第1讲 计算机基础知识

3. 信息应用技术
如信息管理、信息控制、信息决策
要点回顾：
名词： PC机，PDA，POS，ATM， MIS，MRP，EDI， CAD，CAI，CAM，CAT， AI，SERVER
1.3 数制及基本数据单位（重 点）
1.
2.
3.
数制的概念 数制转换 基本数据单位
1.3.1 数制的概念
数制也称计数制度，是指用一组固定的符号和 统一的规则来表示数值的方法。 一般情况下，人们习惯于用十进制来表示数， 即用0、1、2、3、4、5、6、7、8、9这十个 符号的规则使用来表达数。这是因为人类有 十个手指，而我们的祖先，乃至我们自己， 学会计数是从数手指开始的，正所谓“屈指 可数”。 然而，我们能不能用0和1这两个数来表达数？ 还有没有其它方式来表达数？
高分辨率、大容量内外存，图形功能较强
服务器：网络环境中为多个用户提供服务的 计算机系统
信息技术(Information Technology，IT)
联合国教科文组织的定义 应用在信息加工和处理中的科学、技术与工程的训 练方法和管理技巧；上述方面和技巧和应用；计算机及 其与人、机的相互作用；与之相应的社会、经济和文化
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
7.虚拟现实
8. 人工智能
计算机的新技术
1．嵌入式技术
将计算机作为一个信息处理部件，嵌入到应用系统之中的一 种技术。 系统和功能软件固化起来，类似BIOS的工作方式。 应用：各种家电、数码相机等
2．网格计算
利用互联网把分散在不同地理位置的电脑组织成一个“虚拟的 超级计算机”，其中每一台的计算机就是一个“节点”，而整个计算 是由成千上万个“节点”组成的“一张网格”。 优点：数据处理能力超强；充分利用网上的闲置处理能力。 示例：
数制
在表述数制的时候，通常我们采用如下方法。 1、在数字的后面，用特定字母表示该数的进制。 二进制B，十进制D(可省略)，八进制Q或O， 十六进制H。如16，10000B，20Q，10H。
2、也可以用( )基数的形式表示不同进制的数， 如(16)10，(10000)2，(20)8，(10)16。
1.3.2 数制转换
图1.1.6 D2OL网格计算
3．中间件技术
中间件是介于应用软件和操作系统之间的系统软件
1.2.2 计算 按用途分类 专用机 高性能计算机（巨型机或大型机）： 速度最快、处理能力最强、 最快：NEC Earth Simulator 每秒35万亿次浮点运算，峰值40万亿次 中国：曙光4000A 2560颗64位AMD Opteron处理器 每秒8万亿次浮点运算，全球排名第10 按综合性能 指标分类 微型计算机： 台式机、笔记本和个人数字助量(PDA) 工作站：介于PC与小型机之间高档微机系统
有72个累加器，每一个 有自己的算术部件，及 23位数的寄存器。
ABC计算机 1941年 电子管数字计算机
John V.Atanasoff和Clifford E.Berry为数学物理研究研制的
早期计算机
计算机是使用相应的程序来完成任何设定好 的任务。
图灵机是一种思想模型， 它由三部分组成： 一个控制器，一条可以无限延 伸的带子和一个在带子上左右 移动的读写头。
1500个继电器
功率150KW
史料：莫奇莱和埃克特
1946年2月由宾州大学研制的ENIAC 电子计算机时代的到来

每秒5千次加减运算
没有存储器 重达30吨 占地250m2 采用十进制 启动工耗150000瓦 第一款商用计算机：UNIVAL 18000个电子管 1947年，莫奇莱和埃克特
电子数字积分计算机

