大学计算机基础一-课件.ppt
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1、大学计算机基础第一章第一章 概论概论第一章 概论主要内容主要内容1.1 1.1 计算机发展过程计算机发展过程 1.2 1.2 计算机工作特点及分类计算机工作特点及分类1.3 1.3 计算机发展趋势计算机发展趋势1.4 1.4 信息与信息化社会信息与信息化社会计算机是一种能够按照事先计算机是一种能够按照事先存储存储的程序,的程序,自动、高速自动、高速进行大量进行大量数数值计算值计算和各种和各种信息处理信息处理的现代化的现代化智能电子装置。智能电子装置。什么是计算机什么是计算机?1.1.1 计算机的产生1.1 计算机发展过程手指计数、木棍、石块v 算算 盘盘:几百年前几百年前我国发明手动式计算工具
2、我国发明手动式计算工具v 计算尺计算尺:16211621年英国数学家冈特根据对数表设计年英国数学家冈特根据对数表设计16421642年年法国数学家法国数学家帕斯卡发明了加法器,帕斯卡发明了加法器,人类有史以来第一台机械计算机。人类有史以来第一台机械计算机。采用齿轮旋转进位方式执行运算,但是采用齿轮旋转进位方式执行运算,但是只能做加法和减法。只能做加法和减法。16731673年在此基础上,德国数学家莱布尼年在此基础上,德国数学家莱布尼茨设计制造了计算器。茨设计制造了计算器。18221822年英国数学家巴贝奇发明了差分机年英国数学家巴贝奇发明了差分机18341834年研制出分析机(有年研制出分析机
3、(有3 3个主要部分:个主要部分:保存数据的存储库、运算装置和对操作保存数据的存储库、运算装置和对操作顺序进行控制)顺序进行控制)1.1 计算机的发展过程v机械计算(齿轮传动)机械计算(齿轮传动)1.1 计算机的发展过程第一台计算机的诞生第一台计算机的诞生(ENIACENIAC)1946 1946年年2 2月月1414日日(艾尼亚克)艾尼亚克)美国宾夕法尼亚大学美国宾夕法尼亚大学电子数字积分计算机电子数字积分计算机:重达重达3030吨吨:占地占地170170m m2 2:耗电耗电150150千瓦千瓦:使用使用1800018000个电子管个电子管:50005000次加减运算次加减运算/秒秒v 机
4、电方法制造计算机机电方法制造计算机电子管电子管19581958年年8 8月我国第一台电子管计算机月我国第一台电子管计算机103103诞生诞生缺点:没有存储器,用布线缺点:没有存储器,用布线接板进行控制,计算速度也接板进行控制,计算速度也就被这一工作抵消了就被这一工作抵消了 。ENIACENIAC英国科学家艾兰英国科学家艾兰.图灵图灵(1912-19541912-1954)建立图灵机(建立图灵机(Turing machineTuring machine)模型,)模型,奠定了可计算理论的基础;奠定了可计算理论的基础;提出图灵测试,阐述了机器智能概念提出图灵测试,阐述了机器智能概念 现代计算机体系结
5、构现代计算机体系结构冯冯诺依曼机:诺依曼机:“存储程序存储程序”的概念的概念六十多年来,计算机系统基本结构六十多年来,计算机系统基本结构没有变。没有变。美籍匈牙利数学家冯美籍匈牙利数学家冯.诺依曼诺依曼(1903-19571903-1957)计算机发展史中的关键人物计算机发展史中的关键人物1.1.2 计算机发展的四个阶段时代年份器件存储器软件应用运算速度一一 1946194619571957电子管电子管内存内存:汞延迟线汞延迟线外存外存:磁鼓磁鼓使用机器语言使用机器语言和汇编语言和汇编语言军事研究军事研究科学计算科学计算几千次几千次/s/s二二1958195819641964晶体管晶体管内存内
6、存:磁芯磁芯外存外存:磁盘磁盘,磁带磁带使用高级语言使用高级语言数据处理数据处理事务处理事务处理工业控制工业控制几十几十万次万次/s/s三三1965196519711971集成集成电路电路内存内存:磁芯磁芯,半导半导体存储器体存储器外存外存:磁盘磁盘操作系统、编操作系统、编译程序、网络译程序、网络软件软件开始广开始广泛应用泛应用几十万到几十万到几百万几百万/s/s四四1972 1972 大规模大规模集成集成电路电路内存内存:半导体存半导体存储器储器外存外存:磁盘磁盘,光盘光盘操作系统完善、操作系统完善、数据库系统、计数据库系统、计算机软件的开发算机软件的开发广泛应用广泛应用于各领域于各领域几百
