计算机导论 — 总体介绍

1. 计算机导论—总体介绍 课程定位：学习计算机知识的入门课程； 计算机专业的核心课程之一； 计算机专业完整知识体系的绪论。 课程作用：了解计算机的发展简史，激发学习兴趣和学习动力； 掌握计算机的基本知识，构建专业知识体系框架； 熟练掌握常用软件的操作技能并初步具备系统的组装与维护 能力，提高计算机应用能力； 跟踪计算机科学技术的最新进展及发展趋势,促进研究性学习； 培养计算思维，强化创新意识和创新能力。

2. 计算机导论—总体介绍 教学理念：努力提高大学生的学习能力、创新能力、实践能力、 交流能力和社会适应能力。 要采取各种措施，增加学生自主学习的时间和空 间，拓宽学生知识面，增强学生学习兴趣，完善学 生的知识结构，促进学生个性发展。 （摘自教育部文件）

3. 计算机导论—总体介绍 教学特点：教学内容多、课上学时少，课余时间多。 书厚 课少 自主学习 教师教学：重点讲授、适当引导。 学生学习：尽快适应大学学习生活； 全面读书、力求理解、认真思考、勤于实践； 注重计算思维的培养； 知识学习、能力提高和素质培养协调统一。 （作业/读书报告/实验报告/小论文）

4. 计算机导论—教学安排 第1章：计算机发展简史 4学时 第2章：计算机专业知识体系 2学时 第3章：计算机基础知识 6学时 第4章：操作系统与网络知识 4学时 第5章：程序设计知识 3学时 第6章：软件开发知识 3学时 第7章：计算机系统安全知识 6学时 第8章：计算机领域的典型问题 2学时 第9章：计算机学科方法论 3学时 总结复习 1学时

5. 第1章 计算机发展简史 需要是发明之母。 Necessity is the Mother of Invention. 计算工具及计算技术是随着人类实践的需求逐步发展起来的。

6. 第1章 计算机发展简史 • 1.1 第一台电子数字计算机的诞生 • 1.2 计算机的发展 • 1.3 中国计算机发展简史 • 1.4 著名的计算机公司 • 1.5 著名的计算机科学家 • 1.6 计算机学术组织 • 1.7 计算机奖项 • 1.8 本章小结

7. 1.1 第一台电子数字计算机的诞生 • 早期的计算工具 • 机械计算机 • 机电计算机 • 电子计算机

8. 1.1.1 早期的计算工具 • 手指：人们习惯于十进制计数法与此有关。 • 结绳：结之多少，随物众寡。 • 算筹：祖冲之的圆周率就是借助算筹计算出来的。 运筹帷幄之中，决胜千里之外。 • 算盘：从唐朝一直延续到现在，仍有人在使用。

9. 1.1.2 机械计算机 • 1621年，英国数学家奥垂德发明了圆形滑动计算尺。 • 1642年，法国科学家帕斯卡发明了齿轮式能实现加减法运算的计算器Pascaline。 • 1673年，德国数学家莱布尼茨建造了一台能进行加减乘除四则运算的机械式计算机。

10. 1.1.2 机械计算机 • 1777年，英国的查尔斯·马洪发明了逻辑演示器 。 • 1822年，英国数学家巴贝奇研制成功差分机。 • 1833年，巴比奇设计出 了分析机模型，这个模 型包括了现代计算机所 具有的5个基本组成部分。

11. 1.1.3 机电计算机 • 1886年，美国统计学家霍勒瑞斯用电磁继电器代替一部分机械元件，制成了第一台机电穿孔卡系统—制表机。 • 1941年，德国工程师朱斯研制成功全部采用继电器的计算机Z-3 ，这是世界上第一台完全由程序控制的机电计算机。 • 1944年，美国哈佛大学教授艾肯设计的机电计算机Mark-Ⅰ投入运行。

12. 1.1.4 电子计算机 • 1937年，美国衣阿华州立学院的阿塔纳索夫教授就开始进行研制电子计算机的探索。第一台电子计算机ENIAC的设计者莫奇利曾经看过他的关于电子计算机设计的笔记本。 • 1946年2月15日 ，世界上第一台电子数字计算机在美国宾夕法尼亚大学诞生。

