计算机文化基础教学提纲.ppt
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1、计算机文化基础第一讲:什么是计算机文化国际上有关“计算机文化”的提法最早出现在80年代初。1981年在瑞士洛桑召开的第三次世界计算机教育大会上,前苏联学者伊尔肖夫首次提出。我们国家在1982年进行了相应的试点,并逐步大、中、小学中推广普及。现在全国大部分学校都在进行计算机文化基础的普及教育。计算机文化又称为“信息文化”或“网络文化”。在当今信息社会,衡量一个计算机水平的依据是指“利用计算机进行信息获取、信息分析、信息加工和信息利用”有关的基础知识和实际能力。信息获取包括信息发现、信息采集与信息优选;信息分析包括信息分类、信息综合、信息查错与信息评价;信息加工包括信息的排序与检索、信息的组织与表
2、达、信息的存储与变换以及信息的控制与传输等;信息利用则包括如何有效地利用信息来解决学习、工作和生活中的各种问题(例如能不断地自我更新知识、能用新信息提出解决问题的新方案、能适应网络时代的新生活等)。这种与信息获取、分析、加工、利用有关的知识可以简称之为“信息技术基础知识”,相应的能力可以简称之为“信息能力”。这种知识与能力既是“信息文化”水平高低和信息素质优劣的具体体现,又是信息社会对新型人材培养所提出的最基本要求。达不到这方面的要求,将无法适应信息社会的学习、工作、生活与竞争的需要,就会被信息社会所淘汰。体现这种文化的知识与能力(即信息技术基础知识与信息能力),在信息社会中已和体现传统文化的
3、“读、写、算”方面的知识与能力一样重要,不可或缺。换句话说,“读、写、算、信息”已成为信息社会中文化基础的四大支柱。从这个意义上完全可以说,缺乏信息方面的知识与能力就相当于信息社会的“文盲”。第二讲:计算机的发展史1.1.在宋代,我们的祖先又发明了珠算盘,后来在宋代,我们的祖先又发明了珠算盘,后来有了珠算口诀有了珠算口诀“软件软件”2.16421644年间,法国数学家帕斯卡设计并年间,法国数学家帕斯卡设计并制成了第一台机械式计算机制成了第一台机械式计算机加法机,他加法机,他的这台机器用齿轮作为主要部件,用手摇动的这台机器用齿轮作为主要部件,用手摇动并用手控制。并用手控制。3.3.1671167
4、1年,德国数学家莱布尼兹设计了一种能年,德国数学家莱布尼兹设计了一种能作四则运算的二进制位的手摇计算机,作四则运算的二进制位的手摇计算机,16731673年制成样机,它的主要部件也是齿轮。年制成样机,它的主要部件也是齿轮。4.4.霍勒里斯以这个成果为基础于霍勒里斯以这个成果为基础于18961896年成立了制年成立了制表机器公司,后改名为表机器公司,后改名为IBMIBM公司。公司。1839183919441944年,年,IBMIBM公司与哈佛大学的艾肯共同协作,研公司与哈佛大学的艾肯共同协作,研制成功了第一台制成功了第一台MarkIMarkI型顺序控制的通用计型顺序控制的通用计算机。它是继电器计
5、算机算机。它是继电器计算机第一台电子数字计算机第一台电子数字计算机1946年,世界上第一台电子数字计算机问世年,世界上第一台电子数字计算机问世了,这台机器简称为了,这台机器简称为“ENIAC”,是由美国陆,是由美国陆军兵器局出资由弹道研究所出技术研制成的。军兵器局出资由弹道研究所出技术研制成的。主要应用于弹道计算。当时的主要应用于弹道计算。当时的ENIAC机仅用机仅用30秒钟就出色地完成了从发射到击中目标飞秒钟就出色地完成了从发射到击中目标飞行了一分钟的弹道计算,于是喧嚣一时,被行了一分钟的弹道计算,于是喧嚣一时,被称为称为“比子弹还快比子弹还快”的超人。的超人。这台台电子子计算机用了算机用了
