大学计算机教程-第1章-绪论课件.ppt
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1、 计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院 2023-2-13第第1章章 绪论绪论1大学计算机教程大学计算机教程 计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院 2023-2-13第第1章章 绪论绪论21.2 计算机的分类 1.3 计算机的应用1.4 计算机未来的发展方向 计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院 2023-2-13第第1章章 绪论绪论3 1946 1946年年2 2月,世界上第一台计算机在美国宾夕法尼亚大月,世界上第一台计算机在美国宾夕法尼亚大学诞生,取名为学诞生,取名为“电子数值积分器和计算器(电子数值积分器和计算器(Electronic Electronic Numerical
2、 Integrator And CalculatorNumerical Integrator And Calculator)”,简称埃尼亚克,简称埃尼亚克(ENIACENIAC)。)。这台计算机占地这台计算机占地167m2 167m2,重达,重达3030余吨,运算速度只有余吨,运算速度只有50005000次次/秒。从秒。从19461946年年2 2月开始投入使用,到月开始投入使用,到19551955年年1010月最月最后切断电源,服役后切断电源,服役9 9年多。虽然它每秒只能进行年多。虽然它每秒只能进行50005000次加减次加减运算,但它预示了科学家将从繁重的计算中解脱出来。至今运算,但它预
3、示了科学家将从繁重的计算中解脱出来。至今人们公认,人们公认,ENIACENIAC机的问世,表明了电子计算机时代的到来,机的问世,表明了电子计算机时代的到来,具有划时代意义。具有划时代意义。1.1.1 电子计算机的问世电子计算机的问世 计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院 2023-2-13第第1章章 绪论绪论41.1.1 电子计算机的问世电子计算机的问世埃尼亚克埃尼亚克计算机计算机 计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院 2023-2-13第第1章章 绪论绪论51.1.1 电子计算机的问世电子计算机的问世 ENIACENIAC机本身存在两大缺点:一是没有存储器;二是用机本身存在两大缺点:
4、一是没有存储器;二是用布线接板进行控制,计算速度也就被这一工作抵消了。在布线接板进行控制,计算速度也就被这一工作抵消了。在ENIACENIAC尚未投入运行前,被称为计算机之父的美籍匈牙利数学尚未投入运行前,被称为计算机之父的美籍匈牙利数学家家 冯冯诺依曼就已开始准备对这台电子计算机进行脱胎换骨的诺依曼就已开始准备对这台电子计算机进行脱胎换骨的改造。在短短改造。在短短1010个月里,冯个月里,冯诺依曼迅速把概念变成了方案。诺依曼迅速把概念变成了方案。他和他的同事研制了人类第二台计算机,新机器方案命名为他和他的同事研制了人类第二台计算机,新机器方案命名为“离散变量自动电子计算机离散变量自动电子计算
5、机”,英文缩写,英文缩写EDVACEDVAC。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院 2023-2-13第第1章章 绪论绪论6计算机之父的美籍匈牙利数学家计算机之父的美籍匈牙利数学家 冯冯诺依曼诺依曼 1.1.1 电子计算机的问世电子计算机的问世 计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院 2023-2-13第第1章章 绪论绪论71.1.1 电子计算机的问世电子计算机的问世 1945 1945年年6 6月,冯月,冯诺依曼与戈德斯坦等人,联名发表了一篇诺依曼与戈德斯坦等人,联名发表了一篇长达长达101101页纸洋洋万言的报告,即计算机史上著名的页纸洋洋万言的报告,即计算机史上著名的“101101
6、页报页报告告”。在在EDVACEDVAC报告中,报告中,冯冯诺依曼明确规定出计算机的五大部诺依曼明确规定出计算机的五大部件:件:运算器运算器CACA、逻辑控制器逻辑控制器CCCC、存储器存储器MM、输入装置、输入装置I I和输和输出装置出装置OO,并描述了五大部件的功能和相互关系。,并描述了五大部件的功能和相互关系。这份报告奠定了现代电脑体系结构坚实的根基,直到今这份报告奠定了现代电脑体系结构坚实的根基,直到今天,仍然被认为是现代电脑科学发展里程碑式的文献。天,仍然被认为是现代电脑科学发展里程碑式的文献。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院 2023-2-13第第1章章 绪论绪论81.1.
