第1章緒論(第三版32簡(jiǎn)化)

1、第,1,章,緒,論,內(nèi)容提要,本章主要將介紹計(jì)算機(jī)的定義、分類、,特點(diǎn)、用途和發(fā)展等基本概念。,通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，應(yīng)理解計(jì)算機(jī)的基,本概念。,計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,1.1,計(jì)算機(jī)的基本概念,1.1.1,什么是計(jì)算機(jī),計(jì)算機(jī)是一種能夠按照事先存儲(chǔ)的程序，自,動(dòng)、高速地對(duì),數(shù)據(jù),進(jìn)行輸入、處理、輸出和存儲(chǔ),的系統(tǒng)。,計(jì)算機(jī)能夠完成的基本操作及其主要功能：,?,輸入：接受由輸入設(shè)備（如鍵盤、鼠標(biāo)器、掃,描儀等）提供的數(shù)據(jù)。,?,處理：對(duì)數(shù)值、邏輯、字符等各種類型的數(shù)據(jù),進(jìn)行操作，按指定的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換。,?,輸出：將處理所產(chǎn)生的的結(jié)果等數(shù)據(jù)送到相關(guān),輸出設(shè)備。,?,存儲(chǔ)：存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)。,計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,1.

2、1.2,計(jì)算機(jī)的分類,1.,按處理的信號(hào)：,2.,按用途,:,數(shù)字式計(jì)算機(jī),模擬式計(jì)算機(jī),數(shù)?；旌陀?jì)算機(jī),通用計(jì)算機(jī),專用計(jì)算機(jī),巨型機(jī),(Supercomputer),大型機(jī)（,Mainframe),小型機(jī),(Minicomputer ),微型機(jī)（,PC: Personal Computer,）,嵌入式計(jì)算機(jī)（單片機(jī)）,計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,3.,按規(guī)模,:,1.,巨型機(jī),運(yùn)算速度快、存儲(chǔ)容量大，可達(dá)千萬(wàn)億次每秒以上運(yùn)算速,度，主存容量一般在幾十千兆字節(jié)以上，字長(zhǎng)在,128,位以上,運(yùn)算速度一般在億次,/,秒，字長(zhǎng)達(dá),64,位以上，主存容量在幾,千兆字節(jié)以上。它有比較完善的指令系統(tǒng)，豐富的外部設(shè),

3、備和功能齊全的軟件系統(tǒng)。,2.,大型機(jī),3.,小型機(jī),規(guī)模較小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低、操作簡(jiǎn)便、維護(hù)容易。,4.,微型機(jī),5.,嵌,入,式,計(jì)算機(jī),采用微處理器、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器和輸入輸出接口等芯片組裝，,具有體積更小、價(jià)格更低、通用性更強(qiáng)、靈活性更好、可,靠性更高、使用更加方便等優(yōu)點(diǎn)。,把運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器輸入輸出接口電路集成在一塊,芯片上，內(nèi)嵌在其他設(shè)備中。,計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,1.1.3,計(jì)算機(jī)的特點(diǎn),1.,2.,3.,4.,5.,運(yùn)算速度快,:,如巨型機(jī)可達(dá)千萬(wàn)億次,/,秒。,計(jì)算精度高：微型機(jī)的字長(zhǎng)可達(dá),64,位二進(jìn)制。,具有記憶和邏輯判斷功能,:,指能進(jìn)行與、或、非等的,邏輯運(yùn)算。,存儲(chǔ)

4、能力強(qiáng)：能夠存儲(chǔ)大量的各種信息。,能自動(dòng)運(yùn)行且支持人機(jī)交互：把編好的程序存入計(jì),算機(jī)，發(fā)出運(yùn)行指令后，計(jì)算機(jī)不需要人工干預(yù)可,以依次逐條執(zhí)行。人工干預(yù)時(shí)計(jì)算機(jī)能對(duì)其問(wèn)題做,出相應(yīng)的回答。,計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,1.1.4,計(jì)算機(jī)的用途,計(jì)算機(jī)所以能迅速發(fā)展，其生命力,就在于它的廣泛應(yīng)用。最早設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī),的目的是用于軍事方面的科學(xué)計(jì)算，目,前，計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用已經(jīng)滲透到社會(huì)的,各行各業(yè)，正在改變著傳統(tǒng)的工作、學(xué),習(xí)和生活的方式，推動(dòng)著社會(huì)的發(fā)展，,如：科研、工業(yè)、商業(yè)、軍事、教育、,醫(yī)藥、政府、娛樂(lè)、家庭等。,歸納起來(lái)主要有以下幾種用途：,計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,1.,科學(xué)計(jì)算,第一章,微型計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工

