計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論第1講-改課件

1、第一講 概述計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論2趙曉南工作單位：計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)算機(jī)軟件與理論系 西北工業(yè)大學(xué)軟件技術(shù)研究所Email: 辦公室： 計(jì)算機(jī)學(xué)院樓324研究方向: 云存儲(chǔ)管理及評(píng)測(cè)技術(shù)業(yè)余愛(ài)好: 動(dòng)漫、羽毛球3 授課對(duì)象：2012級(jí)本科生總學(xué)時(shí)數(shù)：24+24學(xué)時(shí)理論教學(xué)學(xué)時(shí)數(shù)：24學(xué)時(shí)上機(jī)學(xué)時(shí)數(shù)：24學(xué)時(shí)5課程目標(biāo)展示計(jì)算機(jī)科學(xué)的全景激發(fā)學(xué)習(xí)興趣為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)做好必要的知識(shí)準(zhǔn)備學(xué)習(xí)要求了解計(jì)算機(jī)科學(xué)的內(nèi)涵與應(yīng)用領(lǐng)域、計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)與組成原理、軟件工程、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與信息安全、多媒體技術(shù)、人工智能等領(lǐng)域的基本知識(shí)；初步掌握計(jì)算機(jī)科學(xué)的基本概念和術(shù)語(yǔ)、操作系統(tǒng)的功能、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫(kù)的基本概念和相關(guān)技術(shù)、

2、計(jì)算機(jī)基本應(yīng)用技能等。67課程安排講授內(nèi)容第1講：概論 （第1章） 第2講：數(shù)據(jù)和數(shù)的表示 （第2、3、4章）第3講：計(jì)算機(jī)硬件 （第5章） 第4講：計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) （第7章） 第5講：算法 （第8章） 第6講：計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（第9章）第7講：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全 （第6、16章）第8講：軟件工程 （第10章）第9講：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) （第11，12章） 第10講：數(shù)據(jù)庫(kù) （第14章） 第11講：人工智能與計(jì)算理論 （第17，18章） 8實(shí)驗(yàn)安排序號(hào)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容課時(shí)安排1實(shí)驗(yàn)1 計(jì)算機(jī)的基本操作實(shí)驗(yàn)2 windows XP基本操作32實(shí)驗(yàn)3 Word2000/2003文檔的創(chuàng)建與編輯實(shí)驗(yàn)4 Word200

3、0/2003文檔的排版33實(shí)驗(yàn)5 Word2003圖形、文本框的插入、編排和表格處理34實(shí)驗(yàn)6 Excel2003應(yīng)用45實(shí)驗(yàn)7 PowerPoint2000/2003的基本操作26實(shí)驗(yàn)8常用工具使用實(shí)驗(yàn)9網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)37實(shí)驗(yàn)10 scratch 編程38上機(jī)考試2-3時(shí)間待定，教材購(gòu)買(mǎi)另行通知10考核方法課程成績(jī)百分制：期末考試為閉卷考試，考試時(shí)間大概在課程結(jié)束后的2周之內(nèi)。 學(xué)期成績(jī)：平時(shí)成績(jī)實(shí)驗(yàn)成績(jī)期末成績(jī)12本講內(nèi)容1.1 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科介紹1.2 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu) 1.3 計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史 1.4 計(jì)算機(jī)的分類 1.5 計(jì)算機(jī)應(yīng)用 14學(xué)科定義及培養(yǎng)目標(biāo)是研究計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)與制造和

4、利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息獲取、表示、存儲(chǔ)、處理、控制等相關(guān)理論及技術(shù)的學(xué)科培養(yǎng)目標(biāo)：研究、發(fā)展、設(shè)計(jì)和制造計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的創(chuàng)新型人才。對(duì)于從事計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（Computer systems）專業(yè)人員來(lái)說(shuō)，不僅要懂得計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的原理，還要懂得計(jì)算（Computing）的原理。 15計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的研究范疇1）計(jì)算機(jī)理論的研究?jī)?nèi)容2）計(jì)算機(jī)硬件的研究?jī)?nèi)容3）計(jì)算機(jī)軟件的研究?jī)?nèi)容4）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的研究?jī)?nèi)容5）計(jì)算機(jī)應(yīng)用的研究?jī)?nèi)容16計(jì)算機(jī)理論的研究?jī)?nèi)容 離散數(shù)學(xué) 算法分析理論 形式語(yǔ)言與自動(dòng)機(jī) 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言理論 程序設(shè)計(jì)方法學(xué)17計(jì)算機(jī)硬件的研究?jī)?nèi)容 元器件與存儲(chǔ)介質(zhì) 微電子技術(shù) 計(jì)算機(jī)組成原理 微型計(jì)算機(jī)技術(shù)

