計算機導論講授：李芳芳8/9/20231計算機導論講授：李芳芳8/8/20231課程性質(zhì)與目的本課程是入門性的專業(yè)基礎(chǔ)課。通過計算機硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與信息系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)、多媒體技術(shù)、計算機信息安全技術(shù)等內(nèi)容的學習，為后續(xù)的計算機課程構(gòu)建一個基本知識框架，也為以后學習和掌握專業(yè)知識奠定良好的基礎(chǔ)。8/9/20232課程性質(zhì)與目的本課程是入門性的專業(yè)基礎(chǔ)課。8/8/20232學時分配和成績計算方法本課程主要采用課堂講授和學生實驗的形式，課堂講授

36學時，學生實驗27學時。計劃每周安排3+3課時。成績計分方法為：課堂點名與平時作業(yè)各30％+期末考試40%8/9/20233學時分配和成績計算方法本課程主要采用課堂講授和學生實驗的形式第1章計算機科學技術(shù)發(fā)展概述

1.1計算發(fā)展史1.2現(xiàn)代計算機的產(chǎn)生1.3計算機系統(tǒng)的定義1.4計算機的應(yīng)用1.5計算機科學的知識體系和分支學科1.6新型計算機系統(tǒng)8/9/20234第1章計算機科學技術(shù)發(fā)展概述

1.1計算發(fā)展史8/8/21.1計算發(fā)展史計算作為人類社會生活、生產(chǎn)中總結(jié)發(fā)展起來的一門知識，已經(jīng)歷了漫長的發(fā)展階段。結(jié)繩紀事算盤機械式（模擬）計算機電子式（數(shù)字）計算機8/9/202351.1計算發(fā)展史計算作為人類社會生活、生產(chǎn)中總結(jié)發(fā)展起來的1.2現(xiàn)代計算機的產(chǎn)生1946年2月14日世界上第一臺數(shù)字電子計算機ENIAC(TheElectronicNumericalIntegratorandComputer，電子數(shù)值積分計算機)在美國賓夕法尼亞大學研制成功。