5、作原理,通常是指用于完成科學(xué),研究和工程技術(shù)中提出的數(shù),學(xué)問(wèn)題的計(jì)算。這是計(jì)算機(jī),應(yīng)用最早的領(lǐng)域，也是應(yīng)用,得較廣泛的領(lǐng)域。,如：,?,的計(jì)算、中,長(zhǎng),期,天,氣,預(yù),報(bào),及,導(dǎo),彈,發(fā),射,中,的,計(jì),算,等。,計(jì)算機(jī)在科學(xué)計(jì)算和工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，不僅減輕了,大量繁瑣的計(jì)算工作量，更重要的是，使得一些以往無(wú),法解決、無(wú)法及時(shí)解決或無(wú)法精確解決的問(wèn)題得到圓滿,的解決,。,計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,2.,信息處理,是指對(duì)大量的,數(shù)據(jù)信息,進(jìn)行采集、查詢、分類、,排序、統(tǒng)計(jì)、存儲(chǔ)及傳輸?shù)鹊燃庸ぬ幚怼?計(jì)算機(jī)發(fā)展初期，僅僅用于數(shù)值計(jì)算。但是后,來(lái)應(yīng)用范圍逐漸發(fā)展到非數(shù)值領(lǐng)域，這是計(jì)算機(jī),應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域。,如

6、：企業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)、,物資管理系統(tǒng)、資料圖書,管理系統(tǒng)、人事管理系統(tǒng),等等。,計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,3.,實(shí)時(shí)控制,實(shí)時(shí)控制，是指用計(jì)算機(jī)及時(shí)采集檢測(cè)數(shù)據(jù)，按,最佳值迅速地對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行自動(dòng)控制或自動(dòng)調(diào)節(jié)。,如對(duì)工業(yè)生,產(chǎn)領(lǐng)域的過(guò)程控,制，即對(duì)生產(chǎn)過(guò),程進(jìn)行監(jiān)視和控,制；控制飛機(jī)飛,行姿態(tài)、地形回,避及導(dǎo)彈攔截等。,計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,4.,計(jì)算機(jī)輔助工程,第一章,微型計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理,CAX(X=D,、,M,、,T,、,I,等,),CAD,?,計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì),CAM,?,計(jì)算機(jī)輔助制造,CAT,?,計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試,CAI,?,計(jì)算機(jī)輔助教學(xué),?,CMI,計(jì)算機(jī)管理教學(xué),計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,5.,

7、人工智能,計(jì)算機(jī)模擬人的智能。如機(jī)器人、專家系,統(tǒng)、語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)、圖形圖像等模式識(shí)別系,統(tǒng)。,計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,6.,網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用,利用通信設(shè)備將異地計(jì),算機(jī)系統(tǒng)連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn),資源共享和信息傳播。如,：,信息高速公路,計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,第一章,微型計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理,電子商務(wù),電,子,商,務(wù),（,源,于,英,文,ELECTRONIC,COMMERCE,簡(jiǎn)寫,EC,），顧名思義包含兩個(gè)方面：,一是電子方式，二是商貿(mào)活動(dòng)，電子商務(wù)指的是利,用簡(jiǎn)單、快捷、低成本的電子通訊方式、買賣雙方,不謀面地進(jìn)行商貿(mào)活動(dòng)。,電子商務(wù)的真正發(fā)展是建立在,INTERNET,技術(shù),上，所以也稱,IC(INTERNET