13. 1.1.4 电子计算机

14. 1.1.4 电子计算机 • ENIAC的基本情况 • 36岁的莫奇利提出总体设计， 24岁的埃克特负责工程技术问题， 30岁的戈尔斯坦负责组织协调。 • 占地面积170平方米；用了大约18000只电子管，1500个继电器，70000只电阻，l8000只电容；耗资近49万美元；重30吨。 • 运算速度为每秒5000次加法。 • 耗电量惊人，功率为l50千瓦，常常因为电子管烧坏而需要停机检修。 • 存储容量小，至多只能存20个字长为l0位的十进制数。 • 与后来的存储程序型的计算机不同，它的程序是外插型的，使用很不方便。

15. 1.2 计算机的发展 • 第一代计算机 • 第二代计算机 • 第三代计算机 • 第四代计算机 • 第五代计算机 • 计算机的发展趋势 • 计算机的分类 • 计算机的特点 • 计算机的应用领域

16. 1.2.1 第一代计算机 • 主要特点 • 用电子管代替机械齿轮和继电器作为基本元器件，运算速度一般为每秒几千次至几万次。 • 采用二进制形式，程序设计语言为机器语言。 • 程序可以存储，使用水银延迟线、静电存储管、磁鼓、磁芯等作为存储器。 • 输入输出装置主要用穿孔卡片，速度很慢。

17. 1.2.1 第一代计算机 • 应用领域 • 主要用于科学计算。 • 代表机型 • IBM公司的IBM 700系列。

18. 1.2.2 第二代计算机 • 主要特点 • 用晶体管代替了电子管。 • 采用磁芯存储器作主存，采用磁盘与磁带作辅存。 • 出现了汇编语言和高级语言；出现了监控程序。 • 作为现代计算机体系结构的许多新技术相继出现。 • 出现了超级计算机。

19. 1.2.2 第二代计算机 • 应用领域 • 科学计算：数据量不大，运算强度大。 • 数据处理：数据量大，运算强度不大。 • 实时控制：及时性要求高。 • 代表机型 • IBM 7000系列。

20. 1.2.3 第三代计算机 • 主要特点 • 用集成电路取代了晶体管。 • 用半导体存储器淘汰了磁芯存储器。 • 走向了系列化、通用化和标准化。 • 操作系统有了很大发展。 • 出现了结构化、模块化程序设计方法。 • 出现了小型计算机。

21. 1.2.3 第三代计算机 • 应用领域 • 应用领域进一步拓展。 • 代表机型 • IBM 360系统。

22. 1.2.4 第四代计算机 • 主要特点 • 用微处理器或超大规模集成电路取代了普通集成电路。 • 存储容量进一步扩大。 • 输入采用了光学字符识别和条形码等技术。 • 高级程序设计语言得到广泛使用。 • 微型计算机进入了千家万户。 • 互联网广泛应用，形成所谓的地球村。 • 巨型计算机也得到快速发展。

23. 1.2.4 第四代计算机 • 应用领域 • 几乎覆盖到人类生活的各个领域。 • 代表机型 • IBM 4300系列、3080系列、3090系列等。

24. 1.2.5 第五代计算机 • 研究目标 • 使计算机能够具有像人一样的思维、推理和判断能力，向智能化发展，实现接近人的思维方式。 • 研究成果 • 由于各种因素的制约，并没有完全实现预期的研究目标，所以目前的计算机仍属于第四代计算机。 • 但这一时期在智能计算机领域完成了大量的基础性研究工作，促进了人工智能和机器人技术的发展。目前，日本、美国的机器人技术是世界上最先进的。

25. 1.2.6 计算机的发展趋势 • 巨型化 • 功能特别强大，用于解决一些特别复杂的攻关难题，如国防安全、中长期天气预报、地质勘探等。 • 2008年6月，IBM研制出世界上最快的超级计算机Roadrunner，运算速度超过每秒1000万亿次浮点运算。全世界60亿人每天24小时、每周7天执行纯手工计算，需要46年时间才能完成Roadrunner一天的工作量。 • Roadrunner占地540平方米、总重227吨、造价约1亿美元，主要用于美国核武器模拟及天文、能源、人类基因科学、气候变化等方面的研究。

26. 1.2.6 计算机的发展趋势

27. 1.2.6 计算机的发展趋势 • 微型化 • 在保持计算机功能的前提下，使其体积越来越小。 • 台式机、笔记本、掌上电脑、嵌入式计算机就是微型化的体现。

28. 1.2.6 计算机的发展趋势 • 网络化 • 实现网络化，才能真正做到资源共享，计算机才能发挥更大的作用，给人们的的日常生活带来更大的便利。

29. 1.2.6 计算机的发展趋势 • 智能化 • 计算机处理过程化的计算工作及事务处理工作已经达到了相当高的水平，是人力望尘莫及的。 • 但在智能性工作方面，计算机还 远远不如人脑。 • 如何让计算机具有人脑的智能， 模拟人的推理、联想、思维等 功能，是一个重要发展方向。

