《大學(xué)計算機導(dǎo)論》PPT課件.ppt

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大學(xué)計算機導(dǎo)論,發(fā)展概述,1.1計算機的發(fā)展歷史1.2計算機的分代以及分類1.3現(xiàn)代信息技術(shù)簡介1.4計算機在當(dāng)代的應(yīng)用1.5計算機的發(fā)展趨勢,計算機發(fā)展,1.1計算機的發(fā)展歷史,空間科學(xué)領(lǐng)域,生物科技領(lǐng)域,基礎(chǔ)科學(xué)研究領(lǐng)域,建筑/城市規(guī)劃領(lǐng)域,ComputersAreEverywhere!!!,計算機發(fā)展,1.1計算機的發(fā)展歷史,計算機的產(chǎn)生和發(fā)展不是一蹴而就的，而是經(jīng)歷了漫長的歷史過程。在這個過程中，科學(xué)家們經(jīng)過艱難的探索，發(fā)明了各種各樣的“計算機”，這些“計算機”順應(yīng)了當(dāng)時歷史的發(fā)展，發(fā)揮了巨大的作用，推動了社會的進步，也推動了計算機技術(shù)的發(fā)展。為了全面地了解計算機產(chǎn)生的背景，首先要了解電子計算機產(chǎn)生之前的計算歷史，然后要了解電子計算機的產(chǎn)生過程。,計算機發(fā)展,1.1.1電子計算機產(chǎn)生之前的計算歷史—史前時代,算籌,算籌又稱為籌、策、算子等算籌在中國起源很早（春秋晚期戰(zhàn)國初年）提出了逢十進一的概念，確定了十進制計數(shù)法中國著名科學(xué)家祖沖之借助算籌作為計算工具計算出圓周率,古代算籌,祖沖之（AD.429-AD.500),數(shù)學(xué)家,科學(xué)家,計算機發(fā)展,計算機發(fā)展,1.1.1電子計算機產(chǎn)生之前的計算歷史—史前時代,算盤,算盤也稱珠算，是中國勞動人民創(chuàng)造的一種工具由古代“算籌”演變而來素有“中國計算機”之稱到了明代，珠算不但能進行加減乘除的運算，還能計算土地面積和各種形狀東西的大小。,算盤,1.1.2電子計算機產(chǎn)生之前的計算歷史—機械時代,機械計算機,1623年，德國科學(xué)家契克卡德(W.Schickard)為天文學(xué)家開普勒(Kepler)制作了一臺機械計算機契克卡德計算機能做6位數(shù)加減法，或許設(shè)置了某種“溢出”響鈴裝置；機器上部附加一套圓柱型“納皮爾算籌”，因此也能進行乘除運算,切克卡德W.Schickard，科學(xué)家,計算機發(fā)展,1592-1635,1.1.2電子計算機產(chǎn)生之前的計算歷史—機械時代,機械計算機,法國科學(xué)家布萊斯?帕斯卡是被公認(rèn)為是制造出機械計算機的第一人,布萊斯?帕斯卡BlaisePascal（A.D1623-A.D1662）科學(xué)家,帕斯卡主機巴黎國立博物館,計算機發(fā)展,加法器,1.1.2電子計算機產(chǎn)生之前的計算歷史—機械時代,機械計算機,德國著名數(shù)學(xué)家戈特弗里德?威廉?萊布尼茨將帕斯卡的“加法器”擴大為乘除運算戈特弗里德和牛頓分別獨立發(fā)明了微積分,戈特弗里德?威廉?萊布尼茨GottfriedWilhelmLeibniz（A.D1646-A.D1716）哲學(xué)家，數(shù)學(xué)家,萊布尼茨主機,計算機發(fā)展,加減乘除,1.1.2電子計算機產(chǎn)生之前的計算歷史—機械時代,差分機和分析機,英國劍橋大學(xué)著名科學(xué)家查理斯?巴貝奇在1822年研制出第一臺差分機差分機的升級版—分析機分析機擁有儲存庫(被稱為Store)，運算室（被稱為Mill)和控制室，接近現(xiàn)代計算器的雛形,查理斯?巴貝奇CharlesBabbage（A.D1792-A.D1871）劍橋大學(xué)數(shù)學(xué)教授,差分機模型倫敦博物館,計算機發(fā)展,可編程,1.1.2電子計算機產(chǎn)生之前的計算歷史—機械時代,首位程序員,阿達.奧古斯塔于1815年生于倫敦，是英國著名詩人拜倫的女兒。她是位數(shù)學(xué)家，也是穿孔機程序創(chuàng)始人。她建立了循環(huán)和子程序概念，為計算程序擬定“算法”，寫作了第一份“程序設(shè)計流程圖”，被視為“第一個為計算機寫程序的人”。,谷歌紀(jì)念首位程序員阿達.奧古斯塔,計算機發(fā)展,算法代碼：三角函數(shù)程序，條件跳轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu),1.1.3電子計算機產(chǎn)生之前的計算歷史—模擬時代,大規(guī)模數(shù)據(jù)處理,19世紀(jì)末，赫爾曼?霍列瑞斯(HermanHollerith：1860-1929)首先用穿孔卡完成了第一次大規(guī)模數(shù)據(jù)處理。