电子信息科学技术导论-第2版课件第3章-计算机科学基础

电子信息科学技术导论第3章计算机科学基础主要内容计算机科学概述3.1计算机中信息的表示3.2计算机的硬件系统3.3计算机技术的新进展3.5计算机的软件系统3.43.1计算机科学概述发展历史研究领域计算机？组成结构功能分类特点初步认识功能1、计算2、模拟、思维、自适应反馈处理等对各种数字化信息进行高速运算和处理数值计算、数据处理、自动控制、辅助工程、辅助教学、人工智能、计算机通信、娱乐活动用途通用机专用机组成结构分类特点巨型机：国防、科学计算大/中：科学计算、数据处理网络服务器小型：工业控制、数据采集微型：商业、服务业、办公自动化、信息处理单片机：控制结构复杂性、性能、价格、依次递减软件硬件软件：程序和有关文档的总称巨型机微机处理速度快计算精度高记忆能力强可靠的逻辑判断能力可靠性高，通用性强……算筹祖冲之（429-500）算筹算盘7

计算尺威廉·奥特雷德(WilliamOughtred)及其发明的圆形计算尺风靡18－19世纪的计算尺8施卡德计算机威海姆·施卡德，德国图宾根大学教授，于1623年制造了第一台机械式计算机。施卡德计算机复制品1960年，施卡德家乡人根据示意图重新制作。帕斯卡加法器Pascal和他的齿轮式加减法器莱布尼茨的乘法器Leibniz和他的乘法计算机巴贝奇和他的差分机及分析机Babbage和他的差分机及分析机穿孔卡完成了第一次大规模数据处理霍列瑞斯和第一台制表机逻辑代数奠基人——布尔1847年英国数学家布尔(Boole)创立了布尔代数，奠定了计算机进行逻辑运算的基础。布尔代数和集电器开关的连接—香农克劳德·艾尔伍德·香农（ClaudeElwoodShannon，1916年4月30日—2001年2月24日）是美国数学家、信息论的创始人。第一台电磁式的计算机斯蒂比兹（G.Stibitz）朱斯（K.Zuse）图灵及图灵机、图灵测试计算机与人工智能之父

——阿兰·图灵

图灵是计算机逻辑的奠基者，许多人工智能的重要方法也源自这位伟大的科学家：24岁，提出图灵机理论；31岁，参与Colossus（二战时英国破解德国通信密码的计算机）的研制；33岁，构思了仿真系统；35岁，提出自动程序设计概念；38岁，设计了“图灵测试”；

在后来还创造了一门新学科——非线性力学；……。

最后一台“史前”计算机MARKI艾肯等人制造的这一批机电计算机是计算机发展史上短暂的一页。有人认为这批计算机在它们开始运行时，差不多就已经过时了。这些机器的典型部件是普通电话继电器。继电器的开关速度大约是百分之一秒，这使计算机的运算速度受到了极大的限制。从另一方面来看，由于在本世纪30年代已经具备了制造电子计算机的技术能力，继电器式计算机从一开始就注定要被电子计算机所取代。第一代电子计算机1946~1957年，电子管计算机，软件使用机器语言。其特点为体积庞大，速度低，可靠性差，造价高；应用：科学计算；代表机型：ENIAC、EDVAC、IBM650。第一台电子计算机ENIAC1946年2月，在美国陆军部的主持下，美国宾夕法尼亚大学的艾克特(Eckert)和莫奇里(Mauchly)成功地设计了世界上第一台电子计算机，简称为ENIAC它占地170平方米，重28吨，耗电140kW，使用了18000个电子管，5000个继电器，运算速度为5000次/秒。20EDVAC,1950与UNIVAC,1951EDVAC(ElectronicDiscreteVariableAutomaticComputer)

