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软件语言基础软件语言基础第1页，共42页，编辑于2022年，星期三本章目标本章目标了解计算机的发展史。了解计算机的发展史。了解计算机的硬件和软件了解计算机的硬件和软件了解软件发展的不同时代，以及各时代的了解软件发展的不同时代，以及各时代的语言特点语言特点。了解当今不同的编程语言。了解当今不同的编程语言。熟悉软件的分类：系统软件和应用软件。熟悉软件的分类：系统软件和应用软件。2 2第2页，共42页，编辑于2022年，星期三 人类追求的计算工具人类追求的计算工具1642 Blaise Pascal加法器加法器加法器加法器1822 1822 差分机差分机1833 1833 分析分析机机MARK IMARK IENIACENIAC电子计算机时代电子计算机时代3 3第3页，共42页，编辑于2022年，星期三 第一台电子计算机（第一台电子计算机（ENIAC）50005000次加法次加法/秒秒体重体重2828吨吨占地占地170M170M2 21880018800只电子管只电子管15001500个继电器个继电器耗电耗电150KW150KW4 4第4页，共42页，编辑于2022年，星期三 电子恐龙的缩骨法电子恐龙的缩骨法晶体管晶体管ENIACENIAC划时代的实验装置划时代的实验装置晶体管实质上是按显微比例的真空管建造的。晶体管实质上是按显微比例的真空管建造的。电子管的缺点：电子管的缺点：体积大；体积大；耗能高、散热量大；耗能高、散热量大；晶体管的优点：晶体管的优点：体积小；体积小；耗能低；耗能低；性能稳固；性能稳固；5 5第5页，共42页，编辑于2022年，星期三ENIACENIAC（电子数字子数字积分分计算机的算机的简称，英文全称称，英文全称为 Electronic Numerical Integrator And ComputerElectronic Numerical Integrator And Computer）年，世界上第一台电子数字积分计算机年，世界上第一台电子数字积分计算机-埃埃尼克（）在美国宾夕法尼亚大学莫尔学院尼克（）在美国宾夕法尼亚大学莫尔学院诞生（图一）。犹如一个庞然大物，诞生（图一）。犹如一个庞然大物，重达吨、占地平方米、内装个重达吨、占地平方米、内装个电子管，但它运算速度却比当时最好的机电式计算机电子管，但它运算速度却比当时最好的机电式计算机快倍。快倍。6 6第6页，共42页，编辑于2022年，星期三晶晶体体管管数数目目4004奔腾奔腾4 4420,000,0002,300 将电脑浓缩在一颗芯片上将电脑浓缩在一颗芯片上0.180.18微米芯片微米芯片1010微米芯片微米芯片7 7第7页，共42页，编辑于2022年，星期三晶晶体体管管数数单单位位时时间间执执行行的的指指令令数数百百万万条条/每每秒秒集成集成电路的集成度路的集成度每每18个月翻一番个月翻一番或者或者说三年翻两番三年翻两番 计算机第一定律计算机第一定律摩尔定律摩尔定律8 8第8页，共42页，编辑于2022年，星期三第一代第一代（19461956）电子管电子管5千千4万（次万（次/秒）秒）第二代第二代（19571964）晶体管晶体管几十万几十万百万（次百万（次/秒）秒）第三代第三代（19651970）集成电路集成电路百万百万几百万（次几百万（次/秒）秒）第四代第四代（197190年代）年代）集成电路集成电路几百万几百万几亿（次几亿（次/秒）秒）19641964年年911911机机19661966年年112112机机 计算机发展的几个阶段计算机发展的几个阶段9 9第9页，共42页，编辑于2022年，星期三香侬香侬是现代信息论的著名创始人。是现代信息论的著名创始人。1938年，香农在发表的论文中年，香农在发表的论文中,首次用布尔代数进行开关电路分析，并证明布尔代数的逻辑运首次用布尔代数进行开关电路分析，并证明布尔代数的逻辑运算，可以通过继电器电路来实现。算，可以通过继电器电路来实现。阿塔纳索夫阿塔纳索夫提出了计算机的三条原则：提出了计算机的三条原则：1）以二进制的逻辑基础来实现数字运算，）以二进制的逻辑基础来实现数字运算，以保证精度；以保证精度；2）利用电子技术来实现控制，逻辑运算和算术运）利用电子技术来实现控制，逻辑运算和算术运算，以保证计算速度；算，以保证计算速度；3）采用把计算功能和二进制数更新存储的）采用把计算功能和二进制数更新存储的功能相分离的结构。