计算机导论概述

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算筹： 算筹：计数方法
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算盘： 算盘：通过手动完成 从低位到高位的数字 传送， 传送，数字由算珠的 数量表示， 数量表示，数位则由 算珠的位置来确定。 算珠的位置来确定。
1949：EDSAC(英国剑桥大学) 1949：EDSAC(英国剑桥大学) 英国剑桥大学 1951：EDVAC(美国宾夕法尼亚大学 美国宾夕法尼亚大学) 1951：EDVAC(美国宾夕法尼亚大学)
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三、计算机的发展阶段
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0.3 如何学好本课程
学习目标： 学习目标： ①理解计算机硬件结构与组成原理以及操作系统的一些 重要概念； 重要概念； 了解程序设计、数据库、多媒体、 ②了解程序设计、数据库、多媒体、计算机网络的基本 概念和相关技术； 概念和相关技术； 掌握计算机基本应用技能。 ③掌握计算机基本应用技能。 学习方法： 学习方法： 逐步深入、 逐步深入、强调动手 注重应用、 注重应用、上网交流
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1.1 计算机概述
2.按处理对象分类 2.按处理对象分类 数字式电子计算机：处理非连续变化的数据， 数字式电子计算机：处理非连续变化的数据， 这些数据在时间上是离散的 数据在时间上是离散的。 这些数据在时间上是离散的。 其基本运算部件是数字逻辑电路。 其基本运算部件是数字逻辑电路。 模拟式电子计算机：处理连续变化的数据， 模拟式电子计算机：处理连续变化的数据，这些 数据在时间上是连续的。 数据在时间上是连续的。 其基本运算部件是由运算放大器构成的微分器、 其基本运算部件是由运算放大器构成的微分器、 积分器和通用函数运算器等组成。 积分器和通用函数运算器等组成。 混合式电子计算机： 混合式电子计算机：可处理数字量和模拟量
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0.1 计算机发展简史
Electronic Numerical Integrator And Calculator 简称ENIAC，译为电子数字积分机和计算机 简称 ，
电子管:18000只 电子管:18000只 :18000 电阻:70000个 电阻:70000个 :70000 电容:10000 :10000只 电容:10000只 继电器:1500 :1500个 继电器:1500个 耗电:140kW/h 耗电:140kW/h 占地:170m 占地:170m2 重量:30吨 重量:30吨 :30 速度:5000 :5000次 速度:5000次/秒
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第五代计算机(新一代计算机) 第五代计算机(新一代计算机) 创新： 创新：基本元器件
采用生物工程技术产生的蛋白质分子制成生物芯片， 采用生物工程技术产生的蛋白质分子制成生物芯片，其运 算过程是蛋白质分子与周围物理化学介质的相互作用过程 。 采用一种链状分子聚合物的特性来表示开与关的状态， 采用一种链状分子聚合物的特性来表示开与关的状态，利 用激光脉冲来改变分子的状态，使信息沿着聚合物移动， 用激光脉冲来改变分子的状态，使信息沿着聚合物移动， 从而进行运算。 从而进行运算。 采用光学技术，由光器件构成的计算机。 采用光学技术，由光器件构成的计算机。在光器件方面研 制的基本部件有： 制的基本部件有：用于进行图像处理的快速傅立叶变换部 用于进行信息处理的光乘法、加法运算器。 件，用于进行信息处理的光乘法、加法运算器。 采用超导元器件和电路组成的计算机。 采用超导元器件和电路组成的计算机。其基本逻辑单元是 约瑟夫逊开关器件，它的速度比现有半导体开关快10 10约瑟夫逊开关器件，它的速度比现有半导体开关快10-100 功耗仅为后者的0.01 0.001。 0.01倍，功耗仅为后者的0.01-0.001。
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1.1 计算机概述
计算机的分类
1.按计算机用途分类 通用计算机： 为了能够解决各种问题， 通用计算机 ： 为了能够解决各种问题 ， 具有较强 的通用性而设计的计算机。 的通用性而设计的计算机。 它具有一定的运算速度和存储容量， 它具有一定的运算速度和存储容量 ， 带有通用的 外设，配备各种系统软件和应用软件。 外设，配备各种系统软件和应用软件。 专用计算机： 专用计算机 ： 为了解决一个或一类特定问题而专 门设计的计算机。 门设计的计算机。 其软硬件的配置依据解决问题的需要而定。 其软硬件的配置依据解决问题的需要而定。
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0.1 计算机发展简史
一、早期的计算工具 东方的创造：算筹、 东方的创造：算筹、算盘 西方的灵感： 西方的灵感：机械式计算机 机电式计算机 二、电子计算机的诞生
1946年 1946年2月,美国宾夕法尼亚大学物理学 家莫克利和工程师埃克特为首的数十人 共同开发了世界上第一台通用数字电子 计算机(ENIAC) (ENIAC)。 计算机(ENIAC)。
生物计算机
量子计算机
光子计算机
超导计算机
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四、计算机的发展趋势
