大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1

1、大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)第一章第一章 概論概論第一章 概論主要內(nèi)容主要內(nèi)容1.1 1.1 計(jì)算機(jī)發(fā)展過程計(jì)算機(jī)發(fā)展過程 1.2 1.2 計(jì)算機(jī)工作特點(diǎn)及分類計(jì)算機(jī)工作特點(diǎn)及分類1.3 1.3 計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢1.4 1.4 信息與信息化社會(huì)信息與信息化社會(huì)計(jì)算機(jī)是一種能夠按照事先計(jì)算機(jī)是一種能夠按照事先存儲(chǔ)存儲(chǔ)的程序，的程序，自動(dòng)、高速自動(dòng)、高速進(jìn)行大量進(jìn)行大量數(shù)數(shù)值計(jì)算值計(jì)算和各種和各種信息處理信息處理的現(xiàn)代化的現(xiàn)代化智能電子裝置。智能電子裝置。什么是計(jì)算機(jī)什么是計(jì)算機(jī)?1.1.1 計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生1.1 計(jì)算機(jī)發(fā)展過程手指計(jì)數(shù)、木棍、石塊v 算算 盤盤: :幾百年前幾百年前我國發(fā)明手動(dòng)式計(jì)算

2、工具我國發(fā)明手動(dòng)式計(jì)算工具v 計(jì)算尺計(jì)算尺: :16211621年英國數(shù)學(xué)家岡特根據(jù)對數(shù)表設(shè)計(jì)年英國數(shù)學(xué)家岡特根據(jù)對數(shù)表設(shè)計(jì)16421642年年法國數(shù)學(xué)家法國數(shù)學(xué)家帕斯卡發(fā)明了加法器，帕斯卡發(fā)明了加法器，人類有史以來第一臺(tái)機(jī)械計(jì)算機(jī)。人類有史以來第一臺(tái)機(jī)械計(jì)算機(jī)。采用齒輪旋轉(zhuǎn)進(jìn)位方式執(zhí)行運(yùn)算，但是采用齒輪旋轉(zhuǎn)進(jìn)位方式執(zhí)行運(yùn)算，但是只能做加法和減法。只能做加法和減法。16731673年在此基礎(chǔ)上，德國數(shù)學(xué)家萊布尼年在此基礎(chǔ)上，德國數(shù)學(xué)家萊布尼茨設(shè)計(jì)制造了計(jì)算器茨設(shè)計(jì)制造了計(jì)算器( (加、減、乘、除）。加、減、乘、除）。18221822年英國數(shù)學(xué)家巴貝奇發(fā)明了差分機(jī)年英國數(shù)學(xué)家巴貝奇發(fā)明了差分機(jī)1

3、8341834年研制出分析機(jī)（有年研制出分析機(jī)（有3 3個(gè)主要部分：個(gè)主要部分：保存數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)庫、運(yùn)算裝置和對操作保存數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)庫、運(yùn)算裝置和對操作順序進(jìn)行控制）順序進(jìn)行控制）1.1 計(jì)算機(jī)的發(fā)展過程v機(jī)械計(jì)算（齒輪傳動(dòng)）機(jī)械計(jì)算（齒輪傳動(dòng)）1.1 計(jì)算機(jī)的發(fā)展過程第一臺(tái)計(jì)算機(jī)的誕生第一臺(tái)計(jì)算機(jī)的誕生（ENIACENIAC） 1946 1946年年2 2月月1414日日（艾尼亞克）艾尼亞克） 美國賓夕法尼亞大學(xué)美國賓夕法尼亞大學(xué)電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī):重達(dá)重達(dá)3030噸噸:占地占地170170m m2 2:耗電耗電150150千瓦千瓦:使用使用1800018000個(gè)電子管個(gè)電子管

4、:50005000次加減運(yùn)算次加減運(yùn)算/ /秒秒v 機(jī)電方法制造計(jì)算機(jī)機(jī)電方法制造計(jì)算機(jī)電子管電子管19581958年年8 8月我國第一臺(tái)電子管計(jì)算機(jī)月我國第一臺(tái)電子管計(jì)算機(jī)103103誕生誕生缺點(diǎn)：沒有存儲(chǔ)器，用布線缺點(diǎn)：沒有存儲(chǔ)器，用布線接板進(jìn)行控制，計(jì)算速度也接板進(jìn)行控制，計(jì)算速度也就被這一工作抵消了就被這一工作抵消了 。ENIAC英國科學(xué)家艾蘭英國科學(xué)家艾蘭. .圖靈圖靈（1912-19541912-1954）建立圖靈機(jī)（建立圖靈機(jī)（Turing machineTuring machine）模型，模型，奠定了可計(jì)算理論的基礎(chǔ)；奠定了可計(jì)算理論的基礎(chǔ)；提出圖靈測試，闡述了機(jī)器智能概念提出