8、,COMMERCE).,計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,7.,儀器儀表與智能家電,儀器儀表,將,傳,感,器,與,計(jì),算,機(jī),集成于同一芯片上，智能,傳感器不僅具有信號(hào)檢測(cè)、,轉(zhuǎn)換功能，同時(shí)還具有記,憶、存儲(chǔ)、解析、統(tǒng)計(jì)、,處理及自診斷、自校準(zhǔn)、,自適應(yīng)等功能。,計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,智能家電,計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,辦公自動(dòng)化,計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,1.1.5,計(jì)算機(jī)的發(fā)展,1,、計(jì)算機(jī)的誕生,戰(zhàn)國(guó)時(shí)代算籌,唐末出現(xiàn)算盤。,1642,年法國(guó)數(shù)學(xué)家發(fā)明了加減法機(jī)械計(jì)算器。,1654,年英國(guó)人制造出第一把計(jì)算尺。,1654,年德國(guó)數(shù)學(xué)家研制出能進(jìn)行加減乘除的計(jì)算尺。,1887,年出現(xiàn)了手搖計(jì)算機(jī)。,1946,年美國(guó)誕生了第一臺(tái)電子計(jì)

9、算機(jī),ENIAC,。,埃尼阿克（,Electronic Numerical Integrator And,Calculator,）,即電子數(shù)值積分計(jì)算機(jī),),在美國(guó)賓夕法,尼亞大學(xué)誕生,為計(jì)算彈道和射擊而設(shè)計(jì),它的主要元器件,采用的是電子管。,計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,加法器,1642 Blaise Pascal,1822,差分機(jī),1946 ENIAC,計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī),ENIAC,?,5000,次加法,/,秒,?,體重,28,噸,?,占地,170m,2,?,18800,只電子管,?,1500,個(gè)繼電器,?,功率,150KW,圖,1,計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,圖,2,計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)

10、論,圖,3,2,、計(jì)算機(jī)的發(fā)展階段,（,1,）第一代計(jì)算機(jī),電子管計(jì)算機(jī)時(shí)代，,1946,20,世紀(jì),50,年代末。,電子管,作為主要邏輯部件。體積大，耗電量大，,壽命短，可靠性差，成本高。,采用電子射線管、磁鼓存儲(chǔ)信息，容量小。,輸入輸出裝置落后，主要使用穿孔卡片，速度慢，,容易出錯(cuò)，使用不方便。,軟件,:,使用機(jī)器語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言編程。,典型機(jī)器：,國(guó)外的：,ENIAC,、,UNIVAC,。,電子管,國(guó)內(nèi)的：,103,、,104,等。,計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,（,2,）第二代計(jì)算機(jī),晶體管計(jì)算機(jī)時(shí)代，,1958,1964,年。,主要特點(diǎn)：,晶體管,作為主要邏輯部件，體積減小，重量減,輕，成本下降，能

11、耗降低，可靠性和運(yùn)算速度到,了提高。,采用磁芯作主存儲(chǔ)器，磁盤、磁鼓作外存儲(chǔ)器。,軟件方面有了系統(tǒng)軟件（監(jiān)控程序），提出了,操作系統(tǒng)的概念，出現(xiàn)了高級(jí)語(yǔ)言。,這一時(shí)期的典型機(jī)器：,國(guó)外的：,IBM7090,等,晶體管,國(guó)內(nèi)的：,441B,等,計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,（,3,）第三代計(jì)算機(jī),集成電路計(jì)算機(jī)時(shí)代，,1964,1972,年。,中、小規(guī)模集成電路,做主要邏輯部件。,采用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器做主存儲(chǔ)器。,軟件：系統(tǒng)軟件出現(xiàn)了分時(shí)操作系統(tǒng)，多用,戶可以共享計(jì)算機(jī)資源。,程序設(shè)計(jì)方法：采用了結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)。,典型機(jī)器：,國(guó)外,IBM-360,等,;,國(guó)內(nèi),709,等,集成電路,計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,（,4,）第四

