1.1 计算机概述

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,大学计算机基础,多媒体教学课件,城市学院信息科学与工程系,计算机教研室制作,一,.,教学,目的,(1),掌握计算机的基本概念,（,2,）,了解计算机的发展及中国计算机的发展概况、未来计算机的发展,（3）,了解计算机的应用领域,（4）,了解计算机系统的概念和组成,（,5,）,掌握二进制及编码,（,6,）,了解汉字在计算机中的表示，熟练掌握一种汉字输入方法,（,7,）,了解计算机软件的分类和应用,第,1,章 计算机基础知识,二,.,重点、难点,重点：,计算机系统的组成；软件和硬件组成及各组成部分的功能及相应关系；,数制转换及运算；数据在计算机中的表示,。,难点：,数据在计算机中的表示、硬件和软件的概念。,第,1,章 计算机基础知识,1.1.1,计算机的发展,登高而招 ，臂非加长也 ，而见者远。顺风而呼 ，声非加疾也 ，而闻者彰。假舆马者 ，非利足也 ， 而致千里；假舟楫者 ，非能水也 ， 而绝江河。君子生非异也 ，善假于物也。,荀况,人脑计算有限,计算机的发明是历史的必然,我国春秋时期出现的算筹是世界上最古老的计算工具。计算的时候摆成纵式和横式两种数字，按照纵横相间的原则表示任何自然数，从而进行加、减、乘、除、开方以及其它的代数计算。,算筹,祖冲之,公元,500,年前，中国南北朝时期的数学家祖冲之借助算筹作为计算工具，成功地将圆周率,值计算到小数点后的第,7,位，成为当时世界上最精确的,值。,1,、,早期的计算工具,随着计算技术的发展，在求解一些更复杂的数学问题时，算筹显得越来越不方便了。于是在唐代，中国人发明了算盘，它结合了十进制计数法和一整套计算口诀并一直沿用至今，是世界上第一种手动式计数器,。,算盘,1621,年，英国人冈特发明计算尺，这是世界上最早的模拟计算工具。,17,世纪的文献详细记载了冈特发明这种计算工具的过程。,冈特计算尺,1623,年,德国科学家希克尔德,制作了一台计算器，他的计算器能做,6,位数加减法。,希克尔德的机械式计算机,1642,年，法国数学家、物理学家和思想家帕斯卡,(Pascal),发明加法机，这是人类历史上第一台机械式计算机，其原理对后来的计算机械产生了持久的影响。,帕斯卡的加法机,1971,年瑞士人沃斯把自己发明的高级语言命名为,Pascal,，,以表达对帕斯卡的敬意。,1673,年，德国数学家莱布尼兹,(,Leibnize,),发明乘法机，这是第一台可以运行完整的四则运算的计算机。莱布尼兹,首次提出二进制思想，,同时还提出了“可以用机械代替人进行繁琐重复的计算工作”的伟大思想，这一思想至今鼓舞着人们探求新的计算机。,莱布尼兹乘法机,1812,年，英国数学家巴贝奇,(Babbage),设计出了差分机，专门用于航海和天文计算。这是最早采用寄存器来存储数据的计算机，体现了早期程序设计,思想的萌芽,。 第一台差分机从设计到制造完成，花费了整整十年。它可以处理,3,个,5,位数，计算精度达到,6,位小数。,巴贝奇差分机,巴贝奇分析机,(1834,年,),三部分组成,:,(1),由许多轮子组成的保存数据的存储库,(2),运算装置,(3),能对操作顺序进行控制,并选择所需处理的数据以及输出结果的装置,巴贝奇分析机,(1834,年,),巴贝奇把程序控制的思想引入了分析机,它的设想是采用穿孔卡片把指令存到存储库中,机器根据穿孔卡片上孔的图形确定该执行什么指令,并自动运算,。,在计算机的发展史上，巴贝奇写下了光辉的一页。他的设计思想为现代电子计算机的结构设计奠定了基础。现代电子计算机的中心结构部分恰好包括了巴贝奇提出的分析机的,3,个部分，可以说巴贝奇的分析机是现代电子计算机的雏形。,1944,年，美国科学家艾肯在,IBM,公司的资助下，研制成功机电式计算机,MARK-I,。,这是世界上最早的通用型自动机电式计算机之一，它取消了齿轮传动装置，以穿孔纸带传送指令。,MARK-1,外壳用钢和玻璃制成，长,15,米，高,2.4,米，自重,31.5,吨，使用了,15,万个元件和,800,公里电线，每分钟进行,200,次运算。,艾肯研制,MARK-1,的灵感来自一个世纪以前巴贝奇留下的思想精华。,艾肯的,MARKI,2,、现代计算机的诞生,现代计算机的诞生，英国科学家图灵,(Turing),和美籍匈牙利科学家冯,诺依曼,(Von,Neueman,),做出了杰出的贡献。,图灵,人工智能之父,冯,诺依曼,电子计算机之父,计算机科学奠基人,图灵,艾兰,图灵,1912,年,6,月,23,日出生于英国伦敦。