1-计算机科学导论-概述

初步掌握计算机科学的基本概念和术语、操作系统 的功能、数据结构和数据库的基本概念和相关技术、
计算机基本应用技能等。
课程安排
讲授内容 第1讲：概论 第Байду номын сангаас讲：数据和数的表示 第3讲：计算机硬件 第4讲：计算机操作系统 第5讲：数据结构与算法 第6讲：计算机网络 第7讲：软件工程 第8讲：计算机程序设计基础 第9讲：计算机信息系统安全 第10讲：数据库 第11讲：人工智能与计算理论
编程: 通过插孔和开关实现 速度: 5,000 次/秒
输入/输出: 卡片, 指示灯, 开关, 插孔
空间:1,000 平方英尺
EDVAC, 1950与UNIVAC, 1951

EDVAC (Electronic Discrete
Variable Automatic Computer )
是第一台存储程序的计算机， 基于冯•诺依曼思想，诞生于
传统且主流的 研究方向

计算机科学涉及的主要领域：



数值和符号计算 体系结构 操作系统 数据结构和算法 程序设计 软件工程 数据库和信息检索 人工智能和计算理论
什么是计算机

计算机是数据处理器，它根据事先存储在存储器中的一组 指令的要求，接收输入的数据、处理数据、 存储数据并且 输出数据。
计算机科学导论
第一讲 概述
课程简介
《计算机科学导论》是计算机类各专业全程教学内容的导
引课程，介绍计算机硬件、软件、数据组织和计算理论等方面的 内容，包括编码及计算机体系结构的基本原理、操作系统、计算 机网络、算法、程序设计语言、数据结构和数据库、人工智能以 及计算理论等专业知识的知识点以及与信息技术有关的社会人文
程序（存储在存储器中）
输入
8,12,22,3
输出 3,8,12,22
冯•诺依曼模型（John Von Neumann1903－1957）
现代计算机都是基于冯•诺依曼模型
1. 4个子系统
2. 程序存储
3. 指令顺序执行
计算机硬件 计算机软件
计算机概述——计算机系统分层结构
通信
程序
网络，多台计算机联接在一起，实现信息交换和资 源共享
计算机的分类——巨型计算机
最快速的、最昂贵的计算机，每秒能处理一万亿多条 指令。

巨型计算机的典型应用包括世界范围的天气预报、 核爆炸的仿真等。
计算机的分类——巨型计算机
计算机的分类——大型计算机
大型的、快速的、 昂贵的计算机，一般用
来为商业或政府机构提
供中心存储处理或大量
数据的管理。
计算机的分类——大型计算机
应用
由原始事实和图像等各种信息组成 通过指令完成计算和数据管理 硬件
管理计算机资源 在不同领域充分利用计算机的能力 由物理元器件构成
操作 系统
数据 信息
计算机基础——计算机的发展历史
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
3 集成电路时代（60年代中期到70年代前期）
4 大规模集成电路时代（70年代初到80年代初） 5 超大规模集成电路时代（80年代以后） 6 生物神经网络时代（人工智能）
晶体管
电子管 集成电路
超大规模 集成电路
计算机的发展历史

第一台通用计算机
国际商用机器公司耗资50亿美元历时5年的IBM360系统计算 机于1964年问世。
工程计算、地震预 测、气象预报、火 箭发射等要求高速 度、高精度的科学 计算都需要计算机
计算机的应用 （续）

过程控制(实时控制)
计算机越来越多 地应用于生产自动 化。它在计算复杂 的多变量控制问题 和自动控制系统的 组织上都是必不可 少的基本技术工具。 广泛应用于冶金、 机械、石油、化工、 电力及各种自动化 系统等部门。
计算机的分类 —— 微型计算机 计算机的分类 —— 微型计算机
桌面型计算机
笔记本式计算机：膝上型计算机
计算机的分类 —— 微型计算机 计算机的分类 —— 微型计算机
个人数字助理 (Personal
digital assistant )
掌上型计算机
计算机无处不在
计算机概述——计算机应用


本讲内容
1.1．计算机系统分层结构
1.2．计算机的发展历史
1.3．计算机的分类
1.4．计算机应用
什么是计算机科学（Computer Science）
Computer science is the study of the theory, design, implementation, and performance of computer software and computer systems, including the study of computability and
计算机对无人驾 驶飞机做实时控制
计算机的应用 （续）

辅助工程
辅助设计（CAD） Computer Aided Design
CAD能将设计方案转化为 图纸，并能对设计方案进行 分析、测试和优化。
计算机的应用 （续） 辅助制造（CAM）
Computer Aided Manufacturinge
（第1章） （第2、3、4章） （第5章） （第7章） （第8，11,12章） （第6章） （第10章） （第9章） （第16章） （第14章） （第17，18章）
学习建议

内容多，用系统的思想学习，掌握基本概念、 基本原理、基本操作； 听讲与自学相结合，可以快速浏览几本书，有 针对性的上网查阅或图书查阅； 多上机，多实践，提高动手能力
computation itself.