功能相分离的结构。计算机发展的重要人物和思想计算机发展的重要人物和思想Claude Shannon1010第10页，共42页，编辑于2022年，星期三 图灵与图灵机图灵与图灵机为纪念图灵对计算机的贡献，为纪念图灵对计算机的贡献，美国计算机博物馆于美国计算机博物馆于1966年年设立了设立了“图灵奖图灵奖”计算机是使用相应的程序来完成任何设定好的任务。计算机是使用相应的程序来完成任何设定好的任务。图灵机是一种思想模型，它由三部分组成：图灵机是一种思想模型，它由三部分组成：一个控制器，一条可以无限延伸的一个控制器，一条可以无限延伸的带子和一个在带子上左右移动的读带子和一个在带子上左右移动的读写头组成。写头组成。1111第11页，共42页，编辑于2022年，星期三John von Neumann冯冯 诺依曼诺依曼 冯冯诺依曼计算机诺依曼计算机存储程序工作原理存储程序工作原理 计算机的两个基本能力：一是能够存储计算机的两个基本能力：一是能够存储程序，二是能够自动地执行程序。程序，二是能够自动地执行程序。计算机是利用计算机是利用“存储器存储器”（内存）来存放所（内存）来存放所要执行的程序的，而称之为要执行的程序的，而称之为CPUCPU的部件可以依的部件可以依次从存储器中取出程序中的每一条指令，并加次从存储器中取出程序中的每一条指令，并加以分析和执行，直至完成全部指令任务为止。以分析和执行，直至完成全部指令任务为止。1949 EDSACEDSAC1212第12页，共42页，编辑于2022年，星期三 计算机硬件基本组成计算机硬件基本组成（外）存储器（外）存储器（外）存储器（外）存储器（内）存储器内）存储器内）存储器内）存储器控制器控制器数据流数据流地地 址址控制流控制流运算器运算器1313第13页，共42页，编辑于2022年，星期三 软件的概述软件的概述“吃软不吃硬吃软不吃硬”的的EDSAC存储程序工作原理的计算机决定了它的使用方式：存储程序工作原理的计算机决定了它的使用方式：编写程序和运行程序编写程序和运行程序硬件硬件软件软件软件史上的重要人物软件史上的重要人物 阿黛阿黛拜伦拜伦 格雷斯格雷斯霍普霍普 威尔克斯威尔克斯 戴维戴维韦勒韦勒“埃迪萨克”1414第14页，共42页，编辑于2022年，星期三年月，英国剑桥大学数学实验室根据冯年月，英国剑桥大学数学实验室根据冯诺伊曼的思诺伊曼的思想，制成电子延迟存贮自动计算机想，制成电子延迟存贮自动计算机“埃迪萨克埃迪萨克”（）（），这是第一台带有存储程序结构的电子计算机。年，这是第一台带有存储程序结构的电子计算机。年月，诺伊曼设计的机制成，使他的设想在这台机器上得月，诺伊曼设计的机制成，使他的设想在这台机器上得到完满的体现。这台机只用了个电子管，但速到完满的体现。这台机只用了个电子管，但速度比拥有个电子管的度比拥有个电子管的“埃尼阿克埃尼阿克”提高了倍。提高了倍。被屡屡仿制，成了诺伊曼型机的鼻祖。从年起，被屡屡仿制，成了诺伊曼型机的鼻祖。从年起，美国的公司开始批量生产应用于科研的大型计算机系列，美国的公司开始批量生产应用于科研的大型计算机系列，从此电子计算机走上了工业生产阶段。年，前苏联科从此电子计算机走上了工业生产阶段。年，前苏联科学家也研制成快速大型电子计算机，该机占用机房面积达学家也研制成快速大型电子计算机，该机占用机房面积达平方米，共用了多个电子管，平均计算速度达每秒平方米，共用了多个电子管，平均计算速度达每秒次，该机包括一个能存贮个代码次，该机包括一个能存贮个代码的专用内存储器。年，中国科学院也制成了中国第一的专用内存储器。年，中国科学院也制成了中国第一台大型、快速电子计算机。台大型、快速电子计算机。1515第15页，共42页，编辑于2022年，星期三软件简介软件简介 软件的历史可追溯到软件的历史可追溯到 18 18 世纪。世纪。至今已开发了至今已开发了 300 300 多种不同的计算机语言。多种不同的计算机语言。其中一些语言已消失了，一些语言在不断其中一些语言已消失了，一些语言在不断的更新。的更新。1616第16页，共42页，编辑于2022年，星期三程序设计语言的发展程序设计语言的发展 机器语言机器语言汇编语言汇编语言高级语言高级语言（BASIC FORTRAN PASCAL C PROLOG.）