1、北京理工大學(xué)計算機學(xué)院第一講第一講 概述概述計算機科學(xué)導(dǎo)論計算機科學(xué)導(dǎo)論2l主講教師：主講教師： 馬馬 波波l授課對象：授課對象：20112011級計算機學(xué)院學(xué)生級計算機學(xué)院學(xué)生l總學(xué)時數(shù)：總學(xué)時數(shù)：100000100000學(xué)時學(xué)時l理論教學(xué)學(xué)時數(shù)：理論教學(xué)學(xué)時數(shù)：1100011000學(xué)時學(xué)時l上機學(xué)時數(shù)：上機學(xué)時數(shù)：10001000學(xué)時學(xué)時322483計算機科學(xué)導(dǎo)論教材l教材計算機科學(xué)導(dǎo)論 機械工業(yè)出版社 劉藝等譯4課程目標(biāo)課程目標(biāo)l展示計算機科學(xué)的全景l(fā)激發(fā)學(xué)習(xí)興趣l為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)做好必要的知識準(zhǔn)備學(xué)習(xí)要求l了解計算機科學(xué)的內(nèi)涵與應(yīng)用領(lǐng)域、計算機的硬件結(jié)構(gòu)與組成原理、軟件工程、計算機網(wǎng)絡(luò)

2、與信息安全、多媒體技術(shù)、人工智能等領(lǐng)域的基本知識；l初步掌握計算機科學(xué)的基本概念和術(shù)語、操作系統(tǒng)的功能、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫的基本概念和相關(guān)技術(shù)、計算機基本應(yīng)用技能等。56課程安排課程安排講授內(nèi)容講授內(nèi)容第第1 1講：講：概論概論 （第（第1 1章）章） 第第2 2講：講：數(shù)據(jù)和數(shù)的表示數(shù)據(jù)和數(shù)的表示 （第（第2 2、3 3、4 4章）章）第第3 3講：講：計算機硬件計算機硬件 （第（第5 5章）章） 第第4 4講：講：計算機操作系統(tǒng)計算機操作系統(tǒng) （第（第7 7章）章） 第第5 5講：講：算法算法 （第（第8 8章）章） 第第6 6講：講：計算機程序設(shè)計基礎(chǔ)計算機程序設(shè)計基礎(chǔ)（第（第9 9章）章

3、）第第7 7講：講：計算機網(wǎng)絡(luò)與安全計算機網(wǎng)絡(luò)與安全 （第（第6 6、1616章）章）第第8 8講：講：軟件工程軟件工程 （第（第1010章）章）第第9 9講：講：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) （第（第1111，1212章）章） 第第1010講：講：數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫 （第（第1414章）章） 第第1111講：講：人工智能與計算理論人工智能與計算理論 （第（第1717，1818章）章） 周次周次安排安排周學(xué)時周學(xué)時2熟悉網(wǎng)絡(luò)教室的使用熟悉網(wǎng)絡(luò)教室的使用機房機房2學(xué)時學(xué)時練習(xí)通過練習(xí)通過Internet網(wǎng)檢索文獻資料網(wǎng)檢索文獻資料機房機房2學(xué)時學(xué)時練習(xí)練習(xí)Word/Excel/PowerPoint的使用的使用機房

4、機房2學(xué)時學(xué)時撰寫專題報告撰寫專題報告機房機房2學(xué)時學(xué)時7上機練習(xí)（上機練習(xí)（8 8學(xué)時），時間待通知學(xué)時），時間待通知8l 按時完成并提交教師布置的作業(yè)按時完成并提交教師布置的作業(yè)l 作業(yè)的發(fā)布、提交和答疑均在作業(yè)的發(fā)布、提交和答疑均在“網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)教教學(xué)支撐平臺學(xué)支撐平臺” 進行進行l(wèi) 計算機科學(xué)導(dǎo)論教學(xué)網(wǎng)站：計算機科學(xué)導(dǎo)論教學(xué)網(wǎng)站： http:/ “網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)支撐平臺教學(xué)支撐平臺”的用法也請登錄：的用法也請登錄： http:/ 1 1計算機基礎(chǔ)筆試成績（計算機基礎(chǔ)筆試成績（50%50%） 2 2專題討論報告（專題討論報告（40%40%） 3. 3. 平時作業(yè)（平時作業(yè)（10%10%）11

