第1章 计算机系统概述与社会信息化.ppt

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1、 计算机的发展历程、分类及应用；信息技术概述；计算机硬件组成及各主要部件的功能；计算机系统组成；计算机软件分类；计算机工作原理及主要技术指标；数制及其转换；文字信息编码。本本章章主主要要内内容容 数值型数据的存储；计算机的算术与逻辑运算；一种可以接受输入、处理数据、存储数据、一种可以接受输入、处理数据、存储数据、可编程并能产生输出的一种电子装置。可编程并能产生输出的一种电子装置。计算机主要特点：计算精度高、处理速度快、存储容量大、自动化程度高、适用范围广和通用性强。19361936年英国科学家年英国科学家图灵图灵，首次提出逻辑机模型，首次提出逻辑机模型图灵机图灵机,并建立算法理论并建立算法理论

2、,被誉为被誉为计算机之父计算机之父。计算机理论奠基人：图灵的主要贡献：图灵的主要贡献：建立图灵机模型，奠定了可计算理论基础；建立图灵机模型，奠定了可计算理论基础；提出图灵测试，阐述机器智能概念提出图灵测试，阐述机器智能概念 。图灵奖图灵奖,创于创于1966,1966,每年由美国计算机学会每年由美国计算机学会(ACM)(ACM)颁发。颁发。计算机最高奖项：计算机最高奖项：1919世纪世纪5050年代，英国数学家年代，英国数学家乔治乔治布尔布尔创立逻辑代创立逻辑代数，奠定电子计算机的数学理论基础数，奠定电子计算机的数学理论基础 。1946年2月诞生于美国宾州大学，电子数值积分计算电子数值积分计算机

3、机，ENIACENIACElectronic Numerical Integrator And Calculator）。第一台计算机的诞生 50005000次加法次加法/秒秒 体重体重2828吨吨 占地占地170m170m2 2 1880018800只电子管只电子管 15001500个继电器个继电器 功率功率150KW150KWENIACENIAC存在明显缺存在明显缺点：点：是存储容量很小；是存储容量很小；是采用外接线路是采用外接线路连接的方法设计连接的方法设计计算程序。计算程序。存储程序控制：存储程序实现自动计算存储程序控制：存储程序实现自动计算采用采用二进制数二进制数：便于硬件实现，又有简

4、单的运算规则。：便于硬件实现，又有简单的运算规则。1948年8月，著名美籍匈牙利数学家冯诺依曼提出EDVAC EDVAC(electronic Discrete Variable Automatic Computer,离散变量自动电子计算机)计算机方案。冯诺依曼计算机方案：计算机计算机基本结构基本结构：运算器、控制器、存储器、输入和输出设：运算器、控制器、存储器、输入和输出设备备冯诺依曼计算机体系结构 计算机发展的4个阶段一代一代：电子管电子管计算机计算机二代二代：晶体管计算机晶体管计算机三代三代：中小规模集成电路计算机：中小规模集成电路计算机四代四代：大规模、超大规模集成电路计算：大规模、超

5、大规模集成电路计算机机 1946194619581958体积大体积大;运算速度慢运算速度慢(1(1万次万次/秒秒)；电子管存储容量电子管存储容量(2KB)(2KB)小；小；程序设计为机器语言。程序设计为机器语言。1958195819641964晶体管、磁芯存储器，内存晶体管、磁芯存储器，内存储器容量可以达到储器容量可以达到32KB32KB；运算速度为运算速度为300300万次万次/秒；秒；程序设计有汇编语言、程序设计有汇编语言、FORTRAN FORTRAN 等。等。1964196419701970小规模集成电路、半导体存小规模集成电路、半导体存储器、磁盘，内存储器容量储器、磁盘，内存储器容量

6、8MB8MB256MB256MB；运算速度运算速度1 11010亿次亿次/秒；秒；软件有操作系统、结构化程软件有操作系统、结构化程序设计语言、数据库等序设计语言、数据库等。19711971年至今年至今用大规模、超大规模集成用大规模、超大规模集成电路、半导体存储器、磁盘、电路、半导体存储器、磁盘、磁带、光盘和微处理器，内磁带、光盘和微处理器，内存储器容量可达存储器容量可达256MB256MB4096MB4096MB；运算速度已经达到运算速度已经达到1010亿次亿次以上以上/秒；秒；软件增加专家系统、面向软件增加专家系统、面向对象开发工具和支撑环境等。对象开发工具和支撑环境等。计算机网络技术更加完