第四代语言第四代语言第五代语言第五代语言 1717第17页，共42页，编辑于2022年，星期三机器语言机器语言 2-1用二进制代码（用二进制代码（0和和1）组成的，用不同的）组成的，用不同的二进制代码组合表示机器的不同指令。机二进制代码组合表示机器的不同指令。机器语言中的每一条指令，代表了机器可执器语言中的每一条指令，代表了机器可执行的一个基本操作行的一个基本操作。指令由操作码和地址码两部分组成指令由操作码和地址码两部分组成。机器语言的特点是面向机器，程序编写难机器语言的特点是面向机器，程序编写难度大，调试修改繁琐，兼容性差，但机器度大，调试修改繁琐，兼容性差，但机器语言执行速度最快语言执行速度最快。1818第18页，共42页，编辑于2022年，星期三机器语言机器语言 2-2示例：示例：指令序号指令序号机器语言程序机器语言程序指令功能指令功能11011000000001000把数字把数字8 8送到累加器送到累加器ALAL中中 20000010000001001 把累加器把累加器ALAL的内容的内容与数字与数字9 9相加，结果相加，结果再存入累加器再存入累加器ALAL（完成（完成8+98+9运算）运算）311110100 停止操作停止操作 机器语言的编译是使用一些带或卡，可以告诉计机器语言的编译是使用一些带或卡，可以告诉计算机做什么，如何做以及何时做。算机做什么，如何做以及何时做。1919第19页，共42页，编辑于2022年，星期三汇编语言汇编语言 2-1用一些特定的符号代替机器语言的二进制数用一些特定的符号代替机器语言的二进制数代码代码，这些符号也称为助记符，这些符号也称为助记符.通过汇编程序翻译成机器语言翻译成机器语通过汇编程序翻译成机器语言翻译成机器语言的目标程序，该过程称为汇编过程言的目标程序，该过程称为汇编过程.汇编语言比机器语言易读、易改，执行速度汇编语言比机器语言易读、易改，执行速度与机器语言相仿，比高级语言快得多，适用与机器语言相仿，比高级语言快得多，适用于实时控制和实时处理于实时控制和实时处理.2020第20页，共42页，编辑于2022年，星期三汇编语言汇编语言 2-2语句语句序号序号汇编语言程序汇编语言程序语句功能语句功能1Mov AL,8 把数字把数字8送到累加器送到累加器AL中中 2ADD AL,9 把累加器把累加器AL中的内容与中的内容与数字数字9相加，结果再存相加，结果再存入累加器入累加器AL中（完成中（完成8+9运算）运算）3HLT 停止操作停止操作2121第21页，共42页，编辑于2022年，星期三高级语言高级语言高级语言是接近人们的自然语言和数学语言、高级语言是接近人们的自然语言和数学语言、以及面向问题的程序设计语言，它容易学习以及面向问题的程序设计语言，它容易学习和掌握，并且通用性强和掌握，并且通用性强 源程序，转换成相应的机器语言目标程序源程序，转换成相应的机器语言目标程序 有两种方式：编译方式、解释方式有两种方式：编译方式、解释方式与前面的语言有明显区别的是：与前面的语言有明显区别的是：并不涉及计算机如何执行任务，而只指定它必须做什么。2222第22页，共42页，编辑于2022年，星期三人工智能人工智能当今人工智能发展的驱动力是对与人工智能当今人工智能发展的驱动力是对与人工智能相关的所有新事物的要求。相关的所有新事物的要求。这对开发人员是否能提供超越于人的思路的这对开发人员是否能提供超越于人的思路的解决方法造成了极大的压力。解决方法造成了极大的压力。一些涉及人工智能的编程语言有：一些涉及人工智能的编程语言有：LISP(1958)Algol(1960)Simula(1967)Prolog(1970)Smalltalk(1979)2323第23页，共42页，编辑于2022年，星期三第四代语言第四代语言第四代语言的应用集中在执行日常任务，例第四代语言的应用集中在执行日常任务，例如屏幕窗体、请求数据、修改数据和移动数如屏幕窗体、请求数据、修改数据和移动数据等。据等。在硬件的技术方面有相对比较少的涉及，所在硬件的技术方面有相对比较少的涉及，所以涉及底层开发的知识较少。以涉及底层开发的知识较少。2424第24页，共42页，编辑于2022年，星期三第五代语言第五代语言某些构建编程环境的软件公司常常误用此某些构建编程环境的软件公司常常误用此术语术语。