5、圖靈測試，闡述了機(jī)器智能概念 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)馮馮諾依曼機(jī)：諾依曼機(jī)：“存儲(chǔ)程序存儲(chǔ)程序”的概念的概念六十多年來，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)六十多年來，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)沒有變。沒有變。美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮. .諾依曼諾依曼（1903-19571903-1957）計(jì)算機(jī)發(fā)展史中的關(guān)鍵人物計(jì)算機(jī)發(fā)展史中的關(guān)鍵人物1.1.2 計(jì)算機(jī)發(fā)展的四個(gè)階段時(shí)代年份器件存儲(chǔ)器軟件應(yīng)用運(yùn)算速度一一 1946194619571957電子管電子管內(nèi)內(nèi)存存: :汞延遲線汞延遲線外存外存: :磁磁鼓鼓使用機(jī)器語言使用機(jī)器語言和匯編語言和匯編語言軍事軍事研究研究科學(xué)計(jì)算科學(xué)計(jì)算幾千次幾千次/s

6、/s二二1958195819641964晶體管晶體管內(nèi)內(nèi)存存: :磁磁芯芯外存外存: :磁磁盤盤, ,磁磁帶帶使用高級(jí)語言使用高級(jí)語言數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理事務(wù)處理事務(wù)處理工業(yè)控制工業(yè)控制幾十幾十萬次萬次/s/s三三1965196519711971集成集成電路電路內(nèi)內(nèi)存存: :磁磁芯芯, ,半導(dǎo)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器體存儲(chǔ)器外存外存: :磁磁盤盤操作系統(tǒng)、編操作系統(tǒng)、編譯程序、網(wǎng)絡(luò)譯程序、網(wǎng)絡(luò)軟件軟件開始廣開始廣泛應(yīng)用泛應(yīng)用幾十萬到幾十萬到幾百萬幾百萬/s/s四四19721972 大規(guī)模大規(guī)模集成集成電路電路內(nèi)內(nèi)存存: :半導(dǎo)體存半導(dǎo)體存儲(chǔ)器儲(chǔ)器外存外存: :磁磁盤盤, ,光盤光盤操作系統(tǒng)完善、操作系統(tǒng)完善、

7、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、計(jì)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)軟件的開發(fā)算機(jī)軟件的開發(fā)廣泛應(yīng)用廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域于各領(lǐng)域幾百萬到幾百萬到幾億萬幾億萬/s/s晶體管超大規(guī)模集成電路電子管集成電路微型機(jī)的發(fā)展 時(shí)代時(shí)代時(shí)間時(shí)間位數(shù)位數(shù)代表性芯片代表性芯片第一代第一代19711971年年4 4位和低檔位和低檔8 8位位Intel 4004/8008Intel 4004/8008第二代第二代19731973年年8 8位位Intel 8080Intel 8080MC6800(Motorola)MC6800(Motorola)Z80(Zilog)Z80(Zilog)第三代第三代19781978年年1616位位Intel 8086Inte

8、l 8086MC6800(Motorola)MC6800(Motorola)Z800(Zilog)Z800(Zilog)第四代第四代19911991年起年起3232位位MC68020(Motorola)MC68020(Motorola)Z8000(Zilog)Z8000(Zilog)Intel 80386Intel 80386486486、PentiumPentium 系列、系列、PP、 P P 、P4P4微處理器集成度發(fā)展示意圖晶晶體體管管數(shù)數(shù)目目4004奔騰奔騰4420,000,0002,3000.18微米芯片微米芯片10微米芯片微米芯片超大型化；微機(jī)化；超大型化；微機(jī)化；嵌入式；圖形用戶

9、界面；嵌入式；圖形用戶界面；多媒體；網(wǎng)絡(luò)通信；網(wǎng)格計(jì)算多媒體；網(wǎng)絡(luò)通信；網(wǎng)格計(jì)算1.2 計(jì)算機(jī)的工作特點(diǎn)及分類1.2.1 計(jì)算機(jī)的工作特點(diǎn)G 運(yùn)算速度快運(yùn)算速度快: : 運(yùn)算部件采用電子器件，與其他任何計(jì)算工具運(yùn)算部件采用電子器件，與其他任何計(jì)算工具 無法比擬無法比擬G 計(jì)算精度高計(jì)算精度高: : 增加二進(jìn)制位數(shù)提高精度，避免了各種誤差，增加二進(jìn)制位數(shù)提高精度，避免了各種誤差， 圓周率計(jì)算精度圓周率計(jì)算精度200200萬位以上萬位以上G 通用性好通用性好: : 運(yùn)行不同程序，完成不同任務(wù)運(yùn)行不同程序，完成不同任務(wù)G 記憶能力強(qiáng)記憶能力強(qiáng): : 存儲(chǔ)設(shè)備容量大，存儲(chǔ)能力不斷提高存儲(chǔ)設(shè)備容量大，存