是第一台存储程序的计算机，基于冯•诺依曼思想，诞生于1950年。UNIVAC(UniversalAutomaticComputer),

第一台商业计算机，1951年由莫奇利与埃克特设计制造。21冯•诺依曼与IAS,1952冯•诺依曼的IAS

计算机诞生于1952。第二代晶体管计算机1958~1964年，晶体管计算机，它比第一代的电子管计算机耗电省、寿命长、可靠性高、体积小。在软件方面，高级程序设计语言出现，如FORTRAN、ALGOL、COBOL，操作系统雏形开始形成；应用：主要是数据处理；代表机型：IBM7094、CDC6600。第二代计算机代表机型IBM7094第三代集成电路计算机1965~1971年，集成电路计算机，软件逐步形成了操作系统，编译系统和应用程序三个独立的分支体系；应用：科学计算、数据处理、工业控制；代表机型：IBM360、370、PDP-11等。第三代计算机代表机型IBM360第四代大规模计算机1972年至今，大规模、超大规模集成电路计算机，软件有分布式系统、软件工程标准化、专家系统、Java语言等。体积小、速度快、存储容量大以及应用广泛是第四代电子计算机的特点。应用：各个领域；代表机型：IBM4300、3080，9000系列；在该阶段，出现了微型计算机。第四代计算机代表机型IBM4300研究领域(1)计算机系统结构的研究(2)程序设计科学与方法论的研究(3)软件工程基础理论的研究

(4)人工智能与知识处理的研究

(5)网络、数据库及各种计算机辅助技术的研究

(6)理论计算机科学的研究

3.2计算机中信息的表示运算1000101000111000111001110010001010010101000111001110010001“0”“1”数据编码逻辑运算算术运算数制功能字符数值有值无值信息的表示算术运算数值码制定点浮点表示小数点表示＋－号“0”“1”运算真值八进制十进制…编码数制转换(71)10BCD码十～二进制转换(01000111)2(01110001)BCD机器码小数点、正负号算术运算的表示数制二进制数据表示计算机中的数据及编码数制是用一组固定的数字和一套统一的规则来表示数目的方法。数制每一种进制都允许使用固定个数的数码（基数）逢R进一采用位权表示法进位计数制N=an-1×rn-1＋an-2×rn-2＋…＋a0×r0＋a-1×r-1＋…＋a-m×r-mr进制数N可表示为：R进制数用

r个基本符号（例如0，1，2，…，r-1）表示数值基数位权数码678.34=6×102+7×101+8×100+3×10-1+4×10-2每个数码所表示的数值等于该数码乘以一个与数码所在位置相关的常数，即位权。位权的大小是以基数为底，数码所在位置的序号为指数的整数次幂。例如：（286）10中，2的位权是102；8的位权是101，6的位权是100再如：（247）8中，2的位权是82；4的位权是81，7的位权是80数制中的位权所谓二进制就是以二元逻辑为基础，用0和1二进制码组成各种信息进行运算，它确立了现代计算机的逻辑结构。二进制数据表示计算机为什么使用二进制不同数制数的表示不同数制间数的互相转换二进制数的运算进位计数制及不同进制数的转换可靠性可行性简易性逻辑性计算机为什么使用二进制用一排灯表示一个二进制数，明为数码“1”，暗为数码“0”01011010=十进制的“10”=十进制的“5”数的二进制表示二进制加法运算的简单示例求C=A+B=5+7A：B：进位标志：运算规则：C:0+0=01+0=10+1=11+1=10

A的当前位+B的当前位+进位标志=新进位标志和C的当前位按4次PageDown演示各位的计算在数字后加字母B表示二进制数，加字母O表示八进制数，加字母D表示十进制数，加字母H表示十六进制数。例：

1011B为二进制数1011，也记为（1011）2

1357O为八进制数1357，也记为（1357）8

2049D为十进制数2049，也记为（2049）103FB9H为十六进制数3FB9，也记为（3FB9）16不同数制数的表示各进制之间数值的对应关系任意进制数转化为十进制十进制数转化为任意进制数二进制、八进制、十六进制数之间的相互转化不同数制间数的互相转换任意进制数转化为十进制数只要写出该进制数的按权展开式，进行乘法和加法运算，得出结果即可。不同数制间数的互相转换将十进制数转化为任意进制数需对整数部分和小数部分分别进行转化。整数部分采用“除基数取余法”，即用基数多次除被转换的十进制数，直到商为0，每次相除所得的余数，按逆序排列便是对应的进制数小数部分的转换采用“乘基数取整法”，即用基数多次乘被转换的十进制数的小数部分，每次相乘后，所得乘积的整数部分按正序排列就是对应的进制数不同数制间数的互相转换（185）10=（?）2（185）10=（10111001）2246………0223………0211………125………122………121………020………1185292………1余数不同数制间数的互相转换（0.8125）10=(?)20.8125

21.6250…10.6250

21.2500…10.2500

20.5000…00.5000

21.0000…1（0.8125）10=(0.1101)2整数不同数制间数的互相转换（185）10=（？）8（185）10=（271）882………780………2185823………1余数不同数制间数的互相转换（3981）10=(?)16（3981）10=（F8D）161615…….…8160……...15(F)