机械式，只能做加法
计算器 1673年，德国Gottfried Leibniz
– 机械式，加、减、乘、除和开方
差分机 1812年，英国Charles Babbage 分析机 1834年，英国Charles Babbage
早期人类追求的计算工具
加法器 Charles Babbage 1642 Blaise Pascal 1822 差分机 电子计算机时代
为纪念图灵对计算机的贡献， 美国计算机博物馆于1966年 设立了“图灵奖”
阿兰.图灵和冯.诺依曼
史料： 阿兰.图灵 冯· 诺依曼
计算机科学奠基人 英国科学家 阿兰.图灵
主要贡献：
• 建立图灵机模型，奠定了可计算理论 的基础 • 提出图灵测试，阐述了机器智能的概 念 美国计算机学会(ACM)1966年设立图灵
1、 r 进制转化成十进制
an ...a1a0.a-1...a-m (r) = a*rn + …+ a*r1 + a*r0 +a*r-1+...a*r-m
10101(B)=24+22+1=21 101.11(B)=22+1+2-1+2-2=5.75
101(O)=82+1=65
71(O)=78+1=57 101A(H)=163+16+10＝4106
IBM的发展史 HP的发展史
硅谷人才摇篮仙童半导体公司 比尔.盖茨
未来新一代计算机

超导计算机
量子计算机
光子计算机


生物计算机
神经计算机
未来新型计算机
1．光计算机 利用光子取代电子进 2． 生 物 计算 机 （ 分 行数据运算、传输和存储。 子计算机） 不同波长的表示不同 20 世 纪 80 年 代 中 的数据 期 开 始 研 制 优点：超高速 采用了生物芯片 缺点：体积庞大 3．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。
1978年
16位
第四代
1985年起
32位
微处理器集成度发展示意图
420,000,000 晶 体 管 数 目 2,300 4004 奔腾4
0.18微米芯片
10微米芯片
要点回顾：



现代计算机发展的五个阶段 第一台现代计算机ENIAC 冯· 诺依曼结构计算机 微机的产生 摩尔定理
1.2 计算机基本功能
计算机在信息社会中的应用
计算机的主要应用领域
1. 工商：电子商务、CAD/CAM
计算机的应用类型
1. 科学计算 2. 数据处理 3. 电子商务 4. 过程控制 5. CAD/CAM/CIMS 6. 多媒体技术
2. 教育：多媒体教育、远程教育
3. 医药：CAT、MRI、远程医疗 4. 政府：电子政府
ENIAC
MARK I
1833 分析机
差分机和分析机
查尔斯.巴贝奇 1812年差分机 1834年分析机
史料：查尔斯.巴贝奇
三部分组成： (1)由许多轮子组成的保存数据的存储库； (2)运算装置； (3)能对操作顺序进行控制，并选择所需处理的 数据以及输出结果的装置。
MARK I 1944年
Howard Aiken博士发现了查尔斯.巴贝奇的论文 在IBM的支持下，用机电方式制造了MARK I MARK II和 MARK III是电子计算机 51尺长 重5顿 750,000部份合并而成
Electronic Numerical Integrator And Calculator
冯· 诺依曼结构的计算机
冯·诺依曼结构（程序存储式电子 数字自动计算机方案）——计 算机硬件体系结构由五个基本 部件：输入器、输出器、控制 器、运算器和存储器组成。
冯· 诺依曼理论要点
存储程序工作原理
计算机的两个基本能力：一是能够 存储程序，二是能够自动地执行程序。 计算机是利用“存储器”（内存） 来存放所要执行的程序的，而称之为 CPU的部件可以依次从存储器中取出程 序中的每一条指令，并加以分析和执行， John von Neumann 直至完成全部指令任务为止。 冯诺依曼
1. 2.
计算机的主要应用领域 计算机的分类
1.2. 1 计算机的主要应用领域



科学计算 数据处理，如管理信息系统（MIS），资源 规划系统（MRP）和电子信息交换系统 （EDI）等。 自动控制 计算机辅助工程 ，如计算机辅助设计(CAD ) ， 计算机辅助教学(CAI ) ，计算机辅助制造 (CAM) ，计算机辅助测试（CAT) 等。 人工智能(AI)
电子计算机之父： 美籍匈牙利数学家 冯.诺依 曼 主要贡献：
• 与同事研制人类第二台计算机EDVAC • “存储程序”概念 冯· 诺依曼计算机 • 奠定了现代计算机体系结构和工作原 理
1.1.2 现代计算机的产生