5、1.1.專題討論題目分為專題討論題目分為兩大類兩大類： 計算機發(fā)展史方面計算機發(fā)展史方面 計算機軟、硬件組成方面計算機軟、硬件組成方面 2. 2.每位學(xué)生在兩大類題目中各選擇一每位學(xué)生在兩大類題目中各選擇一個小題目作為自己的討論專題。個小題目作為自己的討論專題。 3. 3.相關(guān)資料通過互聯(lián)網(wǎng)或其他媒體收相關(guān)資料通過互聯(lián)網(wǎng)或其他媒體收集，要保證資料的正確和可靠。集，要保證資料的正確和可靠。12 4.4.寫專題報告，報告不少于寫專題報告，報告不少于20002000字。字。WORDWORD文檔，要求有一定的格式（如標(biāo)題、正文檔，要求有一定的格式（如標(biāo)題、正文、字體、行距等等）。文、字體、行距等等）。

6、5.5.做出專題報告的演講文稿，不少于做出專題報告的演講文稿，不少于1010張張幻燈片。幻燈片。PPTPPT文檔，要求圖文并茂，并文檔，要求圖文并茂，并有一定的動畫和鏈接。有一定的動畫和鏈接。6.6.對專題報告中的數(shù)據(jù)（如果有的話）進對專題報告中的數(shù)據(jù)（如果有的話）進行處理，做出簡單的圖表，行處理，做出簡單的圖表，XLSXLS文檔。文檔。7.7.專題報告中必須要有專題報告中必須要有個人的分析和見解個人的分析和見解。13本講內(nèi)容本講內(nèi)容1.11.1計算機系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)計算機系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu) 1.21.2計算機的發(fā)展歷史計算機的發(fā)展歷史 1.31.3計算機的分類計算機的分類 1.41.4計算機應(yīng)用計算機

7、應(yīng)用 什么是計算機科學(xué)14Computer science is the study of the theory, design, implementation, and performance of computer software and computer systems, including the study of computability and computation itself.UM-CS15什么是計算機什么是計算機輸出輸出l計算機是數(shù)據(jù)處理器，它根據(jù)事先存儲在存計算機是數(shù)據(jù)處理器，它根據(jù)事先存儲在存儲器中的一組指令的要求，接收儲器中的一組指令的要求，接收輸入輸入的數(shù)據(jù)、的

8、數(shù)據(jù)、處理處理數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)、 存儲存儲數(shù)據(jù)并且數(shù)據(jù)并且輸出輸出數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)。輸入輸入8,12,22,33,8,12,22馮.諾依曼模型（John Von Neumann19031957）16現(xiàn)代計算機都是基于馮.諾依曼模型4個子系統(tǒng)個子系統(tǒng)程序存儲程序存儲指令順序執(zhí)行指令順序執(zhí)行計算機硬件計算機硬件計算機軟件計算機軟件17計算機概述計算機概述計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)分層結(jié)構(gòu)由原始事實和圖像等各種信息組成由原始事實和圖像等各種信息組成程序程序18計算機基礎(chǔ)計算機基礎(chǔ)計算機的發(fā)展歷史機械計算器時期機械計算器時期 (1930以前以前)電子計算機時期電子計算機時期 (1930 1950)現(xiàn)代計算機時期

9、現(xiàn)代計算機時期 (1950 now)帕斯卡與帕斯卡與機械計算機機械計算機 Pascaline， 1642萊布尼茲與萊布尼茲與 改進的改進的Pascaline，1672巴貝奇與巴貝奇與 差分引擎差分引擎，1823霍列瑞斯與霍列瑞斯與卡片穿孔制表機卡片穿孔制表機，1890圖靈與圖靈與圖靈機圖靈機、巨人計算機巨人計算機 Colossus，1943馮馮諾依曼諾依曼 與與IAS, 1952莫奇利和?？颂嘏c莫奇利和?？颂嘏cENIAC, 1946EDVAC, 1950 與與UNIVAC, 195119帕斯卡與帕斯卡與機械計算機機械計算機 Pascaline，1642l早期最重要的計算工具是早期最重要的計算工