,計算機開始為個人使用,布什(V.Bush)為了求解與電路有關(guān)的微分方程，制作了一臺模擬計算裝置助其求解1873年，美國人鮑德溫(F.Baldwin)，利用齒數(shù)可變齒輪，設(shè)法制造出一種小型計算機樣機,赫爾曼的模擬計算機,計算機發(fā)展,1.1.3電子計算機產(chǎn)生之前的計算歷史—模擬時代,邏輯數(shù)學(xué)引入計算機領(lǐng)域,英國數(shù)學(xué)家布爾憑借其著作《邏輯的數(shù)學(xué)分析》和思維規(guī)律的研究—邏輯與概率的數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)》建立了一門新的數(shù)學(xué)學(xué)科—布爾代數(shù),繼電器引入計算機領(lǐng)域,1938年，美國數(shù)學(xué)家香農(nóng)(C.Shannon)第一次在布爾代數(shù)和繼電器開關(guān)電路之間架起了橋梁，以脈沖方式處理信息的繼電器開關(guān)，從理論到技術(shù)徹底改變了數(shù)字電路的設(shè)計。,現(xiàn)代繼電器,計算機發(fā)展,1.1.3電子計算機產(chǎn)生之前的計算歷史—模擬時代,電磁式陣列計算機,TheIBMAutomaticSequenceControlledCalculator(ASCC)，也叫MarkI。在計算機發(fā)展史上占據(jù)重要地位，是計算機“模擬時代”里最后一臺著名的計算機，發(fā)明者是美國哈佛大學(xué)艾肯(H.Aiken)博士,右橋,I/O控制器,MARKI全圖,計算機發(fā)展,1.1.4歡迎來到現(xiàn)代！—電子計算機時代,阿蘭.圖靈,抽象的計算模型--圖靈機基于圖靈機模型的計算機—ACE1945年，圖靈領(lǐng)導(dǎo)一批優(yōu)秀的電子工程師，著手制造自動計算引擎(AutomaticComputingEngineer—ACE)1950年，ACE樣機公開表演，被稱為世界上最快最強有力的電子計算機,阿蘭.麥克森.圖靈AlanMathisonTuring（A.D1912-A.D1954）數(shù)學(xué)家，邏輯學(xué)家，密碼學(xué)家，人工智能之父,計算機發(fā)展,1.1.4歡迎來到現(xiàn)代！—電子計算機時代,馮.諾依曼體系,馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)與現(xiàn)代計算機理論數(shù)字計算機的數(shù)制采用二進制，拋棄十進制計算機按照程序順序執(zhí)行奠定了現(xiàn)代電子計算機的體系結(jié)構(gòu)和工作原理,輸入設(shè)備,控制器,輸出設(shè)備,儲存器,運算器,馮諾依曼標(biāo)準(zhǔn)模型,計算機發(fā)展,1.1.4歡迎來到現(xiàn)代！—電子計算機時代,ENIAC與EDVAC,ENIAC（電子數(shù)字積分計算機）是世界上第一臺數(shù)字電子計算機，由美國賓夕法尼亞大學(xué)研制占地170平方米，重30噸，耗電150千瓦，包含18,800只電子管，1500個繼電器，每秒能執(zhí)行5000次加法運算或者400次乘法運算。采用十進制EDVAC（電子離散變量自動計算機）是第一臺采用馮諾依曼體系的通用計算機完全采用馮諾依曼體系，包括二進制,ENIAC賓夕法尼亞大學(xué),計算機發(fā)展,1.1.4歡迎來到現(xiàn)代！—電子計算機時代,現(xiàn)代電子計算機,2013世界超級計算機排名，“天河二號”奪冠持續(xù)計算速度3.39億億次/秒，擁有16,000個節(jié)點，每個節(jié)點由2個IntelXeonIvyBridge的處理器及合共3,120,000個計算核心的三個至強批處理器組成內(nèi)存空間為1,375TB,其中1000TB為系統(tǒng)儲存器，375TB為協(xié)處理器獨占，外部儲存器空間為12.4PB,天河二號國防科技大學(xué),計算機發(fā)展,1.2.1計算機的分代,計算機的出現(xiàn)是二十世紀(jì)最輝煌的成就之一，按照采用的電子器件劃分，計算機大致已經(jīng)歷了四個階段：,計算機發(fā)展,1.2.1計算機的分代,未來發(fā)展方向—新型計算機,光子計算機利用光子取代電子進行數(shù)據(jù)運算、傳輸和存儲。不同波長的表示不同的數(shù)據(jù)量子計算機利用處于多現(xiàn)實態(tài)下的原子進行運算，無傳輸損耗。,量子計算機芯片,計算機發(fā)展,1.2.2計算機的分代,摩爾定律集成電路芯片上所集成的電路的數(shù)目，每隔18個月就翻一倍微處理器的性能每隔18個月提高一倍，或價格下降一半。用一個美元所能買到的電腦性能，每隔18個月翻兩倍。