5、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)18計(jì)算機(jī)軟件的研究?jī)?nèi)容 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言翻譯系統(tǒng) 操作系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng) 算法設(shè)計(jì)與分析 軟件工程學(xué) 可視化技術(shù)20計(jì)算機(jī)應(yīng)用的研究?jī)?nèi)容 嵌入式系統(tǒng) 普適計(jì)算 網(wǎng)格計(jì)算 高性能計(jì)算 分布式計(jì)算21計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科課程體系離散數(shù)學(xué)C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 算法分析與設(shè)計(jì) 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理 計(jì)算機(jī)組成原理 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)編譯原理 數(shù)據(jù)庫(kù)概論 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì) 信號(hào)與系統(tǒng) 多媒體技術(shù) 匯編與接口 軟件工程 人工智能 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 網(wǎng)絡(luò)安全 數(shù)字圖像處理23信息化社會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)人才的需求研究型、設(shè)計(jì)型的人才應(yīng)用型人才開(kāi)發(fā)型人才維護(hù)型、服務(wù)型、操作型人才什

6、么是計(jì)算機(jī)科學(xué)24Computer science is the study of the theory, design, implementation, and performance of computer software and computer systems, including the study of computability and computation itself.馮.諾依曼模型（John Von Neumann19031957）26現(xiàn)代計(jì)算機(jī)都是基于馮.諾依曼模型4個(gè)子系統(tǒng)程序存儲(chǔ)指令順序執(zhí)行計(jì)算機(jī)硬件計(jì)算機(jī)軟件27計(jì)算機(jī)概述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)信息由原始事實(shí)和圖

7、像等各種信息組成通過(guò)指令完成計(jì)算和數(shù)據(jù)處理 由物理元器件構(gòu)成硬件應(yīng)用操作系統(tǒng)管理計(jì)算機(jī)資源在不同領(lǐng)域充分利用計(jì)算機(jī)的能力通信程序網(wǎng)絡(luò)，多臺(tái)計(jì)算機(jī)聯(lián)接在一起，實(shí)現(xiàn)信息交換和資源共享28計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史機(jī)械計(jì)算器時(shí)期 (1930以前)電子計(jì)算機(jī)時(shí)期 (1930 1950)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)時(shí)期 (1950 now)帕斯卡與機(jī)械計(jì)算機(jī) Pascaline， 1642萊布尼茲與 改進(jìn)的Pascaline，1672巴貝奇與 差分引擎，1823霍列瑞斯與卡片穿孔制表機(jī)，1890圖靈與圖靈機(jī)、巨人計(jì)算機(jī) Colossus，1943馮諾依曼 與IAS, 1952莫奇利和埃克特與ENIAC, 1946EDVA

8、C, 1950 與UNIVAC, 195130萊布尼茲與 改進(jìn)的Pascaline， 1672德國(guó)數(shù)學(xué)家萊布尼茲 1672年對(duì)“Pascaline”進(jìn)行了改進(jìn)，可進(jìn)行四則運(yùn)算和開(kāi)方。稱之為萊布尼茲輪。31巴貝奇與 差分引擎，1823 1823年, 設(shè)計(jì)了一臺(tái)自動(dòng)的機(jī)械計(jì)算器，也稱差分引擎 “ (Difference Engine )”。1833, 又開(kāi)始設(shè)計(jì)可編程的自動(dòng)機(jī)械數(shù)字計(jì)算機(jī)，也稱分析引擎 “ (Analytical Engine )”。32霍列瑞斯與卡片穿孔制表機(jī)，1890計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)展的重要一步是1890年制表機(jī)的發(fā)明。由霍列瑞斯發(fā)明，首次用于全美的人口普查。 1896年，霍列瑞斯