30. 1.2.7 计算机的分类 • 超级计算机 • 体积最大、速度最快、功能最强、价格也最高。 • 主要为国家安全、空间技术、天气预报、石油勘探、生命科学等领域的高强度计算服务。 • IBM 的Roadrunner、我国的曙光5000A都属于超级计算机。 • 大型计算机 • 高性能大容量的通用计算机，标准化的体系结构和批量生产。 • 在银行、税务、大型企业、大型工程设计等领域得到广泛应用。 • IBM 360、IBM 4300和IBM 3090等是典型代表。

31. 1.2.7 计算机的分类 • 小型计算机 • 介于微型计算机和大型计算机之间的一种计算机。 • PDP系列、VAX-11系列等是代表。 • 逐步被高性能微机取代。 • 工作站 • 配备有大屏幕显示器、大容量存储器和图形加速卡的微型计算机。 • 逐步被高性能微机取代。

32. 1.2.7 计算机的分类 • 微型计算机 • 台式计算机和笔记本计算机 • 个人数字助理 • 单片机和嵌入式计算机 • 服务器 • 通过网络为客户端计算机提供各种服务的高性能计算机。 • 强调高速的运算能力、长时间的可靠运行、强大的外部数据吞吐能力。

33. 1.2.8 计算机的特点 • 运算速度快 • 世界上最快计算机的运算速度已超过1000万亿次每秒。 • 我国研制的最快计算机的运算速度达到233万亿次每秒。 • 运算精度高 • 我国古代著名数学家祖冲之计算出圆周率π的值在3.1415926～3.1415927之间，这是当时非常了不起的成就。 • 国外有位著名数学家整整花了15年的时间，才把圆周率π的值计算到小数点后707位。 • 计算机用602个小时将圆周率计算到小数点后12 411亿位。

34. 1.2.8 计算机的特点 • 记忆能力强 • 如果按纯文本方式存储，80GB的硬盘可以存储13 000多部300万字的大部头书籍。 • 判断能力好 • 计算机和人下棋/机器人足球比赛。 • 自动运行 • 在程序的控制下自动运行。

35. 1.2.9 计算机的应用领域 • 科学计算 • 大型工程设计、航空航天、石油勘探、核能利用、地震预报与监测和天气预报等。 • 信息处理 • 各种管理系统和办公自动化系统。 • 过程控制 • 火星探测器、宇宙飞船、汽车自动装配、数控机床、无人侦察机、导弹的巡航飞行等都需要计算机控制。 失之毫厘，差之千里。

36. 1.2.9 计算机的应用领域 • 计算机辅助系统 • 计算机辅助设计（CAD)、计算机集成制造系统 （CIMS）、计算机辅助软件工程（CASE）、计算机辅助教学（CAI）。 • 人工智能 • IBM公司研制的深蓝计算机系统，1997年5月，以2胜1负3平的成绩战胜1985年以来一直占据世界冠军宝座的卡斯帕罗夫。 • 网络应用 • 截至2009年6月30日，我国网民规模达到3.38亿人，居世界第一。 • 网络已应用于人们的工作、生活和娱乐中。

37. 1.3 中国计算机发展简史 • 1956年8月，成立了以著名数学家华罗庚教授为主任的中国科学院计算技术研究所筹备委员会。 • 1958年8月1日，我国第一台通用小型计算机—103机研制成功，仿制前苏联的M-3小型机。 • 1959年10月1日，我国第一台大型通用计算机—104机研制成功，仿制前苏联的BЭCM大型机。 • 1960年，我国第一台自行设计的计算机—107机研制成功，运算速度为250次每秒。 • 1964年，我国第一台自行设计的大型通用计算机—119机研制成功，浮点运算速度为5万次每秒。

38. 1.3 中国计算机发展简史 • 1965年4月，我国第一台自行设计的晶体管计算机441-B通过国家鉴定，运算速度为1.2万次每秒浮点运算。 • 1967年9月，大型通用晶体管计算机109丙研制成功，浮点运算速度为11.5万次每秒。 • 1972年正式交付使用的111计算机，采用小规模集成电路。 • 1973年8月，集成电路计算机150机研制成功。 • 1985年，研制成功与IBM PC机兼容的长城0520CH微机。 • 1983年11月，研制成功我国第一台大型向量机-757机。

