灵与图灵机、巨人计算机 Colossus，1943 莫奇利和埃克特与ENIAC, 1946 EDVAC, 1950 与UNIVAC, 1951 冯•诺依曼 与IAS, 1952
现代计算机时期 (1950 ~ now)
机械计算器时期
帕斯卡与机械计算机 Pascaline，1642
1.2.3 计算科学的学科体系(2)
4.体系结构：主要内容包括：数字逻辑、数据的机器表 示、汇编级机器组织、存储技术、接口和通信、多 道处理和预备体系结构、性能优化、网络和分布式 系统的体系结构等。 5.操作系统：主要内容包括：操作系统的逻辑结构、并 发处理、资源分配与调度、存储管理、设备管理、 文件系统等。 6.网络计算：主要内容包括：计算机网络的体系结构、 网络安全、网络管理、无线和移动计算以及多媒体 数据技术等。
他留给了世人一句至理名言：“人好比是脆弱 的芦苇，但是他又是有思想的芦苇。”
世界第一台 机械式加 法计算机 (1642年)
计算机的雏形：算 盘
机械计算器时期
莱布尼兹与 改进的Pascaline， 1672

德国数学家莱布尼兹 1672年对 “Pscaline”进行了改进，可进行四则运 算和开方。称之为莱布尼兹轮。
1.2.3 计算科学的学科体系(3)
7.程序设计语言：主要内容包括：程序设计模式、虚拟 机、类型系统、执行控制模型、语言翻译系统、程 序设计语言的语义学、基于语言的并行构件等。 8.人—机交互：主要内容包括：以人为中心的软件开发 和评价、图形用户接口设计、多媒体系统的人机接 口等。 9.图形学和可视化计算：主要内容包括：计算机图形学、 可视化、虚拟现实、计算机视觉等。
任何学科都有其基本的研究范畴和支持整个学科赖以 发展的核心内容，计算科学也一样，支持计算科学向 各个学科渗透、应用和发展的正是一些最基本的共性 理论、方法和技术。
人们将计算机在各行各业的具体应用与研究计算机应 用与具体领域的共性理论、方法和技术的研究区分开 来。前者叫计算机具体应用，后者称为计算机应用或 计算机基本应用技术，属于计算科学范畴。

1943年，图灵设计了 “Colossus” (巨人计算机)， 主要用于第二次世界大战破 译德国的密码。
你知道吗？ 计算机界的诺贝 奖：图灵奖
电子计算机时期 (1930 ~ 1950)


第二次世界大战的需求，使美国宾夕法 尼亚大学莫尔电工学院的莫克莱 (J.W.Mauchly)等人在1946年2月设计制 造出了ENIAC(电子数字积分计算机)。 EDVAC方案的主要内容是确定了计算 机由运算器、控制器、存储器、输入、 输出等5部分组成。1952年，冯· 诺依曼 等人完成了EDVAC机的建造工作。
长期以来，国内外计算机科学界一直对计算机科学与 技术究竟属于科学还是属于工程的范畴这一问题存在 着争议。 学术团体有 ACM、IEEE/CS电子电器工程师学会计算机学会 、 IFIP，AAAI、国际人工智能联合会议(ICAI)，中国计 算机学会等。
1.2.2 计算机与计算科学
当第一台电子数字计算机诞生后，人们就想把各种各 样的事情都让计算机来完成，这样就使计算机的应用 日益扩展。

Stored Program concept




Main memory storing programs and data 主存储器：用于存储数据和指令 ALU operating on binary data 能够操作二进制数的算术逻辑单元 Control unit interpreting instructions from memory and executing 控制器：翻译内存中的指令并执行 Input and output equipment operated by control unit 由控制器操纵的输入、输出设备
电 子 计 算 机 (Electronic Computer) ， 简 称 为 电 脑 (Computer)，诞生于20世纪40年代，它是人们采集、 识别、转换、处理信息的工具。 人类社会最早使用手指、结绳、算筹等作为工具进行 计算。
随着生产的发展和交流的增加，又发明了更先进的计 算工具——算盘。
1889年，Herman Hollerith 的电动制表 机在比赛中有出色的表现，并被用于 1890 中的人口调查。Herman Hollerith 采用了Jacquard 织布机的概念用来计算， 他用咭贮存资料，然后注入机器内编译 结果。这机器使本来需要十年时间才能 得到的人口调查结果，在短短六星期内 做到。
现代计算机时期 (1950 ~ now)
60年代后期，出现高级语言的发展、出现了进程的概 念和分时操作系统。 70年代初，半导体集成电路技术取得了飞速进步。体 积不断地缩小，价格逐年下降，采用大规模集成电路 的计算机系统，电子计算机的发展进入了第四代。 从80年代起，网络计算机系统的出现，支持了分布式 信息处理。在计算机网络上进行信息处理的计算活动 被称作分布式计算。 目前，支持高性能计算的计算机体系结构技术、并行 与分布式算法、计算机网络与通信等成为发展方向。
1.1.2 计算机的发展历程
第一代计算机
第一代计算机（1946-1958）是采用电子 管作为逻辑元件，用阴极射线管或汞延迟线作 主存储器，外存主要使用纸带、卡片等，程序 设计主要使用机器指令或符号指令，应用领域 主要是科学计算。当时的运算速度为5千——3 万次每秒。
1946年2月世界上第一台电子 计算机ENIAC在美国的宾夕法 尼亚大学诞生。它采用电子管 作为计算机的基本元件，由 18000多个电子管，1500多个 继电器，价值48万美元,占地 170m2，重量30吨，每小时耗 电30万千瓦,是一个庞然大物， 每秒能进行5000次加法运算。
1958年，当第二代计算机还处于刚刚准备批量生产的 时候，美国得克萨斯州仪器公司制成了第一块半导体 集成电路。三年后，得克萨斯州仪器公司在军方的支 持下，研制成功了第一台试验性的集成电路计算机。 1967年，由于大量的编程语言得到应用，IBM公司决 定该公司的计算机系统成为“非捆绑式”。即以前， 用户需要购买计算机及其系统上运行的各种语言的翻 译程序，而现在可只购买需要的翻译程序。由此形成 了语言翻译程序的竞争，开创了软件产业。
1.2.3 计算科学的学科体系(1)
CC2001将计算学科的主要内容分为14个主领域： 1. 离散结构：主要内容包括：集合论、数理逻辑、近 似代数、图论和组合数学等。
2. 程序设计基础：主要内容包括：程序设计结构、算 法、问题求解和数据结构等。
3. 算法与复杂性：主要内容包括：算法的复杂度分析、 典型的算法策略、分布式算法、并行算法、可计算 理论、P类和NP类问题、自动机理论、密码算法以及 几何算法等。
第1章
概
述
（时间：2次课，4学时）
第1章 概

述
计算机简史 计算科学基础 计算机应用领域 计算机发展趋势 思考题



1.1 1.2 1.3 1.4 1.5
1.1 计算机简史

1.1.1 人类处理信息方式的历史变迁 1.1.2 计算机的发展历程
1.1.1
人类处理信息方式的历史变迁(1)
第二代晶体管计算机
第三代计算机
第三代计算机（1965-1970）采用中小规模的 集成电路块代替了晶体管等分立元件，半导体存储 器逐步取代了磁芯存储器的主存储器地位，磁盘成 了不可缺少的辅助存储器，计算机也进入了产品标 准化、模块化、系列化的发展时期，计算机的管理、 使用方式也由手工操作完全改变为自动管理，使计 算机的使用效率显著提高。