,摩爾定律與英特爾,計算機發(fā)展,1.2.2計算機的分類,工作站（專用機）與通用機,計算機發(fā)展,信息技術(shù)概述,1.3現(xiàn)代信息技術(shù)簡介,現(xiàn)代信息技術(shù)基礎(chǔ)知識,信息信息既是對各種事物變化和特征的反映，又是事物間相互作用和聯(lián)系的表征信息同物質(zhì)、能源是人類生存和社會發(fā)展的三大基本資源數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)是信息的載體信息有意義，而單純的數(shù)據(jù)則沒有,1.3現(xiàn)代信息技術(shù)簡介,現(xiàn)代信息技術(shù)的內(nèi)容,信息基礎(chǔ)技術(shù)微電子技術(shù)光電子技術(shù)信息系統(tǒng)技術(shù)信息獲取、處理、傳輸、控制和儲存技術(shù)信息應(yīng)用技術(shù)針對實用目的發(fā)展起來的技術(shù)群類,信息技術(shù)概述,1.3現(xiàn)代信息技術(shù)簡介,現(xiàn)代信息技術(shù)的特點,數(shù)字化多媒體化高速化、網(wǎng)絡(luò)化、寬頻帶智能化,NBN國立寬帶網(wǎng)絡(luò)計劃，下行速度1Gbps(截止2013)，澳大利亞,信息技術(shù)概述,1.4計算機在當(dāng)代的應(yīng)用,計算機應(yīng)用,科學(xué)計算ScientificCalculation也稱為數(shù)值計算應(yīng)用計算機處理科學(xué)研究和工程技術(shù)中所遇到的數(shù)學(xué)計算計算工作量大，數(shù)值變化范圍大主要應(yīng)用于科研領(lǐng)域,數(shù)據(jù)處理DataProcessing也稱為非數(shù)值計算對大量數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析、合并、分類等加工處理涉及的數(shù)據(jù)量大，但計算方法較簡單主要應(yīng)用于銀行、企業(yè)和政府機關(guān),過程控制ProcessControl利用計算機對控制對象進行實時的自動控制或自動調(diào)節(jié)應(yīng)用在各個輕重工業(yè)領(lǐng)域,1.4計算機在當(dāng)代的應(yīng)用,電子商務(wù)E-Commerce利用計算機和網(wǎng)絡(luò)進行的新型商務(wù)活動分為以下幾種形式B2B(BusinesstoBusiness)，例如阿里巴巴B2C(BusinesstoCustomer)，例如亞馬遜，京東，天貓等C2C(CustomertoCustomer)，例如E-bay，淘寶等B2G(BusinesstoGovernment)，例如Vodafone的B2G業(yè)務(wù)等ITM(Interactivetradingmode)，線上對實體,CAD/CAM/CMIS輔助設(shè)計CAD（ComputerAidedDesign)計算機輔助設(shè)計CAM(ComputerAidedManufacturing)計算機輔助制造CMIS(ComputerIntegratedManufactureSystem)計算機集成制造系統(tǒng),計算機應(yīng)用,1.4計算機在當(dāng)代的應(yīng)用,多媒體技術(shù)以計算機技術(shù)為核心，將現(xiàn)代聲響技術(shù)和通信技術(shù)融為一體，以追求更自然，更豐富的界面覆蓋計算機絕大部分應(yīng)用領(lǐng)域正在改變?nèi)祟惿詈凸ぷ鞣绞?娛樂利用計算機技術(shù)給人類提供娛樂活動隨著電子設(shè)備的普及變得更加流行從側(cè)面促進了計算機硬件和軟件的更新進步,計算機應(yīng)用,1.4計算機在當(dāng)代的應(yīng)用,計算機發(fā)展趨勢和新技術(shù),微型化巨型化網(wǎng)絡(luò)化智能化,微型化微型化是指利用微電子技術(shù)和超大規(guī)模集成電路技術(shù)，把計算機的體積進一步縮小，價格進一步降低。計算機的微型化以成為計算機發(fā)展的重要方向，各種筆記本電腦，平板電腦和智能手機的大量面世，即是計算微型化的一個標(biāo)志,巨型化巨型化是指研制速度更快的、存儲量更大的和功能強大的巨型計算機。起運算能力一般在每秒一百億以上、內(nèi)容容量在幾百兆字節(jié)以上，主要應(yīng)用于天文、氣象、地質(zhì)和核技術(shù)、航天飛機和衛(wèi)星軌道計算等尖端科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。巨型計算機的技術(shù)水平是衡量一個國家技術(shù)和工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志,計算機發(fā)展趨勢和新技術(shù),嵌入式計算機網(wǎng)格計算中間件技術(shù)云計算,