398116

248………13(D)余数不同数制间数的互相转换二进制数转化为八进制数八进制数转化为二进制数二进制数转化为十六进制数十六进制数转化为二进制数不同数制间数的互相转换二进制数转换成八进制数，概括为“三位合一”、即：以小数点为基准，整数部分从右至左，小数部分从左至右，每三位一组，不足三位时，整数部分在高端补齐，小数部分在低端补齐。然后，把每一组二进制数用一位相应的八进制数表示，小数点位置不变，即得到八进制数。不同数制间数的互相转换（1011010101110）213256为八进制的13256（11011111.011100）233734为八进制的337.34.八进制数转换成二进制数，概括为“一位拆三位”，即把一位八进制数写成对应的三位二进制数，然后按权连接即可。例如：(54270)8101100010111000(163.64)8001110011.110100不同数制间数的互相转换二进制数转换成十六进制数，概括为“四位合一”、即：以小数点为基准，整数部分从右至左，小数部分从左至右，每四位一组，不足四位时，整数部分在高端补齐，小数部分在低端补齐。然后，把每一组二进制数用一位相应的十六进制数表示，小数点位置不变，即得到十六进制数。不同数制间数的互相转换（1011010101110）216A

E为十六进制的16AE（11010011111.01111000）269F78为十六进制的69F.78.十六进制数转换成二进制数，概括为“一位拆四位”，即把一位十六进制数写成对应的四位二进制数，然后按权连接即可。例如：（B4F7）161011010011110111（C2.A8）1611000010.10101000不同数制间数的互相转换二进制数的算术运算

二进制数的加法运算二进制数的减法运算加法运算法则0+0=00+1=1+0=11+1=0

1101+111011011减法运算法则0-0=1-1=01-0=10-1=1

11011-11101101二进制数的乘法运算

二进制数的除法运算乘法运算法则0×0=00×1=1×0=01×1=1除法运算法则0÷0=00÷1=01÷1=1

1101×1010000011010000+110110000010

1011011111011101111111011100二进制数的算术运算

二进制数的逻辑运算

逻辑非运算逻辑非的真值表AF=A0110逻辑与运算逻辑与的真值表ABF=A×B000010100111逻辑或运算逻辑或的真值表ABF=A+B000011101111

二进制数的逻辑运算

逻辑异或运算逻辑异或的真值表ABF=A⊕B000011101110

二进制数的逻辑运算

计算机中的数据存储单位常用的数据编码符号位的表示原码、反码和补码定点数与浮点数计算机中的数据及编码位（bit）：度量数据的最小单位。字节（Byte）：最常用的基本单位。K字节 1KB=1024ByteM（兆）字节 1MB=1024KBG（吉）字节 1GB=1024MB

T（太）字节 1TB=1024GB10010101=27+24+22+20=149计算机中的数据存储单位b7b6b5b4b3b2b1b0字(Word):字是位的组合,并作为一个独立的信息单位处理。1Word=nB(n为整数)字长：指参加运算的寄存器所含有的二进制数的位数,它代表了机器的精度。常用的数据编码

ACSII码(AmericanStandardCodeforInformationInterchange)128个常用字符，用7位二进制编码，从0到127

控制字符：0～32，127（34个）；普通字符：94个。例如：“a”字符的编码为1100001，对应的十进制数是97；换行0AH10

回车0DH13

空格 20H 32‘0’～‘9’30H～39H 48～57‘A’～‘Z’41H～5AH 65～90‘a’～‘z’ 61H～7AH 97～122BCD码由于人们日常使用的是十进制，而机器内使用的是二进制，所以，需要将十进制表示成二进制码。

BCD码用十个不同的码:

0000，0001，0010，0011，0100，

0101，0110，0111，1000，1001，表示0~~9的十进制码，但它的每位是用二进制编码来表示的，因此称为二进制编码的十进制（BinaryCodedDecimal）。常用的数据编码

汉字编码常用的数据编码

汉字编码处理信息过程汉字输入码为方便人工通过键盘输入汉字而设计的代码称为汉字输入码，又称汉字外码，简称外码。

汉字输入编码方案：音码类全拼、双拼、微软拼音和智能ABC等形码类五笔字型法、郑码输入法等

音形类自然码输入法流水码电信业中通用的电报码汉字编码(2)汉字国标码(GB2312－80)

每个汉字编码占两个字节，该编码就是国标码。 一级汉字：3755个；二级汉字：3008个。 在基本集中，汉字按规则排成94行，94列，行号称为区号，列号称为位号，区号+位号=区位码。例：“中”，区号为54，位号为48，区位码为5448“国”，区号为25，位号为90，区位码为2590