20 世纪世纪 90 年代，通过使用声音、移动图像年代，通过使用声音、移动图像和代理为语言进一步发展打下了基础。和代理为语言进一步发展打下了基础。最终用户使用的软件将是基于知识机器人最终用户使用的软件将是基于知识机器人-代理的原则。代理的原则。它能够根据最终用户和界面的交互操作，它能够根据最终用户和界面的交互操作，自主地修改程序段从而创建新的代理。自主地修改程序段从而创建新的代理。2525第25页，共42页，编辑于2022年，星期三典型的编程语言典型的编程语言目前世界上大约有目前世界上大约有 200 多种高级语言。多种高级语言。典型的有：典型的有：ASSEMBLER（汇编程序）BASIC，1964FORTRAN语言C语言；C+，1986COBOL，1960LISP，1960MODULAOCCAMPASCAL，1975Simula，1962Smalltalk，1983SNOBOLSQL2626第26页，共42页，编辑于2022年，星期三BASIC（Beginners All-purpose Symolic Instruction Code）应用广泛FORTRAN（Formula TRANslation）主要用于科学领域。ALGOL（ALGorithm-Oriented Language）形式类似灵活，结构化Pascal 1983年被ISO标准化MODULA 编程的结构化体系主要用于执行计算和求解方程式LISP（LISt Processing Language）处理文本以及数据之间的关系LOGO 简化变体，流行教育界 C，C+Java嵌入式计算2727第27页，共42页，编辑于2022年，星期三HistoryofProgrammingLanguages2828第28页，共42页，编辑于2022年，星期三FortranJohn W.Backus 带领下的一个带领下的一个 IBM 工作组于工作组于 1952 年发明了年发明了 FORTRAN-FORmula TRANslator。用于用于 IBM 计算机：计算机：IBM 704。FORTRAN 的更新版本可用于其他计算机和的更新版本可用于其他计算机和平台平台。2929第29页，共42页，编辑于2022年，星期三进入进入 C 语言时代语言时代 2-1 1969-1973 1969-1973 年间，贝尔实验室的年间，贝尔实验室的 Dennis Richey 和和 David Kerningham 开发了开发了 C 语言。语言。C 语言易于人们的阅读和理解。语言易于人们的阅读和理解。由于此语言具有快速和简洁的特点，因此在由于此语言具有快速和简洁的特点，因此在系统程序员和商业软件制造商之间非常流行。系统程序员和商业软件制造商之间非常流行。优点：具有很小的语言库（词汇表），可移优点：具有很小的语言库（词汇表），可移植性，源代码可以重用，在不同的计算机上植性，源代码可以重用，在不同的计算机上运行时只需对其重新编译即可。运行时只需对其重新编译即可。3030第30页，共42页，编辑于2022年，星期三进入进入 C 语言时代语言时代 2-2 C C 语言的示例语言的示例/*Welcome.c*/Main()printf(欢迎来到欢迎来到 Aptech Internationaln);3131第31页，共42页，编辑于2022年，星期三3232第32页，共42页，编辑于2022年，星期三软件的分类软件的分类软件的分类：系统软件与应用软件。软件的分类：系统软件与应用软件。系统软件泛指那些为整个计算机系统所支配的、不依赖于特定应用的通用软件，也是可供所有用户使用的软件应用软件指用于解决各种不同具体应用问题的专门软件第33页，共42页，编辑于2022年，星期三计算机应用系统的层次结构计算机应用系统的层次结构计算机硬件计算机硬件操作系统操作系统语言处理程序，实用程序与工具软件语言处理程序，实用程序与工具软件数据库管理系统，网络与通信软件数据库管理系统，网络与通信软件应用软件用户3434第34页，共42页，编辑于2022年，星期三Altair 8800 计算机发展计算机发展微型化微型化计算机不再是单一的计算机器，而是一种计算机不再是单一的计算机器，而是一种信息机器，一种个人的信息机器。信息机器，一种个人的信息机器。