12、代計(jì)算機(jī),大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)時(shí)代，,1972,年至今。,大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路,作基本邏輯部件。,存儲(chǔ)器：半導(dǎo)體存儲(chǔ)器；外存除了使用軟、硬,磁盤外，引進(jìn)了光盤。,輸入輸出設(shè)備：如鼠標(biāo)、圖像掃描儀、純平及,液晶顯示器、激光打印機(jī)、繪圖儀等。,各種實(shí)用軟件層出不窮。,多媒體技術(shù)崛走。,大規(guī)模集成電路,計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,圖表,邏輯元件,第一代,1949,1957,電子管,程序設(shè)計(jì),語(yǔ)言,機(jī)器語(yǔ)言,匯編語(yǔ)言,FORTRA,NALGOL,、,COBOL,操作系統(tǒng),和會(huì)話式,語(yǔ)言,面向?qū)ο?運(yùn)算速度,幾千次,/,秒,內(nèi)存容量,幾,KB,第二代,19581964,第三代,19651970,第四代

13、,1971,晶體管,中小規(guī)模,集成電路,大規(guī)?；?超大規(guī)模,集成電路,幾十萬(wàn)次,/,秒,百萬(wàn)次,/,秒,幾百萬(wàn)億,次,/,秒,幾十,KB,幾,MB,幾百,MB,第五代智能化計(jì)算機(jī)正在研制之中，使計(jì)算機(jī)具有人工智能，像人,一樣能看、聽(tīng)、說(shuō)、思考，具有學(xué)習(xí)功能，能自動(dòng)進(jìn)行邏輯判斷等,計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,3,、計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)：,（,1,）,微型化：,追求體積的進(jìn)一步縮小，運(yùn)算速度,進(jìn)一步提高。微型化反映了計(jì)算機(jī)的應(yīng)用程度。,目前，微型計(jì)算機(jī)已進(jìn)入電視、電冰箱、空調(diào)器,等家用電器、儀器儀表等小型設(shè)備中。,（,2,）,巨型化：,追求大容量、高速度，為尖端科學(xué),領(lǐng)域的數(shù)值分析與計(jì)算提供有力的幫助。它代表,了

14、計(jì)算機(jī)的發(fā)展水平。,（,3,）,多媒體技術(shù)：,當(dāng)前開(kāi)發(fā)和研究的熱點(diǎn)。其中,技術(shù)關(guān)鍵是處理視頻和音頻數(shù)據(jù)。,計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,（,4,）,非馮?諾依曼體系結(jié)構(gòu)：,例如，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)、,DNA,計(jì)算機(jī)、光子計(jì)算機(jī)。,（,5,）,智能化：,目前人們正在研制第五代計(jì)算機(jī)，它,具有類似人學(xué)習(xí)和推理的思維能力，能“說(shuō)”、能,“看”、能“聽(tīng)”、能“想”、能“做”，具有人,的部分功能，能代替人的一些體力勞動(dòng)和腦力勞動(dòng)，,是一種智能型的電子計(jì)算機(jī)。,（,6,）,計(jì)算機(jī)與通信相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)技術(shù),：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。,計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,我國(guó)首臺(tái)千萬(wàn)億次超級(jí)計(jì)算機(jī)研制成功,2009,年,10,月,29,日,12:07,新華網(wǎng),

15、天河一號(hào)千萬(wàn)億次超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng),計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,新華網(wǎng)長(zhǎng)沙,10,月,29,日電：第一臺(tái)國(guó)產(chǎn)千萬(wàn)億次超級(jí)計(jì),算機(jī),29,日在湖南長(zhǎng)沙亮相，作為算盤這一古老計(jì)算器的發(fā),明者，中國(guó)擁有了歷史上計(jì)算速度最快的工具。,每秒鐘,1206,萬(wàn)億次的峰值速度和每秒,563.1,萬(wàn)億次的,Linpack,實(shí)測(cè)性能，使這臺(tái)名為“天河一號(hào)”的計(jì)算機(jī)位,居同日公布的中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)前,100,強(qiáng)之首，也使中國(guó)成,為繼美國(guó)之后世界上第二個(gè)能夠研制千萬(wàn)億次超級(jí)計(jì)算機(jī),的國(guó)家。,這個(gè)速度意味著，如果用“天河一號(hào)”計(jì)算一天，一,臺(tái)當(dāng)前主流微機(jī)得算,160,年?！疤旌右惶?hào)”的存儲(chǔ)量，則,相當(dāng)于,4,個(gè)國(guó)家圖書館藏書量之和。,“