7、善计算机网络技术更加完善 计算机的发展趋势 一些简单的自动装置（如机械手）将得到广泛应一些简单的自动装置（如机械手）将得到广泛应用。它们用微电脑内核，带有用。它们用微电脑内核，带有“眼睛眼睛”(摄像机摄像机)，甚，甚至用自然语言与人类进行交流，完成特定的使命。至用自然语言与人类进行交流，完成特定的使命。人工智能进一步发展人工智能进一步发展 计算机与通信网络相互协调、相互补充，融于计算机与通信网络相互协调、相互补充，融于一体；世界范围内的高速宽带网即将建成。一体；世界范围内的高速宽带网即将建成。将由磁、光或将由磁、光或DNADNA来制造，即所谓磁计算机、光子来制造，即所谓磁计算机、光子计算机、生

8、物计算机和量子计算机。计算机、生物计算机和量子计算机。未来新型计算机未来新型计算机 采用磁场来控制晶体管采用磁场来控制晶体管,能使每平方厘米所容纳的晶体管数能使每平方厘米所容纳的晶体管数量增加近千倍。预计其性能将比目前微处理器性能提高量增加近千倍。预计其性能将比目前微处理器性能提高4 4万倍。万倍。磁计算机磁计算机 利用光的高速和无干扰性，使用光学元件利用光的高速和无干扰性，使用光学元件(光触发器光触发器)构成构成处理器。处理器。光子计算机光子计算机 以生物工程技术产生的蛋白分子为主要原料，具有巨大的以生物工程技术产生的蛋白分子为主要原料，具有巨大的存储能力；信息以波的形式传输。存储能力；信息

9、以波的形式传输。生物计算机生物计算机 是利用处于多现实态下的原子进行运算的计算机。是利用处于多现实态下的原子进行运算的计算机。量子计算机量子计算机 计算机分类计算机分类 按计算机按计算机运算速度运算速度、字长字长、存储容量存储容量、软件配置软件配置及及用途用途等多项性能指标划分为：高性能计算机、微等多项性能指标划分为：高性能计算机、微型计算机、工作站、服务器和嵌入式计算机等。型计算机、工作站、服务器和嵌入式计算机等。高性能计算机高性能计算机是指运算速度最快、处理能力最强的计算机，传统是指运算速度最快、处理能力最强的计算机，传统称之为称之为巨型机巨型机或或大型计算机大型计算机。目前，高性能计算机

10、的。目前，高性能计算机的运算速度可达到运算速度可达到3535万亿次万亿次/秒，峰值运算速度可达到秒，峰值运算速度可达到4040万亿次万亿次/秒。秒。介于微机与小型机之间的高档微机系统，介于微机与小型机之间的高档微机系统，配有高速配有高速运算处理部件；有很大虚拟存储空间；人机交互图形运算处理部件；有很大虚拟存储空间；人机交互图形接口和网络通信接口接口和网络通信接口,有功能齐全的软件；可达有功能齐全的软件；可达2020个个CPUCPU。工作站工作站计算机作为一个信息处理部件，嵌入到其他设备计算机作为一个信息处理部件，嵌入到其他设备中，使其成为智能化和自动化程度更高的设备。中，使其成为智能化和自动化

11、程度更高的设备。软件软件固化到计算机内部，用户不可修改。固化到计算机内部，用户不可修改。嵌入式计算机嵌入式计算机 微型计算机微型计算机发展速度较快，性能价格比高，应用广泛。也发展速度较快，性能价格比高，应用广泛。也称称个人计算机（个人计算机（PCPCPersonal ComputerPersonal Computer）。）。高性能计算机，用于网络管理、运行应用程序、处高性能计算机，用于网络管理、运行应用程序、处理网络工作站成员的信息请求等。理网络工作站成员的信息请求等。分为文件服务器、分为文件服务器、应用程序服务器和数据库服务器等。应用程序服务器和数据库服务器等。服务器服务器机目前计算机技术正