9、組織了International Business Machines (IBM)。 該組織后來(lái)在計(jì)算機(jī)發(fā)展中發(fā)揮了重要的作用。33圖靈與圖靈機(jī)、巨人計(jì)算機(jī) Colossus， 1943圖靈在1936年發(fā)表的論文中，提出了一種計(jì)算機(jī)抽象模型，利用這種計(jì)算機(jī)可用一些簡(jiǎn)單的機(jī)械動(dòng)作實(shí)現(xiàn)推理。這種計(jì)算機(jī)也稱“圖靈機(jī)”。1943年，圖靈設(shè)計(jì)了 “Colossus” (巨人計(jì)算機(jī))，主要用于第二次世界大戰(zhàn)破譯德國(guó)的密碼。34莫奇利、?？颂嘏c ENIAC, 1946第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)， Electronic Numerical Integrator And Calculator (ENIAC), 誕生于194

10、6年，由莫奇利與?？颂卦O(shè)計(jì)。35編程: 通過(guò)插孔和開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)速度: 5,000 次/秒輸入/輸出: 卡片, 指示燈, 開(kāi)關(guān), 插孔空間:1,000 平方英尺36EDVAC, 1950與UNIVAC, 1951EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer ) 是第一臺(tái)存儲(chǔ)程序的計(jì)算機(jī)，基于馮諾依曼思想，誕生于 1950年。UNIVAC (Universal Automatic Computer ), 第一臺(tái)商業(yè)計(jì)算機(jī)，1951年由 莫奇利與?？颂卦O(shè)計(jì)制造。37馮諾依曼與IAS, 1952馮諾依曼的 IAS 計(jì)算機(jī)誕生于 1952。38

11、計(jì)算機(jī)概述計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史1 電子管時(shí)代（從ENIAC誕生到50年代后期）2 晶體管時(shí)代（50年代中期到60年代中期）3 集成電路時(shí)代（60年代中期到70年代前期）4 大規(guī)模集成電路時(shí)代（70年代初到80年代初）5 超大規(guī)模集成電路時(shí)代（80年代以后）6 生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)代（人工智能）39第一臺(tái)通用計(jì)算機(jī) 國(guó)際商用機(jī)器公司耗資50億美元?dú)v時(shí)5年的IBM360系統(tǒng)計(jì)算機(jī)于1964年問(wèn)世。器件為晶體管和集成電路混合的。IBM360的貢獻(xiàn)在于通用化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化?？捎糜诳茖W(xué)計(jì)算、商業(yè)數(shù)據(jù)處理。內(nèi)部硬件和其它設(shè)置可適應(yīng)多方面的應(yīng)用。同一程序可在機(jī)器語(yǔ)言一級(jí)上在不同的計(jì)算機(jī) 上執(zhí)行。IBM360有大、中

12、、小三大類六個(gè)型號(hào)。從IBM360開(kāi)始有了計(jì)算機(jī)兼容的概念。40IBM 360 系列機(jī)41IBM 360/2042第一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)Intel公司于1971年開(kāi)發(fā)Intel4004微處理器，在3毫米4毫米的大規(guī)模集成電路芯片上有2250個(gè)晶體管，每秒運(yùn)算速度6萬(wàn)次。第一臺(tái)基于Intel微處理器的微型計(jì)算機(jī)有以下說(shuō)法：Intel公司的MCS-4（1971年）約翰布蘭肯貝克的Kenbak 1（1971年）加拿大自動(dòng)電器系統(tǒng)公司推出商用電腦(有顯示屏、鍵盤(pán)、CPU（1972年）法國(guó)Micral公司的Micral（1973年，首次在廣告中使用了Microcomputer一詞）43Intel 4004微處

13、理器芯片44微處理芯片和微型計(jì)算機(jī)45第一臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)美國(guó)微型儀器和遙感系統(tǒng)公司1972年推出的MITS-816，是世界上第一臺(tái)供個(gè)人使用的數(shù)字微型計(jì)算機(jī)。1977年蘋(píng)果公司推出的“蘋(píng)果II型”，是世界上第一臺(tái)有彩色圖形界面的個(gè)人計(jì)算機(jī)，使用摩托羅拉6502芯片，每秒50萬(wàn)次加法、48K基本內(nèi)存。1981年8月 IBM 推出 IBM 5150 個(gè)人計(jì)算機(jī)，使用Intel8088芯片，4.77兆主頻、64K內(nèi)存、MSDOS操作系統(tǒng)，售價(jià)單色顯示器3000美元、彩色顯示器6000美元。46IBM PC（Personal Computer)47計(jì)算機(jī)概述計(jì)算機(jī)的分類 計(jì)算機(jī)的分類：以性能參數(shù)為主要的