7、1 电子计算机的问世电子计算机的问世 与与ENIACENIAC相比,相比,EDVACEDVAC的改进首先在于冯的改进首先在于冯诺依曼巧妙地诺依曼巧妙地想出想出“存储程序存储程序”的办法,程序也被他当作数据存进了机器的办法,程序也被他当作数据存进了机器内部,以便电脑能自动一条接着一条地依次执行指令,再也内部,以便电脑能自动一条接着一条地依次执行指令,再也不必去接通什么线路。其次,他明确提出这种机器必须采用不必去接通什么线路。其次,他明确提出这种机器必须采用二进制数制,以充分发挥电子器件的工作特点,使结构紧凑二进制数制,以充分发挥电子器件的工作特点,使结构紧凑且更通用化。人们后来把按这一方案思想设
8、计的机器统称为且更通用化。人们后来把按这一方案思想设计的机器统称为“诺依曼机诺依曼机”。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院 2023-2-13第第1章章 绪论绪论91.1.1 电子计算机的问世电子计算机的问世 自冯自冯诺依曼设计的诺依曼设计的EDVACEDVAC计算机始,计算机始,直到今天我们用直到今天我们用“奔腾奔腾”芯片制作的多媒体计算机为止,电脑一代又一代的芯片制作的多媒体计算机为止,电脑一代又一代的“传人传人”,大大小小千千万万台计算机,都没能够跳出,大大小小千千万万台计算机,都没能够跳出“诺诺依曼机依曼机”的掌心。冯的掌心。冯诺依曼为现代计算机的发展指明了方向,诺依曼为现代计算
9、机的发展指明了方向,从这个意义上讲,他是当之无愧的从这个意义上讲,他是当之无愧的“电子计算机之父电子计算机之父”。当。当然,随着人工智能和神经网络计算机的发展,然,随着人工智能和神经网络计算机的发展,“诺依曼机诺依曼机”一统天下的格局已经被打破,但冯一统天下的格局已经被打破,但冯诺依曼对于发展电脑做出诺依曼对于发展电脑做出的巨大功绩,永远也不会因此而泯灭其光辉。的巨大功绩,永远也不会因此而泯灭其光辉。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院 2023-2-13第第1章章 绪论绪论101.1.2 计算机的发展 第一代计算机第一代计算机电子管计算机电子管计算机 (1946年年1957年)年)第一代
10、计算机的基本特征是采用电子管作为计算机第一代计算机的基本特征是采用电子管作为计算机的逻辑元件;数据表示主要是定点数;用机器语言或汇编的逻辑元件;数据表示主要是定点数;用机器语言或汇编语言编写程序。由于当时电子技术的限制,第一代计算机语言编写程序。由于当时电子技术的限制,第一代计算机每秒运算速度仅为几千次,内存容量仅几每秒运算速度仅为几千次,内存容量仅几KBKB。这个时期计。这个时期计算机的特点是:体积庞大,运算速度慢,可靠性差,耗电算机的特点是:体积庞大,运算速度慢,可靠性差,耗电量大且维修困难。第一代计算机主要用于军事和科学研究量大且维修困难。第一代计算机主要用于军事和科学研究工作。工作。计
11、算机科学与工程学院计算机科学与工程学院 2023-2-13第第1章章 绪论绪论111.1.2 计算机的发展 第二代计算机第二代计算机晶体管计算机晶体管计算机 (1958年年1964年)年)第二代计算机的基本特征是其逻辑元件逐步由电子第二代计算机的基本特征是其逻辑元件逐步由电子管改为半导体晶体管,内存所使用的器件大多使用磁芯存管改为半导体晶体管,内存所使用的器件大多使用磁芯存储器。运算速度可达储器。运算速度可达每秒几十万次每秒几十万次,内存容量扩大到几十,内存容量扩大到几十KBKB。与此同时,计算机软件也有了较大发展,出现了。与此同时,计算机软件也有了较大发展,出现了FORTRANFORTRAN