被公認為第一臺使用電子線路來執(zhí)行算術(shù)、邏輯運算和信息存儲的真正工作的計算機器。奠定了電子計算機的發(fā)展基礎(chǔ)，開辟了計算機科學技術(shù)的新紀元。8/9/202361.2現(xiàn)代計算機的產(chǎn)生1946年2月14日世界上第一臺數(shù)字1.2現(xiàn)代計算機的產(chǎn)生8/9/202371.2現(xiàn)代計算機的產(chǎn)生8/8/20237埃尼阿克ENIAC是美國奧伯丁武器試驗場為滿足計算彈道需要而研制。主要發(fā)明人是電氣工程師普雷斯波?？颂睾臀锢韺W家約翰莫奇勒博士采用電子管作為計算機的基本元件，每秒可進行5000次加減運算。使用了18000只電子管，10000只電容，7000只電阻，體積3000立方英尺，占地170平方米，重量30噸，耗電140~150千瓦，機器被安裝在一排2.75米高的金屬柜里,是一個名副其實的“龐然大物”8/9/20238埃尼阿克ENIAC是美國奧伯丁武器試驗場為滿足計算彈道需要而世界上第一臺數(shù)字電子計算機ENIAC8/9/20239世界上第一臺數(shù)字電子計算機ENIAC8/8/20239計算機之父——馮?諾依曼1946年6月美籍匈牙利數(shù)學家馮?諾依曼等提出關(guān)于電子計算裝置邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計的研究報告。電子計算機應(yīng)該是：1)以二進制為運算基礎(chǔ)；2)采用存儲程序方式工作。并進一步明確其結(jié)構(gòu)應(yīng)由五個部分組成：運算器、控制器、存儲器、輸入裝置和輸出裝置。至今絕大部分的計算機還是采用存儲程序式計算機的組織結(jié)構(gòu)思想及實現(xiàn)方法8/9/202310計算機之父——馮?諾依曼1946年6月美籍匈牙利數(shù)學家馮?諾第四代計算機（大、超大規(guī)模集成電路時代）第三代計算機（中小規(guī)模集成電路時代）第二代計算機（晶體管時代）第一代計算機（電子管時代）計算機發(fā)展簡史12348/9/202311第四代計算機（大、超大規(guī)模集成電路時代）第三代計算機（中小規(guī)第一代計算機（1946年～1957年）邏輯器件使用電子管用穿孔卡片機作為數(shù)據(jù)和指令的輸入設(shè)備用磁鼓或磁帶作為外存儲器要計算一個新的題目，就得將線路另外重新搭接一次，把成千上萬的線重新焊一下。在1949出現(xiàn)了可以存儲程序的計算機。這些計算機使用機器語言編程，可存儲信息和自動處理信息。人類存儲和處理信息的方法開始發(fā)生革命性的變化。第一代計算機（電子管時代）8/9/202312第一代計算機（1946年～1957年）第一代計算機（電子管時第二代計算機（1958年～1964年）使用晶體管代替了電子管；內(nèi)存儲器采用了磁芯體；引入了變址寄存器和浮點運算硬件；利用I/O處理機提高了輸入輸出能力；在軟件方面配置了子程序庫和批處理管理程序，并且推出了Fortran、COBOL、ALGOL等高級程序設(shè)計語言及相應(yīng)的編譯程序。第二代計算機（晶體管時代）8/9/202313第二代計算機（1958年～1964年）第二代計算機（晶體管時第三代計算機（1965年～1971年）用小規(guī)模或中規(guī)模集成電路；用半導體存儲器代替磁芯存儲器；使用微程序設(shè)計技術(shù)簡化處理機的結(jié)構(gòu)；在軟件方面則廣泛地引入多道程序、并行處理、虛擬存儲系統(tǒng)和功能完備的操作系統(tǒng)，同時還提供了大量的面向用戶的應(yīng)用程序。三代機的典型機型是IBM360系列第三代計算機（中小規(guī)模集成電路時代）8/9/202314第三代計算機（1965年～1971年）第三代計算機（中小規(guī)模第四代計算機（1972年～現(xiàn)在）使用了大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路。完善的系統(tǒng)軟件、豐富的系統(tǒng)開發(fā)工具和商品化的應(yīng)用程序的大量涌現(xiàn)，以及通信技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，使得計算機進入了一個大發(fā)展的階段。第四代計算機（大、超大規(guī)模集成電路時代）8/9/202315第四代計算機（1972年～現(xiàn)在）第四代計算機（大、超大規(guī)模集思考：有第五代計算機嗎？作業(yè)：第五代電子計算機的發(fā)展進程？8/9/202316思考：有第五代計算機嗎？8/8/2023161.3計算機系統(tǒng)的定義由計算機硬件系統(tǒng)和計算機軟件系統(tǒng)兩大部分組成。是由一系列電子元器件按照一定邏輯關(guān)系聯(lián)接而成，它是計算機系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)計算機硬件系統(tǒng)是指用來指揮計算機運行的各種程序的總和以及開發(fā)、使用和維護這些程序所需的技術(shù)資料。計算機軟件系統(tǒng)+8/9/2023171.3計算機系統(tǒng)的定義是由一系列電子計算機硬件系統(tǒng)計算機軟計算機硬件基本組成示意圖輸入設(shè)備輸出設(shè)備存儲器CPU運算器控制器8/9/202318計算機硬件基本組成示意圖輸入設(shè)備輸出設(shè)備存儲器運算器控制器8計算機系統(tǒng)的層次關(guān)系應(yīng)用軟件層AutoCAD、財務(wù)軟件、ERP、MIS等實用軟件層編譯程序、編輯程序、軟件開發(fā)工具、接口軟件、圖形處理軟件、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)軟件等操作系統(tǒng)層DOS、MACOS、Windows、UNIX、Linux、Solaris等硬件層CPU(運算器和控制器)存儲器(主存和輔存)輸入輸出設(shè)備：鍵盤、鼠標、顯示器基本配置附加配置打印機、掃描儀、聲卡、網(wǎng)卡、攝像頭、移動硬盤磁帶機、電子眼、U盤等8/9/202319計算機系統(tǒng)的層次關(guān)系應(yīng)用軟件層AutoCAD、財務(wù)軟件、E1.4計算機的分類按照計算機工作原理和運算方式的不同，以及計算機中信息表示形式和處理方式分為：電子計算機數(shù)字式電子計算機digitalcomputer模擬式電子計算機analogcomputer數(shù)字模擬混合計算機hybridcomputer

