計算機科學導論第一章緒論.ppt

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計算機科學導論（FoundationsofComputerScience）,,計算機科學：研究計算機及其周圍各種現(xiàn)象和規(guī)律的科學，亦即研究計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、程序系統(tǒng)（即軟件）、人工智能以及計算本身的性質(zhì)和問題的學科。培養(yǎng)目標：計算機硬件與軟件相結(jié)合、面向系統(tǒng)、側(cè)重應用的寬口徑專業(yè)。通過基礎教學與專業(yè)訓練，培養(yǎng)基礎知識扎實、知識面寬、工程實踐能力強，具有開拓創(chuàng)新意識，在計算機科學與技術領域從事科學研究、教育、開發(fā)和應用的高級人才。,計算機專業(yè),主要課程：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、軟件工程、計算機網(wǎng)絡、計算機組成原理、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、編譯原理、離散數(shù)學、程序設計語言以及算法分析與設計等。學科特色：理論性強，實踐性強，發(fā)展迅速。前兩年注重自然學科基礎課程和專業(yè)基礎課程；后兩年主要是專業(yè)課程，突出學科方向特色，體現(xiàn)最新技術發(fā)展動向。,計算機專業(yè),知名機構(gòu)與行業(yè)協(xié)會,InstituteofElectricalandElectronicsEngineers(IEEE)電氣和電子工程師協(xié)會.ACM(AssociationforComputingMachinery)美國計算機協(xié)會IETF（InternetEngineeringTaskForce）。Internet工程任務組，成立于1985年底，是全球互聯(lián)網(wǎng)最具權威的技術標準化組織，主要任務是負責互聯(lián)網(wǎng)相關技術規(guī)范的研發(fā)和制定，當前絕大多數(shù)國際互聯(lián)網(wǎng)技術標準出自IETF.,學術期刊的名稱,Transaction(學報)Review（評論）Letter（快報）Communication（通訊）,學術會議的類型,Conference（會議）Convention（大會）Symposium（專業(yè)討論會）Colloquium（學術討論會）Seminar（研究討論會）Workshop（專題討論會）,課程介紹,課程類型：必修課、學科基礎課課程性質(zhì)計算學科的綜述性導引課程課程地位計算機專業(yè)的入門課程，是學習其它專業(yè)課程的基礎。為后續(xù)專業(yè)課程的學習做一個知識上的鋪墊。學習該課程時所初步建立的學科基本思想和方法，有利于后續(xù)專業(yè)課程的學習。,課程學習要求,對知識掌握程度的要求大體分為三個層次掌握理解了解要求掌握：計算機專業(yè)各領域的基本概念（要求廣度）整體知識體系，對以后要學習的知識和課程做到“心中有數(shù)”。不要求：深入理解，具體知識原理會在各專業(yè)課程中學習。,學習方法,課前預習，帶著問題聽課認真聽課課下認真做好復習；課本只是參考；課下多看參考資料，充分利用網(wǎng)絡資源培養(yǎng)興趣和自學能力學會使用軟件幫助,教材,計算機科學導論（FoundationsofComputerScience）,[美]BehrouzA.Forouzan著，劉藝等譯，機械工業(yè)出版社。,參考書,計算機科學概論（原書第3版）（ComputerScienceIlluminated）（美）NellDale,JohnLewis著，張欣等譯，機械工業(yè)出版社。,參考書,計算機導論（第2版），袁方等編著，清華大學出版社。計算概論（第2版），許卓群等編著，清華大學出版社,參考書,計算機科學導論，瞿中著，清華大學出版社計算機導論，朱戰(zhàn)立主編，電子工業(yè)出版社網(wǎng)絡資源,第一章緒論,圖靈:(1912-1954)英國數(shù)學家、邏輯學家提出圖靈機，人工智能理論被稱為“計算機理論之父”，“人工智能之父”人們?yōu)榧o念其在計算機領域的卓越貢獻而設立“圖靈獎”。,1）圖靈機的提出,1.1圖靈模型,,圖靈機1936年，英國劍橋大學數(shù)學家阿蘭圖靈提出了一種抽象的計算模型——圖靈機(TuringMachine)?！皥D靈機”不是一種具體的機器，而是一種數(shù)學模型。,圖靈機圖靈的基本思想是用機器來模擬人們用紙筆進行數(shù)學運算的過程。圖靈機被公認為現(xiàn)代計算機的原型。圖靈機由下面幾個部分組成（1）無限長的紙帶（2）讀寫頭（3）內(nèi)部狀態(tài)（4）程序,,,2）可編程數(shù)據(jù)處理器,程序：,計算機對數(shù)據(jù)進行處理的指令集合。,輸出數(shù)據(jù)：,受到輸入數(shù)據(jù)和程序的共同作用。,基于圖靈模型的計算機：可編程數(shù)據(jù)處理器,（1）相同的程序，不同的輸入數(shù)據(jù),（2）相同的輸入數(shù)據(jù)，不同的程序,（3）相同的程序，相同的輸入數(shù)據(jù),輸出結(jié)果一致。,1.2馮諾依曼模型,基于圖靈模型的計算機在存儲器中存儲數(shù)據(jù),1944-1945年期間，馮諾依曼提出存儲程序的概念。,約翰馮諾依曼:(1903-1957)美籍匈牙利裔科學家、數(shù)學家，被譽為“現(xiàn)代電子計算機之父”。