7、万到几百万到几亿万几亿万/s/s晶体管超大规模集成电路电子管集成电路微型机的发展 时代时代时间时间位数位数代表性芯片代表性芯片第一代第一代19711971年年4 4位和低档位和低档8 8位位Intel 4004/8008Intel 4004/8008第二代第二代19731973年年8 8位位Intel 8080Intel 8080MC6800(Motorola)MC6800(Motorola)Z80(Zilog)Z80(Zilog)第三代第三代19781978年年1616位位Intel 8086Intel 8086MC6800(Motorola)MC6800(Motorola)Z800(Zil
8、og)Z800(Zilog)第四代第四代19911991年起年起3232位位MC68020(Motorola)MC68020(Motorola)Z8000(Zilog)Z8000(Zilog)Intel 80386Intel 80386486486、PentiumPentium 系列、系列、PP、P P 、P4P4微处理器集成度发展示意图晶晶体体管管数数目目4004奔腾奔腾4420,000,0002,3000.18微米芯片微米芯片10微米芯片微米芯片超大型化;微机化;超大型化;微机化;嵌入式;图形用户界面;嵌入式;图形用户界面;多媒体;网络通信;网格计算多媒体;网络通信;网格计算摩尔定律晶晶体
9、体管管数数单单位位时时间间执执行行的的指指令令数数百万条百万条/每秒每秒平均每平均每18个月芯片性能增长一倍个月芯片性能增长一倍微处理器的集成度一直遵循着微处理器的集成度一直遵循着“摩尔定律摩尔定律”在飞速发展。在飞速发展。2019年年Intel公公司司将推出含有将推出含有10亿个晶体管、每秒可执行亿个晶体管、每秒可执行1千亿条指令的芯片。千亿条指令的芯片。1.2 计算机的工作特点及分类1.2.1 计算机的工作特点G 运算速度快运算速度快:运算部件采用电子器件,与其他任何计算工具运算部件采用电子器件,与其他任何计算工具 无法比拟,曙光无法比拟,曙光5000A5000A达到每秒达到每秒23023
10、0万亿次以上万亿次以上G 计算精度高计算精度高:增加二进制位数提高精度,避免了各种误差,增加二进制位数提高精度,避免了各种误差,圆周率计算精度圆周率计算精度200200万位以上万位以上G 通用性好通用性好:运行不同程序,完成不同任务运行不同程序,完成不同任务G 记忆能力强记忆能力强:存储设备容量大,存储能力不断提高存储设备容量大,存储能力不断提高 G 适合逻辑运算适合逻辑运算:计算机工作的基础,根据判断的结果决定执计算机工作的基础,根据判断的结果决定执 行命令,完成各种复杂问题的处理行命令,完成各种复杂问题的处理G 运算过程自动化运算过程自动化:程序控制执行过程,自动连续工作程序控制执行过程,
11、自动连续工作1.2.2 计算机的分类按计算机处理数据的方式分类按计算机处理数据的方式分类 (1 1)电子数字计算机)电子数字计算机 以数字量(也称不连续量)作为运算对象进行以数字量(也称不连续量)作为运算对象进行运算,特点是运算速度快,精确度高,具有记忆和运算,特点是运算速度快,精确度高,具有记忆和逻辑判断能力。计算机的内部操作和运算是在程序逻辑判断能力。计算机的内部操作和运算是在程序控制下自动进行的。一般不特别说明,计算机指的控制下自动进行的。一般不特别说明,计算机指的是电子数字计算机。是电子数字计算机。(2 2)电子模拟计算机)电子模拟计算机 以连续变化的模拟量(如电压、长度、角度来以连续
