計算機技術與計算思維 課件 1. 計算機基礎知識

信息技術實踐信息技術實踐課程組課程助教/ma/s/VnykmKOk計算機基礎知識教師信息姓名：電話：郵件：答疑時間地點：教學大綱解讀思考：為什么要上本門課程？你期望學到什么？教學大綱這是一幅很著名的人類進化幽默圖20世紀以來人類最重大的科技發(fā)明當屬電子數(shù)字計算機，計算技術和計算機是現(xiàn)代社會、經濟和科技的基石之一討論：為什么要學習計算機課程？討論：計算機對我們產生了什么影響？討論：計算機對我們產生了什么影響？無處不在工作助手生活伙伴最直觀的感受深刻影響著人們的思維方式影響著很多學科的研究和發(fā)展深層次

學科交叉：X@Computer!Computer-based+X“多學科交叉融合是創(chuàng)新的源泉，推動了科學研究的重大突破與高新技術的產生。”

計算機學科知識膨脹速度非?？?，多學科交叉融合已是必然趨勢，“知識”的學習必須有所選擇，因此應學習計算機學科基礎之余，更應學習經典的、對人們現(xiàn)在和未來有深刻影響得的思維模式！學會像計算機科學家那樣思考學會使用計算機處理各種問題為什么要在非計算機專業(yè)開設本課程？教學目標1、通過對計算機軟硬件的一些基礎知識的學習，以及信息技術發(fā)展趨勢的了解，構建基本的信息素養(yǎng)與學習能力；2、通過熟悉典型的計算機操作環(huán)節(jié)及工作平臺，培養(yǎng)使用常用軟件工具處理日常事務的能力，以及應用計算機進行信息處理能力；3、培養(yǎng)學生人工智能及計算思維能力,能夠應用人工智能及計算思維解決日常生活中遇到的問題。授課學時安排表序號內容課時數(shù)1初識計算機62計算機網絡43信息檢索24人工智能與計算思維65數(shù)據處理與展示46多媒體技術與新媒體應用87原型設計48計算機科學前沿技術2課時總計：36學時

課程目標1.了解計算機的誕生和發(fā)展2.掌握計算機系統(tǒng)的組成3.掌握計算機的工作原理4.了解計算機系統(tǒng)及主要性能指標5.能夠正確選購適合自己使用的電腦傳統(tǒng)“計算機器”多樣化的“計算機器”，各種設備的“大腦”系統(tǒng)形形色色的計算機1.1計算機是什么？形形色色的計算機軟件正在占領全世界形形色色的計算機操作系統(tǒng)OS:分時OS,實時OS,網絡OS,并行OS,移動OS,云OS,…中間件，如應用服務器,消息中間件,流程中間件,服務中間件,…硬件(裸機)嵌入式/移動式(設備裸機)網絡化/互聯(lián)化—其他硬件工具軟件語言處理系統(tǒng)數(shù)據庫管理系統(tǒng)計算機輔助設計與制造軟件CAx企業(yè)管理軟件ERP&SCM電子商務各類軟件，網上購物各類在線與非在線娛樂軟件計算類軟件-生物計算、化學計算等嵌入類軟件-車輛、機床等設備云大數(shù)據服務智能移動各行業(yè)、各領域企業(yè)的計算系統(tǒng)；面向家庭、社會和政府的計算系統(tǒng)系統(tǒng)軟件應用軟件計算機：硬件vs.軟件計算機是什么?計算機本質上是信息處理機，輸入數(shù)字化的數(shù)據，按照程序規(guī)定的步驟進行處理，輸出指定的動作和時序，從而完成控制任務和信息處理。特點：（1）運算速度快（2）計算精度高（3）具有記憶能力（4）具有邏輯判斷能力（5）具有自動執(zhí)行能力1.2計算機能夠做什么？我們遇到了這樣一些問題：計算機上有病毒了！磁盤上的碎片太多了！計算機啟動太慢了！解決方法可以是：查殺病毒軟件磁盤整理軟件系統(tǒng)配置實用程序（msconfig）一些生活中的應用問題：把照片里的人換個樣制作一個求職演說報告統(tǒng)計學生成績PhotoshopOfficeExcel或數(shù)據庫PS一些相對專業(yè)的問題：制作一個鳥巢的三維模型求解數(shù)學中正弦擬合導彈穿甲戰(zhàn)斗部侵徹鋼板的毀傷分析3dmaxmayaMATLAB投資組合優(yōu)化等高線正弦擬合問題描述軟件名稱問題描述軟件名稱文件與信息下載迅雷下載視頻制作影視屏王文檔瀏覽HedExLite壓縮軟件WinRAR圖像瀏覽ACDSee計算機安全使用360殺毒音頻瀏覽酷狗音樂播放器硬盤檢測工具HDTunePro視頻瀏覽超級解霸數(shù)?學?建?模Mathematica圖像制作美圖秀秀電路設計Protel三維動畫制作3DSmax機械制圖AutoCAD，Pro/E