国标码是将汉字的区码和位码分别用十六进制表示，再加上2020H。例：“中”的区位码为5448，转换成十六进制为3630H，转换成国标码为5650H“国”的区位码为2590，转换成十六进制为195AH，转换成国标码为397AH汉字编码(3)汉字内码汉字在设备或信息处理系统内部最基本的表达形式，简称机内码。

机内码=国标码+8080H例：汉字国标码汉字内码中 5650H D6D0H

国397AHB9FAH汉字编码(4)汉字字形码（汉字输出码或字模）点阵：汉字字形点阵的代码

有16×16、24×24、32×32、48×48等编码、存储方式简单、无需转换直接输出，放大后产生的效果差。矢量：存储的是描述汉字字形的轮廓特征，矢量方式特点正好与点阵相反。汉字编码

Unicode码

另一国际标准：采用双字节编码统一地表示世界上的主要文字。

GBK码

GBK新的中文编码扩展国家标准，2字节表示一个汉字第一字节从81H~FEH，最高位为1；第二字节从40H~FEH，第二字节的最高位不一定是1。

BIG5编码台湾、香港地区普遍使用的一种繁体汉字的编码标准，包括440个符号，一级汉字5401个、二级汉字7652个，共计13060个汉字。其他汉字编码在计算机中数据都是采用二进制表示，对于数的符号，也用“0”或“1”表示，“0”表示正，“1”表示负；数的最高位为符号位。在机器内存放的正负号符号化的数称为机器数，把机器外存放的由正负号表示的数称作真值。真值机器数+0+000000000000000

-0-000000010000000+5+000010100000101-5-000010110000101真值机器数符号位的表示机器数在运算时必须考虑符号位的处理。在机器中有三种表示数的方法：原码：原码的最高位为符号位，数值部分为原数的绝对值。反码：正数的反码和原码相同，负数的反码是对其原码除符号位外的部分求反。补码：正数的补码和原码相同，负数的补码是在其反码的最后一位上加1。原码、反码和补码

(3)补码0X1|X|0<=XX<=0+7：00000111+0：00000000

-7：10000111 -0：10000000[X]原=+7：00000111+0：000000000X1|X|0<=XX<=00X1|X|+10<=XX<=0

+7：00000111+0：00000000

-7：11111000-0：11111111-7：11111001-0：00000000(2)反码[X]反=[X]反=原码、反码和补码假定一个数在机器中占用8位。(1)原码73-73=（01001001）补+（10110111）补=（00000000）补例1：73-127=（01001001）补+（10000001）补=（11001010）补=（10110101）反=（10110110）原=-（25+24+22+21）10=-54例2：原码、反码和补码定点表示法与定点数约定小数点隐含地固定在某一位置不变，这种表示方法称为定点表示法，用定点表示法表示的数叫定点数。小数点的位置一般在程序中约定。定点数根据其字长的不同来确定所表示数的范围，如32位字长的数所能表示的数的范围为-231—231-1定点数与浮点数符号位bmbm-1bm-2b1………...隐含小数点整数的定点表示：符号位b-1b-2b-3b-m………...隐含小数点小数的定点表示：定点数与浮点数浮点表示法与浮点数小数点的位置可以改变的数的表示法称作浮点表示法。用浮点表示法所表示的数称为浮点数。它类似于科学计数法，如1234.56可以表示为1040.123456;0.0004567可以表示为10-30.4567。浮点表示法的一般形式为：N=2E

M其中E和M都是带符号的数，E为阶码，M为尾数。浮点数根据阶码所占位数确定所表示数的范围，根据尾数所占位数确定被表示数的精度。定点数与浮点数例：110.011(B)=1.10011×2+10=0.110011×2+11阶码尾符阶符尾数1100110011N=尾符

尾数

2阶符

阶码尾数的位数决定数的精度阶码的位数决定数的范围

规格化的形式：尾数的绝对值大于等于0.1并且小于1，从而唯一地规定了小数点的位置。

定点整数定点小数定点数与浮点数3.3计算机的硬件系统（二）性能指标（三）工作原理（一）体系结构基本结构冯·诺依曼微机结构进一步认识通过78现代计算机都是基于冯.诺依曼模型4个子系统程序存储指令顺序执行1、冯·诺依曼体系结构1.运算器2.控制器3.存储器4.输入设备5.输出设备