10、儲(chǔ)能力不斷提高 G 適合邏輯運(yùn)算適合邏輯運(yùn)算: :計(jì)算機(jī)工作的基礎(chǔ)，根據(jù)判斷的結(jié)果決定執(zhí)計(jì)算機(jī)工作的基礎(chǔ)，根據(jù)判斷的結(jié)果決定執(zhí) 行命令，完成各種復(fù)雜問題的處理行命令，完成各種復(fù)雜問題的處理G 運(yùn)算過程自動(dòng)化運(yùn)算過程自動(dòng)化: :程序控制執(zhí)行過程，自動(dòng)連續(xù)工作程序控制執(zhí)行過程，自動(dòng)連續(xù)工作1.2.2 計(jì)算機(jī)的分類按計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)的方式分類按計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)的方式分類 （1 1）電子數(shù)字計(jì)算機(jī)）電子數(shù)字計(jì)算機(jī) 以數(shù)字量（也稱不連續(xù)量）作為運(yùn)算對象進(jìn)行以數(shù)字量（也稱不連續(xù)量）作為運(yùn)算對象進(jìn)行運(yùn)算，特點(diǎn)是運(yùn)算速度快，精確度高，具有記憶和運(yùn)算，特點(diǎn)是運(yùn)算速度快，精確度高，具有記憶和邏輯判斷能力。計(jì)算機(jī)的內(nèi)部

11、操作和運(yùn)算是在程序邏輯判斷能力。計(jì)算機(jī)的內(nèi)部操作和運(yùn)算是在程序控制下自動(dòng)進(jìn)行的。一般不特別說明，計(jì)算機(jī)指的控制下自動(dòng)進(jìn)行的。一般不特別說明，計(jì)算機(jī)指的是電子數(shù)字計(jì)算機(jī)。是電子數(shù)字計(jì)算機(jī)。 （2 2）電子模擬計(jì)算機(jī)）電子模擬計(jì)算機(jī) 以連續(xù)變化的模擬量（如電壓、長度、角度來以連續(xù)變化的模擬量（如電壓、長度、角度來模擬實(shí)際所需要計(jì)算的對象）作為運(yùn)算量的計(jì)算機(jī)。模擬實(shí)際所需要計(jì)算的對象）作為運(yùn)算量的計(jì)算機(jī)。主要用于過程控制和模擬仿真。主要用于過程控制和模擬仿真。 按計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度和性能指標(biāo)分類按計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度和性能指標(biāo)分類巨型機(jī)：巨型機(jī)：運(yùn)算速度最快、存儲(chǔ)能力最大、處理能力最強(qiáng)。運(yùn)算速度最快、存儲(chǔ)

12、能力最大、處理能力最強(qiáng)。國產(chǎn)例如：銀河、曙光系列國產(chǎn)例如：銀河、曙光系列, ,深騰。深騰。 IBMIBM研制研制Roadrunner(Roadrunner(走娟走娟),),運(yùn)算速度達(dá)到每秒運(yùn)算速度達(dá)到每秒1.1051.105千萬億次，千萬億次，CrayCray公司的捷豹位居第二公司的捷豹位居第二 。 微型機(jī)微型機(jī)：以小、巧、輕、使用方便、價(jià)格便宜、軟件豐富、：以小、巧、輕、使用方便、價(jià)格便宜、軟件豐富、功能齊全等優(yōu)勢而擁有廣大的用戶。功能齊全等優(yōu)勢而擁有廣大的用戶。大型機(jī)大型機(jī)：大型、通用、較快、較強(qiáng)：大型、通用、較快、較強(qiáng), ,承擔(dān)服務(wù)器功能承擔(dān)服務(wù)器功能. .例如：例如：IBM-360,I

13、BM-370,IBM-900 IBM-360,IBM-370,IBM-900 等。等。 小型機(jī)小型機(jī)：規(guī)模小，結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)試制周期短：規(guī)模小，結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)試制周期短, ,工藝先進(jìn)、工藝先進(jìn)、使用維護(hù)簡單。使用維護(hù)簡單。如如:IBM:IBM的的AS/400AS/400。工作站：工作站： 介于介于PCPC與小型機(jī)之間與小型機(jī)之間, , 高分辨率、大容量內(nèi)外存，高分辨率、大容量內(nèi)外存，圖形功能較強(qiáng)。圖形功能較強(qiáng)。SunSun、HPHP都是著名的工作站廠家。都是著名的工作站廠家。服務(wù)器：服務(wù)器：網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下為多用戶提供服務(wù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下為多用戶提供服務(wù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。1.3 未來計(jì)算機(jī)的發(fā)展

14、趨勢 巨型化巨型化 微型化微型化 網(wǎng)絡(luò)化網(wǎng)絡(luò)化 智能化智能化v更快的運(yùn)算速度、更大的存儲(chǔ)容量、更強(qiáng)更快的運(yùn)算速度、更大的存儲(chǔ)容量、更強(qiáng)的處理能力以及更高的可靠性。的處理能力以及更高的可靠性。v運(yùn)算速度可達(dá)每秒幾百億次運(yùn)算的運(yùn)算速度可達(dá)每秒幾百億次運(yùn)算的應(yīng)用：天氣預(yù)報(bào)、地震機(jī)理研究、衛(wèi)星應(yīng)用：天氣預(yù)報(bào)、地震機(jī)理研究、衛(wèi)星圖像處理等大量科學(xué)計(jì)算的高科技領(lǐng)域。圖像處理等大量科學(xué)計(jì)算的高科技領(lǐng)域。v集中體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平。集中體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平。銀河億次巨型計(jì)算機(jī)銀河億次巨型計(jì)算機(jī) 1.1.計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢1.3 未來計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢 巨型化巨型化 微型化微型化 網(wǎng)