国际计算机组织 (ACM) 定义： 计算机科学（计算学科）是对描述和变换信息的算 法过程的系统研究，包括它的理论、分析、设计、有效 性、实现和应用。
什么是计算机科学（Computer Science）
计算机科学研究的主要内容：

计算机信息的转换与表示技术 计算机系统的理论与实现技术 计算机软件的开发与维护技术
1896年，霍列瑞斯组织了 International Business Machines (IBM)。 该组织后来在计算机发展 中发挥了重要的作用。


图灵与图灵机、巨人计算机 Colossus， 1943
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。

早期最重要的计算工具是算盘 (abacus)

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。可对所以数字 做加减法运算。
莱布尼兹与 改进的Pascaline， 1672

德国数学家莱布尼兹 1672年对“Pascaline”进 行了改进，可进行四则运算和开方。称之为莱布 尼兹轮。
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)
帕斯卡与机械计算机 Pascaline，1642
IBM PC（Personal Computer)
计算机概述——计算机的分类
计算机的分类：

根据体积大小、计算速度、处理能力、价格等特性来分类。
巨型计算机 (Supercomputer ) 大型计算机 (Mainframe computer ) 小型计算机 (Minicomputer) 微型计算机 (Microcomputer)
辅助教学（CAI）
Computer-assisted instruction
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通过教师、学生与计算机系统 的对话，实现教学的技术。
远程教育
远程健康护理
网络交易
网上购物
计算机的应用 （续）

数值计算

气象预报由 什么工具来 计算？
计算机改变了一些学 科传统的研究方法， 促成了计算力学、计 算物理、计算化学、 生物控制论等新学科 的出现。
图灵在1936年发表的论文中，
提出了一种计算机抽象模型，
利用这种计算机可用一些简单 的机械动作实现推理。这种计 算机也称“图灵机”。
莫奇利、埃克特与 ENIAC, 1946
第一台电子计算机， Electronic Numerical Integrator And Calculator
(ENIAC), 诞生于1946年，由莫奇利与埃克特设计。
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 “ (Differen
ce 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 )”。
霍列瑞斯与卡片穿孔制表机，1890

计算机系统发展的重要一 步是1890年制表机的发明。 由霍列瑞斯发明，首次用 于全美的人口普查。
学出版社， 2007
计算机科学导论（第7版）（影印版），布鲁克希尔
著，清华大学出版社 ，2004
课程目标

展示计算机科学的全景 激发学习兴趣

为后续课程的学习做好必要的知识准备
学习要求

了解计算机科学的内涵与应用领域、计算机的硬件
结构与组成原理、软件工程、计算机网络与信息安 全、多媒体技术、人工智能等领域的基本知识；
等知识，力求使学生对计算机科学有比较全面的了解。与此同时，
使读者对后续课程的学习有一个概括的了解，为今后的学习打下 良好的基础。
《计算机科学导论》教材
教材
《计算机科学导论》 机械工业出版社
参考书： 计算机科学导论，王玲，宋斌编著，清华大学出版
刘艺等译
社，2008
计算机科学导论（第2版），瞿中 等编著，清华大
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IBM 360 系列机
28
IBM 360/20
计算机的发展历史
第一台微型计算机
Intel公司于1971年开发Intel4004微处理器，在3毫米 ×4毫米的大规模集成电路芯片上有2250个晶体管，每秒 运算速度6万次。
第一台基于Intel微处理器的微型计算机有以下说法：

Intel公司的MCS-4（1971年） 约翰· 布兰肯贝克的Kenbak 1（1971年） 加拿大自动电器系统公司推出商用电脑(有显示屏、 键盘、CPU（1972年） 法国Micral公司的Micral（1973年，首次在广告中 使用了Microcomputer一词）

器件为晶体管和集成电路混合的。


IBM360的贡献在于通用化、标准化、系列化。
可用于科学计算、商业数据处理。 内部硬件和其它设置可适应多方面的应用。 同一程序可在机器语言一级上在不同的计算机 上执行。 IBM360有大、中、小三大类六个型号。

从IBM360开始有了计算机兼容的概念。
计算机的分类——小型计算机
中规模、较便宜、功耗小于大型计算机，能为小型商业提供 39 适当的计算能力。
计算机的分类—— 微型计算机 计算机的分类 —— 微型计算机
这些是什么 ??? 微型计算机!!!
计算机的分类——微型计算机
一种建立在单处理器芯片上的计算机，也叫个人计算
机或PC机。
桌面型计算机 笔记本式计算机 个人数字助理 (PDA)
1950年。

UNIVAC (Universal Automatic Computer ), 第一 台商业计算机，1951年由 莫奇利与埃克特设计制造。
冯•诺依曼与IAS, 1952

冯•诺依曼的 IAS 计算机诞生于 1952。
计算机概述——计算机的发展历史
1 电子管时代（从ENIAC诞生到50年代后期） 2 晶体管时代（50年代中期到60年代中期）

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Intel 4004微处理器芯片
微处理芯片和微型计算机
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计算机的发展历史
第一台个人计算机
美国微型仪器和遥感系统公司1972年推出的MITS816，是世界上第一台供个人使用的数字微型计算机。
1977年苹果公司推出的“苹果II型”，是世界上第一
台有彩色图形界面的个人计算机，使用摩托罗拉6502芯 片，每秒50万次加法、48K基本内存。 1981年8月 IBM 推出 IBM 5150 个人计算机，使用 Intel8088芯片，4.77兆主频、64K内存、MS—DOS操作 系统，售价单色显示器3000美元、彩色显示器6000美元。