计算机科学导论第1章概述.ppt
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1、2023/10/18,计算机科学导论,学习计算机专业的第一门基础课程,本课程将会带领大家遨游计算机海洋!,2023/10/18,基本要求,满分100分 平时30,其中出勤15,作业15。期末闭卷考试70。学习完每个章节后,请自行做课后练习题,课堂讲解。不迟到,上课期间未经允许不要随意讲话,请自觉关闭手机等通信设备!,2023/10/18,第一章 概 述,本章学习目标初步了解计算机的产生和发展阶段掌握计算机的基本概念、分类、特点了解计算机的应用领域和发展趋势了解计算机科学与技术学科概述了解计算机科学与技术学科的知识体系了解计算机科学与技术学科的教育,2023/10/18,计算机是什么?Compu
2、ters are everywhere!,2023/10/18,电子数字计算机,电子数字计算机(Electronic Digital Computer)简称为电子计算机或计算机,也是人们常说的电脑,是二十世纪最辉煌的成就之一。计算机的定义:计算机是一种能按照事先存储的程序,自动地、高速地、精确地进行大量数值计算,并且具有记忆(存储)能力、逻辑判断能力、可靠性能的数字化信息处理的现代化智能电子设备。,2023/10/18,1.1.1 计算机产生的史前史,1.算筹 算筹又称为筹、策、算子等 算筹在中国的起源很早 中国著名科学家祖冲之(429500年)借助算筹作为计算工具计算出圆周率,祖冲之(429
3、500年),2023/10/18,2.算盘,算盘也称珠算,是中国劳动人民创造的一种工具 由古代“算筹”演变而来 素有“中国计算机”之称 最早见于汉末三国时代徐岳撰写的数术记遗 南宋时期的数学家杨辉发明了乘除通变算宝,2023/10/18,3.机械计算机,法国科学家布莱斯帕斯卡(Blaise Pascal:16231662年)是被公认为是制造出机械计算机的第一人。,帕斯卡加法器,2023/10/18,4.提花机,法国机械师约瑟夫杰卡德(Joseph Jacquard),大约在1801年完成了“自动提花编织机”的设计制作,真正成功地改进了提花机。,2023/10/18,5.差分机和分析机,英国剑桥
4、大学著名科学家查理斯巴贝奇(Charles Babbage:17921871年)在1822年研制出第一台差分机。阿达奥古斯塔(Ada Augusta:18151852年)是计算机领域著名的女程序员。,Babbage(17921871年),2023/10/18,6.模拟计算机,19世纪末,赫尔曼霍列瑞斯(Herman Hollerith:18601929)首先用穿孔卡完成了第一次大规模数据处理。1938年,28岁的楚泽(K.Zuse)完成了一台可编程数字计算机Z-1的设计。电磁式计算机叫Mark,是计算机“史前史”里最后一台著名的计算机,发明者是美国哈佛大学艾肯(H.Aiken)博士。,2023
5、/10/18,Z3 重建Z1 Z4 老年楚泽(中)数字计算机之父,2023/10/18,1.1.2 计算机的产生,1.图灵1936年,阿兰图灵(Alan Turing:19121954年)在他的一篇具有划时代意义的论文论可计算数及其在判定问题中的应用(On Computer Numbers With an Application to the Entscheidungs Problem)中,论述了一种假想的通用计算器,也就是理想计算机,被后人称为“图灵机”(Turing MachineTM)。,2023/10/18,2.ENIAC和冯诺依曼,1946年2月,美国宾夕法尼亚大学成功研制出了ENI
