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1、主講教師：柳忠勇單位: 信息技術(shù)學(xué)院郵箱：lzy@hactam.edu.cn,計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ),一、計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生、發(fā)展與趨勢(shì),Charles Babbage,1822 差分機(jī),1833 分析機(jī),MARK I,ENIAC,電子計(jì)算機(jī)時(shí)代,計(jì)算機(jī)發(fā)展史,第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)（ENIAC）,5000次加法/秒體重28噸占地170m218800只電子管1500個(gè)繼電器功率150KW,計(jì)算機(jī)發(fā)展史,電子恐龍的縮骨法——晶體管,ENIAC,

2、劃時(shí)代的實(shí)驗(yàn)裝置,晶體管實(shí)質(zhì)上是按顯微比例的真空管建造的。,電子管的缺點(diǎn)：體積大；耗能高、散熱量大。,晶體管的優(yōu)點(diǎn)：體積??；耗能低；性能穩(wěn)定。,計(jì)算機(jī)發(fā)展史,將電腦濃縮在一顆芯片上,0.18微米芯片,10微米芯片,計(jì)算機(jī)發(fā)展史,晶體管數(shù),每18個(gè)月芯片能力增長(zhǎng)一倍。,計(jì)算機(jī)第一定律——摩爾定律,計(jì)算機(jī)發(fā)展史,第一代（1946~1956）電子管5千~4萬(wàn)（次/秒）,第二代（1957~1964）晶體管幾十萬(wàn)~百萬(wàn)

3、（次/秒）,第三代（1965~1970）集成電路百萬(wàn)~幾百萬(wàn)（次/秒）,第四代（1971~90年代）集成電路幾百萬(wàn)~幾億（次/秒）,1964年911機(jī),1966年112機(jī),計(jì)算機(jī)發(fā)展的幾個(gè)階段,計(jì)算機(jī)發(fā)展史,計(jì)算機(jī)的商用化,計(jì)算機(jī)的第一個(gè)商業(yè)顧客——烤面包賣茶點(diǎn)的利昂（lyons）,ENIAC,EDSAC,進(jìn)入社會(huì)，開啟辦公自動(dòng)化理念,LEO (Lyons Electronic Office),計(jì)算機(jī)發(fā)展史,香儂是現(xiàn)代信息

4、論的著名創(chuàng)始人。1938年，香儂在發(fā)表的論文中，首次用布爾代數(shù)進(jìn)行開關(guān)電路分析，并證明布爾代數(shù)的邏輯運(yùn)算可以通過(guò)繼電器電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。阿塔納索夫提出了計(jì)算機(jī)的三條原則：1）以二進(jìn)制的邏輯基礎(chǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字運(yùn)算，以保證 精度；2）利用電子技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制、邏輯運(yùn)算和算術(shù)運(yùn) 算，以保證計(jì)算速度；3）采用把計(jì)算功能和二進(jìn)制數(shù)更新存儲(chǔ)功能相分 離的結(jié)構(gòu)。,奠定現(xiàn)代計(jì)算機(jī)發(fā)展的重要人物和思想,Claude

5、Shannon,,計(jì)算機(jī)工作原理,圖靈與圖靈機(jī),為紀(jì)念圖靈對(duì)計(jì)算機(jī)的貢獻(xiàn)，美國(guó)計(jì)算機(jī)博物館于1966年設(shè)立了“圖靈獎(jiǎng)”,計(jì)算機(jī)是使用相應(yīng)的程序來(lái)完成任何設(shè)定好的任務(wù)。,圖靈機(jī)是一種思想模型，它由三部分組成：一個(gè)控制器，一條可以無(wú)限延伸的帶子和一個(gè)在帶子上左右移動(dòng)的讀寫頭。,計(jì)算機(jī)工作原理,John von Neumann馮?諾依曼,1949 EDSAC,馮·諾依曼計(jì)算機(jī),存儲(chǔ)程序工作原理計(jì)算機(jī)的兩個(gè)基本能力：一