39. 1.3 中国计算机发展简史 • 1983年11月，运算速度为1亿次每秒的向量巨型计算机银河-Ⅰ在国防科技大学研制成功。 • 1992年11月，研制成功10亿次每秒的银河-Ⅱ。 • 1997年6月，研制成功130亿次每秒的银河-Ⅲ。

40. 1.3 中国计算机发展简史 • 1993年10月，中科院计算所研制成功曙光一号计算机。 • 1995年以后，研制成功曙光1000/2000/3000/4000A。 • 2008年6月，超级计算机曙光5000A研制成功，使用了6600颗AMD巴塞罗那型4核处理器，峰值运算速度达到每秒230万亿次，世界高性能计算机排名第十。

41. 1.3 中国计算机发展简史 • 2002年9月，我国首枚具有自主知识产权的高性能通用CPU芯片—龙芯1号通过鉴定。 • 2006年9月，增强型龙芯2号—龙芯2E通过鉴定，主频最高达到1GHz，定点运算速度达到每秒20亿次。 • 2007年5月2日，性能更优的龙芯2F开始流片。

42. 1.4 著名的计算机公司 • Intel公司 • IBM公司 • 微软公司 • 联想集团公司

43. 1.4.1 Intel公司 • 成立于1968年，名字取自两个英文单词Integrated和 Electronic的组合，中文翻译成英特尔。 • 1971年，推出了世界上第一枚微处理器4004。 • 1978年后，陆续推出8086/286/386/486。 • 1993年后，陆续推出Pentium/P2/P3/P4。 • 目前还有超线程、多核CPU等。

44. 1.4.2 IBM公司 • IBM公司的全称为国际商业机器公司 （International Business Machines Corporation）。 • 早期产品是打孔卡片制表机 。 • 1952年12月研制出IBM第一台存储程序计算机IBM 701，IBM公司逐步占据了计算机制造业的霸主地位。 • 大型计算机有IBM700系列/7000系列/360系列/4300系列等。 • 个人计算机有IBM PC系列。 • 超级计算机有IBM BlueGene 系列。

45. 1.4.3 微软公司 • 微软公司诞生于1975年，由比尔·盖茨和保罗·艾伦创立。 • 1975年7月，他们与MITS签署协议，允许MITS在全世界范围内使用和转让Basic及源代码，盖茨他们获利18万美元。 • 1981年6月，为IBM PC机开发出操作系统MS DOS，在1985年到1995年间占据PC机操作系统的统治地位。 • 1985年6月，开发出OS/2操作系统，赢利20亿美元。 • 1995年推出Windows95，逐渐取代了MS DOS。

46. 1.4.3 微软公司 • 微软公司目前的主要产品 • 操作系统MS Windows系列； • 数据库管理系统MS SQL Server； • 办公软件Office系列； • 网页浏览器Internet Explorer（IE）； • 媒体播放器Windows Media Player； • 开发工具包Visual Studio； • 在线服务MSN。

47. 1.4.4 联想集团公司 • 1984年10月成立，11名科技人员/20万元资金/一间20平米的平房。 • 早期产品是“联想式汉字系统”--联想汉卡。 • 1990年开始推出联想微机。 • 1996年，联想微机首次位居国内市场占有率第一。 • 2005年5月1，联想集团以17.5亿美元正式完成对IBM全球PC业务的收购，使联想成为全球个人电脑行业的第三大供应商。 • 2006年度的营业收入达到1389亿元。 • 2008年北京奥运会赞助商，提供3万台计算设备。

48. 1.5 著名的计算机科学家 • 计算机理论和结构的奠基人 • 阿伦·图灵（A. M. Turing，1912-1954） • 冯·诺依曼（J. von Neumann，1903-1957） • 中国国家最高科学技术奖获得者 • 吴文俊（1919-） • 王 选（1937-2006） • 金怡濂（1929-）

49. 1.5.1 图灵 • 1936年，图灵发表的论文论可计算数及其在判定问题中的应用奠定了计算机理论基础。 • 图灵提出的计算模型被称作图灵机。 • 1950年10月，发表了论文计算机和智能，并提出了图灵测试。 • 美国计算机学会设有图灵奖。

50. 1.5.1 图灵 • 计算模型——图灵机的工作过程 • 读写磁头在所扫描的方格上写上符号，原有符号自然消除； • 磁头向右或向左移动一个方格，机器由当前状态变为另一个状态，进入下一步工作； • 如此周而复始，除非遇到命令机器停止工作的状态。