19歲就發(fā)表了有影響力的數(shù)學論文,30歲時被聘問美國普林斯頓大學終身教授，成為愛因斯坦最年輕的同事。在數(shù)學、物理學、數(shù)值分析和博弈論等領域都有杰出的貢獻。,1.2馮諾依曼模型,,,,基于馮諾依曼模型建造的計算機分為四個子系統(tǒng)：（1）算術邏輯單元（2）控制單元（3）存儲器（4）輸入設備（5）輸出設備,,,馮諾依曼思想：（1）二進制他根據(jù)電子元件雙穩(wěn)工作的特點，建議在電子計算機中采用二進制。報告提到了二進制的優(yōu)點，并預言，二進制的采用將大大簡化機器的邏輯線路。（2）存儲程序把運算程序存在機器的存儲器中，程序設計員只需要在存儲器中尋找運算指令，機器就會自行計算。這樣，就不必每個問題都重新編程，從而大大加快了運算進程。一段程序是由一組數(shù)量有限的指令組成。,,,1.3計算機組成,,計算機硬件（第五章）存儲數(shù)據(jù)（第三章）數(shù)據(jù)組織數(shù)據(jù)（11-14章）算法（第八章）計算機軟件語言（第九章）軟件工程（第十章）操作系統(tǒng)（第七章）,,,1.4歷史,1.4.1計算工具的發(fā)展概況,產(chǎn)生背景二戰(zhàn)期間美國軍方需要莫奇利（JohnMauchly）于1942年提出了試制第一臺電子計算機的初始設想成立了一個以莫奇利、?？颂兀‥ckert）為首的研制小組,電子計算機的誕生,1.4.2計算機的發(fā)展史,ENIAC世界上第一臺電子計算機于1946年在美國研制成功，取名ENIACENIAC是“電子數(shù)字集成器和計算器”（ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator）的縮寫。,電子計算機的誕生,,ENIAC（埃尼阿克）,2、計算機的發(fā)展階段,計算機發(fā)展的階段（按照采用的電子器件劃分）：第一代計算機（1946——1957年）第二代計算機（1958——1964年）第三代計算機（1965——1975年）第四代計算機（1975——1985年）第五代計算機（1985年至今）,,1、第一代計算機（1946—1957）真空管計算機，主要邏輯元件采用真空管。,,1、第一代計算機（1946—1957）主要特征：使用真空管作為電子器件，水銀延遲線、靜電存儲管等作為存儲器，輸入輸出主要采用穿孔紙帶或卡片。軟件還處于初始階段，程序設計語言為機器語言。運算速度：幾千到幾萬次每秒代表產(chǎn)品：ENIAC、IBM650（小型機）、IBM709（大型機）等。特點：存儲量小、體積大、耗電多、運算速度低、成本高、使用不方便。用途：主要用于軍事和科學研究。,1、第一代計算機（1946—1957）,IBM650小型機,,1、第一代計算機（1946—1957）,IBM709大型機,,2、第二代計算機(1958—1964)晶體管計算機主要特征：使用晶體管作為電子器件，用磁芯和磁鼓作存儲器，輸入輸出主要采用磁帶和磁盤。出現(xiàn)了匯編語言和高級程序設計語言。,,2、第二代計算機（1958—1964）運算速度：幾十萬次每秒代表產(chǎn)品：IBM7090、IBM7094、IBM7040。特點：體積大大縮小、耗電少、運算速度加快、內(nèi)存容量增加、價格有所降低。用途：用于軍事和科學研究外，還用于數(shù)據(jù)處理和事務處理，并逐漸用于工業(yè)控制。,,3、第三代計算機（1965—1975）中/小規(guī)模集成電路計算機主要特征：中、小規(guī)模集成電路代替了分立元件晶體管，半導體存儲器。操作系統(tǒng)有了很大發(fā)展，出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)化、模塊化程序設計方法。,第一個半導體集成電路，1958年，美國物理學家基爾比和諾伊斯同時發(fā)明集成電路。,,3、第三代計算機（1965—1975）運算速度：上千萬次每秒代表產(chǎn)品：IBM360特點：集成電路體積更小，功耗更低，可靠性更高。還沒有微處理器。用途：科學計算、數(shù)據(jù)處理、實時控制等。,,4、第四代計算機（1975——1985年）大規(guī)模/超大規(guī)模集成電路計算機主要特征：采用大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路作為主要功能部件，半導體集成電路作主存儲器，外存儲器采用大容量軟、硬磁盤，還引進入光盤引入，虛擬存儲技術。軟件配置豐富，軟件系統(tǒng)工程化、理論化。,,4、第四代計算機（1975——1985年）大規(guī)模/超大規(guī)模集成電路計算機運算速度：幾百萬至萬億次代表產(chǎn)品：IBM370系列（大型機）、IBM4300系列/3080系列/3090系列、最新的IBM9000系列、INTEL微處理器系列。優(yōu)點：體積進一步縮小、性能進一步提高，機器的性能價格比大幅度上升。用途：應用已經(jīng)涉及各個領域，并且進入了家庭。,,5、第五代計算機（1985年至今）智能計算機新一代計算機的體系結(jié)構(gòu)將改變傳統(tǒng)的馮?諾依曼結(jié)構(gòu)，它是一種具有知識存儲和知識庫管理功能，具有利用已有知識進行推理判斷、聯(lián)想和學習的功能的新型智能化計算機系統(tǒng)。20世紀80年代開始，日本、美國等國家提出了研制第五代計算機的計劃。由于各種因素的制約，并未完全實現(xiàn)預期研究目標。目前的計算機仍屬于第四代計算機。,,小結(jié)1、圖靈模型2、馮諾依曼模型3、計算機的發(fā)展歷史及發(fā)展趨勢,謝謝！,