15、絡(luò)化網(wǎng)絡(luò)化 智能化智能化v使用方便、體積小，成本低和功能齊使用方便、體積小，成本低和功能齊全方向發(fā)展全方向發(fā)展v嵌入式技術(shù)嵌入式技術(shù)v家電、儀器儀表，筆記本電腦，掌上家電、儀器儀表，筆記本電腦，掌上計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)1.3 未來計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢 巨型化巨型化 微型化微型化 網(wǎng)絡(luò)化網(wǎng)絡(luò)化 智能化智能化v利用計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)結(jié)合利用計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)結(jié)合, ,把分布在不同地點(diǎn)的計(jì)算機(jī)互連起把分布在不同地點(diǎn)的計(jì)算機(jī)互連起來來, ,組成規(guī)模強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。組成規(guī)模強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。v實(shí)現(xiàn)方便、及時(shí)、可靠、安全、實(shí)現(xiàn)方便、及時(shí)、可靠、安全、高效的信息服務(wù)高效的信息服務(wù)1.3 未來計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢 巨型

16、化巨型化 微型化微型化 網(wǎng)絡(luò)化網(wǎng)絡(luò)化 智能化智能化 使計(jì)算機(jī)具有視覺、聽覺、語言、行使計(jì)算機(jī)具有視覺、聽覺、語言、行為、思維、邏輯推理等能力。為、思維、邏輯推理等能力。v 第一代機(jī)器人第一代機(jī)器人 機(jī)械手（機(jī)械手（19621962年出現(xiàn)）年出現(xiàn)）v 第二代機(jī)器人第二代機(jī)器人 具有具有“感覺感覺”的機(jī)器人的機(jī)器人v 第三代機(jī)器人第三代機(jī)器人 裝有啟發(fā)式計(jì)算機(jī)的裝有啟發(fā)式計(jì)算機(jī)的“智智能機(jī)器人能機(jī)器人”典型案例深藍(lán)重1.4噸，有32個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有8塊專門為進(jìn)行國際象棋比賽設(shè)計(jì)的處理器，運(yùn)算速度每秒2億步。存儲(chǔ)了100年以來所有國際特級(jí)大師開局和殘局的下法。在每走一步之前都會(huì)通過超強(qiáng)的計(jì)算能力將

17、存儲(chǔ)的所有可能的走法嘗試一遍，選擇最佳走法。（1 1）光子計(jì)算機(jī)）光子計(jì)算機(jī) 光子計(jì)算機(jī)是利用光子計(jì)算機(jī)是利用光子取代電子光子取代電子進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算、進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算、存儲(chǔ)和傳輸，以光互連來代替導(dǎo)線制成計(jì)算機(jī)。目標(biāo)存儲(chǔ)和傳輸，以光互連來代替導(dǎo)線制成計(jì)算機(jī)。目標(biāo)是充分利用光的特性設(shè)計(jì)更高速、更大容量存儲(chǔ)和更是充分利用光的特性設(shè)計(jì)更高速、更大容量存儲(chǔ)和更快訪問的計(jì)算機(jī)。在光子計(jì)算機(jī)中，不同波長的光表快訪問的計(jì)算機(jī)。在光子計(jì)算機(jī)中，不同波長的光表示不同的數(shù)據(jù)，可快速完成復(fù)雜的計(jì)算工作?？删哂惺静煌臄?shù)據(jù)，可快速完成復(fù)雜的計(jì)算工作?？删哂信c人腦相似的容錯(cuò)性能。光子計(jì)算機(jī)并行處理能力強(qiáng)，與人腦相似的容錯(cuò)性能。

18、光子計(jì)算機(jī)并行處理能力強(qiáng)，因此具有超高速的運(yùn)算速度因此具有超高速的運(yùn)算速度。 2. 未來未來新一代計(jì)算機(jī)新一代計(jì)算機(jī)（2 2）生物計(jì)算機(jī)（分子計(jì)算機(jī)）生物計(jì)算機(jī)（分子計(jì)算機(jī)） 2020世紀(jì)世紀(jì)7070年代，人們發(fā)現(xiàn)年代，人們發(fā)現(xiàn)DNADNA處在不同的狀態(tài)下，可以產(chǎn)處在不同的狀態(tài)下，可以產(chǎn)生有信息和無信息的變化，這個(gè)發(fā)現(xiàn)引發(fā)了人們對生物元件的生有信息和無信息的變化，這個(gè)發(fā)現(xiàn)引發(fā)了人們對生物元件的研究和開發(fā)。目前生物傳感器的研制已經(jīng)取得了不少實(shí)際成果。研究和開發(fā)。目前生物傳感器的研制已經(jīng)取得了不少實(shí)際成果。 生物計(jì)算機(jī)生物計(jì)算機(jī)由生物工程技術(shù)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)分子組成的生物由生物工程技術(shù)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)分子