12、变化的模拟量(如电压、长度、角度来模拟实际所需要计算的对象)作为运算量的计算机。模拟实际所需要计算的对象)作为运算量的计算机。主要用于过程控制和模拟仿真。主要用于过程控制和模拟仿真。按计算机的运算速度和性能指标分类按计算机的运算速度和性能指标分类巨型机:巨型机:运算速度最快、存储能力最大、处理能力最强。运算速度最快、存储能力最大、处理能力最强。例如:银河、曙光系列例如:银河、曙光系列,曙光曙光5000A,5000A,速度可达每秒速度可达每秒230230万亿次。万亿次。IBMIBM研制研制Roadrunner(Roadrunner(走娟走娟),),运算速度达到每秒运算速度达到每秒1.1051.1
13、05千万亿次,千万亿次,CrayCray公司的捷豹位居第二公司的捷豹位居第二。微型机微型机:以小、巧、轻、使用方便、价格便宜、软件丰富、:以小、巧、轻、使用方便、价格便宜、软件丰富、功能齐全等优势而拥有广大的用户。功能齐全等优势而拥有广大的用户。大型机大型机:大型、通用、较快、较强:大型、通用、较快、较强,承担服务器功能承担服务器功能.例如:例如:IBM-360,IBM-370,IBM-900 IBM-360,IBM-370,IBM-900 等。等。小型机小型机:规模小,结构简单,设计试制周期短:规模小,结构简单,设计试制周期短,工艺先进、工艺先进、使用维护简单。使用维护简单。如如:IBM:I
14、BM的的AS/400AS/400。工作站:工作站:介于介于PCPC与小型机之间与小型机之间,高分辨率、大容量内外存,高分辨率、大容量内外存,图形功能较强。图形功能较强。SunSun、HPHP都是著名的工作站厂家。都是著名的工作站厂家。服务器:服务器:网络环境下为多用户提供服务的计算机系统。网络环境下为多用户提供服务的计算机系统。1.3 未来计算机的发展趋势 巨型化巨型化 微型化微型化 网络化网络化 智能化智能化v更快的运算速度、更大的存储容量、更强更快的运算速度、更大的存储容量、更强的处理能力以及更高的可靠性。的处理能力以及更高的可靠性。v运算速度可达每秒几百亿次运算的运算速度可达每秒几百亿次
15、运算的应用:天气预报、地震机理研究、卫星应用:天气预报、地震机理研究、卫星图像处理等大量科学计算的高科技领域。图像处理等大量科学计算的高科技领域。v集中体现了计算机科学技术的发展水平。集中体现了计算机科学技术的发展水平。银河亿次巨型计算机银河亿次巨型计算机 1.1.计算机发展趋势计算机发展趋势1.3 未来计算机的发展趋势 巨型化巨型化 微型化微型化 网络化网络化 智能化智能化v使用方便、体积小,成本低和功能齐使用方便、体积小,成本低和功能齐全方向发展全方向发展v嵌入式技术嵌入式技术v家电、仪器仪表,笔记本电脑,掌上家电、仪器仪表,笔记本电脑,掌上计算机计算机1.3 未来计算机的发展趋势 巨型化
16、巨型化 微型化微型化 网络化网络化 智能化智能化v利用计算机技术与通信技术结合利用计算机技术与通信技术结合,把分布在不同地点的计算机互连起把分布在不同地点的计算机互连起来来,组成规模强大的计算机网络。组成规模强大的计算机网络。v实现方便、及时、可靠、安全、实现方便、及时、可靠、安全、高效的信息服务高效的信息服务1.3 未来计算机的发展趋势 巨型化巨型化 微型化微型化 网络化网络化 智能化智能化 使计算机具有视觉、听觉、语言、行使计算机具有视觉、听觉、语言、行为、思维、逻辑推理等能力。为、思维、逻辑推理等能力。v 第一代机器人第一代机器人 机械手(机械手(19621962年出现)年出现)v 第二
17、代机器人第二代机器人 具有具有“感觉感觉”的机器人的机器人v 第三代机器人第三代机器人 装有启发式计算机的装有启发式计算机的“智智能机器人能机器人”典型案例2.2.计算机新技术应用计算机新技术应用 (1 1)高性能计算)高性能计算 速度是计算机的第一指标,人类制造计算机的初衷就是速度是计算机的第一指标,人类制造计算机的初衷就是追求计算速度。发展高速度、大容量、功能强大的超级计算追求计算速度。发展高速度、大容量、功能强大的超级计算机是目前各国高技术领域竞争的热点。机是目前各国高技术领域竞争的热点。高性能计算是以速度为核心,它包括两方面途径:一是高性能计算是以速度为核心,它包括两方面途径:一是提高
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