计算机导论课件第1章 绪论

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追根溯源，电子计算机是由原始的计算工具发展而 来的。
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1.1.1计算机的产生
人类在其漫长的文明史上，为了提高计算速度，不 断发明和改进了各种计算工具。 中国唐代发明的算盘。 1642年法国数学家帕斯卡发明加法加法计算器。 著名人物：莱布尼茨、巴贝奇、布什、豪列利特。 20世纪社会的发展及科学技术的进步，对计算工具 提出了强列的需求，这种需求强劲地推动了计算机 的发展。
+ (5)计算机技术与通信技术相结合，计算机网
络把世界紧密地联系在一起。 + (6)多媒体技术崛起，计算机集图象，图形， 声音，文字处理于一体，在信息处理领域掀 起了一场革命，与之对应的信息高速公路正 在紧锣密鼓地筹划实施当中。 + 从20世纪80年代开始，日本，美国，欧洲等 发达国家都宣布开始新一代计算机的研究。 + 普遍认为新一代计算机应该是智能型的，它 能模拟人的智能行为，理解人类自然语言， 并继续向着微型化，网络化发展。
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1946年2月，世界上第一台计算机于美国宾 夕法尼亚大学诞生，取名‚电子数字积分计 算机(Electronic Numerical Integrator And Computer)”，简称‚ ENIAC”。埃尼阿克。 + ENIAC采用了17468个真空电子管，功率 174千瓦，占地170平方米，重达30吨，每秒 钟能完成5000次加法运算。 + 成为当时运算速度最快、运算精度和准确度 最好的计算工具。
+ 主要特点:
+ (1)采用晶体管制作基本逻辑部件，体积减小，
重量减轻，能耗降低，成本下降，计算机的 可靠性和运算速度均得到提高。 + (2)普遍采用磁芯作为贮存器，采用磁盘/磁鼓 作为外存储器。 + (3)开始有了系统软件(监控程序)，提出了操 作系统概念，出现了高级语言。
+ 主要特点： + (1)采用中，小规模集成电路制作各种逻辑部件，从
+ 工作站是一种高档的微型计算机，通常配有
高分辨率的大屏幕显示器及容量很大的内存 储器和外部存储器，并且具有较强的信息处 理功能和高性能的图形、图像处理功能以及 联网功能。 + 工作站是一种以个人计算机和分布式网络计 算为基础，主要面向专业应用领域，具备强 大的数据运算与图形、图像处理能力，为满 足工程设计、动画制作、科学研究、软件开 发、金融管理、信息服务、模拟仿真等专业 领域而设计开发的高性能计算机。
通用性强 + ② 模拟机： 用模拟量作为运算量，速 度快、精度差 + ③ 混合机： 集中前两者优点、避免其 缺点，处于发展阶段
+ 1)微型计算机由运算器、控制器、存储器、输入设 + + + +
备和输出设备五大部分组成。 其中存储器又分内存储器、外存储器； 通常把输入设备及输出设备统称为外围设备； 运算器和控制器又称为中央处理器—— CPU(Central Processing Unit)。 2)由微型计算机配以相应的外围设备(如打印机、显 示器、磁盘机和磁带机等)及其他专用电路、电源、 面板、机架以及足够的软件构成的系统叫做微型计 算机系统(Microcomputer System)（就是通常说的 电脑）。
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+ 天河二号超级计算机是国防科技大学承担的国家
“863”计划和“核高基础”国家科技重大专项项目。 2014年6月23日公布的全球超级计算机500强榜单中， 中国“天河二号”以比第二名美国“泰坦”快近一倍 的速度连续第三次获得冠军。 + 据介绍，天河二号运算1小时，相当于13亿人同时用 计算器算1000年。 + 从科技部获悉，由国防科技大学研制并落户国家超级 计算广州中心的天河二号超级计算机，6月23日再次 荣登全球超级计算机500强排行榜榜首，以每秒33.86 千万亿次的浮点运算速度获得世界超算“三连冠”。 + 这也是天河系列超级计算机第四次问鼎世界超算之巅。
+ ENIAC诞生后，数学家冯· 诺依曼提出重大