軟件名稱與功能你需要具備學習能力應對新技術的跟進！思考：所有計算機可解的問題都有可用的軟件嗎？計算機使用領域科學計算（數(shù)值計算）如：導彈設計、飛機設計、石油勘探數(shù)據處理（非數(shù)值計算）如：辦公自動化、企業(yè)管理、情報檢索過程控制如：導彈、宇宙飛船控制等計算機輔助系統(tǒng)如：CAD建模人工智能如：博弈、專家系統(tǒng)、機器人...1.3計算機的發(fā)展（自學）第一代——電子管計算機（1946—1954年）內存：延遲線或磁芯外存：紙帶、卡片或磁帶工作速度：幾千～一萬次／秒軟件：機器語言或匯編語言應用：科學計算代表機型：ENIAC特點體積龐大，運算速度低，成本高第二代——晶體管計算機（1954—1964年）物理元件：晶體管內存：磁芯外存：磁帶或磁盤工作速度：幾十萬次／秒軟件：高級算法語言應用：事務管理及工業(yè)控制代表機型：IBM7000系列優(yōu)點：體積小，壽命長，速度快，能耗少，可靠性高世界上第一臺全晶體管計算機TRADIC，1953人類第一只晶體管(真空二極管),1947第三代——集成電路計算機（1964—1970年）物理元件：中小規(guī)模集成電路（硅）內存：半導體存儲器外存：磁帶或磁盤工作速度：幾十萬～幾百萬次/秒軟件：高級算法語言、操作系統(tǒng)應用：計算、管理及控制代表機型：IBMSystem/360優(yōu)點：體積更小、速度更快、能耗更小、壽命更長發(fā)展特點：計算機設計出現(xiàn)了標準化、通用化、系列化的局面IBMSystem/360大型機第四代——大規(guī)模集成電路計算機（1970年至今）物理元件：（超）大規(guī)模集成電路內存：半導體存儲器外存：磁盤和光盤工作速度：幾百萬～幾千萬次／秒軟件：操作系統(tǒng)和應用軟件應用：以計算機網絡為特征第四代計算機—個人計算機,1981VLSI芯片及其封裝的內部電路摩爾定律----每18個月芯片能力增長一倍1.4計算機的分類（1）高性能計算機（2）微型計算機（3）工作站（4）服務器（5）嵌入式計算機1.5計算機的未來世界上最小臺式電腦----如同拇指大小平板電腦-AppleIPAD智能手機微型化：可嵌入、可攜帶2014.6,超級計算機500強第一名：天河二號

--中國32000顆IntelXeonE52.2GHz12核心處理器實測運算速度可以達到每秒3.39億億次(這意味著，它計算一天，相當于一臺家用電腦計算大約2萬年)2022年1月12日，中國計算機學會高性能計算機專業(yè)委員會（CCF高專委）發(fā)布了2021中國高性能計算機（HPC）性能TOP100榜單。

今年上榜的100臺超算系統(tǒng)的平均性能，相比2020年提升79%。

其中，一臺匿名主機系統(tǒng)以125PFLOPS（12.5億億次每秒）的測試性能排名第一，取代過去5年的榜首“神威·太湖之光”?！吧裢ぬ狻苯衲昱琶诙?，去年排名第二的“天河二號A”今年位列第四。第三名也是一臺匿名主機系統(tǒng)。

今年在整個榜單中，“算力服務”占據的系統(tǒng)性能份額最多，達到了46%。中科院計算技術研究所研究員張云泉表示：“算力服務異軍突起，中國進入算力經濟時代。”功能巨型化：可進行大規(guī)模、復雜計算超級計算機500強汽車生產線上的機器人水下機器人智能化理解自然語言，具有自適應性，自主完成復雜功能InternetofServicesInternetofNetworksInternetofThingsInternetof3DWorldsForpeopleandenterprises網絡化“未來互聯(lián)網”-FutureInternet機-機相聯(lián)，物-物相聯(lián)，物-人相聯(lián)，人-人相聯(lián)網絡化IBM提出智慧地球，SmartPlanet。交通電力能源物流InstrumentedInterconnectIntelligent計算機系統(tǒng)硬件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)系統(tǒng)軟件主機應用軟件外設中央處理器(CPU)運算器內存儲器控制器只讀存儲器(ROM)隨機存儲器(RAM)輸入設備(鍵盤、鼠標、掃描儀、攝像頭等）輸出設備(顯示器、打印機、繪圖儀)外存儲器(硬盤、U盤、光盤、軟盤)操作系統(tǒng)語言處理系統(tǒng)數(shù)據庫管理系統(tǒng)系統(tǒng)服務程序辦公軟件圖形處理軟件輔助設計軟件裸機1.6計算機系統(tǒng)組成計算機內部采用二進制馮·諾依曼機存儲程序自動工作硬件由五大部件組成JohnvonNeumann馮