當今廣泛應(yīng)用的是數(shù)字計算機，因此，常把數(shù)字式電子計算機(electronicdigitalcomputer)簡稱為電子計算機或計算機。8/9/2023201.4計算機的分類電子計算機數(shù)字式電子計算機模擬式電子計算機按計算機的用途分:通用計算機(generalpurposecomputer)專用計算機specialpurposecomputer)計算機能解決多種類型問題，是具有較強通用性的計算機。一般的數(shù)字式電子計算機多屬此類。是為解決某些特定問題而專門設(shè)計的計算機，如嵌入式系統(tǒng)。8/9/202321按計算機的用途分:通用計算機(generalpurpose根據(jù)計算機的總體規(guī)模分類(按照計算機的字長、運算速度、存儲量大小、功能強弱、配套設(shè)備多少軟件系統(tǒng)的豐富程度)微型計算機microcomputer小型計算機minicomputer大/中型計算機mainframe巨型機Supercomputer1234網(wǎng)絡(luò)計算機networkcomputer5常見微型機可分為臺式機、便攜機、筆記本電腦、掌上型電腦等多種類型。

8/9/202322根據(jù)計算機的總體規(guī)模分類(按照計算機的字長、運算速度、存儲量1.5計算機特點運算速度快精度高信息容量大具有記憶和邏輯判斷能力使用方便適應(yīng)性強。8/9/2023231.5計算機特點運算速度快8/8/2023231.4計算機的應(yīng)用科學與工程計算理論研究和工程技術(shù)中數(shù)學問題的計算是龐大的數(shù)值計算?；瘜W、物理、天文等領(lǐng)域的定理推導和問題求解；在地球物理勘探、氣象預報中大量圖形圖像數(shù)據(jù)的分析；衛(wèi)星、宇宙飛船運行軌道的計算。8/9/2023241.4計算機的應(yīng)用科學與工程計算8/8/2023241.4計算機的應(yīng)用1.科學與工程計算如果采用手工，耗費的時間已經(jīng)比人類壽命高出幾個數(shù)量級。

如圓周率π的計算，19世紀一位外國數(shù)學家把圓周率π的值計算到小數(shù)點后面707位，共花了15年的時間，1984年一位日本人用計算機將π計算到1000萬位，只用了24個小時。8/9/2023251.4計算機的應(yīng)用1.科學與工程計算如果采1.4計算機的應(yīng)用2.信息處理

信息處理指信息的收集、識別、提取、加工、變換、存儲、傳遞、檢索、檢測和分析。信息可以是數(shù)值的，也可以是文字的，還可以是圖片或聲音的。8/9/2023261.4計算機的應(yīng)用2.信息處理信息處理指信1.4計算機的應(yīng)用3.自動控制自動控制也稱為實時控制或過程控制，指通過自動檢測裝置采集工藝過程和設(shè)備狀態(tài)的數(shù)據(jù)，經(jīng)計算機分析處理，迅速對控制對象進行控制。8/9/2023271.4計算機的應(yīng)用3.自動控制自動控制也稱1.4計算機的應(yīng)用4.計算機通信與網(wǎng)絡(luò)計算機通信是將一臺計算機產(chǎn)生的數(shù)字信息通過通信信道傳送給其他計算機。計算機網(wǎng)絡(luò)是指將分布在不同地點具有獨立功能的多臺計算機通過通信設(shè)備及傳輸媒體互聯(lián)起來，按照規(guī)定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實現(xiàn)資源共享為目標的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。8/9/2023281.4計算機的應(yīng)用4.計算機通信與網(wǎng)絡(luò)計算1.4計算機的應(yīng)用5.人工智能