计算机硬件的基本组成计算机的工作流程图外存储器主机CPU内存储器运算器控制器输入设备输出设备微型计算机的硬件组成微型计算机外观微型计算机又称个人计算机（PersonalComputer,简称PC），通常微机的硬件由主机和外设组成。

系统主板

系统主板（Mainboard）又称母板，是一块多层集成电路板。主板的基本结构如图：

CPU

CPU即中央处理器，是计算机系统的核心，负责计算机中全部运算和控制。主要性能指标有：主频、倍频和外频内存总线速度地址总线宽度L1高速缓存（一级高速缓存）存储器

1.内部存储器(1)随机存储器（RAM）(2)只读存储器（ROM）(3)高速缓冲存储器（Cache）外部存储器

外部存储器又称辅助存储器，主要用于长期存储大量数据。常用的外存有磁盘（分为软盘和硬盘）、磁带、光盘和USB闪速存储器。它们通过驱动器和内存交换数据。

1.硬盘

外部存储器1.光驱与光盘

光驱

刻录机光盘外部存储器

闪速存储器(flashmemory):常用的有U盘，CF（CompactFlash）卡、SM（SmartMedia）卡、MMC（MultiMediaCard）卡等等。优盘输入设备输入设备将数字、字符、图形图像等信息转换成计算机能识别的信号。常见的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、数码相机等。鼠标键盘输入设备扫描仪数码相机

输出设备输出设备是将计算机处理的结果转换成人们能够识别的符号、图形图像、声音和视频等形式显示出来。常见的输出设备有显示器、打印机等。1.显示器

CRT纯平显示器液晶显示器

输出设备2.打印机针式打印机喷墨打印机激光打印机

各种插卡1.声卡声卡是多媒体电脑的主要部件之一，它包含记录和播放声音所需的硬件。各种插卡2.显卡显卡又称显示适配器，作用是控制显示器的显示方式。

主频字长内存容量存取周期运算速度性能指标运算器能同时处理的二进制数据的位数。决定计算机的精度内存中能存贮信息的总字节数。8个二进制位称为一个字节。存贮器连续两次独立的“读”或“写”操作所需的最短时间。单位是纳秒综合性指标。单位为MIPS（百万条指令/秒）CPU在单位时间内输出的脉冲数。很大程度上决定了计算机的运行速度。单位是MHz

基本概念指令：计算机执行的一个基本操作。程序：完成特定功能的指令的序列。指令系统：计算机所能识别的一组不同指令的集合。工作过程把程序和数据送到计算机内存储器中，CPU循环执行当前程序指针寄存器所对应的指令，并将计算的结果放入其指定的存储器地址中，直至程序结束。

计算机的基本工作原理3.4计算机的软件系统数据结构数据算法程序设计操作系统较深入认识!@#%*&^%tR:”*&%!@”:&%$#&:!@#%*&^%tR:”&%!@”:&程序基本知识（一）计算机软件的基本知识

为各种应用领域解决某些具体问题而编制的软件。如文字处理软件Word、财务管理软件、辅助教学软件等。程序方法规则文档数据操作系统、各种程序语言的翻译系统、诊断程序和故障处理程序、数据库管理系统、网络软件等。系统软件应用软件程序设计风格程序设计步骤结构化程序设计

程序设计语言（二）程序设计基础

机器语言、汇编语言、高级语言程序设计语言即计算机语言，用来产生由计算机处理和执行的指令。机器语言：用“0”、“1”代码组成，计算机能直接识别的低级语言。

汇编语言：用能帮助记忆的英文缩写符号表示，计算机不能直接识别。高级语言：类似于人类语言，其源程序也不能直接被识别。程序设计风格程序设计步骤

结构化程序设计

程序设计语言（二）程序设计基础

机器语言、汇编语言、高级语言结构化程序设计即模块化设计，将待开发的软件系统分为若干相互独立的模块，这样使完成每一个模块的工作变的单纯而明确，为设计一些较大的软件打下了良好的基础。顺序结构、选择结构、循环结构

程序设计风格程序设计步骤结构化程序设计

程序设计语言（二）程序设计基础

机器语言、汇编语言、高级语言顺序结构、选择结构、循环结构

一般有12个步骤程序设计就是用计算机语言编写程序的过程。一般有以下几个步骤：(1)问题定义(2)划分模块(3)确定数据结构(4)确定算法(5)画出框图或流程图(6)完成设计计划文档(7)编写代码(8)语法检查(9)运行调试(10)反复修改调试(11)系统测试(12)完成其它文档程序设计风格程序设计步骤结构化程序设计