,1936,年， 图灵发表了一篇划时代的论文,论可计算数及其在判定问题中的应用,，后被人改称,理想计算机,。论文里论述了一种“图灵机”，只要为它编好程序， 它就可以承担其他机器能作的任何工作。当世界上还没人提出通用计算机的概念前，图灵已经在理论上证明了它存在的可能性。,1950,年,10,月，图灵的另一篇论文,机器能思考吗,发表，首次提出检验机器智能的“图林试验” ，从而奠定了人工智能的基础，使他再次荣膺“人工智能之父”称号。,1954,年，,42,岁的艾兰,图灵英年早逝。为了纪念他在计算机领域奠基性的贡献，美国计算机学会决定设立“图灵奖”，从,1956,年开始颁发给最优秀的计算机科学家，它就像科学界的诺贝尔奖那样，是计算机领域的最高荣誉,。,图灵与图灵机,冯,诺依曼与冯,诺依曼机,冯,诺依曼,1913,年出生于匈牙利首都布达佩斯。,1945,年,6,月，冯,诺依曼与戈德斯坦、勃克斯等人，联名发表了一篇长达,101,页纸的报告，即计算机史上著名的“,101,页报告”，直到今天，仍然被认为是现代计算机科学发展里程碑式的文献。报告明确规定出计算机的五大部件，并用二进制替代十进制运算。该方案的革命意义在于“存储程序”，以便计算机自动依次执行指令。人们后来把这种“存储程序”体系结构的机器统称为“冯,诺依曼计算机”。,3,、计算机的发展历程,计算机发展了六十年，依据计算机采用的基本电子元件和使用的软件可以分为以下四个阶段。,(1),第一代,电子计算机,（,1946 1958,）,第一代计算机采用电子管作为基本元器件,。,1904,年，英国人弗莱明发明真空电子二极管。电子管的诞生，是人类电子文明的起点,。,弗莱明与电子,二,极管,1906,年，美国人德弗雷斯特发明电子三极管，并在研究中发现，三极管可以通过级联使放大倍数大增，这使得三极管的实用价值大大提高，从而促成了无线电通信技术的迅速发展。,德弗雷斯特与电子三极管,莫奇利,(,左）埃克特（右）,世界上第一台通用数字电子计算机的诞生,1946,年,2,月,15,日，世界上第一台通用数字电子计算机,ENIAC,在美国研制成功，承担开发任务的“莫尔小组”由四位科学家和工程师埃克特、莫奇利、戈尔斯坦、博克斯组成，总工程师埃克特当时年仅,24,岁。,世界上第一台通用数字电子计算机,ENIAC,电子管：,18,800,个,电 阻：,70,000,个,电 容：,10,000,个,继电器：,1,500,个,占 地：,170,平方米,重 量：约,30,吨,功 率：,150KW,每秒运算：,5000,次加法,造 价：,48,万美元,UNIVAC,由埃克特和莫奇利研制成功，这也是第一个进行批量生产的计算机。,1951,年，电脑开始走出实验室服务于社会与公众。,1950,问世的第一台并行计算机,EDVAC,，,首次实现了冯,诺依曼体系的两个重要设想：存储程序和采用二进制。,在,ENIAC,研制成功后，相继出现了一批电子管计算机，主要用于科学计算。采用电子管作为逻辑元件是第一代计算机的标志,(2),第二代电子计算机（,1958 1964,）,晶体管的发明，为半导体和微电子产业的发展指明了方向。采用晶体管代替电子管成为第二代计算机的标志。除了科学计算，计算机也开始被用于企业商务。,肖克莱（左）、巴丁（中）、布拉顿（右）于,1956,年共同获得诺贝尔物理学奖,。,1947,年，贝尔实验室的肖克莱、巴丁、布拉顿发明点触型晶体管；,1950,年又发明了面结型晶体管。相比电子管，晶体管体积小、重量轻、寿命长、发热少、功耗低，电子线路的结构大大改观，运算速度则大幅度提高。,晶体管,第一个晶体管,美国贝尔实验室于,1954,年研制成功第一台使用晶体管的第二代计算机,TRADIC,。,相比采用定点运算的第一代计算机，第二代计算机普遍增加了浮点运算，计算能力实现了一次飞跃。,第一台使用晶体管的第二代计算机,TRADIC,(3),第三代电子计算机（,1964 1970,）,集成电路的问世催生了微电子产业，采用集成电路作为逻辑元件成为第三代计算机的最重要特征。此外，系列兼容和采用微程序设计也是第三代计算机的重要特点。,1958,年，美国物理学家基尔比和诺伊斯同时发明集成电路。,世界上第一块,半导体集成电路,集成电路,IBM,于,1964,年研制出计算机历史上最成功的机型之一,IBM S/360,。,S/360,极强的通用性适用于各方面的用户，它具有“,360,度”全方位的特点，并因此得名。开发,S/360,被称为“世纪豪赌”，,IBM,为此投入了,50,亿美元的研发费用，远远超过制造原子弹的“曼哈顿计划”的,20,亿美元。