16、天河一號(hào)”的設(shè)計(jì)始于,2008,年。國(guó)防科技大學(xué)是,“天河一號(hào)”的研制者。,1983,年面世的中國(guó)第一臺(tái)億次計(jì),算機(jī)“銀河一號(hào)”，同樣誕生在這所大學(xué)。,2010,年年底之前，這臺(tái)由,103,個(gè)機(jī)柜組成、占地面積,近千平方米、總重量,155,噸的龐大計(jì)算機(jī)將安裝到中國(guó)兩,個(gè)國(guó)家級(jí)超級(jí)計(jì)算中心之一的天津中心，向國(guó)內(nèi)外用戶提,供超級(jí)計(jì)算服務(wù)。,計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,天河二號(hào),?,由,國(guó)防科大,研制的天河二號(hào),超級(jí)計(jì)算機(jī),系統(tǒng)，以峰值計(jì)算,速度每秒,5.49,億億次、持續(xù)計(jì)算速度每秒,3.39,億億次雙精,度浮點(diǎn)運(yùn)算的優(yōu)異性能位居榜首，成為全球最快超級(jí)計(jì)算,機(jī)。,2010,年,11,月，,天河一號(hào),曾以每秒

17、,4.7,千萬(wàn)億次的峰值速,度，首次將,五星紅旗,插上超級(jí)計(jì)算領(lǐng)域的,世界之巔,。此次,是繼,天河一號(hào),之后，,中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī),再次奪冠。,1,?,2013,年,11,月,18,日，國(guó)際,TOP500,組織公布了最新全球,超級(jí),計(jì)算機(jī),500,強(qiáng)排行榜榜單，中國(guó)國(guó)防科學(xué)技術(shù),大學(xué),研制的,“天河二號(hào)”以比第二名,美國(guó),的“,泰坦,”快近一倍的速,度再度登上榜首。美國(guó),專家,預(yù)測(cè)，在一年時(shí)間內(nèi)，“,天河,二號(hào),”還會(huì)是全球最快的超級(jí),計(jì)算機(jī),。,2,?,在,2014,年,6,月,23,日公布的全球超級(jí)計(jì)算機(jī),500,強(qiáng)榜單中，中,國(guó)“天河二號(hào)”以比第二名美國(guó)“泰坦”快近一倍的速度,連續(xù)第三次獲得

18、冠軍。,計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,?,?,?,?,?,?,?,?,?,中文名：,天河二號(hào)、,TH-2,外文名：,Tianhe-2,、,Milkyway-2,屬,性：,超級(jí)計(jì)算機(jī),開(kāi)發(fā)國(guó)家：,中國(guó),開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)：,中國(guó)國(guó)防科技大學(xué),公布時(shí)間：,2013,年,5,月,世界排名：,第一位（截止,2014,年,6,月,23,日）,落戶位置：,廣州大學(xué)城廣州超算中心,使用機(jī)構(gòu)：,廣州超級(jí)計(jì)算中心,計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,圖靈獎(jiǎng),世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī),ENIAC,是,1946,年誕生于美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué),但學(xué)術(shù)界公認(rèn),電子計(jì)算機(jī)的理論和模型是由英國(guó)數(shù)學(xué)家圖,靈在此,10,年前發(fā)表的一篇論文“論可計(jì)算數(shù),及其在判定問(wèn)題中的應(yīng)用”奠定的基礎(chǔ)。,當(dāng)美國(guó)計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì),ACM,在,1966,年紀(jì)念電子計(jì)算機(jī),誕生,20,周年時(shí)，決定設(shè)立計(jì)算機(jī)界的第一個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)，并,很自然地將其命名為“圖靈獎(jiǎng)”，以紀(jì)念這位計(jì)算機(jī),科學(xué)理論的奠基人。被稱為“計(jì)算機(jī)界的諾貝爾獎(jiǎng)”,的這個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)設(shè)立