6、是能夠存儲(chǔ)程序，二是能夠自動(dòng)地執(zhí)行程序。計(jì)算機(jī)是利用“存儲(chǔ)器”（內(nèi)存）來(lái)存放所要執(zhí)行的程序的，而稱之為CPU的部件可以依次從存儲(chǔ)器中取出程序中的每一條指令，并加以分析和執(zhí)行，直至完成全部指令任務(wù)為止。,計(jì)算機(jī)工作原理,Altair 8800,計(jì)算機(jī)發(fā)展——微型化,計(jì)算機(jī)不再是單一的計(jì)算機(jī)器，而是一種信息機(jī)器，一種個(gè)人的信息機(jī)器。,計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢(shì),計(jì)算機(jī)發(fā)展——網(wǎng)絡(luò)化,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展

7、動(dòng)力：使用遠(yuǎn)程資源，共享程序、數(shù)據(jù)和信息資源，網(wǎng)絡(luò)用戶的通訊和合作。,計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢(shì),CRAY-Ⅱ,計(jì)算機(jī)發(fā)展——巨型化（計(jì)算復(fù)雜性）,運(yùn)算速度可達(dá)每秒幾百億次運(yùn)算的超級(jí)計(jì)算機(jī)1975年世界上第一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)“Cray-I”超級(jí)計(jì)算機(jī)應(yīng)用：天氣預(yù)報(bào)、地震機(jī)理研究、石油和地質(zhì)勘探，衛(wèi)星圖像處理等大量科學(xué)計(jì)算的高科技領(lǐng)域。,中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)：國(guó)防科技大學(xué)研制的“銀河1號(hào)”、 “銀河2號(hào)”和“銀河3號(hào)”國(guó)家職能計(jì)算機(jī)中心推出

8、的“曙光1000”和“曙光200I”,銀河Ⅱ,計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢(shì),計(jì)算機(jī)發(fā)展——智能化,“總有一天，人類會(huì)造出一些舉止跟人一樣的‘沒(méi)有靈魂的機(jī)械’來(lái)”。 ——笛卡爾（1637）,人類第一個(gè)“工業(yè)機(jī)器人”：一頭在紡織機(jī)上挑紗的“驢”（1742年）第一代機(jī)器人機(jī)械手（1962年出現(xiàn)）第二代機(jī)器人具有“感覺”的機(jī)器人第三代機(jī)器人裝有啟發(fā)式計(jì)算機(jī)的“智能機(jī)器人”,計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢(shì),計(jì)算機(jī)發(fā)展——非馮-諾依曼型,1．量子

9、計(jì)算機(jī)量子計(jì)算機(jī)是一類遵循量子力學(xué)規(guī)律進(jìn)行高速數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算、存儲(chǔ)及處理量子信息的物理設(shè)備。當(dāng)某個(gè)設(shè)備處理和計(jì)算量子的信息，運(yùn)行的是量子算法時(shí)，它就是量子計(jì)算機(jī)。 2．神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)生物大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可看作是一個(gè)大規(guī)模并行處理、緊密耦合的、能自行重組的計(jì)算網(wǎng)絡(luò)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)使人能有效地組織和處理信息。對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行研究，并從大腦工作的模型中抽取計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的模型就是所謂的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)。,計(jì)算機(jī)發(fā)展——非馮-諾依曼型,3．化學(xué)、生物計(jì)算機(jī)

10、從20世紀(jì)80年代開始，各國(guó)科學(xué)家們就在探計(jì)研制化學(xué)、生物計(jì)算機(jī)。在運(yùn)行機(jī)理上，化學(xué)計(jì)算機(jī)以化學(xué)制品中的微觀碳分子作信息載體，來(lái)實(shí)現(xiàn)信息的傳輸與儲(chǔ)存。因此，它具有更小的體積、更快的運(yùn)算速度和強(qiáng)大的計(jì)算能力，其信息傳輸速度可能比人腦思維速度還要快若干倍，具有十分誘人的發(fā)展前景。 4．光計(jì)算機(jī)光計(jì)算機(jī)是用光子代替現(xiàn)代半導(dǎo)體芯片中的電子，以光互聯(lián)來(lái)代替導(dǎo)線制成數(shù)字計(jì)算機(jī)機(jī)。,計(jì)算機(jī)的主要應(yīng)用領(lǐng)域計(jì)算機(jī)已成為人們時(shí)刻不能離開的幫手。歸結(jié)