巨型化是指具有高速运算、 巨型化是指具有高速运算、大存储容量和功能强大的 巨型化 计算机系统， ILLIAC-IV、银河机、深超计算机系统，如：ILLIAC-IV、银河机、深超功能巨型化) (功能巨型化) 21C(1.5万亿次 万亿次/ 21C(1.5万亿次/秒)。 微型化 微型化包括台式微型机、笔记本电脑、掌上电脑。 微型化包括台式微型机、笔记本电脑、掌上电脑。摩 /18 体积微型化 尔定律：集成电路→翻一番/18个月 (体积微型化) 尔定律：集成电路→翻一番/18个月 网络化是指利用通信技术和计算机技术， 网络化是指利用通信技术和计算机技术，把分散在不 同地点的计算机互连起来，按照网络协议相互通信， 同地点的计算机互连起来，按照网络协议相互通信， 网络化 以达到所有用户都可共享数据、软硬件资源的目的。 (资源网络化) 以达到所有用户都可共享数据、软硬件资源的目的。 Internet。 如：Internet。 智能化就是要求计算机能模拟人的感觉和思维能力， 智能化就是要求计算机能模拟人的感觉和思维能力， 专家系统和机器人。 (处理智能化) 如：专家系统和机器人。
智能化
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0.2 计算机文化特性
1981年，前苏联学者首次提出： 1981年 前苏联学者首次提出： 计算机程序设计语言→ 计算机程序设计语言→计算机文化 随着多媒体、网络(Internet)→ (Internet)→计算机文化 随着多媒体、网络(Internet)→计算机文化 文化理解： 文化理解：①能够对人类活动产生广泛而深刻影响 的事物，如汽车文化、饮食文化。 的事物，如汽车文化、饮食文化。 的基础上， ②在①的基础上，还应具有信息传递和知识传授功 如语言文字、计算机及网络。 能，如语言文字、计算机及网络。 基本特征：普适性、 基本特征：普适性、基础性 工具性、 工具性、创造性
1938年德国朱斯制造了第 1938年德国朱斯制造了第 一台采用二进制数的全自 动可编程机电式计算机。 动可编程机电式计算机。
机电式计算机：使用电力做动力， 机电式计算机：使用电力做动力， 但计算机构本身还是机械的。 但计算机构本身还是机械的。
美国艾肯提出、 美国艾肯提出、IBM 公司生产的自动序列 控制演算器(Mark 控制演算器(Mark I) 1944年正式在哈佛 于1944年正式在哈佛 大学投入运行。 大学投入运行。 http://bb.zjxu.edu.cn 13
1822年英国巴贝 1822年英国巴贝 奇设计了差分机 （计算平方表和 函数数值表）， 函数数值表）， 1834年他又提出 1834年他又提出 分析机的设想。 分析机的设想。
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1888年美国霍勒瑞斯制造第 1888年美国霍勒瑞斯制造第 一台机电式计算机(制表机) 一台机电式计算机(制表机) ，用于人口普查卡片分类统 计。
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1670年德国 1670年德国 莱布尼兹制 造出能进行 加减乘除的 演算机。 演算机。 1642年法国帕斯卡利用齿轮技 1642年法国帕斯卡利用齿轮技 术制成了第一台加法(减法) 术制成了第一台加法(减法)机 。
机械式计算机：借助于各种机械装置自动传送十 机械式计算机： 进位，而机械装置的动力来自计算人员的手。 进位，而机械装置的动力来自计算人员的手。
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计算机的基本概念
什么是计算机 计算机是一种能够按照事先存储的程序，自动、 计算机是一种能够按照事先存储的程序， 自动、 高速 地对数据进行输入、处理、输出和存储的系统。 地对数据进行输入、处理、输出和存储的系统。 计算机能够完成的基本操作及其主要功能： 计算机能够完成的基本操作及其主要功能： 输入：接受由输入设备（如键盘、鼠标器、 输入：接受由输入设备（如键盘、鼠标器、扫描 仪等）提供的数据。 仪等）提供的数据。 处理：对数值、逻辑、 处理：对数值、逻辑、字符等各种类型的数据进 行操作，按指定的方式进行转换。 行操作，按指定的方式进行转换。 输出： 输出：将处理所产生的的结果等数据送到相关输 出设备。 出设备。 存储：存储程序和数据。 存储：存储程序和数据。 计算机导论 http://bb.zjxu.edu.cn 14
晶体管 磁芯、 磁芯、磁鼓 磁盘、 磁盘、磁带 几十万-百万 几十万汇编语言 算法语言 数据处理 IBM 7090 CDC 6600
集成电路 半导体存储器 磁盘、 磁盘、磁带 百万-几百万 百万操作系统 实时处理 实时控制 IBM 360 PDPPDP-II
大规模和超大 规模集成电路 半导体存储器 磁盘、 磁盘、光盘 几百万-几亿 几百万分时处理 网络操作系统 各行各业 VAXVAX-II IBM PC/Apple
代别 第一代 19461946-1958 第二代 19591959-1964 第三代 19651965-1970 第四代 19711971-现在
电子器件 存储器 运算速度 处理方式 应用领域 典型机种
电子管 水银延迟线 磁鼓、 磁鼓、磁芯 5000-几万 5000机器语言 科学计算 ENIAC EDVAC
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0.1 计算机发展简史
ENIAC的主要任务是分析炮弹轨迹。 ENIAC的主要任务是分析炮弹轨迹。 的主要任务是分析炮弹轨迹 ENIAC公开展出时 一条炮弹的轨道用20s 公开展出时， 当ENIAC公开展出时，一条炮弹的轨道用20s 就能算出来，比炮弹本身的飞行速度还快。 就能算出来，比炮弹本身的飞行速度还快。
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主讲人： 主讲人：朱有根 zhuygen@nbu.edu.cn
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第1 章
内容提要
绪 论
本章在介绍计算机的定义、分类、特点、用 本章在介绍计算机的定义、分类、特点、 途和发展等基本概念的基础上， 途和发展等基本概念的基础上，概要地介绍了计 算机科学与技术学科的内涵、 算机科学与技术学科的内涵、知识体系和研究范 畴。 通过本章的学习， 通过本章的学习，应理解计算机的基本概念 初步了解计算机科学技术的研究范畴和作为一名 计算机科学技术专业毕业的学生应具有的知识和 能力，明确今后学习的目标和内容， 能力，明确今后学习的目标和内容，树立作为一 个未来计算机科学技术工作者的自豪感和责任感。 个未来计算机科学技术工作者的自豪感和责任感。