12、、COBOLCOBOL、ALGOLALGOL等高级编程语言。相对于第等高级编程语言。相对于第一代计算机而言,第二代计算机的特点是:体积减少,重一代计算机而言,第二代计算机的特点是:体积减少,重量减轻,耗电量减少,运算速度加快,可靠性增强。第二量减轻,耗电量减少,运算速度加快,可靠性增强。第二代计算机除了用于科学计算外,还用于数据处理和事务处代计算机除了用于科学计算外,还用于数据处理和事务处理。理。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院 2023-2-13第第1章章 绪论绪论121.1.2 计算机的发展 第三代计算机第三代计算机中、小规模集成电路计算机中、小规模集成电路计算机(1965年年19
13、70年)年)随着固体物理技术的发展,集成电路工艺已可以在几随着固体物理技术的发展,集成电路工艺已可以在几mm2mm2的单晶硅片上集成十几甚至上百个电子元件组成的逻的单晶硅片上集成十几甚至上百个电子元件组成的逻辑电路。第三代计算机的基本特征是其逻辑元件采用小规辑电路。第三代计算机的基本特征是其逻辑元件采用小规模集成电路模集成电路SSISSI(Small Scale IntegrationSmall Scale Integration)和中规模集成电)和中规模集成电路路MSIMSI(Middle Scale IntegrationMiddle Scale Integration)。第三代计算机的运
14、算)。第三代计算机的运算速度可达每秒速度可达每秒几十万次到几百万次几十万次到几百万次。存储器进一步发展,。存储器进一步发展,体积越来越小,价格越来越低,而软件越来越完善。其特体积越来越小,价格越来越低,而软件越来越完善。其特点是:体积更小,耗电量、价格等方面进一步下降,运算点是:体积更小,耗电量、价格等方面进一步下降,运算速度、可靠性等进一步增加。这一时期,计算机开始广泛速度、可靠性等进一步增加。这一时期,计算机开始广泛应用在社会的各个领域。应用在社会的各个领域。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院 2023-2-13第第1章章 绪论绪论131.1.2 计算机的发展 第四代计算机第四代计算
15、机大规模和超大规模集成电路大规模和超大规模集成电路计算机(计算机(1971年至今)年至今)进入进入2020世纪世纪7070年代以来,计算机采用大规模和超大年代以来,计算机采用大规模和超大规模集成电路作为基本器件,其特点是:体积、重量、耗规模集成电路作为基本器件,其特点是:体积、重量、耗电量、价格等方面比上一代计算机进一步下降,运算速度电量、价格等方面比上一代计算机进一步下降,运算速度和可靠性等方面大幅度提高,并不断地向大存储容量、高和可靠性等方面大幅度提高,并不断地向大存储容量、高速度方面发展。目前,计算机的速度最高可以达到每秒几速度方面发展。目前,计算机的速度最高可以达到每秒几十万亿次浮点运
16、算。操作系统不断完善,应用软件已经成十万亿次浮点运算。操作系统不断完善,应用软件已经成为现代工业的一部分。为现代工业的一部分。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院 2023-2-13第第1章章 绪论绪论14 计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院 2023-2-13第第1章章 绪论绪论151.2.1 计算机的特点 1运算速度快运算速度快 由于计算机是由高速电子器件构成,加之能自动连续由于计算机是由高速电子器件构成,加之能自动连续工作,因而具有很高的运算速度。现代巨型计算机的速度工作,因而具有很高的运算速度。现代巨型计算机的速度已达每秒万亿次,其一秒钟完成的计算量,相当于一个人已达每秒万亿
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