10、具是算盤算盤 (abacus) l計算工具最重要的發(fā)展是帕斯卡計算工具最重要的發(fā)展是帕斯卡機械計算機機械計算機 ，也稱，也稱“Pascaline”，1642由法國數(shù)學(xué)家由法國數(shù)學(xué)家 Blaise Pascal發(fā)明。可對所以數(shù)字做加減法運發(fā)明。可對所以數(shù)字做加減法運算。算。20萊布尼茲與萊布尼茲與 改進的改進的Pascaline， 1672l德國數(shù)學(xué)家萊布尼茲德國數(shù)學(xué)家萊布尼茲 1672年對年對“Pascaline”進行了改進，可進行四進行了改進，可進行四則運算和開方。稱之為萊布尼茲輪。則運算和開方。稱之為萊布尼茲輪。21巴貝奇與巴貝奇與 差分引擎差分引擎，1823l 1823年年, 設(shè)計了設(shè)計

11、了一臺自動的機械一臺自動的機械計算器，也稱計算器，也稱差差分引擎分引擎 “ (Difference Engine )”。1833, 又開始設(shè)計可編程的自又開始設(shè)計可編程的自動機械數(shù)字計算機，也稱動機械數(shù)字計算機，也稱分分析引擎析引擎 “ (Analytical Engine )”。22霍列瑞斯與霍列瑞斯與卡片穿孔制表機卡片穿孔制表機，1890l計算機系統(tǒng)發(fā)展的重要一計算機系統(tǒng)發(fā)展的重要一步是步是1890年制表機的發(fā)明。年制表機的發(fā)明。由霍列瑞斯發(fā)明，首次用由霍列瑞斯發(fā)明，首次用于全美的人口普查。于全美的人口普查。 l1896年，霍列瑞斯組織了年，霍列瑞斯組織了International Bus

12、iness Machines (IBM)。 l該組織后來在計算機發(fā)展該組織后來在計算機發(fā)展中發(fā)揮了重要的作用。中發(fā)揮了重要的作用。23圖靈與圖靈與圖靈機圖靈機、巨人計算機巨人計算機 Colossus， 1943l圖靈在圖靈在1936年發(fā)表的論年發(fā)表的論文中，提出了一種計算文中，提出了一種計算機抽象模型，利用這種機抽象模型，利用這種計算機可用一些簡單的計算機可用一些簡單的機械動作實現(xiàn)推理。這機械動作實現(xiàn)推理。這種計算機也稱種計算機也稱“圖靈圖靈機機”。l1943年，圖靈設(shè)計了年，圖靈設(shè)計了 “Colossus” (巨人計算機巨人計算機)，主要用于第二次世界大戰(zhàn)破主要用于第二次世界大戰(zhàn)破譯德國的密

13、碼。譯德國的密碼。24莫奇利、?？颂嘏c莫奇利、?？颂嘏c ENIAC, 1946l第一臺電子計算機，第一臺電子計算機， Electronic Numerical Integrator And Calculator (ENIAC), 誕生于誕生于1946年，由莫奇利與?？颂卦O(shè)計。年，由莫奇利與?？颂卦O(shè)計。25編程編程: 通過插孔和開關(guān)實現(xiàn)通過插孔和開關(guān)實現(xiàn)速度速度: 5,000 次次/秒秒輸入輸入/輸出輸出: 卡片卡片, 指示燈指示燈, 開關(guān)開關(guān), 插孔插孔空間空間:1,000 平方英尺平方英尺26EDVAC, 1950與與UNIVAC, 1951lEDVAC (Electronic Discre

14、te Variable Automatic Computer ) 是第一臺存儲程序的計算是第一臺存儲程序的計算機，基于機，基于馮馮諾依曼諾依曼思想，思想，誕生于誕生于 1950年。年。lUNIVAC (Universal Automatic Computer ), 第一臺商第一臺商業(yè)計算機，業(yè)計算機，1951年由年由 莫奇利與埃克特設(shè)計制莫奇利與?？颂卦O(shè)計制造。造。27馮馮諾依曼與諾依曼與IAS, 1952l馮馮諾依曼的諾依曼的 IAS 計算機誕生于計算機誕生于 1952。28計算機概述計算機概述計算機的發(fā)展歷史1 電子管時代（從ENIAC誕生到50年代后期）2 晶體管時代（50年代中期到60