諾依曼（1903-1957）馮諾依曼計算機體系結構圖靈1.6計算機系統(tǒng)組成馮諾依曼計算機體系結構①運算器硬件③存儲器②控制器④輸入設備⑤輸出設備運算器控制器主存儲器輸出設備輸入設備主機CPU控制器：指揮中心和神經樞紐。運算器：進行算術運算和邏輯運算。存儲器：存放程序和數(shù)據。輸入設備：將程序和數(shù)據送入內存。輸出設備：將內存中的處理結果轉變?yōu)橛脩粜枰男问讲⑤敵?。?shù)據流指令流計算機硬件系統(tǒng)組成計算機的基本工作原理主存儲器類型和特點ROM(ReadOnlyMemory)◆ROM（掩膜ROM）ROM生產時寫入，用戶不可更改?！鬚ROM（ProgrammableROM，熔絲PROM）生產時空白，用戶可寫入，但寫入后不可更改。◆EPROM（ErasablePROM，紫外線EPROM）可擦除重寫，但必須使用專用設備?！鬍EPROM(ElectricallyEPROM，電可擦寫可編程只讀存儲器)可在電腦上或專用設備上擦除已有信息，重新編程?！鬎lashEPROM（快速可擦除編程只讀存儲器）是一種長壽命的非易失性（在斷電情況下仍能保持所存儲的數(shù)據信息）的存儲器。特點：非易失性存儲器，斷電后信息依然可以保存。RAM(RandomAccessMemory)◆DRAM(DynamicRAM)可隨機存取，但必須周期性的刷新以保持存儲內容。◆SRAM(StaticRAM)可隨機存取，且不需要周期性刷新的存儲器。存儲器類型和特點特點：易失性存儲器，斷電信息丟失。內存、硬盤、U盤、光盤等存儲器容量單位是相同的，基本存儲單位都是字節(jié)(Byte)：1024B

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1KB(千字節(jié))=

1024字節(jié)

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210字節(jié)1024KB

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1MB(兆字節(jié))=

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220字節(jié)1024MB

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1TB(太字節(jié))=

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1PB(拍字節(jié))=

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1EB(艾字節(jié))=

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1ZB(澤字節(jié))=

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280字節(jié)1024YB

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1BB(千億億億字節(jié))=

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290字節(jié)存儲容量為什么采用多級存儲體系？為了緩解主存儲器讀寫速度慢，與CPU讀寫速度不匹配的問題。為了解決主存儲器容量小，存不下更多的程序和數(shù)據的難題。為了解決計算機斷電后，數(shù)據程序的存儲問題。為了解決存儲價格問題。計算機的多級存儲體系05030201U盤(USB3.0+)、光盤、軟盤硬盤內存(RAM)高速緩存Cache(在CPU中)內存儲器外存儲器04寄存器(在CPU中)計算機的多級存儲體系主板微處理器輸入/輸出設備外存儲器內存儲器1.6計算機系統(tǒng)硬件組成主板，又叫主機板(mainboard)、它是微型計算機最重要的部件之一。主板一般為矩形電路板，其上有組成微型計算機的主要電路系統(tǒng)，包括芯片組、擴展插槽、鍵盤和面板控制開關接口、指示燈插接件、電源接口等。主板介紹4個PCI-EX12個PCI插槽6×SATAII接口2個DDR3內存插槽主板電源接口CPU插槽CPU電源接口南橋芯片PCI-EX16插槽技嘉GA-F2A55-DS3主板介紹內存擴展槽：用來插內存條。內存擴展槽插槽、擴展槽和內部接口PCI-E擴展槽：是一種通用型擴展槽，不限定擴展用途，比如：顯卡，聲卡，網卡等。PCI-EX4擴展槽PCI-EX16擴展槽PCI-EX1擴展槽PCI-EX16擴展槽擴展槽和內部接口SATA接口：sata負責連接固態(tài)硬盤、光盤驅動器。SATA接口擴展槽和內部接口M.2接口：用來連接固態(tài)硬盤、傲騰內存。M.2接口擴展槽和內部接口針腳：主板底部的針腳通過跳線連接到機箱前面板，包括開機鍵、重啟鍵、I/O接口指示燈。其他位置還有一些針腳，負責連接RGB，aRGB燈光控制器，CPU風扇，電源風扇等。針腳擴展槽和內部接口電源：主板電源接口分主供電接口和輔助供電接口。ATX24針主供電接口8針CPU供電接口4針CPU供電接口擴展槽和內部接口音頻輸入接口音頻輸出接口麥克風接口USB3.0接口E-SATA接口DisplayPort接口HDMI接口USB接口PS/2鍵鼠接口DVI接口VGA接口主板常用外部接口CPU介紹CPU及其插槽中央處理器〔Central