19、組成的生物芯片構(gòu)成，芯片構(gòu)成，通過控制通過控制DNADNA分子間的生化反應(yīng)來完成運(yùn)算分子間的生化反應(yīng)來完成運(yùn)算。這類這類芯片不僅具有巨大的存儲(chǔ)能力，而且能芯片不僅具有巨大的存儲(chǔ)能力，而且能以波的形式傳播以波的形式傳播，具有，具有并行處理的功能，最快的處理速度。并行處理的功能，最快的處理速度。 生物計(jì)算機(jī)還具有較高的智能性，能如同人腦那樣進(jìn)行思生物計(jì)算機(jī)還具有較高的智能性，能如同人腦那樣進(jìn)行思維、推理、識(shí)別文字，還能理解人的語言，因此，可以應(yīng)用在維、推理、識(shí)別文字，還能理解人的語言，因此，可以應(yīng)用在各種重要的控制領(lǐng)域。運(yùn)算速度比最新一代的計(jì)算機(jī)快各種重要的控制領(lǐng)域。運(yùn)算速度比最新一代的計(jì)算機(jī)快1

20、010萬倍，萬倍，能量消耗僅相當(dāng)于普通計(jì)算機(jī)的十億分之一。能量消耗僅相當(dāng)于普通計(jì)算機(jī)的十億分之一。(3) (3) 量子計(jì)算機(jī)量子計(jì)算機(jī) 量子計(jì)算機(jī)是一種采用基于量子力學(xué)原理的深層量子計(jì)算機(jī)是一種采用基于量子力學(xué)原理的深層次計(jì)算模式進(jìn)行高速數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算、存儲(chǔ)及處理量次計(jì)算模式進(jìn)行高速數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算、存儲(chǔ)及處理量子信息的計(jì)算機(jī)，是一種信息處理的新模式。在量子子信息的計(jì)算機(jī)，是一種信息處理的新模式。在量子計(jì)算機(jī)中，用計(jì)算機(jī)中，用“量子位量子位”代替電子計(jì)算機(jī)的二進(jìn)制位，代替電子計(jì)算機(jī)的二進(jìn)制位，量子位用粒子的量子力學(xué)狀態(tài)來表示信息。量子位用粒子的量子力學(xué)狀態(tài)來表示信息。（粒子從（粒子從一個(gè)能態(tài)到另

21、一個(gè)能態(tài)轉(zhuǎn)變一個(gè)能態(tài)到另一個(gè)能態(tài)轉(zhuǎn)變二進(jìn)制）二進(jìn)制）不僅運(yùn)算速不僅運(yùn)算速度快、存儲(chǔ)量大，功耗低，而且體積會(huì)大大縮小。度快、存儲(chǔ)量大，功耗低，而且體積會(huì)大大縮小。嵌入式計(jì)算機(jī)嵌入式計(jì)算機(jī) 嵌入式計(jì)算機(jī)是指作為一個(gè)信息處理部件，嵌嵌入式計(jì)算機(jī)是指作為一個(gè)信息處理部件，嵌入到應(yīng)用系統(tǒng)之中的計(jì)算機(jī)。特點(diǎn)是入到應(yīng)用系統(tǒng)之中的計(jì)算機(jī)。特點(diǎn)是系統(tǒng)和功能軟系統(tǒng)和功能軟件集成于計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之中。件集成于計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之中。 嵌入式系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)是完全嵌入受控器件內(nèi)部，為特定完全嵌入受控器件內(nèi)部，為特定應(yīng)用而設(shè)計(jì)的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。應(yīng)用而設(shè)計(jì)的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。具有軟、硬件可剪具有軟、硬件可剪裁性、滿足應(yīng)用系統(tǒng)對

22、功能、可靠性、成本、體積、裁性、滿足應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗的嚴(yán)格要求。一般由嵌入式微處理器、外圍硬功耗的嚴(yán)格要求。一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的應(yīng)用程序等四件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的應(yīng)用程序等四部分組成。用于實(shí)現(xiàn)對其他設(shè)備的控制、監(jiān)視或管部分組成。用于實(shí)現(xiàn)對其他設(shè)備的控制、監(jiān)視或管理等功能。理等功能。1.3 未來計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢3.計(jì)算機(jī)的新技術(shù)計(jì)算機(jī)的新技術(shù) 網(wǎng)格計(jì)算網(wǎng)格計(jì)算 網(wǎng)格計(jì)算是針對復(fù)雜科學(xué)計(jì)算的新型計(jì)算模式。利網(wǎng)格計(jì)算是針對復(fù)雜科學(xué)計(jì)算的新型計(jì)算模式。利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)把分散在不同地理位置的計(jì)算機(jī)組成一個(gè)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)把分散在不同地理