6、18000个电子管,个电子管,1500多个继电器,多个继电器,70000个电阻,个电阻,6000多个开关,耗电多个开关,耗电150千千瓦,占地面积瓦,占地面积170平方米,重平方米,重30吨。运算速吨。运算速度每秒钟度每秒钟5000次,比当时的继电器计算机快次,比当时的继电器计算机快1000倍。倍。ENIAC特点:特点:1.使用十进制使用十进制程序程序 2.程序与计算两分离程序与计算两分离 程序指令存放在机程序指令存放在机器的外部电路里,需要计算某个题目,器的外部电路里,需要计算某个题目,必须首先用人工必须首先用人工 接通数百条线路,需要接通数百条线路,需要几十人干好几天之后,才可进行几分钟几
7、十人干好几天之后,才可进行几分钟运算。运算。“错误错误(bug)”和和“排错排错(debug)”的起源的起源1.1945年夏天,年夏天,Mark总是停机。后来总是停机。后来发现在某个继电器中有个臭虫。发现在某个继电器中有个臭虫。2.这只这只“臭虫臭虫”现被贴在笔记本的一页上,现被贴在笔记本的一页上,陈列在弗吉尼亚州的陈列在弗吉尼亚州的Dahlgren海军武器海军武器博物馆。博物馆。小知识计算机发展历程中的著名人物计算机发展历程中的著名人物-电子计算机之父电子计算机之父:冯冯诺依曼诺依曼数学家数学家冯冯诺依曼诺依曼(J.VonNeumann),),1913年出生于匈牙利年出生于匈牙利首都布首都布
8、达佩斯,达佩斯,6岁能岁能心算心算8位数除法,位数除法,8岁岁学会微积分,学会微积分,12岁读岁读懂了函数论。懂了函数论。1945年年6月,冯月,冯诺依曼等人联名诺依曼等人联名发表了一篇计算机史上著名的发表了一篇计算机史上著名的“101页报告页报告”,报告明确规定出计,报告明确规定出计算机的算机的五大部件五大部件,并用,并用二进制替二进制替代十进制代十进制运算。运算。“存储程序存储程序”,以便电脑自动依次,以便电脑自动依次执行指令。人们后来把这种执行指令。人们后来把这种“存储存储程序程序”体系结构的体系结构的机器统称为机器统称为“冯冯诺依曼计算机诺依曼计算机”。1951年,冯年,冯诺依曼主持的
9、诺依曼主持的EDVAC计计算机宣告成功,它不仅可应用于科算机宣告成功,它不仅可应用于科学计算,而且可用于信息检索等领学计算,而且可用于信息检索等领域,主要缘于域,主要缘于“存储程序存储程序”的威力。的威力。EDVAC只用了只用了3563只电子管和只电子管和1万万只晶体二极管,以只晶体二极管,以1024个个44比特水比特水银延迟线来储存程序和银延迟线来储存程序和数据,消耗数据,消耗电力和占地面积只有电力和占地面积只有ENIAC的的1/3。电子计算机发展根据构成的元电子计算机发展根据构成的元器件来划分,可分为四个时代:器件来划分,可分为四个时代:第一代第一代电子管计算机电子管计算机第二代第二代晶体
10、管计算机晶体管计算机第三代第三代集成电路计算机集成电路计算机第四代第四代大规模和超大规模集成电路计大规模和超大规模集成电路计算机算机第一代第一代电子管计算机电子管计算机1.194619582.主要元件是电子管主要元件是电子管3.运行速度:每秒几千次运行速度:每秒几千次几万次几万次第二代第二代晶体管计算机晶体管计算机1.195919642.主要元件是晶体管主要元件是晶体管3.运行速度:每秒几十万次运行速度:每秒几十万次4.软件:软件:ALGOL60,FORTRAN,COBOL等程序设计语言等程序设计语言第三代第三代集成电路计算机集成电路计算机19651970主要元件是集成电路主要元件是集成电路运