15、年代中期）3 集成電路時代（60年代中期到70年代前期）4 大規(guī)模集成電路時代（70年代初到80年代初）5 超大規(guī)模集成電路時代（80年代以后）6 生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)時代（人工智能）l第一臺通用計算機第一臺通用計算機 國際商用機器公司耗資國際商用機器公司耗資5050億美元歷時億美元歷時5 5年的年的IBM360IBM360系統(tǒng)計算機于系統(tǒng)計算機于19641964年問世。年問世。l器件為晶體管和集成電路混合的。器件為晶體管和集成電路混合的。lIBM360IBM360的貢獻在于通用化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。的貢獻在于通用化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。l可用于科學(xué)計算、商業(yè)數(shù)據(jù)處理?？捎糜诳茖W(xué)計算、商業(yè)數(shù)據(jù)處理。l內(nèi)部硬

16、件和其它設(shè)置可適應(yīng)多方面的應(yīng)用。內(nèi)部硬件和其它設(shè)置可適應(yīng)多方面的應(yīng)用。l同一程序可在機器語言一級上在不同的計算機同一程序可在機器語言一級上在不同的計算機 上執(zhí)行。上執(zhí)行。lIBM360IBM360有大、中、小三大類六個型號。有大、中、小三大類六個型號。l從從IBM360IBM360開始有了計算機兼容的概念。開始有了計算機兼容的概念。IBM 360 系列機系列機IBM 360/20l第一臺微型計算機Intel公司于1971年開發(fā)Intel4004微處理器，在3毫米4毫米的大規(guī)模集成電路芯片上有2250個晶體管，每秒運算速度6萬次。l第一臺基于Intel微處理器的微型計算機有以下說法：lIntel

17、公司的MCS-4（1971年）l約翰布蘭肯貝克的Kenbak 1（1971年）l加拿大自動電器系統(tǒng)公司推出商用電腦(有顯示屏、鍵盤、CPU（1972年）l法國Micral公司的Micral（1973年，首次在廣告中使用了Microcomputer一詞）Intel 4004微處理器芯片微處理器芯片微處理芯片和微型計算機微處理芯片和微型計算機l第一臺個人計算機第一臺個人計算機美國微型儀器和遙感系統(tǒng)公司美國微型儀器和遙感系統(tǒng)公司19721972年推出的年推出的MITS-816MITS-816，是世界上第一臺供個人使用的數(shù)字微，是世界上第一臺供個人使用的數(shù)字微型計算機。型計算機。19771977年蘋果

18、公司推出的年蘋果公司推出的“蘋果蘋果IIII型型”，是世，是世界上第一臺有彩色圖形界面的個人計算機，使用界上第一臺有彩色圖形界面的個人計算機，使用摩托羅拉摩托羅拉65026502芯片，每秒芯片，每秒5050萬次加法、萬次加法、48K48K基本基本內(nèi)存。內(nèi)存。19811981年年8 8月月 IBM IBM 推出推出 IBM 5150 IBM 5150 個人計算機，個人計算機，使用使用Intel8088Intel8088芯片，芯片，4.774.77兆主頻、兆主頻、64K64K內(nèi)存、內(nèi)存、MSMSDOSDOS操作系統(tǒng)，售價單色顯示器操作系統(tǒng)，售價單色顯示器30003000美元、美元、彩色顯示器彩色顯

19、示器60006000美元。美元。IBM PC（Personal Computer)37計算機概述計算機概述計算機的分類& 計算機的分類：計算機的分類：l根據(jù)體積大小、計算速度、處理能力、價格根據(jù)體積大小、計算速度、處理能力、價格等特性來分類。等特性來分類。巨型計算機巨型計算機 (Supercomputer )大型計算機大型計算機 (Mainframe computer )小型計算機小型計算機 (Minicomputer)微型計算機微型計算機 (Microcomputer)38計算機的分類計算機的分類巨型計算機最快速的最快速的、最昂貴的最昂貴的計算機，每秒能處理一萬億多條計算機，每秒能處