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改进理论。 该理论主要有两点：二进制，存储程序。 当时美籍匈牙利科学家冯· 诺依曼教授正参与 核武器的研制工作，在核裂变过程中有大量 的计算问题。 ENIAC的产生可大大减轻工作量，开创了计 算机时代的新纪元，但其存在的缺陷也是很 显然的。 为此他提出对未来计算机的几点设想：
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• 以计算圆周率π为例： • 祖冲之耗费15年心血，计算到小数点后7位； • 一千多年后，英国人香克斯毕生计算圆周率，才
计算机到小数点后707位； • 而用ENIAC计算，仅用40秒就达到了此记录，还 发现香克斯的计算中第528位是错误的。 • ENIAC主要用来进行导弹计算的数值分析，用十 进制进行计算。 • ENIAC是第一台正式投入运行的电子计算机，但 它还不具备现代计算机‚在机内存储程序‛的主 要特征。
+ (1)采用电子管作为基本逻辑部件，体积大，
耗电量大，寿命短，可靠性低， 成本高。 + (2)采用电子射线管作为存储部件，容量很小， 后来外存储器使用了磁鼓存储信息，扩充了 容量。 + (3)输入输出装置落后，主要使用穿孔卡片， 速度慢，容易出去使用十分不便。 + (4)没有系统软件，只能用机器语言和汇编语 言编程。
计算机从规模上可以分为： 巨型、大型、中型、小型、微型和单片型。 巨型主要是从性能方面定义的，而非体积大。 巨型计算机和超级计算机是同义词。 超级计算机通常是指由数百数千甚至更多的处 理器（机）组成的、能计算普通PC机和服务器 不能完成的大型复杂课题的计算机。 + 如果把普通计算机的运算速度比做成人的走路 速度，那么超级计算机就达到了火箭的速度。 + 在这样的运算速度前提下，人们可以通过数值 模拟来预测和解释以前无法实验的自然现象。
+ 由计算机和相应的外部设备以及成套的应用软件
包所组成的信息处理系统。它能够完成用户交给 的特定任务，是推动计算机普及应用的有效方式。 工作站应具备强大的数据处理能力，有直观的便 于人机交换信息的用户接口，可以与计算机网相 连，在更大的范围内互通信息，共享资源。 + 工作站在编程、计算、文件书写、存档、通信等 各方面给专业工作者以综合的帮助。常见的工作 站有 (CAD)工作站，办公自动化(OA)工作站，图 像处理工作站等。不同任务的工作站有不同的硬 件和软件配置。
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+ 19世纪英国数学家巴贝齐(1792-1871)提出通
用计算机的基本设计思想。被世人公认为是 ‚计算机之父‛。 + 英国的艾兰· 图灵建立了被称为‚图灵机的理 论模型 。 + 冯· 诺依曼在他的《电子计算机装置逻辑初探》 一文中首次提出了‚使用二进制‛和‚存储 过程控制‛的理论。
+ 主要特点：
+ 微型计算机简称‚微型机‛、‚微机‛，由于其具
备人脑的某些功能，所以也称其为‚微电脑‛。是 由大规模集成电路组成的、体积较小的电子计算机。 它是以微处理器为基础，配以内存储器及输入输出 (I/0)接口电路和相应的辅助电路而构成的裸机。 + 特点是体积小、灵活性大、价格便宜、使用方便。 把微型计算机集成在一个芯片上即构成单片微型计 算机(Single Chip Microcomputer)。由微型计算机配 以相应的外围设备（如打印机）及其他专用电路、 电源、面板、机架以及足够的软件构成的系统叫做 微型计算机系统(Microcomputer System)（即通常 说的电脑）。台式机、笔记本、个人数字助理PDA
+ 计算机俗称电脑，是一种用于高速计算的电
子计算机器，可以进行数值计算，又可以进 行逻辑计算，还具有存储记忆功能。是能够 按照程序运行，自动、高速处理海量数据的 现代化智能电子设备。 + 由硬件系统和软件系统所组成，没有安装任 何软件的计算机称为‚裸机‛。 + 可分为超级计算机、工业控制计算机、网络 计算机、个人计算机、嵌入式计算机五类。 + 较先进的计算机有生物计算机、光子计算机、 量子计算机等。
采用二进制数，以便直接模拟开关电路的两 种状态，提高运行效率。 + 存储程序，将指令和数据预先存入存储器中， 使计算机能自动高速地按顺序取出存储器中 的指令加以执行，即执行存储程序。 + 计算机硬件系统的5大组成部分，运算器、 控制器、存储器、输入设备、输出设备。 + 今天，大部分计算机系统的基本结构原理仍 然是采用冯诺依曼体系结构。
