2014计算机科学导论1初识计算机

1、初识计算机初识计算机 计算机的发展历史 计算机的分类 计算机的发展 计算机的应用范围1 1计算机的发展历史 “史前”的计算机 电子计算机的始祖 按元件划分的计算机 微型计算机的历史2 23 3 现代电子计算机技术的飞速发展，离不开现代电子计算机技术的飞速发展，离不开人类科技知识的积累，离不开许许多多热人类科技知识的积累，离不开许许多多热衷于此并呕心沥血的科学家门的探索，正衷于此并呕心沥血的科学家门的探索，正是这一代代的积累才构筑了今天的是这一代代的积累才构筑了今天的 信息信息大厦大厦 。 “史前”的计算机4 4古代的中国古代的中国 (1)(1)二进制与十进制二进制与十进制 我国古代劳动人民不仅

2、发明了文字，还产生了二进我国古代劳动人民不仅发明了文字，还产生了二进位、十进位数学思想。位、十进位数学思想。 阴阳是两个基本的符号，是原始的二进位思想，与阴阳是两个基本的符号，是原始的二进位思想，与现代计算机运用的现代计算机运用的1 1和和0 0完全一致。在距今完全一致。在距今60006000年至年至50005000年，我们的祖先就用阴阳二仪叠出了四象、八卦；在殷年，我们的祖先就用阴阳二仪叠出了四象、八卦；在殷商时代又叠出了六十四卦。商时代又叠出了六十四卦。 在甲骨文里已有一二三四五六七八九十百千万数字，在甲骨文里已有一二三四五六七八九十百千万数字，是流传至今最早的十进位思想，比英文的十进位思

3、想早是流传至今最早的十进位思想，比英文的十进位思想早三千多年。三千多年。5 5世界上最早的计算工具世界上最早的计算工具算筹。算筹是运用算筹。算筹是运用十进位思想发明的原始的计算器，公元前十世十进位思想发明的原始的计算器，公元前十世纪前后（商周）发明于中国。算筹的大小象劈纪前后（商周）发明于中国。算筹的大小象劈开的方便筷，可以摆成纵式或横式，遇到零时开的方便筷，可以摆成纵式或横式，遇到零时用空位表示，能进行加减乘除、开方及其他的用空位表示，能进行加减乘除、开方及其他的代数计算。代数计算。 算盘是由算筹演变而来的。算盘发明于汉代，算盘是由算筹演变而来的。算盘发明于汉代，定型于宋代，明初传到朝鲜、日

4、本。定型于宋代，明初传到朝鲜、日本。珠算口诀则是最早的体系化的算法。珠算口诀则是最早的体系化的算法。 6 6机械计算机（法）帕斯卡的加法机 在在1717世纪，法国著名的数学家和哲学家世纪，法国著名的数学家和哲学家Blaise Blaise PascalPascal发明了发明了PascalinePascaline，一个用来进行加减运，一个用来进行加减运算的计算机器。到了算的计算机器。到了2020世纪，世纪，Niklaus WirthNiklaus Wirth发发明了一种结构化的程序设计语言，他将其命名明了一种结构化的程序设计语言，他将其命名为为为为PascalPascal，用来纪念这位发明首台计

5、算机器，用来纪念这位发明首台计算机器的科学家。的科学家。7 7（德）莱布尼茨的机械计算机 在在1717世纪后期，德国数学家世纪后期，德国数学家Gottfried Gottfried LeibnitzLeibnitz发明了一强既能做乘除又能做发明了一强既能做乘除又能做加减运算的更加复杂的计算机器。这台加减运算的更加复杂的计算机器。这台机器被称为莱布尼兹之轮（机器被称为莱布尼兹之轮（Leibnitzs Leibnitzs WheelWheel）。）。8 8 18221822年，年，Charles BabbageCharles Babbage发明一种差分引擎发明一种差分引擎（Difference E

6、ngineDifference Engine），它不仅能够很容易地），它不仅能够很容易地进行简单数学运算，还可以解多项式方程。后进行简单数学运算，还可以解多项式方程。后来，他发明了一种叫做分析引擎（来，他发明了一种叫做分析引擎（Analytical Analytical EngineEngine）的机器，在某种程序上和现代计算机）的机器，在某种程序上和现代计算机的概念类似。的概念类似。查尔斯查尔斯. .巴贝奇巴贝奇 1834 1834年设计的分析年设计的分析机机 18221822年差分机年差分机由许多轮子组成的保存数据的存储库；由许多轮子组成的保存数据的存储库；运算装置；运算装置；能对操作顺序