20、理一萬億多條指令。指令。l巨型計算機的典型應(yīng)用包括世界范圍的天氣巨型計算機的典型應(yīng)用包括世界范圍的天氣預(yù)報、核爆炸的仿真等。預(yù)報、核爆炸的仿真等。39計算機的分類計算機的分類巨型計算機40計算機的分類計算機的分類大型計算機 大型的大型的、快速的快速的、昂貴的昂貴的計算機，一般計算機，一般用來為商業(yè)或政府機用來為商業(yè)或政府機構(gòu)提供中心存儲處理構(gòu)提供中心存儲處理或大量數(shù)據(jù)的管理?；虼罅繑?shù)據(jù)的管理。41計算機的分類計算機的分類大型計算機42計算機的分類計算機的分類小型計算機 中規(guī)模、較便宜、功耗小于大型計算機，中規(guī)模、較便宜、功耗小于大型計算機，能為小型商業(yè)提供適當(dāng)?shù)挠嬎隳芰?。能為小型商業(yè)提供適當(dāng)?shù)?/p>

21、計算能力。43計算機的分類計算機的分類微型計算機計算機的分類計算機的分類微型計算機44計算機的分類計算機的分類微型計算機 一種建立在單處理器芯片上的計算機，一種建立在單處理器芯片上的計算機，也叫也叫個人計算機個人計算機或或PC機。機。l 桌面型計算機桌面型計算機l 筆記本式計算機筆記本式計算機l 個人數(shù)字助理個人數(shù)字助理 (PDA)45計算機的分類計算機的分類微型計算機計算機的分類計算機的分類微型計算機l桌面型計算機桌面型計算機l筆記本式計算機：筆記本式計算機：膝上型計算機膝上型計算機46計算機的分類計算機的分類微型計算機計算機的分類計算機的分類微型計算機l個人數(shù)字助理個人數(shù)字助理 (Pers

22、onal digital assistant )l掌上型計算機掌上型計算機47w輔助教學(xué)（輔助教學(xué)（CAICAI）omputer-assisted omputer-assisted instructioninstruction通過教師、學(xué)生與計算機系統(tǒng)通過教師、學(xué)生與計算機系統(tǒng)的對話，實現(xiàn)教學(xué)的技術(shù)。的對話，實現(xiàn)教學(xué)的技術(shù)。計算機概述計算機概述計算機應(yīng)用計算機應(yīng)用49w遠(yuǎn)程教育遠(yuǎn)程教育50遠(yuǎn)程健康護理遠(yuǎn)程健康護理51w網(wǎng)絡(luò)交易網(wǎng)絡(luò)交易52l數(shù)值計算數(shù)值計算工程計算、地震預(yù)工程計算、地震預(yù)測、氣象預(yù)報、火測、氣象預(yù)報、火箭發(fā)射等要求高速箭發(fā)射等要求高速度、高精度的科學(xué)度、高精度的科學(xué)計算都需要計

23、算機計算都需要計算機計算機改變了一些計算機改變了一些學(xué)科傳統(tǒng)的研究方學(xué)科傳統(tǒng)的研究方法，促成了計算力法，促成了計算力學(xué)、計算物理、計學(xué)、計算物理、計算化學(xué)、生物控制算化學(xué)、生物控制論等新學(xué)科的出現(xiàn)論等新學(xué)科的出現(xiàn)。計算機的應(yīng)用計算機的應(yīng)用 （續(xù)）（續(xù)）l數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理這是數(shù)值計算嗎？這是數(shù)值計算嗎？數(shù)據(jù)處理包括：數(shù)據(jù)處理包括：信息的收集、轉(zhuǎn)換、組信息的收集、轉(zhuǎn)換、組織、存儲、計算、檢索織、存儲、計算、檢索、排序等多項內(nèi)容。、排序等多項內(nèi)容。數(shù)據(jù)處理應(yīng)用于：數(shù)據(jù)處理應(yīng)用于：人口統(tǒng)計、檔案管理、人口統(tǒng)計、檔案管理、銀行業(yè)務(wù)、情報檢索、銀行業(yè)務(wù)、情報檢索、企業(yè)管理。企業(yè)管理。計算機的應(yīng)用計算機的應(yīng)用 （續(xù)）（續(xù)） 計算機越來越多計算機越來越多地應(yīng)用于生產(chǎn)自動化。地應(yīng)用于生產(chǎn)自動化。它在計算復(fù)雜的多變它在計算復(fù)雜的多變量控制問題和自動控量控制問題和自動控制系統(tǒng)的組織上都