11、行速度:每秒几十万运行速度:每秒几十万次次几百万次几百万次软件:软件:BASIC,操作系统操作系统小规模集成电路小规模集成电路第四代第四代大规模和超大规模集大规模和超大规模集成电路计算机成电路计算机1971主要元件是大规模和超大规模集成电路主要元件是大规模和超大规模集成电路运行速度:每秒几百万次运行速度:每秒几百万次亿次亿次代代别别年年代代使用的主要元器使用的主要元器件件配置的软件配置的软件主要应用主要应用第第1代代20世纪世纪40年代中年代中期期50年代末期年代末期CPU:电子管:电子管内存:内存:磁鼓磁鼓使用机器语言和汇使用机器语言和汇编语言编写程序编语言编写程序科学计算和工科学计算和工程
12、计算程计算第第2代代50年代中、后期年代中、后期60年代中期年代中期CPU:晶体管:晶体管内存:内存:磁芯磁芯使用使用FORTRAN等等高级程序设计语言高级程序设计语言开始广泛应用开始广泛应用开始广泛应用开始广泛应用于数数据处理于数数据处理领域领域第第3代代60年代中期年代中期70年代初期年代初期CPU:SSI,MSI,内存:内存:SSI,MSI半导体存半导体存储器储器操作系统,数据库操作系统,数据库管理系统等管理系统等操作系统,数操作系统,数据库管理系统据库管理系统等开始使用等开始使用第第4代代20世纪世纪70年代中年代中期以来期以来CPU:LSI、VLSI,内存:内存:LSI、VLSI的半
13、的半导体存储器导体存储器软件工程、分布式软件工程、分布式计算、网络软件等计算、网络软件等开始广泛使用开始广泛使用深入到各行各深入到各行各业,家庭和个业,家庭和个人开始使用计人开始使用计算机算机第第14代计算机的对比代计算机的对比未来新一代计算机未来新一代计算机1.新一代计算机将是微电子技术、光学技新一代计算机将是微电子技术、光学技术术、超导技术、电子仿生技术等多学科超导技术、电子仿生技术等多学科相结合的产物。相结合的产物。2.突破了冯突破了冯.诺依曼体系结构的限制诺依曼体系结构的限制3.主要特点是智能化主要特点是智能化如:人工神经网络计算机如:人工神经网络计算机数据流计算机数据流计算机我国计算
14、机的发展1.1957年哈尔滨工业大学研制成功中国第一台模拟式电年哈尔滨工业大学研制成功中国第一台模拟式电子计算机。子计算机。2.1958年,研制成功第一台电子管计算机年,研制成功第一台电子管计算机-103型通型通用数字电子计算机,运算速度用数字电子计算机,运算速度2000次次/秒。同年,晶秒。同年,晶体管研制成功。体管研制成功。3.1959年,研制成功运算速度大约年,研制成功运算速度大约1万次万次/秒的计算机秒的计算机(104)。4.1965年,研制成功第一台大型通用晶体管计算机,运年,研制成功第一台大型通用晶体管计算机,运算速度算速度8万次万次/秒。秒。5.1971年,研制成功第一台集成电路
15、计算机,运算速度年,研制成功第一台集成电路计算机,运算速度十几万次十几万次/秒。秒。6.1977年,研制成功第一批微型计算机年,研制成功第一批微型计算机7.1983年,年,“银河银河I号号”巨型计算机研制成功,巨型计算机研制成功,运算速度达每秒运算速度达每秒1亿次。亿次。8.1993年,中国第一台年,中国第一台10亿次巨型银河计算亿次巨型银河计算机机II型通过鉴定。型通过鉴定。9.1995年,曙光年,曙光1000大型机通过鉴定,其峰值大型机通过鉴定,其峰值可达每秒可达每秒25亿次。亿次。10.1997年,年,“银河银河III”并行巨型计算机研制成并行巨型计算机研制成功。功。11.1999年,年
16、,“银河银河IV”巨型机研制成功。巨型机研制成功。12.1999年,曙光年,曙光2000I超级服务器研制成功,计算超级服务器研制成功,计算速度达到每秒速度达到每秒200亿次。亿次。13.2000年,高性能计算机年,高性能计算机“神威神威I”面世,其主要技面世,其主要技术指标和性能达到国际先进水平。自此,我国术指标和性能达到国际先进水平。自此,我国成为继美国、日本之后,世界上第三个具备研成为继美国、日本之后,世界上第三个具备研制高性能计算机能力的国家。制高性能计算机能力的国家。14.2000年,作为国家年,作为国家863计划重大成果的超级服务计划重大成果的超级服务器曙光器曙光2000II通过国家