14、分類標(biāo)志速度。按功能分類：專用計(jì)算機(jī)、 通用計(jì)算機(jī)處理對(duì)象及其數(shù)據(jù)的表示形式：數(shù)字計(jì)算機(jī)，模擬計(jì)算機(jī)，數(shù)字模擬計(jì)算機(jī)。巨型計(jì)算機(jī) (Supercomputer )大型計(jì)算機(jī) (Mainframe computer )小型計(jì)算機(jī) (Minicomputer)微型計(jì)算機(jī) (Microcomputer)快慢48計(jì)算機(jī)的分類巨型計(jì)算機(jī)最快速的、最昂貴的計(jì)算機(jī)，每秒能處理萬(wàn)億多條指令。巨型計(jì)算機(jī)的典型應(yīng)用包括世界范圍的天氣預(yù)報(bào)、核爆炸的仿真等。49計(jì)算機(jī)的分類巨型計(jì)算機(jī)50計(jì)算機(jī)的分類大型計(jì)算機(jī) 大型的、快速的、昂貴的計(jì)算機(jī)，一般用來(lái)為商業(yè)或政府機(jī)構(gòu)提供中心存儲(chǔ)處理或大量數(shù)據(jù)的管理。51計(jì)算機(jī)的分類大型

15、計(jì)算機(jī)52計(jì)算機(jī)的分類小型計(jì)算機(jī) 中規(guī)模、較便宜、功耗小于大型計(jì)算機(jī)，能為小型商業(yè)提供適當(dāng)?shù)挠?jì)算能力。53計(jì)算機(jī)的分類微型計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)的分類微型計(jì)算機(jī)這些是什么 ?微型計(jì)算機(jī)!54計(jì)算機(jī)的分類微型計(jì)算機(jī) 一種建立在單處理器芯片上的計(jì)算機(jī)，也叫個(gè)人計(jì)算機(jī)或PC機(jī)。 桌面型計(jì)算機(jī) 筆記本式計(jì)算機(jī) 個(gè)人數(shù)字助理 (PDA)55計(jì)算機(jī)的分類微型計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)的分類微型計(jì)算機(jī)桌面型計(jì)算機(jī)筆記本式計(jì)算機(jī)：膝上型計(jì)算機(jī)56計(jì)算機(jī)的分類微型計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)的分類微型計(jì)算機(jī)個(gè)人數(shù)字助理 (Personal digital assistant )掌上型計(jì)算機(jī)57計(jì)算機(jī)無(wú)處不在58輔助教學(xué)（CAI）Computer-as

16、sisted instruction通過(guò)教師、學(xué)生與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的對(duì)話，實(shí)現(xiàn)教學(xué)的技術(shù)。計(jì)算機(jī)概述計(jì)算機(jī)應(yīng)用59遠(yuǎn)程教育60遠(yuǎn)程健康護(hù)理61網(wǎng)絡(luò)交易6263科學(xué)計(jì)算工程計(jì)算、地震預(yù)測(cè)、氣象預(yù)報(bào)、火箭發(fā)射等要求高速度、高精度的科學(xué)計(jì)算都需要計(jì)算機(jī)氣象預(yù)報(bào)由什么工具來(lái)計(jì)算？計(jì)算機(jī)改變了一些學(xué)科傳統(tǒng)的研究方法，促成了計(jì)算力學(xué)、計(jì)算物理、計(jì)算化學(xué)、生物控制論等新學(xué)科的出現(xiàn)。計(jì)算機(jī)的應(yīng)用 （續(xù)）64計(jì)算機(jī)對(duì)無(wú)人駕駛飛機(jī)做實(shí)時(shí)控制 計(jì)算機(jī)越來(lái)越多地應(yīng)用于生產(chǎn)自動(dòng)化。它在計(jì)算復(fù)雜的多變量控制問(wèn)題和自動(dòng)控制系統(tǒng)的組織上都是必不可少的基本技術(shù)工具。廣泛應(yīng)用于冶金、機(jī)械、石油、化工、電力及各種自動(dòng)化系統(tǒng)等部門(mén)。過(guò)程控制(實(shí)時(shí)控制)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用 （續(xù)）65輔助工程輔助設(shè)計(jì)（CAD）Computer Aided Design