3535第35页，共42页，编辑于2022年，星期三CRAY-计算机发展计算机发展巨型化巨型化运算速度可达每秒几百亿次运算的运算速度可达每秒几百亿次运算的超级计算机超级计算机超级计算机超级计算机 1975年世界上第一台超级计算机年世界上第一台超级计算机“Cray-I”超级计算机应用：天气预报、地震机理研究、超级计算机应用：天气预报、地震机理研究、石油和地质勘探，卫星图像处理等大量科学计石油和地质勘探，卫星图像处理等大量科学计算的高科技领域。算的高科技领域。中国超级计算机：中国超级计算机：国防科技大学研制的国防科技大学研制的“银河银河1号号”、“银河银河2号号”和和“银河银河3号号”国家职能计算机中心推出的国家职能计算机中心推出的“曙光曙光1000”和和“曙光曙光2000I”银河银河3636第36页，共42页，编辑于2022年，星期三 计算机发展计算机发展网络化网络化计算机网络：计算机技术与计算机网络：计算机技术与通信技术结合的产物。通信技术结合的产物。计算机网络的发展动力：计算机网络的发展动力：使用远程资源，共享程序、使用远程资源，共享程序、数据和信息资源，网络用户数据和信息资源，网络用户的通讯和合作。的通讯和合作。3737第37页，共42页，编辑于2022年，星期三 计算机发展计算机发展智能化智能化“总有一天，人类会造出一些举止跟人一样的总有一天，人类会造出一些举止跟人一样的没有灵魂的机械没有灵魂的机械来来”。笛卡尔（笛卡尔（16371637）人类第一个人类第一个“工业机器人工业机器人”：一头在纺织机上挑纱的一头在纺织机上挑纱的“驴驴”（17421742年）年）第一代机器人第一代机器人机械手（机械手（19621962年出现）年出现）第二代机器人第二代机器人具有具有“感觉感觉”的机器人的机器人第三代机器人第三代机器人装有启发式计算机的装有启发式计算机的“智能机器人智能机器人”DeepblueDeepblueGarry KasparovGarry Kasparov 3838第38页，共42页，编辑于2022年，星期三 计算机世界中的中国计算机世界中的中国19521952年在清华大学成立中国第一个计算机三人研究年在清华大学成立中国第一个计算机三人研究小组小组 组长组长 闵大可闵大可 电机系教授电机系教授19541954年小组经扩充和调整，并入中科院近代物理年小组经扩充和调整，并入中科院近代物理研究所负责人研究所负责人 钱三强钱三强19581958年完成第一台电子计算机年完成第一台电子计算机10310319591959年完成大型电子计算机年完成大型电子计算机10410419651965年中国开始研制第三代计算机（集成电路）年中国开始研制第三代计算机（集成电路）19771977年研制成功中国第一台微机年研制成功中国第一台微机DJS050DJS0503939第39页，共42页，编辑于2022年，星期三 计算机世界中的印度计算机世界中的印度硅谷硅谷慧谷慧谷世界软件产业王国世界软件产业王国 1985 1985年，印度软件业产值为年，印度软件业产值为10001000万美元万美元 1994 1994年，印度软件业产值为年，印度软件业产值为1010亿美元亿美元 2000 2000年，印度软件业产值为年，印度软件业产值为5050亿美元亿美元 2002 2002年，印度软件业产值为年，印度软件业产值为200200亿美元亿美元在软件出口规模和质量在软件出口规模和质量与总产值的比例上，印与总产值的比例上，印度居世界第一。度居世界第一。4040第40页，共42页，编辑于2022年，星期三PC+PC+电子器件电子器件电子器件电子器件+宽带网宽带网宽带网宽带网/无线网络无线网络无线网络无线网络=.NET =.NET 平台平台平台平台J*EEJ*EE平台平台平台平台消费类消费类消费类消费类PCPC电视和声电视和声电视和声电视和声像设备像设备像设备像设备移动设备移动设备移动设备移动设备家用电器家用电器家用电器家用电器通信设备通信设备通信设备通信设备 自动化与安全设备自动化与安全设备自动化与安全设备自动化与安全设备软件无所不在软件无所不在4141第41页，共42页，编辑于2022年，星期三总结总结计算机的发展计算机的发展 经历了四个时代 不同的软件时代不同的软件时代从第一代到第五代了解各种编程语言了解各种编程语言从汇编程序到 SQL语言等软件的分类：系统软件和应用软件软件的分类：系统软件和应用软件4242第42页，共42页，编辑于2022年，星期三