是對人類的智能進行模擬，是指計算機應(yīng)用知識進行推理，進而表示和執(zhí)行人類的智能活動，來模擬人腦從事的推理、學習、思考和規(guī)劃等思維活動，并解決需要人類的智力才能處理的復雜問題。例如：專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和機器博弈等。IBM的“深藍”系統(tǒng)戰(zhàn)勝了國際象棋大師是計算機的機器智能水平的一次榮譽記錄，也是聰明的人工智能軟件的一個成功范例。8/9/2023291.4計算機的應(yīng)用5.人工智能是對人類的智1.4計算機的應(yīng)用人工智能(人機大戰(zhàn))-卡斯帕羅夫&“深藍”“深藍”計算機由國際商用機器公司IBM技術(shù)人員歷經(jīng)六年時間研制成功，它帶有256個能在一臺RS6000型計算機上同時運行的處理器。這臺“深藍”計算機的計算能力是“深思”計算機的1000倍。它可以在3分鐘內(nèi)對500億步棋進行分析并作出選擇。8/9/2023301.4計算機的應(yīng)用人工智能(人機大戰(zhàn))-卡斯帕羅夫&“1.4計算機的應(yīng)用6.計算機輔助系統(tǒng)是指能夠部分或全部代替人完成各項工作(如設(shè)計、制造及教學等)的計算機應(yīng)用系統(tǒng)。計算機輔助設(shè)計CAD計算機輔助制造CAM計算機輔助教學CAI計算機輔助測試CAT等8/9/2023311.4計算機的應(yīng)用6.計算機輔助系統(tǒng)是指能夠部分或全部代替1.4計算機的應(yīng)用7.多媒體技術(shù)多媒體技術(shù)是指把文本、圖形、圖像、動畫、音頻、視頻等多種媒體通過計算機進行信息采集、數(shù)字處理、網(wǎng)絡(luò)傳輸、屏幕顯示等應(yīng)用的綜合性技術(shù)。8/9/2023321.4計算機的應(yīng)用7.多媒體技術(shù)多媒體技術(shù)1.5計算機科學的知識體系和分支學科計算機科學的知識體系計算基礎(chǔ)(數(shù)學)硬件基礎(chǔ)(電子技術(shù))計算機科學專業(yè)基礎(chǔ)層計算機科學應(yīng)用層8/9/2023331.5計算機科學的知識體系和分支學科計算機科學的知識體系計1.5計算機科學的知識體系和分支學科計算機科學的分支學科（1）計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計算機網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用計算機控制和機器人學程序設(shè)計科學與方法論軟件工程和方法學理論計算科學8/9/2023341.5計算機科學的知識體系和分支學科計算機科學的分支學科（1.5計算機科學的知識體系和分支學科計算機科學的分支學科（2）數(shù)據(jù)庫理論和信息系統(tǒng)人工智能與知識工程人機工程計算機輔助系統(tǒng)·計算機科學史的研究8/9/2023351.5計算機科學的知識體系和分支學科計算機科學的分支學科（1.5計算機科學的知識體系和分支學科計算機科學知識體系的分層結(jié)構(gòu)應(yīng)用層中間系統(tǒng)層計算機網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)硬件及邏輯基礎(chǔ)軟件基礎(chǔ)社會和職業(yè)道德8/9/2023361.5計算機科學的知識體系和分支學科計算機科學知識體系的分1.6新型計算機系統(tǒng)半個多世紀以來，電子學及其相關(guān)科學的發(fā)展，使計算機的總線、CPU、存儲器、外部設(shè)備都得到了巨大改進，但仍然是以原來的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架為基礎(chǔ)，現(xiàn)有芯片制造方法將在未來10多年內(nèi)達到極限。想要克服摩爾定律的限制，那么很可能需要在目前的計算設(shè)計上做根本改變，采用全新計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。8/9/2023371.6新型計算機系統(tǒng)半個多世紀以來，電子學及其相關(guān)科學的發(fā)生物計算機以生物界處理問題的方式為模型的計算機都屬于生物計算機狹義的生物計算