程序设计语言（二）程序设计基础

机器语言、汇编语言、高级语言顺序结构、选择结构、循环结构

一般有12个步骤程序设计风格是指一个人编制程序时所表现出来的特点，习惯，逻辑思路等。源程序文档化：标识符应按意取名；程序应加注释。数据说明：顺序应规范，使数据的属性更易于查找。语句构造的原则是：简单直接。输入和输出效率

（三）数据结构数据结构是指数据之间的相互关系，即数据的组织形式。

研究即数据元素之间的逻辑关系即数据元素及其关系在计算机存储器内的表示即对数据施加的操作数据逻辑结构存储结构数据运算几种典型的数据结构(c)栈的示意图（d）队列的示意图（e）图的示意图（f）树的示意图（四）数据算法数据算法指完成一个任务所需要的具体步骤和方法。算法+数据结构=程序有零或多个输入有一或多个输出描述必须无歧义以保结果的确定有限的步骤操作的有效性自然语言伪代码等图形工具传统流程图N-S流程图讨论比较逻辑判断重复程序就是用计算机语言描述的算法。递归枚举法查找算法时间复杂度空间复杂度是否易理解和易维护算法的特性算法的描述常用算法算法评价开始输出m真结束假输入m,n输入m,n输出m直到为真为止N-S流程图传统流程图数据结构与算法的关系算法实现算法设计数据的逻辑结构数据的物理存储结构（五）操作系统

裸机操作系统BIOS应用程序用户硬件的组合不能独立工作basicinput/outputsystem是一个基本软件系统

提供最基本的计算机操作功能，如接收键盘字符的输入等＋操作系统是基于BIOS之上，用于运行应用软件的一套软件。负责管理计算机的各种资源，提供操作计算机所需的工作界面。分类特点功能网络操作系统操作系统型态多样化：简单操作系统分时操作系统实时操作系统网络操作系统分布式操作系统智能操作系统Windows类NetWare类Unix

Linux

资源管理程序控制人机交互等操作系统均具有：并发性、共享性、虚拟性、不确定性四个基本特征。3.5计算机技术的新进展趋势难题云计算量子计算机较全面认识我国计算机的发展状况技术未来计算机科学发展的（一）我国计算机的发展状况历史的印迹从1956195819591965197319741977198319921995……2010将永远延续开始研制第一代计算机完成巨型“银河”计算机研制“天河一号A”成为当时世界上最快的超级计算机完成集成电路的大型计算机研制1.计算机整机天河—2号计算机国防科技术大学在“天河一号A”的基础上对加速节点进行了扩充与升级，新的“天河二号”以峰值计算速度每秒5.49亿亿次、持续计算速度每秒3.39亿亿次双精度浮点运算的优异性能位居榜首，成为全球最快超级计算机。在2014年6月23日公布的全球超级计算机500强榜单中，中国“天河二号”以比第二名美国“泰坦”快近一倍的速度连续第三次获得冠军！2.微处理器3.软件产业软件包括：基础软件、应用软件、嵌入式软件、网络游戏软件、互联网软件等等。软件产业是国民经济和社会信息化的基础性、战略性产业。

软件作为一种无污染、微能耗、高效益的产品，不但能大幅度提高经济运行效率，而且自身能形成庞大经济规模，创造巨大经济效益。全国各地建立了一批软件产业园，极大地推动了我国软件产业的发展。我国软件从业人员已达数百万人，收入过十亿元的企业上百家。2005年我国首款64位通用高性能微处理器龙芯2号正式面世，最高频率为500MHz，实际性能与1GHz的奔腾4性能相当，预计2011年底国产超级计算机将全面采用国产CPU芯片。2002年中科院计算所和北京神州龙芯公司联合宣布：具有自主知识产权的我国首款32位通用高性能微处理器—“龙芯1号”研制成功。从此，中国信息产业“无芯”时代宣告结束。（二）未来计算机科学发展的趋势与难题3、深2、广1、高性能越来越高，速度越来越快无处不在，渗透各领域提高计算机的性能有两个途径：一是提高器件速度，二是并行处理。器件速度通过发明新器件（如量子器件等），采用纳米工艺、片上系统等技术还可以提高几个数量级。主要表现在计算机的主频越来越高。未来计算机可能像纸张一样便宜，可以一次性使用，计算机将成为不被人注意的最常用的日用品。信息的智能化发展模拟人类思维，计算机越来越聪明，不仅能做一些复杂的事情，而且能做一些需“智慧”才能做的事，比如推理、学习、联想等。（二）未来计算机科学发展的趋势与难题3、智能化

