计算机及信息技术概述

1、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 计算机基础知识1.1.1 计算机发展历史上的重要人物和思想法国物理学家帕斯卡(1623-1662) 1642年，手摇驱动的齿轮进位式计算器1.1 计算机基础知识 1673年，莱布尼茨发明机械式乘除法器1.1 计算机基础知识1.1 计算机基础知识英国数学家巴贝奇Babbage1822年， “差分机”A modern reconstruction of the difference engine. From /history 1.

2、1 计算机基础知识巴贝奇试图发明功能更好的通用计算机分析机，1834年据说成功了。 英国女数学家阿达 (1815-1852)是巴贝奇的合作伙伴。她用穿孔卡片设计了世界上“第一件计算机程序”。她还建议分析机用二进制存储。预言分析机能唱歌、绘画。英国诗人拜伦的女儿1.1 计算机基础知识英国科学家阿兰图灵(理论计算机的奠基人1912-1954) 1.1 计算机基础知识图灵机：这个在当时看来是纸上谈兵的简单机器，隐含了现代计算机中“存储程序”的基本思想。半个世纪以来，数学家们提出的各种各样的计算模型都被证明是和图灵机等价的。 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)

3、可无限延伸的纸带。用于存储程序和数据（存储器）1.1 计算机基础知识美籍匈牙利数学家冯诺依曼1.1 计算机基础知识冯诺依曼： “如果不考虑巴贝奇、阿达和其他人早先提出的有关思想，计算机基本概念只能属于阿兰图灵” 计算机应由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部件组成； 应采用二进制简化机器的电路设计； 采用“存储程序”技术,以便计算机能保存和自动依次执行指令。 1.1 计算机基础知识七十多年来，现代计算机基本结构仍然是“冯诺依曼计算机”。1.1 计算机基础知识1946年2月由宾夕法尼亚大学研制成功的ENIAC是第一台电子数字计算机。Electronic Numerical Integ

4、rator And Calculator电子数字积分计算机重30吨，占地167m2，耗电150千瓦18800个电子管，1500个继电器，保存80个字节每秒钟可做5000次加减法或400次乘法运算。“诞生了一个电子的大脑”致命缺陷：没有存储程序。1.1.2 电子计算机时代电子技术的发展促进了电子计算机的更新换代。 第一代计算机 19461958年 以电子管为主要元件 代表机型：ENIAC1.1 计算机基础知识1.1 计算机基础知识 第二代计算机 19581964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 计算机基础知识 第三代计算机 19641971年 以集成电路为

5、主要元件采用集成电路的第一台电子计算机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 计算机基础知识 第五代计算机：据说是智能计算机1.1 计算机基础知识1.1 计算机基础知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 计算机基础知识1.1.3 计算机类型按计算机用途分类通用计算机专用计算机1.1 计算机基础知识 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的现代化智能电子设备。运算速度快计算精度高存储容量大具有逻辑判断能力按照程序自动运行计算机特点1.

6、1.4 计算机的特点及应用领域1.1 计算机基础知识科学计算数据处理过程与实时控制人工智能计算机辅助设计与制造计算机应用领域远程通信与网络应用多媒体与虚拟现实微机的发展(1975-1995)1975年第一台个人电脑问世。1981年第一台IBM-PC问世。1985年386；1989年486；1993年奔腾出现。CPU进入32位时代。1989年多媒体声卡问世。1995年个人电脑出现CD-ROM光驱。1995年Win 95问世，操作系统进入Windows 时代。多媒体和图形界面的出现使电脑真正进入家庭。1995年，3D加速芯片使显卡性能有了很大的发展。1998年USB在PC上出现，即插即用的电子消费

7、产品MP3/MP4等大量涌现。Intel的CPU频率（2000年P4，2GHz；2004年P4，3.8GHz）。2001年Windows XP，集成大量应用程序，例如IE、Media Player、图像浏览等。2004年Google进入桌面，搜索大战。微机的发展(1995-2005)电脑的展望：64位与双核2003年9月，AMD公司生产了进入个人电脑最早64位CPU。2005年4月，64位Windows XP操作系统问世。 。2005年4月，CPU进入双核和多核时代。2006年，Windows Vista 32位/64位操作系统发布。计算机发展趋势巨型化CRAY-银河1.1.5 未来的计算机1