17、科技部鉴定,其峰值计通过国家科技部鉴定,其峰值计算机速度突破算机速度突破1000亿次,内存高达亿次,内存高达50千兆字节,千兆字节,达到了九十年代末国际同类产品的先进水平。达到了九十年代末国际同类产品的先进水平。15.2001年年“东方红日东方红日”的出现,的出现,“东方红日东方红日”是一是一个个64位的位的UNIXLINUX服务器。服务器。16.与与“东方红日东方红日”一起诞生的,还有一起诞生的,还有EASTSUN64中文操作系统。中文操作系统。这是国内第一个中国人自行这是国内第一个中国人自行研制、拥有完全自主版权的研制、拥有完全自主版权的64位全中文操作位全中文操作系统,该系统采用真正的系
18、统,该系统采用真正的64位架构,符合国位架构,符合国际通行的行业标准,具有极强的网络服务和际通行的行业标准,具有极强的网络服务和网络远程管理能力,能提供极强的并行及集网络远程管理能力,能提供极强的并行及集群运算能力;该系统创造性地实现了在内核群运算能力;该系统创造性地实现了在内核级别上中文字符处理,能够完全避免出现乱级别上中文字符处理,能够完全避免出现乱码,可有效支持码,可有效支持EASTSUN64平台上的各种中平台上的各种中文应用软件。文应用软件。由中科院计算所承担设计开发的CPU(中央处理器)龙芯2号已经研发成功,实物于2003年12月20日在中科院计算所的成果汇报日期间首次公开亮相。据参
19、与项目开发的技术人员介绍,目前的龙芯2号最高频率为300MHz,功耗1W-2W,成品率约为80%左右。通过使用相关测试对龙芯2号的性能分析表明,相同主频下龙芯2号的性能已经明显超过PII,达到PIII的水平,设计人员称龙芯2号的设计SPEC CPU2000分值可达到300分以上,设计频率在500MHz以上时性能可与1GHz以上的PIII或PIV的性能相当。据新华社北京2004年10月6日电,在集成电路核心技术研发中,信息产业部实施的“中国芯工程”取得群体突破,一批拥有自主知识产权、掌握核心技术又占据一定市场份额的芯片制造企业不断涌现。计算机的发展趋势计算机的发展趋势巨型化微型化智能化网络化多媒
20、体化第三讲:计算机的应用及分类数值计算数值计算(科学计算科学计算)数据处理数据处理过程控制过程控制(实时控制实时控制)辅助设计辅助设计人工智能人工智能其它其它数值计算数值计算(科学计算科学计算)圆周率的计算,轨迹计算,生化反应,天气预报。数据处理数据处理如银行系统,证券系统,财会系统,铁路系统,学生管理系统等。过程控制过程控制(实时控制实时控制)计算机辅助CAD,CAM,CIMS,CAI。人工智能专家系统,模式识别,自然语言处理,机器翻译,定理证明等。计算机分类数字,模拟,数模混合计算机通用,专用计算机巨型,中型,小型,微型,工作站,服务器第四讲:计算机系统第四讲:计算机系统l计算机系统是由硬
21、件系统和软件系统硬件系统和软件系统两大部分组成的。l所谓硬件系统就是泛指实际的物理设备,主要包括运算器、控制器运算器、控制器、存储器、输入存储器、输入和输出设备和输出设备五个部分。l所谓软件系统是指实现算法的程序、数据程序、数据及其文档及其文档,包括计算机本身运行所需的系统软件和用户完成任务所需的应用软件。l计算机系统的组成如下图所示。l运算器l主机CPUl控制器l内存储器l硬件系统l外设外存储器lI/O设备l电子计算机操作系统l系统结构系统软件语言编译解释系统l其它l软件系统应用软件通用应用程序ll专用应用程序l文档ll计算机硬件基本结构l所有冯冯诺依曼诺依曼结构的计算机都由以下五部分组成:
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