2、功耗

1、复杂性

系统动态的复杂芯片的功耗一个芯片的晶体管有上亿甚至几十亿个，这个数目已和大脑里的神经元的数目一样多，如何保证一个复杂的系统能够正常的工作而不出现错误，这已不是一般的测量能够解决的问题。大约每隔一年半，芯片的性能翻一翻,且可能会造成功耗也翻一翻。功耗越大,放热越多。现在一个芯片放热一两百瓦,还可以用风扇来散热,但若再翻一翻，散热就十分困难了。信息变成你所需要的知识这里不是说简单的搜索到与我输入的关键字相匹配的内容，而是要计算机将收集到的知识系统化。比如,你询问计算机什么是云计算？未来的计算机就能在千千万万的网页中找到与此相关的内容,并组织好一篇文章来告诉你

楚国人坐船渡河，不慎将剑掉入河中。他在舟上刻下记号，说：“云标记”。当船停驶时，他跳入河中轻松将剑捞了起来。旁人都很诧异，楚国人淡定地说：“云搜索。”（三）云计算正式提出云计算的概念2005年云计算已经成为IT的发展趋势云计算–一种新的突破式创新云计算的推动力商业的需求：降低IT成本、简化IT管理和快速响应市场变化运营的需求：规范流程、降低成本、节约能源计算的需求：更大的数据量、更多的用户技术的进步：虚拟化、多核、自动化、Web技术网格计算•用并行计算解决大的计算问题效用计算把计算资源作为一种可计量的服务提供出来软件即是服务基于网络的应用订购随需应变的计算整合的端到端业务，能够快速响应任何客户需求、市场机会或者外部威胁云计算•在任何时间、任何地点访问动态提供的IT资源

是分布式处理(DistributedComputing)、并行处理(ParallelComputing)和网格计算(GridComputing)的发展，或者说是这些计算机科学概念的商业实现。什么是云计算？（云计算是一种通过Internet以服务的方式提供动态可伸缩的虚拟化的资源的计算模式.云计算是：像用电、水一样使用IT发电厂企业自己部署发电设施企业使用公共电力服务电力传输网络企业B企业A企业C企业A企业B企业C互联网云平台服务商

数据在云端：不怕丢失,不必备份，任意点恢复；

软件在云端：不必下载自动升级；

无所不在的计算：在任何时间，任意地点，任何设备登录后就可以进行计算服务；

无限强大的计算：具有无限空间的，无限速度。PCC/S云计算硬件为中心软件为中心服务为中心一般IT基础架构的挑战问题

四个关键问题：应用运维整合应用软件集成软件平台整合硬件系统整合传统企业信息化服务的模型122开发商A应用A维护开发商B应用B维护开发商C应用C维护开发商X应用X维护操作系统、数据库、中间件、套件软件、工具软件等系统软件维护服务器、存储、备份、网络、通讯、安全、桌面等系统运行维护服务器、存储、备份、网络、通讯、安全、桌面等系统产品维保供电、通风、监控、消防、门禁、接地、避雷、机架等机房产品维保企业IT运行部门系统维保服务商系统软件服务商系统运维服务商机房维保服务商烟囱式的建设分布式的开发分离式的运维云计算将改变模式单一、重复建设、各自为阵的状态云计算理念：一切皆服务

开发商A应用A维护操作系统、数据库、中间件、套件软件、工具软件等系统软件维护服务器、存储、备份、网络、通讯、安全、桌面等系统运行维护服务器、存储、备份、网络、通讯、安全、桌面等系统产品维保供电、通风、监控、消防、门禁、接地、避雷、机架等机房产品维保开发商B应用B维护开发商C应用C维护开发商X应用X维护软件开发服务（SDaaS）：云开发服务平台服务（PaaS）：云平台服务基础架构服务（IaaS）：云架构服务运维服务（OaaS）：云运营服务软件服务（SaaS）：云软件服务基础设施服务（DCaaS）：云数据中心服信息融合服务