8、.1 计算机基础知识1.1 计算机基础知识Los Alamos National LaboratoryOak Ridge National LaboratoryNASA/Ames Research CenterLawrence Livermore National LaboratoryArgonne National LaboratoryTexas Advanced Computing CenterNERSC/LBNLOak Ridge National LaboratoryNNSA/Sandia National LaboratoriesShanghai Supercomputer Cent

9、er1Tianhe-2 (MilkyWay-2) - TH-IVB-FEP Cluster, Intel Xeon E5-2692 12C 2.200GHz, TH Express-2, Intel Xeon Phi 31S1PNUDT2Titan - Cray XK7 , Opteron 6274 16C 2.200GHz, Cray Gemini interconnect, NVIDIA K20 xCray Inc.3Sequoia - BlueGene/Q, Power BQC 16C 1.60 GHz, Custom IBM4K computer, SPARC64 VIIIfx 2.0

10、GHz, Tofu interconnect Fujitsu5Mira - BlueGene/Q, Power BQC 16C 1.60GHz, Custom IBM6Piz Daint - Cray XC30, Xeon E5-2670 8C 2.600GHz, Aries interconnect , NVIDIA K20 xCray Inc.7Stampede - PowerEdge C8220, Xeon E5-2680 8C 2.700GHz, Infiniband FDR, Intel Xeon Phi SE10PDell8JUQUEEN - BlueGene/Q, Power B

11、QC 16C 1.600GHz, Custom InterconnectIBM9Vulcan - BlueGene/Q, Power BQC 16C 1.600GHz, Custom InterconnectIBM10SuperMUC - iDataPlex DX360M4, Xeon E5-2680 8C 2.70GHz, Infiniband FDR IBMTOP10 November 2013天河二号“天河二号”同“天河一号”一样由中国国防科技大学开发，将于本年底在广州国家超级计算机中心投入使用。天河二号拥有多达312万计算机核心，102.4万GB内存，每秒浮点运算速度达33.86千万亿

12、次，理论浮点运算速度峰值达54.90千万亿次，操作系统为中国自主研发的麒麟Linux。美国“泰坦”美国“红杉”日本“K Computer”美国“米拉”美国“Stampede”The systems ranked #1 since 1993IBM Roadrunner (since 2008.06) IBM Blue Gene/L (2004.11 - 2008.06) NEC Earth Simulator (2002.06 - 2004.11) IBM ASCI White (2000.11 - 2002.06) Intel ASCI Red (1997.06 - 2000.11) Hita

13、chi CP-PACS (1996.11 - 1997.06) Hitachi SR2201 (1996.06 - 1996.11) Fujitsu Numerical Wind Tunnel (1994.11 - 1996.06) Intel Paragon XP/S140 (1994.06 - 1994.11) Fujitsu Numerical Wind Tunnel (1993.11 - 1994.06) TMC CM-5 (1993.06 - 1993.11) 计算机发展趋势微型化1981年IBM PC 计算机不再是单一的计算机器，而是一种个人的信息机器。1.1 计算机基础知识计算机

14、发展趋势网络化计算机网络：计算机技术通信技术网络的发展动力：共享远程资源，实现通信和合作。1.1 计算机基础知识计算机发展趋势智能化DeepblueGarry 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” 智能计算机将是一种具有类似于人的思维能力，能听会说，能想会做，能代替人的体力劳动以及脑力劳动的智能机器人。 1.1 计算机基础知识未来的计算机光计算机用光子器件替代电子器件。1.1 计算机基础知识未来的计算机生物计算机用生物工程技术生产的蛋白质分子作元件制成集成电路。未来的计算机量子计算机利用处于多态的原子进行计算。最小的信息单元是一个量子比特。1.2.1 计算机硬件系统1.2 计算机系统构成冯诺依曼计算机结构 计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部分组成。控制信号流数据流计算机系统硬件软件中央处理器运算器控制器存储器内存外存ROMRAM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 计算机系统构成用户程序或文档其它系统软件操作系统硬 件 应用软件是指用户利用计算机及其提供的系统软件为解决