12、朝着目前计算机技术正朝着高性能高性能和和微型化微型化两个两个方向发展。方向发展。计算机的主要应用 指信息收集、转换、分类、统计、存储和输出等，指信息收集、转换、分类、统计、存储和输出等，从中筛选出有价值数据。也称非数值计算，虽然数据从中筛选出有价值数据。也称非数值计算，虽然数据量大，但计算方法简单。量大，但计算方法简单。主要解决科学研究和工程中数值计算问题。主要解决科学研究和工程中数值计算问题。科学计算科学计算 数据处理数据处理 又称实时控制，是指利用计算机的高速度和善判又称实时控制，是指利用计算机的高速度和善判断特点，将计算机用于实时采集和分析处理数据，根断特点，将计算机用于实时采集和分析处

13、理数据，根据控制模型进行计算和判断，直接干预生产过程，校据控制模型进行计算和判断，直接干预生产过程，校正偏差，对所控制的对象进行调整，实现对生产过程正偏差，对所控制的对象进行调整，实现对生产过程的自动控制。的自动控制。过程控制过程控制包括计算机辅助设计（包括计算机辅助设计（CADCAD）、计算机辅助）、计算机辅助制造（制造（CAMCAM）和计算机辅助教学（）和计算机辅助教学（CAICAI）等）等。计算机辅助系统 CADCAD是以计算机为工具，对产品或工程进行总体设是以计算机为工具，对产品或工程进行总体设计、绘图、分析和编写技术文档等设计活动的总称。计、绘图、分析和编写技术文档等设计活动的总称。

14、CAICAI是借助课件系统完成教学的方法，课件系统是是借助课件系统完成教学的方法，课件系统是一类教学软件。一类教学软件。CAMCAM用计算机代替人控制和操作设备（如车床）进用计算机代替人控制和操作设备（如车床）进行生产或加工产品（如零件），它的输入可能是产品行生产或加工产品（如零件），它的输入可能是产品工艺图或控制开关信号，输出是对相关设备的控制信工艺图或控制开关信号，输出是对相关设备的控制信号。号。将人脑演绎推理的思维过程、规则、策略和技巧等将人脑演绎推理的思维过程、规则、策略和技巧等编成计算机程序；在计算机中存储一些公理和推理规编成计算机程序；在计算机中存储一些公理和推理规则，使计算机自动

15、解决问题和推导结论。则，使计算机自动解决问题和推导结论。人工智能机器人机器人 ：是一种自动化机器，具备一些与人或生是一种自动化机器，具备一些与人或生物相似的智能，如感知能力、规划能力、动作能力和物相似的智能，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力。协同能力。专家系统：专家系统：是模拟专家智能的一类软件。将专家的是模拟专家智能的一类软件。将专家的丰富知识和经验总结出来预先存入计算机，配上相应丰富知识和经验总结出来预先存入计算机，配上相应软件。软件。模式识别：模式识别：重点研究图形（含符号和图像）识别和重点研究图形（含符号和图像）识别和语言识别，给机器人装备视觉器官和听觉器官。如：语言识别，给机

16、器人装备视觉器官和听觉器官。如：指纹识别。指纹识别。又称假想现实，是指又称假想现实，是指“用计算机及相关设备合成的用计算机及相关设备合成的人工世界人工世界”。通过多种传感设备使应用者。通过多种传感设备使应用者“投入投入”到到该环境中，实现与环境直接进行交互的目的。该环境中，实现与环境直接进行交互的目的。信息高速公路（信息高速公路（Information Super-HighwayInformation Super-Highway）的）的概念源于美国，概念源于美国，19911991年美国参议员戈尔提出：将美国年美国参议员戈尔提出：将美国所有信息库及信息网络连成一个全国性大网，使各种所有信息库及信息网络连成一个全国性大网，使各种形态的信息在计算机网络中高速传输。形态的信息在计算机网络中高速传输。信息高速公路 虚拟现实虚拟现实 多媒体计算机集声音、图像和文字于一体，集电视、多媒体计算机集声音、图像和文字于一体，集电视、录像、光盘存储、电子印刷和计算机通信技术之大成，录像、光盘存储、电子印刷和计算机通信技术之大成，将计算机应用引入无所不能的广阔领域。将计算机应用引入无所不能的广阔领域。多媒体技