ENIAC

冯· 诺依曼结构的计算机
世界上第一台现代计算机ENIAC
5000次加法/秒 体重28吨 占地170m2 18800只电子管
21世纪高等学校计算机科学与技术规划教材
大学计算机基础
主编：陈刚 课件改编：江汉大学计算中心 2010.8.
大学计算机基础 第一部分计算机基础理论
第1讲 计算机基础知识
本讲要点


计算机的概念与发展史 – 什么是计算机 – 计算机发展4阶段，第1台现代计算机，微机产生和发 展 – 冯.诺依曼结构计算机 计算机基本功能和分类 – 各种名词缩写 数制与数制转换（本讲重点，难点） – 数制的概念 – 二进制与十、八、十六进制的转换 – 二进制的计算规则
冯· 诺依曼结构框图
反 馈 信 号
程序+ 数据
运算器
取 数 存 数
操 作 命 令
数据流 控制流
输入 设备
请 求 信 号 响 应 信 号
（内）存储器
地 址 指 令
输出 设备
响 应 信 号
请 求 信 号
处理 结果
控制器
1.1.3 现代计算机的发展
1. 2.
现代计算机发展的5个时代 微机的产生
现代计算机发展的5个时代
1. 2. 3.
早期计算工具的发展 现代计算机的产生 现代计算机的发展
早期人类追求的计算工具

算 盘 中国唐代 第一种手动式计数器 计算尺 1622年，英国William Oughtred 手动式、减、乘、除、指数和三 角函数运算 加法器 1942年，法国Blaise Pascal
摩尔定理
单 位 时 间 执 行 的 指 令 数
晶 体 管 数
百 万 条 每 秒
/
每18个月芯片能力增长一倍。
微型计算机的产生和发展
计算机发展趋势：巨型化、微型化、网络化和智能化。
时代 第一代 第二代 第三代 时 间 1972年 1973年 位 数 8位 8位 代表性芯片 Intel 8008 Intel 8085 M6800(Motorola) Z80(Zilog) Intel 8086 M68000(Motorola) Z8000(Zilog) Intel 80836 Z80000 HP-32 NS-16032 Pentium系列
等诸种事物。
现代信息技术的内容
1. 信息基础技术
微电子技术 光电子技术 当今世界新技术革命的基石 采用光子作为信息的载体
2. 信息系统技术
信息获取技术 传感技术、遥测技术和遥感技术 信息处理技术 计算机技术成为现代信息技术的核心 信息传输技术 光纤通信技术、卫星通信技术等 信息控制技术 利用信息传递和反馈来实现 信息存贮技术 缩微品、磁盘、光盘 通信技术(Communication)、计算机技术(Computer)和 控制技术(Control)合称为3C。
什么是现代计算机？
计算机是一种无须人工干预，能对各种信息进 行存储和快速处理的电子设备。 现代计算机是电子驱动的，其本质特征是存储 控制，即将事先编好的“程序”（指令和数 据）存入“存储器”中，然后计算机就可以 按照程序步骤自动连续执行。 思考：计算器和计算机的区别。
1.1 计算机的概念与发展史
数制
十进制(D) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 二进制(B) 0 1 10 11 100 101 110 111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 八进制(O) 0 1 2 3 4 5 6 7 10 11 12 13 14 15 16 17 十六进制(H) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f
时代 第一代 第二代 年份 1946~1953 1954~1964 电路 电子管 晶体管 特点 磁鼓、磁带 磁芯、磁盘
第三代
第四代 第五代
1965~1970
1971~今 新一代
集成电路
大、超大规模 集成电路
终端访问
个人计算机
突破冯· 诺依曼式的计算机结构
计算机的分代
电子管 史料：
晶体管
集成电路
大规模集成电路