+ 第五代计算机是把信息采集、存储、处理、
通信同人工智能结合在一起的智能计算机系 统。它能进行数值计算或处理一般的信息， 主要能面向知识处理，具有形式化推理、联 想、学习和解释的能力，能够帮助人们进行 判断、决策、开拓未知领域和获得新的知识. 人-机之间可以直接通过自然语言（声音、文 字）或图形图象交换信息。第五代计算机是 一种更接近人的人工智能计算机。 + 第五代计算机又称新一代计算机。
+ 现代计算机的发展方向：巨型化和
微型化 + 计算机的传输和应用方向：网络化 和智能化 + 要想制造出新型的计算机必须具备 两个条件： + 1.要有成熟的理论指导 + 2.要有成熟的技术支持
+ 随着计算机技术的发展和应用的推
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动，尤其是微处理器的发展，计算 机的类型越来越多样化，分类的标 准也不是固定不变的。
+ 了解计算机的组成与工作原理
+ 了解计算机科学的学科特性
+ 了解计算机科学的内容
+ 什么是计算机？ + 计算机是一种能自动、高速地进行数据
信息处理的机器，它是20世纪人类最伟 大、最卓越的科学技术发明之一。 + 随着计算机技术的发展，计算机已广泛 应用于现代科学技术、国防、工业、农 业、企业管理、办公自动化以及日常生 活中的各个领域，并越来越产生出巨大 的效益。
+ ENIAC的最大特点是采用了电子线路来执行
算术运算、逻辑运算，并存储信息。 + ENIAC是人类计算工具发展史上一座不朽的 丰碑，它是世界上第一台真正能运转的大型 电子计算机。ENIAC同几年后制成的冯· 诺依 曼机一起奠定了现代计算机原型。 + ENIAC缺陷：存储容量小；程序是用线路连 接的方式实现的，不能存储。计算准备时间 长。费电。经常烧管停机。采用十进制。 + ENIAC的问世奠定了电子计算机的发展基础， 标志着电子计算机时代的到来。
而使计算机体积小，重量更轻，耗电更省，寿命更 长，成本更低，运算速度有了更大的提高。 + (2)采用半导体存储器作为主存，取代了原来的磁芯 存储器，使存储器容量的存取速度有了大幅度的提 高，增加了系统的处理能力。 + (3)系统软件有了很大发展，出现了分时操作系统， 多用户可以共享计算机软硬件资源。 + (4)在程序设计方面上采用了结构化程序设计，为研 制更加复杂的软件提供了技术上的保证。
+ ① 巨型机： 高速度、大容量
+ ② 大型机： 速度快、应用于军事技术
科研领域 + ③ 小型机： 结构简单、造价低、性能 价格比突出 + ④ 微型机： 体积小、重量轻、价格低
+ ① 专用机： 针对性强、特定服务、
专门设计 + ② 通用机： 科学计算、数据处理、 过程控制解决各类问题
+ ① 数字机： 速度快、精度高、自动化、
+ 根据用途及其使用的范围，计算机可分
为通用机和专用机。 + 通用机的特点是通用性强，具有强大的 综合处理能力，能够解决各种类型的问 题。 + 专用机则功能单一，拥有解决特定问题 的软硬件，能够高速、可靠地解决特定 的问题。
+ 高性能计算（High Performance Computing）
是计算机科学的一个分支， 随着信息化社会 的飞速发展，人类对信息处理能力的要求越 来越高，不仅石油勘探、气象预报、航天国 防、科学研究等需求高性能计算机，而金融、 政府信息化、教育、企业、网络游戏等更广 泛的领域对高性能计算的需求迅猛增长。通 过GPU加速高性能计算可能将从大型计算机 发展到台式机以及桌边型计算机上。
+ 主要特点： + (1)基本逻辑部件采用大规模，超大规模集成
电路，使计算机体积、重量、成本均大幅度 降低，出现了微型机。 + (2)作为主存的半导体存储器，其集成度越来 越高，容量越来越大；外存储器除广泛使用 软，硬磁盘外，还引进了光盘。 + (3)各种使用方便的输入输出设备相继出现。 + (4)软件产业高度发达，各种实用软件层出不 穷，极大地方便了户。
+ 本课程是计算机基础理论与应用操
作相结合的课程。 + 课程内容涉及计算机科学的方方面 面，但着重讲解的是基本概念而不 是数学模型和技术细节，要求做到 ‚广度优先，广而不细‛。
计算机是如何产生和发展起来的？ 计算机科学的含义是什么？ 通常所说的计算机，全称是电子计算机。 计算机又称为电脑。
+ 掌握计算机的概念、特点及其应用领域