一章计算机及信息技术概述

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,#,教学进度,计算机科学与工程系,第一章 计算机及信息技术概述,计算机的历史和类型,计算机典型应用,计算机的未来发展趋势,计算机学科概要及计算机系统构成,信息技术基础知识,计算思维概述,1.1计算机,基,基础知,识,识,1.1,.,.1计算机,发,发展历,史,史上的,重,重要人,物,物和思,想,想,法国物,理,理学家,帕,帕斯卡(1623-1662),1642年，手,摇,摇驱动,的,的齿轮,进,进位式,计,计算器,1.1计算机,基,基础知,识,识,1673年，莱,布,布尼茨,发,发明机,械,械式乘,除,除法器,1.1计算机,基,基础知,识,识,1.1计算机,基,基础知,识,识,英国数,学,学家巴,贝,贝奇Babbage,1822年，,“,“差分,机,机”,A modernreconstructionofthedifferenceengine,.,. Fromei,.,.cs,.,.vt,.,.edu/history,1.1计算机,基,基础知,识,识,巴贝奇,试,试图发,明,明功能,更,更好的,通,通用计,算,算机分析机,，,，1834年据说,成,成功了,。,。,英国女,数,数学家,阿,阿达(1815-1852)是巴贝,奇,奇的合,作,作伙伴,。,。她用,穿,穿孔卡,片,片设计,了,了世界,上,上“第,一,一件计,算,算机程,序,序”。,她,她还建,议,议分析,机,机用二,进,进制存,储,储。预,言,言分析,机,机能唱,歌,歌、绘,画,画。,英国诗,人,人拜伦,的,的女儿,1.1计算机,基,基础知,识,识,英国科学家阿兰,图灵,(,理论计算机的奠基人,1912-1954),1.1计算机,基,基础知,识,识,图灵机,：,：这个,在,在当时,看,看来是,纸,纸上谈,兵,兵的简,单,单机器,，,，隐含,了,了现代,计,计算机,中,中“存,储,储程序,”,”的基,本,本思想,。,。半个,世,世纪以,来,来，数,学,学家们,提,提出的,各,各种各,样,样的计,算,算模型,都,都被证,明,明是和,图,图灵机,等,等价的,。,。,控制器（含运算功能）,可在纸带上左右移动的读写头，用于读写数据,(,输入输出设备,),可无限延伸的纸带。用于存储程序和数据（存储器）,1.1计算机,基,基础知,识,识,美籍匈,牙,牙利数,学,学家冯诺依曼,1.1计算机,基,基础知,识,识,冯诺依曼,：,：“如果不,考,考虑巴,贝,贝奇、,阿,阿达和,其,其他人,早,早先提,出,出的有,关,关思想,，,，计算,机,机基本,概,概念只,能,能属于,阿,阿兰图灵”,计算机,应,应由运,算,算器、,控,控制器,、,、存储,器,器、输入设,备,备和输,出,出设备,五,五大部,件,件组成,；,；,应采用,二,二进制,简,简化机,器,器的电,路,路设计,；,；,采用“存储程,序,序”技术,以便计,算,算机能,保,保存和,自,自动依,次,次执行,指,指令。,1.1计算机,基,基础知,识,识,七十多,年,年来，,现,现代计,算,算机基,本,本结构,仍,仍然是“冯诺依曼,计,计算机”。,1.1计算机,基,基础知,识,识,1946年2月由宾,夕,夕法尼,亚,亚大学,研,研制成,功,功的ENIAC是第一,台,台电子,数,数字计,算,算机。,E,lectronic,N,umerical,I,ntegrator,A,nd,C,alculator,电子数字积分计算机,重30吨，占,地,地167m2，耗电150千瓦,18800个电子,管,管，1500个继电,器,器，保,存80个字节,每,每秒钟,可,可做5000次加减,法或400次乘法,运,运算。,“诞生,了,了一个,电,电子的,大,大脑”,致命缺,陷,陷：没,有,有存储,程,程序。,1.1,.,.2电子计,算,算机时,代,代,电子技,术,术的发,展,展促进,了,了电子,计,计算机,的,的更新,换,换代。,第一代计算机,1946,1958,年,以电子管为主要元件,代表机型：,ENIAC,1.1计算机,基,基础知,识,识,1.1计算机,基,基础知,识,识,第二代计算机,1958,1964,年,以晶体管为主要元件,采用晶体管的第二代电子计算机,IBM7090,型,1.1计算机,基,基础知,识,识,第三代,计,计算机,19641971年,以集成,电,电路为,主,主要元,件,件,采用集,成,成电路,的,的第一,台,台电子,计,计算机IBM360型,第四代计算机,1971,年至今,以大规模,/,超大集成电路为主要元件,巨型机、大型机、小型机、微型机以及便携机,1.1计算机,基,基础知,识,识,第五代,计,计算机,：,：,据说是,智,智能计,算,算机,1.1计算机,基,基础知,识,识,1.1计算机,基,基础知,识,识,巨型机,大型机,小型机,微型机,工作站,服务器,嵌入式计算机,按计算机规模分类,1.1计算机,基,基础知,识,识,1.1,.,.3计算机,类,类型,按计算机用途分类,通用计算机,专用计算机,1.1计算机,基,基础知,识,识,计算机,是,是一种,能,能按照,事,事先存,储,储的程,序,序，自,动,动、高,速,速地进,行,行大量,数,数值计,算,算和各,种,种信息,处,处理的,现,现代化,智,智能电,子,子设备,。