23、位置的計(jì)算機(jī)組成一個(gè)虛擬超級(jí)計(jì)算機(jī)，每臺(tái)計(jì)算機(jī)就是一個(gè)虛擬超級(jí)計(jì)算機(jī)，每臺(tái)計(jì)算機(jī)就是一個(gè)“節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)”，整個(gè)，整個(gè)計(jì)算由成千上萬個(gè)節(jié)點(diǎn)組成的一張網(wǎng)格。數(shù)據(jù)處理能力計(jì)算由成千上萬個(gè)節(jié)點(diǎn)組成的一張網(wǎng)格。數(shù)據(jù)處理能力超強(qiáng)，可以充分利用網(wǎng)上閑置的處理能力，實(shí)現(xiàn)資源與超強(qiáng)，可以充分利用網(wǎng)上閑置的處理能力，實(shí)現(xiàn)資源與信息共享。信息共享。 20032003年，耶魯大學(xué)醫(yī)學(xué)院網(wǎng)格計(jì)算項(xiàng)目組嘗試了利年，耶魯大學(xué)醫(yī)學(xué)院網(wǎng)格計(jì)算項(xiàng)目組嘗試了利用網(wǎng)格計(jì)算技術(shù)，加速進(jìn)行抗用網(wǎng)格計(jì)算技術(shù)，加速進(jìn)行抗SARS SARS 病毒藥物的篩選。病毒藥物的篩選。方法是：參與這個(gè)項(xiàng)目的用戶，只需在網(wǎng)絡(luò)上下載一個(gè)方法是：參與這個(gè)項(xiàng)目的用戶

24、，只需在網(wǎng)絡(luò)上下載一個(gè)軟件，啟動(dòng)后以后臺(tái)方式運(yùn)行，利用計(jì)算機(jī)的閑置能力軟件，啟動(dòng)后以后臺(tái)方式運(yùn)行，利用計(jì)算機(jī)的閑置能力工作，自動(dòng)從網(wǎng)站上獲取數(shù)據(jù)包，運(yùn)算完成后自動(dòng)發(fā)送工作，自動(dòng)從網(wǎng)站上獲取數(shù)據(jù)包，運(yùn)算完成后自動(dòng)發(fā)送回去，不需人工干預(yù)?；厝?，不需人工干預(yù)。1.3 未來計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢 （3 3）高性能計(jì)算）高性能計(jì)算 速度是計(jì)算機(jī)的第一指標(biāo)，人類制造計(jì)算機(jī)的初衷就是速度是計(jì)算機(jī)的第一指標(biāo)，人類制造計(jì)算機(jī)的初衷就是追求計(jì)算速度。發(fā)展高速度、大容量、功能強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算追求計(jì)算速度。發(fā)展高速度、大容量、功能強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)是目前各國高技術(shù)領(lǐng)域競爭的熱點(diǎn)。機(jī)是目前各國高技術(shù)領(lǐng)域競爭的熱點(diǎn)。 高性能計(jì)算是

25、以速度為核心，它包括兩方面途徑：一是高性能計(jì)算是以速度為核心，它包括兩方面途徑：一是提高單一處理器的計(jì)算性能，二是把這些處理器集成，由多提高單一處理器的計(jì)算性能，二是把這些處理器集成，由多個(gè)個(gè)CPUCPU構(gòu)成一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，進(jìn)行并行計(jì)算。構(gòu)成一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，進(jìn)行并行計(jì)算。 目前世界上頂級(jí)的高性能計(jì)算機(jī)有成百上千、甚至上萬目前世界上頂級(jí)的高性能計(jì)算機(jī)有成百上千、甚至上萬個(gè)個(gè)CPUCPU，這些處理器協(xié)同計(jì)算，才能夠提供需要的速度。，這些處理器協(xié)同計(jì)算，才能夠提供需要的速度。 大連理工大學(xué)網(wǎng)信中心提供大連理工大學(xué)網(wǎng)信中心提供6464個(gè)節(jié)點(diǎn)的高性能計(jì)算服務(wù)，個(gè)節(jié)點(diǎn)的高性能計(jì)算服務(wù)，為教學(xué)科研提供更快速

26、度的計(jì)算服務(wù)。為教學(xué)科研提供更快速度的計(jì)算服務(wù)。1.3 未來計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢 （4 4）云計(jì)算）云計(jì)算 云計(jì)算最基本的概念：通過整合、管理、調(diào)配分布在網(wǎng)絡(luò)各處的云計(jì)算最基本的概念：通過整合、管理、調(diào)配分布在網(wǎng)絡(luò)各處的計(jì)算機(jī)資源，并以統(tǒng)一的界面同時(shí)向大量用戶提供服務(wù)。借助云計(jì)算，計(jì)算機(jī)資源，并以統(tǒng)一的界面同時(shí)向大量用戶提供服務(wù)。借助云計(jì)算，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供者可以在瞬間處理數(shù)以萬計(jì)甚至億計(jì)的信息，實(shí)現(xiàn)和超網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供者可以在瞬間處理數(shù)以萬計(jì)甚至億計(jì)的信息，實(shí)現(xiàn)和超級(jí)計(jì)算機(jī)同樣強(qiáng)大的效能。級(jí)計(jì)算機(jī)同樣強(qiáng)大的效能。 云計(jì)算是一種能夠?qū)?dòng)態(tài)伸縮的虛擬化資源通過互聯(lián)網(wǎng)以服務(wù)的云計(jì)算是一種能夠?qū)?dòng)態(tài)伸縮的虛擬化