11、起來(lái)，其主要應(yīng)用領(lǐng)域如下所示。 (1) 科學(xué)計(jì)算也稱數(shù)值運(yùn)算，是指用計(jì)算機(jī)來(lái)解決科學(xué)研究和工程技術(shù)中所提出的復(fù)雜的數(shù)學(xué)問(wèn)題。這是計(jì)算機(jī)最早最重要的應(yīng)用領(lǐng)域。在整個(gè)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用中，其比重雖已不足10%，但其重要性依然存在。(2) 事務(wù)數(shù)據(jù)處理也稱信息處理。利用計(jì)算機(jī)對(duì)所獲取的信息進(jìn)行記錄、整理、加工、存儲(chǔ)和傳輸?shù)?。這是計(jì)算機(jī)應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域，包括管理信息系統(tǒng)(MIS)和辦公自動(dòng)化(OA)等。計(jì)算機(jī)機(jī)時(shí)的80％是從事于這樣或那樣的非數(shù)

12、值數(shù)據(jù)處理。,(3) 計(jì)算機(jī)控制也稱實(shí)時(shí)控制或過(guò)程控制。利用計(jì)算機(jī)對(duì)動(dòng)態(tài)過(guò)程(如控制配料、溫度、閥門的開閉，乃至人造衛(wèi)星、航天飛機(jī)、巡航導(dǎo)彈等)進(jìn)行控制、指揮和協(xié)調(diào)。(4) 生產(chǎn)自動(dòng)化生產(chǎn)自動(dòng)化(production automation，PA)在這里是指利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、輔助制造產(chǎn)品，如集成制造系統(tǒng)等內(nèi)容。(5) 數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用(database applications)是計(jì)算機(jī)應(yīng)用的基本內(nèi)容之一。任一發(fā)達(dá)國(guó)家，從國(guó)民經(jīng)

13、濟(jì)信息系統(tǒng)和跨國(guó)科技情報(bào)網(wǎng)到個(gè)人的親友通信、銀行儲(chǔ)蓄賬戶，均與數(shù)據(jù)庫(kù)打交道。辦公自動(dòng)化與生產(chǎn)自動(dòng)化，也需要有數(shù)據(jù)庫(kù)的支持。,(6) 人工智能，人工智能(artificial intelligence)也稱智能模擬，是指利用計(jì)算機(jī)來(lái)模仿人類的智力活動(dòng)。主要應(yīng)用在機(jī)器人(robots)、專家系統(tǒng)、模擬識(shí)別(pattern recognition)、智能檢索(intelligent retrieval)、自然語(yǔ)言處理、機(jī)器翻譯、定理證明等方面

14、。(7) 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，使一個(gè)地區(qū)、一個(gè)國(guó)家、甚至在世界范圍內(nèi)的計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間實(shí)現(xiàn)信息、軟硬件資源和數(shù)據(jù)共享，可以大大促進(jìn)地區(qū)間、國(guó)際間的通信與各種數(shù)據(jù)的傳輸與處理，改變了人的時(shí)空的概念?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)的應(yīng)用已離不開計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。,(8) 計(jì)算機(jī)模擬，計(jì)算機(jī)模擬(computer simulation)是用計(jì)算機(jī)程序代替實(shí)物模型來(lái)做模擬試驗(yàn)，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)部門和社會(huì)科學(xué)領(lǐng)域。在20 世紀(jì)80年代末還出現(xiàn)了“虛擬現(xiàn)實(shí)(virt