7、进行控制，并选择所需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。处理的数据以及输出结果的装置。Ada的贡献 Ada和巴贝奇一起研究分析机，为分析机编制一批函数计算程序。 Ada编写的差分机解决数学问题的详细步骤现在我们称为“程序”。 Ada被公认她是世界上第一位软件工程师，史上最“昂贵”的计算机语言以她命名。 Ada的贡献 - 指出分析机可以编程，发现编程的基本要素,如循环、子程序； - 建议分析机用二进制存储； - 预言分析机能唱歌、绘画。9 91010 18901890年，在美国人口普查局工作的年，在美国人口普查局工作的Herman HollerithHerman Hol

8、lerith设设计并制造出具有编程能力的机器，该机器可以自动阅读、计并制造出具有编程能力的机器，该机器可以自动阅读、计数和排列存储在穿孔卡片上的数据。计数和排列存储在穿孔卡片上的数据。18901890美国人口普美国人口普查。查。18801880年的普查人工用了年的普查人工用了7 7年的时间进行统计。这意年的时间进行统计。这意味着味着18901890年的统计将会超过年的统计将会超过1010年。但利用该机器结果仅年。但利用该机器结果仅仅用了仅用了6 6个周就得出了准确的数据。个周就得出了准确的数据。 打打卡卡机机 制制表表机机 卡卡片片 （美）霍华德 艾肯的机电式计算机 霍华德 艾肯使巴贝奇梦想成

9、真11111944 MARK-I1944 MARK-I软件界又一巾帼格瑞斯霍普 格瑞斯霍普海军少将，参加MarkI的研制，负责编程。 美军历史上第一位获得少将军衔的女性，为海军服务43年，被称为“海军计算机化之母” 霍普发明了COBOL语言，开发出了世界上第一个将高级符号语言转变成机器语言的编译器。 “bug”和“debug”1212早期的其他计算机Colossus (英国)1313 德国康拉德楚什曾经独立地创造了世界上第一台计算机。 数字计算机Z3，被认为是世界上第1台机电式、程序控制的计算机。ABC，有史以来第一台用电子管为元件的有再生记忆功能的数字计算机。1414电子计算机的诞生电子计算

10、机的诞生 1906: 1906: 美国的美国的Lee De ForestLee De Forest发明了电子管。在这之前发明了电子管。在这之前造出数字电子计算机是不可能的。这为电子计算机的发造出数字电子计算机是不可能的。这为电子计算机的发展奠定了基础。展奠定了基础。 1939: Atanasoff1939: Atanasoff和学生和学生BerryBerry完成了能解线性代数方程完成了能解线性代数方程的计算机，取名叫的计算机，取名叫“ABC”“ABC”。 19411941年年1212月月: : 德国德国ZuseZuse制作完成了制作完成了Z3Z3计算机的研制。这计算机的研制。这是第一台可编程的

11、电子计算机。是第一台可编程的电子计算机。 19431943年年1212月月: : 可编程计算机可编程计算机ColossusColossus在英国推出，包括在英国推出，包括24002400个真空管，目的是为了破译德国的密码。个真空管，目的是为了破译德国的密码。1515电子计算机电子计算机ENIACENIAC的诞生的诞生 1946年年2月由宾州大学研月由宾州大学研制成功的制成功的ENIAC电子计算机时代的到来电子计算机时代的到来 :重达重达3030吨吨:占地占地170m2170m2:耗电耗电:140 :140 千瓦千瓦:每秒执行每秒执行50005000次加次加法或法或500500次乘法次乘法Ele

12、ctronic Numerical Integrator And Calculator电子数字积分计算机电子数字积分计算机计算机时代开始的标志：UNIVAC-195116161717电子计算机电子计算机 电子计算机是一种能按照事先存储的程序，自电子计算机是一种能按照事先存储的程序，自动、高速地进行大量数值计算和各种信息处理动、高速地进行大量数值计算和各种信息处理的现代化智能电子装置。的现代化智能电子装置。 电子计算机与一般计算工具的重要差别是，它电子计算机与一般计算工具的重要差别是，它不仅能进行加、减、乘、除等数学运算，还具不仅能进行加、减、乘、除等数学运算，还具有存储的能力，通过存储在其内部