,。,运算速,度,度快,计算精,度,度高,存储容,量,量大,具有逻,辑,辑判断,能,能力,按照程,序,序自动,运,运行,计算机,特,特点,1.1,.,.4计算机,的,的特点,及,及应用,领,领域,1.1计算机,基,基础知,识,识,科学计,算,算,数据处,理,理,过程与,实,实时控,制,制,人工智,能,能,计算机,辅,辅助设,计,计与制,造,造,计算机,应,应用领,域,域,远程通,信,信与网,络,络应用,多媒体,与,与虚拟,现,现实,微机的,发,发展(1975-1995),1975年第一,台,台个人,电,电脑问,世,世。,1981年第一,台,台IBM,-,-PC问世。,1985年386；1989年486；1993年奔腾,出,出现。CPU进入32位时代,。,。,1989年多媒,体,体声卡,问,问世。,1995年个人,电,电脑出,现,现CD-ROM光驱。,1995年Win95问世，,操,操作系,统,统进入Windows时代。,多,多媒体,和,和图形,界,界面的,出,出现使,电,电脑真,正,正进入,家,家庭。,1995年，3D加速芯,片,片使显,卡,卡性能,有,有了很,大,大的发,展,展。,1998年USB在PC上出现,，,，即插,即,即用的,电,电子消,费,费产品MP3,/,/MP4等大量,涌,涌现。,Intel的CPU频率（2000年P4，2GHz；2004年P4，3.8GHz）。,2001年Windows XP，集成,大,大量应,用,用程序,，,，例如IE、MediaPlayer、图像,浏,浏览等,。,。,2004年Google进入桌,面,面，搜,索,索大战,。,。,微机的,发,发展(1995-2005),电脑的,展,展望：64位与双,核,核,2003年9月，AMD公司生,产,产了进,入,入个人,电,电脑最,早,早64位CPU。,2005年4月，64位Windows XP操作系,统,统问世,。,。 。,2005年4月，CPU进入双,核,核和多,核,核时代,。,。,2006年，Windows Vista 32位/64位操作,系,系统发,布,布。,计算机,发,发展趋,势,势巨型化,CRAY-,银河,1.1,.,.5未来的,计,计算机,1.1计算机,基,基础知,识,识,1.1计算机,基,基础知,识,识,LosAlamos National Laboratory,OakRidgeNationalLaboratory,NASA/Ames Research Center,LawrenceLivermoreNationalLaboratory,Argonne National Laboratory,TexasAdvancedComputingCenter,NERSC/LBNL,OakRidgeNationalLaboratory,NNSA/SandiaNationalLaboratories,ShanghaiSupercomputer Center,1,Tianhe-2 (MilkyWay-2),- TH-IVB-FEP Cluster, Intel Xeon E5-2692 12C 2.200GHz, TH Express-2, Intel Xeon Phi 31S1P,NUDT,2,Titan,- Cray XK7 , Opteron 6274 16C 2.200GHz, Cray Gemini interconnect, NVIDIA K20x,Cray Inc.,3,Sequoia,- BlueGene/Q, Power BQC 16C 1.60 GHz, Custom,IBM,4,K computer, SPARC64 VIIIfx 2.0GHz, Tofu interconnect,Fujitsu,5,Mira,- BlueGene/Q, Power BQC 16C 1.60GHz, Custom,IBM,6,Piz Daint,- Cray XC30, Xeon E5-2670 8C 2.600GHz, Aries interconnect , NVIDIA K20x,Cray Inc.,7,Stampede,- PowerEdge C8220, Xeon E5-2680 8C 2.700GHz, Infiniband FDR, Intel Xeon Phi SE10P,Dell,8,JUQUEEN,- BlueGene/Q, Power BQC 16C 1.600GHz, Custom Interconnect,IBM,9,Vulcan,- BlueGene/Q, Power BQC 16C 1.600GHz, Custom Interconnect,IBM,10,SuperMUC,- iDataPlex DX360M4, Xeon E5-2680 8C 2.70GHz, Infiniband FDR,IBM,TOP10November2013,天河二,号,号,“天河,二,二号”,同,同“天,河,河一号,”,”一样,由,由中国,国,国防科,技,技大学,开,开发，,将,将于本,年,年底在,广,广州国,家,家超级,计,计算机,中,中心投,入,入使用,。