27、資源通過互聯(lián)網(wǎng)以服務(wù)的方式提供給用戶的計(jì)算模式，用戶不需要知道如何管理那些支持云計(jì)方式提供給用戶的計(jì)算模式，用戶不需要知道如何管理那些支持云計(jì)算的基礎(chǔ)設(shè)施。提供資源的網(wǎng)絡(luò)被稱為算的基礎(chǔ)設(shè)施。提供資源的網(wǎng)絡(luò)被稱為“云云”，用戶，用戶通過網(wǎng)絡(luò)以按需、通過網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴(kuò)展的方式獲得所需的資源。易擴(kuò)展的方式獲得所需的資源。 云計(jì)算是并行計(jì)算、分布式計(jì)算和網(wǎng)格計(jì)算的融合和發(fā)展，是這云計(jì)算是并行計(jì)算、分布式計(jì)算和網(wǎng)格計(jì)算的融合和發(fā)展，是這些計(jì)算機(jī)科學(xué)概念的發(fā)展和商業(yè)實(shí)現(xiàn)。用戶可以按需計(jì)量使用這些資些計(jì)算機(jī)科學(xué)概念的發(fā)展和商業(yè)實(shí)現(xiàn)。用戶可以按需計(jì)量使用這些資源，從而實(shí)現(xiàn)讓計(jì)算成為一種公用設(shè)施來按需而用的夢

28、想。源，從而實(shí)現(xiàn)讓計(jì)算成為一種公用設(shè)施來按需而用的夢想。 1.3 未來計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢（5 5）普適計(jì)算（）普適計(jì)算（Pervasive Computing)Pervasive Computing) 普適計(jì)算是普適計(jì)算是IBMIBM在在19991999年提出的，指在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)年提出的，指在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)都可以計(jì)算，也稱無處不在的計(jì)算。計(jì)算機(jī)無時(shí)不在、無處不都可以計(jì)算，也稱無處不在的計(jì)算。計(jì)算機(jī)無時(shí)不在、無處不在，就像沒有計(jì)算機(jī)一樣。在，就像沒有計(jì)算機(jī)一樣。 隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化、微型化以及嵌入式技術(shù)的發(fā)展，普適隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化、微型化以及嵌入式技術(shù)的發(fā)展，普適計(jì)算正在逐漸成為現(xiàn)實(shí)。未來

29、的普適計(jì)算將集移動(dòng)通信技術(shù)、計(jì)算正在逐漸成為現(xiàn)實(shí)。未來的普適計(jì)算將集移動(dòng)通信技術(shù)、計(jì)算技術(shù)和嵌入式技術(shù)于一體，通過將普適計(jì)算設(shè)備嵌入人們計(jì)算技術(shù)和嵌入式技術(shù)于一體，通過將普適計(jì)算設(shè)備嵌入人們生活的各種環(huán)境中，將計(jì)算從桌面上解放出來，使用戶能以各生活的各種環(huán)境中，將計(jì)算從桌面上解放出來，使用戶能以各種靈活的方式享受計(jì)算能力和資源服務(wù)。那時(shí)候，人們周圍到種靈活的方式享受計(jì)算能力和資源服務(wù)。那時(shí)候，人們周圍到處都是計(jì)算機(jī)，這些計(jì)算機(jī)將依據(jù)不同的計(jì)算要求而呈現(xiàn)不同處都是計(jì)算機(jī)，這些計(jì)算機(jī)將依據(jù)不同的計(jì)算要求而呈現(xiàn)不同的模樣，不同的名稱。的模樣，不同的名稱。1.3 未來計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(Informat

30、ion)(Information)是對各種事物變化和特征的反映，是對各種事物變化和特征的反映，是事物間相互作用和聯(lián)系的表征。是事物間相互作用和聯(lián)系的表征。 信息經(jīng)過轉(zhuǎn)化而成為計(jì)算機(jī)能夠處理的數(shù)據(jù)，同時(shí)信息經(jīng)過轉(zhuǎn)化而成為計(jì)算機(jī)能夠處理的數(shù)據(jù)，同時(shí)也是經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理后作為問題解答而輸出的數(shù)據(jù)。也是經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理后作為問題解答而輸出的數(shù)據(jù)。1.4.11.4.1信息的基本概念信息的基本概念1.信息與數(shù)據(jù)信息與數(shù)據(jù)1.4 信息與信息化社會(huì)(Data)(Data)是記錄下來可以鑒別的符號(hào)，是信息的是記錄下來可以鑒別的符號(hào)，是信息的載體，是對客觀實(shí)體的一種描述形式，這種描述形載體，是對客觀實(shí)體的一種描述形式

31、，這種描述形式可以進(jìn)行通信、翻譯轉(zhuǎn)換或加工處理。式可以進(jìn)行通信、翻譯轉(zhuǎn)換或加工處理。 數(shù)據(jù)有多種表現(xiàn)形式：數(shù)字、文字、圖形、圖數(shù)據(jù)有多種表現(xiàn)形式：數(shù)字、文字、圖形、圖像、音頻和視頻等。像、音頻和視頻等。1.4.1 信息的基本概念 既有聯(lián)系，又相互區(qū)別。數(shù)據(jù)既有聯(lián)系，又相互區(qū)別。數(shù)據(jù)是信息的載體，是信息的具體表現(xiàn)是信息的載體，是信息的具體表現(xiàn)形式，而信息是數(shù)據(jù)的內(nèi)涵，是有形式，而信息是數(shù)據(jù)的內(nèi)涵，是有用的、經(jīng)過加工處理的數(shù)據(jù)。信息用的、經(jīng)過加工處理的數(shù)據(jù)。信息有意義，數(shù)據(jù)則沒有。有意義，數(shù)據(jù)則沒有?；顒?dòng)活動(dòng)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)信息信息決策決策示例示例1 1：“20082008年農(nóng)村居民人均純收入年農(nóng)村居民人