云计算的优势

降低总体拥有成本(TCO)通过计算资源共享及动态分配，提高资产利用率减少能耗，节能减排减少管理成本共享架构标准化提升业务连续性奠定SOA的基础可利用通用IT工具提高灵活性系统资源池化对应用屏蔽底层资源的复杂度平台开放，扩展灵活，选择性强MailTrust为全球超过10万个商业伙伴保存邮件账号信息，使用AmazonAWS作为备份解决方案，节约了超过75%的成本。Animoto是一个在线视频生成程序，使用EC2快速地扩展了处理能力度过峰值，曾经使用3500个同时运行的虚拟实例。Google的服务器利用率可以达到一般企业中的利用率的280%利用GoogleAppEngine或微软Azure提供的各种API和服务组件，可以快速开发应用并提供服务。云计算即将走上稳定的生产期云计算已过了最高期望点、炒作高峰期！技术触发期被夸大的预期峰值幻灭的低谷启蒙斜坡稳定的生产期

云计算处于快速发展阶段况

云计算处于快速发展阶段况

十年一浪潮云服务提供面向云服务消费者，提供统一登录界面和访问根据云服务资源状况和消费者需求，包装云服务资源对云服务的消费设立服务等级，按需计费管理云消费者状态和请求简化和标准化云服务管理运行维护云计算架构系统，保障云架构的稳定和可靠云计算整体逻辑结构

私有云公有云混合云操作系统+应用服务引擎应用系统基础设施(IaaS)应用平台(PaaS)应用软件(SaaS)Infrastructureasa

Service以服务的形式提供虚拟硬件资源，如虚拟主机/存储/网络/数据库管理等资源。用于无需购买服务器、网络设备、存储设备，只需通过互联网租赁即可搭建自己的应用系统典型应用：AmazonWeb

Service(AWS)Platformasa

Service提供应用服务引擎，如互联网应用编程接口/运行平台等。用户基于该应用服务引擎，可以构建该类应用。典型应用：GoogleAppEngine,F,MicrosoftAzure服务平台Softwareasa

Service用户通过Internet(如浏览器)来使用软件。用户不必购买软件，只需按需租用软件典型应用：GoogleDoc,S,OracleCRMOnDemand,OfficeLiveWorkspace面向外部用户需求，通过开放网络提供云计算服务IDC，GoogleApp，Saleforce在线CRM大型企业按照云计算的架构搭建平台，面向企业内部需求提供云计算服务企业内部数据中心等兼顾以上两种情况的云计算服务AmazonWebServer等既为企业内部又为外部用户提供云计算服务按照部署模式分类按照交付模式分类云计算的类型和服务层次

部署层次的类型平台即服务PlatformasaServiceHighVolumeTransactionsSoftwareasaService服务器网络存储Metering监控计费服务云开发云企业云多租赁安全中间件协作业务服务CRM/ERP/HR定制服务数据中心虚拟化，动态供应服务管理J2EEOn-ramps服务封装Ajax开发On-ramps开发工具与其他云的互操作软件即服务基础设施即服务部署层次的类型云计算的类型和服务层次云计算技术框架云管理平台虚拟化分布式文件系统结构化数据存储大规模并行技术云计算技术框架分布式文件系统大规模并行计算结构化分布式数据存储虚拟化云计算云管理平台：实现对于云计算平台资源的管理、硬件及应用系统的性能和故障监控分布式文件系统：可扩展的支持海量数据的分布式文件系统，用于大型的、分布式的、对大量数据进行访问的应用。它运行于廉价的普通硬件上，提供容错功能（通常保留数据的3份拷贝），典型技术为GFS/HDFS/KFS以及中国移动提出的HyperDFS大规模并行计算：在分布式并行环境中将一个任务分解成更多份细粒度的子任务，这些子任务在空闲的处理节点之间被调度和快速处理之后，最终通过特定的规则进行合并生成最终的结果。典型技术为MapReduce结构化分布式数据存储：类似文件系统采用数据库来存储结构化数据，云计算也需要采用特殊技术实现结构化数据存储，典型技术为BigTable/Dynamo以及中国移动提出的HugeTable虚拟化：即资源的抽象化，实现单一物理资源的多个逻辑表示，或者多个物理资源的单一逻辑表示云管理平台虚拟化：作为实现资源共享和弹性基础架构的手段，将IT资源和新技术有效整合服务管理：以服务为核心，将资源模块化、服务化，提供给最终用户自动化：实现自动快速的任务分发、资源部署和服务响应，提高运维管理效率云计算的本质核心：以虚拟化的硬件体系为基础，以高效服务管理为核心，提供自动化的，具有高度可伸缩性、虚拟化的硬、软件资源服务云计算Web2.0网络虚拟化服务管理自优化监控和计量自动化存储虚拟化小型机虚拟化x86虚拟化游戏市场AmazonGoogleSalesforceMicrosoft中国移动Giwell