,。天河,二,二号拥,有,有多达312万计算,机,机核心,，,，102,.,.4万GB内存，,每,每秒浮,点,点运算,速,速度达33.86千万亿,次,次，理,论,论浮点,运,运算速,度,度峰值,达,达54.90千万亿,次,次，操,作,作系统,为,为中国,自,自主研,发,发的麒,麟,麟Linux。,美国“,泰,泰坦”,美国“,红,红杉”,日本“K Computer”,美国“,米,米拉”,美国“Stampede”,Thesystemsranked,#,#1since1993,IBMRoadrunner,(,(since2008.06),IBMBlueGene/L,(,(2004,.,.11,-,-2008.06),NECEarthSimulator (2002.06 -2004.11),IBMASCIWhite,(,(2000.11,-,- 2002,.,.06,),),IntelASCI Red,(,(1997.06,-,- 2000,.,.11,),),Hitachi CP-PACS,(,(1996,.,.11,-,-1997.06),Hitachi SR2201,(,(1996.06,-,- 1996,.,.11,),),Fujitsu NumericalWind Tunnel,(,(1994.11,-,- 1996,.,.06,),),IntelParagon XP/S140,(,(1994,.,.06,-,-1994.11),Fujitsu NumericalWind Tunnel,(,(1993.11,-,- 1994,.,.06,),),TMCCM,-,-5,(,(1993.06,-,- 1993,.,.11,),),计算机,发,发展趋,势,势微型化,1981,年,IBM PC,计算机,不,不再是,单,单一的,计,计算机,器,器，而是一,种,种个人,的,的信息,机,机器。,1.1计算机,基,基础知,识,识,计算机,发,发展趋,势,势网络化,计算机,网,网络：,计算机,技,技术,通,通信技,术,术,网络的,发,发展动,力,力：共,享,享远程,资,资源，,实,实现通,信,信和合,作,作。,1.1计算机,基,基础知,识,识,计算机,发,发展趋,势,势智能化,Deepblue,Garry Kasparov,1996,年,2,月,10,日，卡斯帕罗夫战胜“深蓝”,1997,年,5,月,12,日，卡斯帕罗夫负于“更深的蓝”,智能计,算,算机将,是,是一种,具,具有类,似,似于人,的,的思维,能,能力，,能,能听会,说,说，能,想,想会做,，,，能代,替,替人的,体,体力劳,动,动以及,脑,脑力劳,动,动的智,能,能机器,人,人。,1.1计算机,基,基础知,识,识,未来的,计,计算机光计算,机,机,用光子,器,器件替,代,代电子,器,器件。,1.1计算机,基,基础知,识,识,未来的,计,计算机生物计,算,算机,用生物,工,工程技,术,术生产,的,的蛋白,质,质分子,作,作元件,制,制成集,成,成电路,。,。,未来的,计,计算机量子计,算,算机,利用处,于,于多态,的,的原子,进,进行计,算,算。最,小,小的信,息,息单元,是,是一个,量,量子比,特,特。,1.2,.,.1计算机,硬,硬件系,统,统,1.2计算机,系,系统构,成,成,冯诺依曼,计,计算机,结,结构,计算机,由,由运算,器,器、控,制,制器、,存,存储器,、,、输入,设,设备、,输,输出设,备,备五大,部,部分组,成,成。,控制信号流,数据流,计算机,系,系统,硬件,软件,中央处理器,运算器,控制器,存储器,内存,外存,ROM,RAM,输入输出设备,系统软件,应用软件,磁盘光盘,软盘,硬盘,键盘、鼠标、显示器、打印机、投影仪、扫描仪、摄像头、麦克风、音箱,1.2计算机,系,系统构,成,成,用户程序或文档,其它系统软件,操作系统,硬 件,应用软,件,件是指,用,用户利,用,用计算,机,机及其,提,提供的,系,系统软,件,件为解,决,决各种,实,实际问,题,题而编,写,写的程,序,序。,系统软,件,件主要,包,包括：,（1）操作,系,系统。,（2）语言,处,处理程,序,序。,（3）监控,管,管理程,序,序、调,试,试程序,、,、故障,检,检查和,诊,诊断程,序,序等。,1.2,.,.2计算机,软,软件系,统,统,1.2计算机,系,系统构,成,成,1.3,.,.1信息技,术,术概念,1.3信息技,术,术基础,知,知识,信息是,一,一种知,识,识，是,接,接受者,事,事先不,知,知道不,了,了解的,知,知识。,数据是,信,信息的,载,载体。,数,数值、,文,文字、,语,语言、,图,图形、,图,图像等,都,都是不,同,同形式,的,的数据,。,。,4次信息,革,革命：,文,文字、,造,造纸和,印,印刷术,、,、电,报,报电话,广,广播电,视,视、计,算,算机与,网,网络,信息,数,数据,现代信,息,息技术,：,：计算,机,机技术,微电,子,子技术,通信,技,技术,