计算机文化与计算机思维基础(课堂PPT).ppt
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1、大学计算机李君阳44722214112第一章 计算机与信息社会 1.1 引言引言1.2 计算机的诞生与发展计算机的诞生与发展 1.3 计算思维基础计算思维基础22024/6/26 周三周三教学说明教学说明 1.1.学时:学时:0 0学时学时 以自学为主或者根据各校情况简要介绍以自学为主或者根据各校情况简要介绍 2.2.内容:内容:计算机的发展计算机的发展计算机的发展、分代、分类、新技术、新型计算机计算机的发展、分代、分类、新技术、新型计算机信息技术概念信息技术概念现代信息技术的定义、内容、特点现代信息技术的定义、内容、特点 计算机的应用计算机的应用在各行各业中的应用、应用的类型在各行各业中的应
2、用、应用的类型 3.3.考核:选择题、填充题考核:选择题、填充题32024/6/26 周三周三 1.1 引言引言 算算 筹筹 春秋战国时代,世界上最早的计算工具春秋战国时代,世界上最早的计算工具 算算 盘盘 中国唐代中国唐代 第一种手动式计数器第一种手动式计数器人类在进化过程中,发明和改进了许许多多的计算工人类在进化过程中,发明和改进了许许多多的计算工具。具。42024/6/26 周三周三 计算尺 1622年,英国William Oughtred手动式、减、乘、除、指数和三角函数运算 加法器 1642年,法国Blaise Pascal机械式,只能做加法 计算器 1673年,德国Gottfrie
3、d Leibniz机械式,加、减、乘、除和开方 52024/6/26 周三周三差分机 1812年,英国Charles Babbage分析机 1834年,英国Charles Babbage现代通用计算机的雏形62024/6/26 周三周三1.2计算机的诞生和发展在以机械方式运行的计算机诞生百年之后,随着电子技术的突飞猛进,计算机开始了有机械向电子的进化1.2.1 计算机的诞生1.2.2 计算机的分代1.2.3 计算机的分类1.2.4 计算机的应用1.2.5 计算机文化72024/6/26 周三周三计算机科学奠基人计算机科学奠基人英国科学家英国科学家 阿兰阿兰.图灵图灵1.2.1 1.2.1 计算
4、机的诞生计算机的诞生1.图灵机图灵机姚期智姚期智(Andrew Chi-Chih Yao),2000年图灵奖得主,美国科学年图灵奖得主,美国科学院院士,美国科学与艺术学院院士,中国科学院外籍院士,清华院院士,美国科学与艺术学院院士,中国科学院外籍院士,清华大学高等研究中心教授大学高等研究中心教授主要贡献:主要贡献:建立图灵机模型,奠定可计算建立图灵机模型,奠定可计算理论基础理论基础 提出图灵测试,阐述了机器智提出图灵测试,阐述了机器智能的概念能的概念美国计算机学会美国计算机学会(ACM)1966年设立图灵奖(计算机界的诺贝尔)年设立图灵奖(计算机界的诺贝尔)82024/6/26 周三周三图灵机
5、模型:图灵机模型:由无限长纸带和读写头组成纸带用于无限存储,由无限长纸带和读写头组成纸带用于无限存储,读写头可读、写和左右移动。读写头可读、写和左右移动。图灵机具有最强大的计算能力,其功能与高级程图灵机具有最强大的计算能力,其功能与高级程序设计语言等价。序设计语言等价。92024/6/26 周三周三如果电脑能在如果电脑能在5 5分钟内回答由人类测试者提出的一分钟内回答由人类测试者提出的一系列问题,且其超过系列问题,且其超过30%30%的回答让测试者误认为是人类的回答让测试者误认为是人类所答,则电脑通过测试。所答,则电脑通过测试。回答了什么样的机器具有智能,回答了什么样的机器具有智能,奠定了人工
6、智能的基础奠定了人工智能的基础。在英国雷丁大学的在英国雷丁大学的“图灵测试图灵测试2014”中,电脑程序中,电脑程序“尤金尤金古斯古斯特曼特曼”成功成功“伪装伪装”成一名成一名13岁男岁男孩,通过了图灵测试孩,通过了图灵测试机械姬机械姬图灵测试:图灵测试:102024/6/26 周三周三2.2.世界上第一台电子计算机世界上第一台电子计算机-ENIAC-ENIAC19461946年年2 2月由宾夕法尼亚大学研月由宾夕法尼亚大学研制制ENIACENIAC标志着电子计算机时代标志着电子计算机时代的到来的到来 Electronic Numerical Integrator And Calculator
7、电子数字积分计算机电子数字积分计算机每秒每秒5 5千次加减运算千次加减运算没有存储器没有存储器采用十进制采用十进制112024/6/26 周三周三长长30.4830.48米,宽米,宽6 6米,高米,高2.42.4米,米,占地面积约占地面积约170170平方米,耗电量平方米,耗电量150150千瓦。包含了千瓦。包含了1746817468根真空根真空管管72007200根水晶二极管,根水晶二极管,1500 1500 个个中转,中转,7000070000个电阻器,个电阻器,1000010000个电容器,个电容器,15001500个继电器,个继电器,60006000多个开关多个开关阿塔纳索夫阿塔纳索夫