6、AC,这是世界上第一台数字电子计算机。莫尔学院的两位青年学者36岁物理学家约翰莫齐利(John Mauchly)和他的学生,24岁的电气工程师布雷斯帕埃克特(Presper Eckert),向戈德斯坦提交了一份研制电子计算机的设计方案“高速电子管计算装置的使用”。,2023/10/18,2.ENIAC和冯诺依曼,这台名为 ENIAC(电子数字积分计算机的缩写)的机器,使用18800个电子管,1500多个继电器,10000多个电容和7000多个电阻,耗电150千瓦,占地170平方米,重达30吨,可谓“庞然大物”也。,2023/10/18,1.1.3 计算机的发展阶段,计算机的出现是二十世纪最辉煌
7、的成就之一,按照采用的电子器件划分,计算机大致已经历了四个阶段:1.第一代计算机(1946年1957年)其主要特征是逻辑器件使用电子管,用穿孔卡片机作为数据和指令的输入设备,用磁鼓或磁带作为外存储器,使用机器语言编程。第一代计算机体积大、运算速度低、存储容量小、可靠性低。几乎没有什么软件配置,主要用于科学计算。其代表机型有:ENIAC、IBM650(小型机)、IBM709(大型机)等。,2023/10/18,2023/10/18,2.第二代计算机(1958年1964年),其主要特征是使用晶体管代替了电子管,内存储器采用了磁芯体,引入了变址寄存器和浮点运算硬件,利用I/O处理机提高了输入输出能力
8、。在软件方面配置了子程序库和批处理管理程序,并且推出了Fortran、COBOL、ALGOL等高级程序设计语言及相应的编译程序,降低了程序设计的复杂性。其代表机型有:IBM7090、IBM7094、CDC7600等。,2023/10/18,2023/10/18,3.第三代计算机(1965年1972年),其主要特征是用半导体、小规模集成电路(Integrated CircuitIC)作为元器件代替晶体管等分立元件,用半导体存储器代替磁芯存储器,使用微程序设计技术简化处理机的结构,这使得计算机的体积和耗电量显著减小,而计算速度和存储存量却有较大提高,可靠性也大大加强。在软件方面则广泛地引入多道程序
9、、并行处理、虚拟存储系统和功能完备的操作系统,同时还提供了大量的面向用户的应用程序。计算机开始定向标准化、模块化、系列化,此时,计算机的应用进入到许多科学技术领域。其代表机器有:IBM360系列、富士通F230系列等。,2023/10/18,2023/10/18,4.第四代计算机(1972年),其主要特征是使用了大规模和超大规模集成电路,大规模、超大规模块集成电路的出现,使计算机沿着两个方向飞速向前发展。一方面,利用大规模集成电路制造多种逻辑芯片,组装出大型、巨型计算机。另一方面,利用大规模集成电路技术,将运算器、控制器等部件集成在一个很小的集成电路芯片上,从而出现了微处理器。完善的系统软件、
10、丰富的系统开发工具和商品化的应用程序的大量涌现,以及通信技术和计算机网络的飞速发展,使得计算机进入了一个大发展的阶段。,2023/10/18,2023/10/18,1.2 计算机系统,计算机系统是一种能够按照事先存储的程序,自动、高速地对数据进行输入、处理、输出和存储的系统,由计算机硬件系统和计算机软件系统两大部分组成。,2023/10/18,1.2.1 计算机的硬件系统,计算机的基本工作原理是存储程序和程序控制,该原理最初是由冯诺依曼于1946年提出来的,故称为冯诺依曼原理。按照冯诺依曼原理构造的计算机又称冯诺依曼计算机,其体系结构称为冯诺依曼结构。,2023/10/18,冯诺依曼思想:,(
11、1)由二进制替代十进制。(2)采用存储程序的思想。(3)把计算机从逻辑上划分为5大部分,即运算器、控制器、存储器、输入/输出设备。,2023/10/18,计算机的五大部件,2023/10/18,1.运算器,运算器又称算术逻辑单元(Arithmetic Logic UnitALU),是计算机对数据进行加工处理的部件,它的主要功能是对二进制数码进行加、减、乘、除等算术运算和与、或、非等基本逻辑运算,实现逻辑判断。运算器是在控制器的控制之下实现其功能的,运算结果由控制器发出的指令送到内存储器中。,2023/10/18,2.控制器,控制器主要由指令寄存器、译码器、程序计数器和操作控制器等组成,控制器是
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