13、的预先编好有存储的能力，通过存储在其内部的预先编好的程序来进行逻辑运算、对运算结果进行判断的程序来进行逻辑运算、对运算结果进行判断和决定以后进行什么操作。正是由于这种逻辑和决定以后进行什么操作。正是由于这种逻辑运算和推理判断能力，使电子计算机不再作为运算和推理判断能力，使电子计算机不再作为简单的计算工具。简单的计算工具。现代意义的计算机现代意义的计算机 第一代：电子管 第二代：晶体管 第三代：集成电路 第四代： 大规模/超大规模集成电路1818第一代：电子管计算机（1946-1956）1919第二代：晶体管计算机（1957-1964） 晶体管取代电子管 便宜、能耗低 处理性能提高，存储容量增大

14、，体积更小、更安全 高级程序语言出现： FORTRAN、COBOL、ALGOL等 制造成本更低 除了科学计算外，还用于数据处理和事务处理 代表机型有IBM 7094、CDC 76002020第三代：集成电路计算机（1965-1970）2121第四代：大规模/超大规模集成电路（1970-） 两个方向：两个方向： 大型机、巨型机：体积大，速度更快（十亿大型机、巨型机：体积大，速度更快（十亿次次- -百亿次百亿次/ /每秒）。每秒）。 微型机：体积小，成本低，能耗低，速度快微型机：体积小，成本低，能耗低，速度快（几百万次（几百万次- -上亿次上亿次/ /每秒）。每秒）。 用途：工业、生活等各方面。用

15、途：工业、生活等各方面。 新出现：新出现： 微型计算机（微型计算机（microcomputermicrocomputer）。）。 计算机网络（计算机网络（networknetwork）。）。2222体会集成度 元器件的间隔距离： -（1946年）ENIAC：一般为5厘米； -（1972年）4004微处理器芯片10微米； -（1974年）8080微处理器芯片6微米； -（1979年）8086微处理器芯片3微米； -（1985年）80386微处理器芯片1.5微米； -（1990年）80486微处理器芯片0.8微米； -（1993年）80586微处理器芯片0.6微米； -（1995年）“奔腾”0.5

16、微米 - Intel 酷睿i7 32纳米（0.032微米）2323计算机第一定律摩尔定律2424微型计算机的历史2525一个时代的开启2626苹果的传奇2727苹果告诉我们创新的价值苹果告诉我们创新的价值2828苹果的苹果的Apple IIApple II于于19701970年代助长了个人电脑革命，其后的年代助长了个人电脑革命，其后的MacintoshMacintosh接力于接力于19801980年代持续发展。其最知名的产品包括年代持续发展。其最知名的产品包括Apple IIApple II、麦金塔电脑（、麦金塔电脑（MacMac）、）、iPodiPod音乐播放器、音乐播放器、iTunesiT

17、unes商店、商店、iPhoneiPhone智能手机和智能手机和iPadiPad平板电脑等。苹果公司在高科技企业中平板电脑等。苹果公司在高科技企业中以创新而闻名世界。以创新而闻名世界。IBM的新举 19811981年年8 8月月1212日，日，IBM PCIBM PC诞生诞生 - - 英特尔英特尔- -微处理器芯片微处理器芯片 - - 微软微软- -软件软件 - IBM - IBM公司公司- -设计计算机系统设计计算机系统 19841984年年8 8月月1414日，日，IBMIBM更更“先进技术先进技术”的的IBM PC/ATIBM PC/AT 19821982年，康柏成立，兼容机诞生年，康柏

18、成立，兼容机诞生2929笔记本电脑发展踪迹现代便携式电脑的灵感来源。1972 年, 施乐Alan Kay想出了这个设备，设想作为“各年龄段孩子都能拥有的个人电脑”。30301981，首台内置显示屏Osborne 1笔记本电脑3131笔记本电脑3232笔记本电脑33331992年,IBM的Thinkpad系列中独创出指点杆设备笔记本电脑3434笔记本电脑3535更快更轻更薄3636内容内容 计算机的发展历史 计算机的分类 计算机的发展 计算机的应用范围3737计算机的分类3838按用途划分按用途划分3939按处理对象划分按处理对象划分4040计算机的各种形态4141至大和至小4242云计算时代的计算机4343专用的计算机4444内容内容 计算机的发展历史 计算机的分类 计算机的发展 计算机的应用范围4545计算机发展趋势4646微型化微型化4747Altair 8800计算机不再是单一的计算机器，而是一种计算机不再是单一的计算机器，而是一种信息机器，一种个人的信息机器。信息机器，一种个人的信息机器。巨型化巨型化 两个方向：两个方向： - - 开发高性能器开发高性能器件，缩短时钟周件，缩短时钟周期，提高单机性期，提高单机性能能 - - 采用多处理器采用多处理器结构，提高整机结构，提高整机性能性能4848 4949Cr