8、-贝瑞计算机贝瑞计算机(Atanasoff-Berry Atanasoff-Berry ComputerComputer,简称,简称ABCABC)122024/6/26 周三周三缺点一:一:没有存储器没有存储器二:二:布线接板控制布线接板控制三:三:除除了了体体积积大大,耗耗电电多多以以外外,电电子子管管易易于于损损坏,坏,1 18 8万多个电子管万多个电子管132024/6/26 周三周三电子计算机之父:电子计算机之父:美籍匈牙利数学家美籍匈牙利数学家 冯冯.诺依曼诺依曼3.3.冯冯.诺依曼体系结构计算机诺依曼体系结构计算机冯冯.诺依曼体系计算机的特点诺依曼体系计算机的特点 采用二进制表示数
9、据;采用二进制表示数据;存储程序;存储程序;由运算器、控制器、存储器、由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五部分组成。输入设备和输出设备五部分组成。主要贡献:主要贡献:与同事研制人类第二台计算机与同事研制人类第二台计算机EDVAC“存储程序存储程序”概念概念 冯冯诺依曼计算机诺依曼计算机 奠定现代计算机体系结构和工作原理奠定现代计算机体系结构和工作原理142024/6/26 周三周三1.2.2 计算机的分代计算机的分代(按物理器械按物理器械)电子管电子管晶体管晶体管集成电路集成电路大规模集成电路大规模集成电路时代年份器件软件运算速度应用一一 46-5846-58电子管电子管机器语言汇编
10、语机器语言汇编语言言 几千次几千次科学计算科学计算二二58-6458-64晶体管晶体管高级语言高级语言几十万次几十万次数据处理数据处理工业控制工业控制 三三64-7164-71集成电路集成电路操作系统操作系统几百万次几百万次文字处理文字处理图形处理图形处理四四7171年迄今年迄今大规模集成电路大规模集成电路 数据库、网络等数据库、网络等 亿亿次亿亿次社会的各个社会的各个领域领域152024/6/26 周三周三1.2.3 1.2.3 计算机的分类计算机的分类 按综合性能指按综合性能指标分类标分类高性能计算机(巨型机或大型机):高性能计算机(巨型机或大型机):速度最快、处理能力最强速度最快、处理能
11、力最强工作站工作站:介于介于PCPC与小型机之间高档微机系统与小型机之间高档微机系统 高分辨率、大容量内外存,图形功能较强高分辨率、大容量内外存,图形功能较强微型计算机微型计算机:台式机、笔记本、平板计算机台式机、笔记本、平板计算机等等服务器:网络环境中为多个用户提供服服务器:网络环境中为多个用户提供服 务的计算机系统务的计算机系统按用途分类按用途分类通用机通用机专用机专用机嵌入式计算机:嵌入式计算机:嵌入到应用系统中的计算机,应用最嵌入到应用系统中的计算机,应用最广泛,数量超过广泛,数量超过PCPC。162024/6/26 周三周三“天河二号天河二号”是由国防科大研是由国防科大研制的超级计算
12、机系统,以峰值制的超级计算机系统,以峰值计算速度每秒计算速度每秒5.495.49亿亿次、持亿亿次、持续计算速度每秒续计算速度每秒3.393.39亿亿次双亿亿次双精度浮点运算的优异性能位居精度浮点运算的优异性能位居榜首,以高于亚军美国榜首,以高于亚军美国“泰坦泰坦”一倍之多的浮点运算性能第一倍之多的浮点运算性能第五次成为全球最快超级计算机五次成为全球最快超级计算机天河二号超级计算机系天河二号超级计算机系统由统由170170个机柜组成,个机柜组成,占地面积占地面积720720平方米,平方米,内存总容量内存总容量14001400万亿字万亿字节,存储总容量节,存储总容量1240012400万亿字节,最
13、大运行功万亿字节,最大运行功耗耗17.817.8兆瓦。费用兆瓦。费用3030万万一天一天172024/6/26 周三周三科学计算又又称称数数值值计计算算,指指用用于于完完成成科科学学研研究究和和工工程程技技术术中中提提出出的的数数学问题的计算。学问题的计算。电子计算机的重要应用领域。电子计算机的重要应用领域。科学计算的特点是计算量大且数值变化范围大。科学计算的特点是计算量大且数值变化范围大。主主要要应应用用于于天天文文学学、量量子子化化学学、空空气气动动力力学学、核核物物力力和和天天气气预报等领域。预报等领域。1.2.4计算机的应用计算机的应用182024/6/26 周三周三数据处理也称非数值
14、计算也称非数值计算.数数据据处处理理指指对对大大量量的的数数据据进进行行加加工工处处理理,例例如如,分分析析、合合并、分类、统计等。并、分类、统计等。与科学计算的不同在于数据处理涉及的数据量一般很大。与科学计算的不同在于数据处理涉及的数据量一般很大。广广泛泛应应用用于于办办公公自自动动化化、企企业业管管理理、事事务务管管理理、情情报报检检索索等方面。等方面。科研:数据采集、计算分析科研:数据采集、计算分析家庭:家庭信息化家庭:家庭信息化 192024/6/26 周三周三电子商务利用计算机和网络进行的新型商务活动利用计算机和网络进行的新型商务活动B2BB2B,交易双方是企业与企业。如阿里巴巴,交
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