,(4),第四代电子计算机（,1971 ,至今）,从,1970,年至今的计算机基本上都属于第四代计算机，它们都采用大规模和超大规模集成电路。随着技术的进展，计算机开始分化成通用大型机、巨型机、小型机和微型机。,各代计算机的电子器件,4.,我国计算机工业的发展,我国计算机工业起步于,1956,年，当时以华罗庚为首的一批科学家开始仿制苏联的,M3,电子管计算机，这就是我国的第一台电子计算机。,1959,年,9,月又成功地仿制成功一台大型通用电子数字计算机，命名为,104,机。,4.,我国计算机工业的发展,从,1964,年起，北京、天津、上海等地相继研制成功一批晶体管计算机，其中,DJS6,、,441B,、,441B,计算机已批量生产。这一时期我国计算机在应力分析、天气预报、大地测量、地质勘探以及卫星火箭和核物理方面得到了广泛应用，并取得了巨大成果。,4.,我国计算机工业的发展,20,世纪,70,年代，我国计算机进入了集成电路时期，早期的集成电路计算机的代表机型是,111,机、,112,机与,709,机。从电子管计算机到晶体管计算机再到集成电路计算机，这三代计算机的开发研制使我国计算机工业基本上跟上了世界发展的潮流。,4.,我国计算机工业的发展,20,世纪,80,年代以来，我国的计算机工业有了飞跃发展。,1983,年，由国防科技大学研制的“银河,”,巨型计算机每秒运算达,1,亿次以上。,1994,年研制出的“银河,”,巨型机运算速度达到每秒,10,亿次以上，,1995,年，“曙光,1000”,并行计算机投入运行，这些标志着我国已进入超级计算机研制者的行列。,4.,我国计算机工业的发展,在,2001,年，中科院计算所研制成功我国第一款通用,CPU,龙芯芯片，,2002,年曙光公司推出完全自主知识产权的龙腾服务器。龙腾服务器采用了龙芯,-1CPU,，采用了曙光公司和中科院计算所联合研发的服务器专用主板，采用曙光,Linux,操作系统。该服务器是国内第一台完全实现自有产权的产品。,激光照排之父、当代毕昇,王选,著名计算机应用专家，主要致力于文字、图形、图像的计算机处理研究。,1975,年开始主持我国计算机汉字激光照排系统和以后的电子出版系统的研究开发，跨越当时日本的光机式二代机和欧美的阴极射线管式三代机阶段，开创性地研制当时国外尚无商品的第四代激光照排系统，获一项欧洲专利和八项中国专利。这些成果的产业化和应用，取消了我国沿用上百年的铅字印刷，推动了我国报业和印刷出版业的发展。,激光照排之父、当代毕昇,王选,此后，他又相继提出并领导研制了大屏幕中文报纸编排系统、彩色中文激光照排系统、远程传版技术和新闻采编流程管理系统等。这些成果达到国际先进水平，在国内外得到迅速推广应用，使中国报业技术和应用水平处于世界最前列，是我国计算机技术应用最为全面和成功的行业之一,。,5.,计算机的发展趋势,巨型化,微型化,多媒体,网络化,智能化,1.1.2,计算机的分类,(,按综合性能指标,),巨型机,大型机,小型机,微型计算机,工作站,1.1.3,计算机的应用领域,科学计算,信息处理,过程控制,计算机辅助技术,电子商务,多媒体技术,虚拟现实,人工智能,1.1.4,计算机的新技术,1.,嵌入式技术,将计算机作为一个信息处理部件，嵌入到应用系统之中的一种技术。,系统和功能软件固化起来，类似,BIOS,的工作方式。,应用：,各种家电、数码相机等。,1.1.4,计算机的新技术,2.,网格计算,利用互联网把分散在不同地理位置的电脑组织成一个“虚拟的超级计算机”，其中每一台计算机就是一个“节点”，而整个计算是由成千上万个“节点”组成的“一张网格”。,优点：,数据处理能力强，充分利用网上的闲置处理能力。,示例,:,1.1.4,计算机的新技术,3.,中间件技术,中间件是介于应用软件和操作系统之间的系统软件。,1.1.5,未来新型计算机,1.,光计算机,利用光子取代电子进行数据运算、传输和存储。不同的波长表示不同的数据。,优点：超高速,缺点：体积庞大,3.,量子计算机,利用处于多现实态下的原子进行运算的计算机，这种多现实态是量子力学的标志。,2.,生物计算机,(,分子计算机,),20,世纪,80,年代中期开始研制，采用了生物芯片。,本次课介绍了计算机的基本概念、类型及发展历程、我国计算机的发展情况，介绍了计算机在各个领域的应用，描述了及未来计算机的发展方向，同学们应认识到计算机在信息化社会中的作用与地位。,小 结,思考题,1.,计算机的发展经历了哪几个阶段？各阶段的,主要特征是什么？,2.,按综合性能指标，计算机一般分为哪几类？,3.,试述当代计算机的主要应用。,4.,简述计算机的发展趋势。,