32、均純收入47614761元，扣除價(jià)格上漲元，扣除價(jià)格上漲因素，比上年實(shí)際增長因素，比上年實(shí)際增長8.0%”8.0%” 。經(jīng)過大量的原始數(shù)據(jù)資料分經(jīng)過大量的原始數(shù)據(jù)資料分析后得出的結(jié)論，其表現(xiàn)形式是數(shù)據(jù)。析后得出的結(jié)論，其表現(xiàn)形式是數(shù)據(jù)。示例示例2 2： “某個(gè)病人的體溫是某個(gè)病人的體溫是3939” 。病歷卡上記載病人的病歷卡上記載病人的體溫體溫39是數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)39本身是沒有意義的。當(dāng)數(shù)據(jù)以某本身是沒有意義的。當(dāng)數(shù)據(jù)以某種形式經(jīng)過處理、描述或與其它數(shù)據(jù)比較時(shí)，才能成為信息。種形式經(jīng)過處理、描述或與其它數(shù)據(jù)比較時(shí)，才能成為信息。指獲取信息、處理信息、存儲(chǔ)信息和傳指獲取信息、處理信息、存

33、儲(chǔ)信息和傳播信息中所用到的技術(shù)。播信息中所用到的技術(shù)。1.4.1 信息的基本概念微電子技術(shù)是信息技術(shù)的基礎(chǔ)，它擴(kuò)展了人類對信息的控制和使用能力；微電子技術(shù)是信息技術(shù)的基礎(chǔ)，它擴(kuò)展了人類對信息的控制和使用能力；計(jì)算機(jī)技術(shù)是信息技術(shù)的核心，計(jì)算機(jī)技術(shù)是信息技術(shù)的核心，計(jì)算機(jī)的信息處理能力在不斷加強(qiáng)；計(jì)算機(jī)的信息處理能力在不斷加強(qiáng)； 通信技術(shù)加快了信息傳遞的速度和廣度，擴(kuò)展了人的神經(jīng)系統(tǒng)傳遞信息能力通信技術(shù)加快了信息傳遞的速度和廣度，擴(kuò)展了人的神經(jīng)系統(tǒng)傳遞信息能力 傳感技術(shù)擴(kuò)展了利用人的感覺器官收集信息的能力。傳感技術(shù)擴(kuò)展了利用人的感覺器官收集信息的能力。 信息社會(huì)給人類帶來全新的工作方式和生活方式

34、。在信息信息社會(huì)給人類帶來全新的工作方式和生活方式。在信息化社會(huì)里，信息是知識(shí)，是技術(shù)，是一種最寶貴的資源。人們化社會(huì)里，信息是知識(shí)，是技術(shù)，是一種最寶貴的資源。人們利用各種方式獲取信息，了解世界，也讓世界了解自己。在信利用各種方式獲取信息，了解世界，也讓世界了解自己。在信息時(shí)代，人們的許多活動(dòng)都與網(wǎng)絡(luò)有著密切的聯(lián)系，通過網(wǎng)絡(luò)息時(shí)代，人們的許多活動(dòng)都與網(wǎng)絡(luò)有著密切的聯(lián)系，通過網(wǎng)絡(luò)的方式實(shí)現(xiàn)。的方式實(shí)現(xiàn)。 1.4.1 信息的基本概念1.4.2 計(jì)算機(jī)在信息社會(huì)中的應(yīng)用1. 1. 科學(xué)計(jì)算科學(xué)計(jì)算天文、地質(zhì)、核物理天文、地質(zhì)、核物理2. 2. 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理企業(yè)管理、辦公自動(dòng)化、統(tǒng)計(jì)企業(yè)管理、辦公自動(dòng)化、統(tǒng)計(jì)3. 3. 過程控制過程控制冶金、機(jī)械、化工、航天冶金、機(jī)械、化工、航天4. 4. 計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng) CAD(CAD(輔助設(shè)計(jì)）輔助設(shè)計(jì)）CAMCAM（輔助制造）輔助制造）CAECAE（輔助教育、輔助教育、CAICAI輔助教學(xué)、輔助教學(xué)、CMICMI計(jì)算機(jī)管理教學(xué)）計(jì)算機(jī)管理教學(xué)）5. 5. 人工智能人工智能 模擬人腦，計(jì)算機(jī)診斷模擬人腦，計(jì)算機(jī)診斷6. 6. 計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算機(jī)模擬 虛擬實(shí)驗(yàn)室，工廠，仿真，汽車、虛擬實(shí)驗(yàn)室，工廠，仿真，汽車、航天員模擬訓(xùn)練航天員模擬訓(xùn)練1.4.2 計(jì)算機(jī)在信息社會(huì)中的應(yīng)用7.7.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 在信息時(shí)代，人們的