大计基1

CHAPTER1INTRODUCTIONCS，ZJU2020年1月27日Overview计算机是什么数据处理机模型现代计算机模型计算机系统信息系统因特网和万维网计算机文化和计算思维ComputerScienceFundamentalsofCS涵盖了计算机的方方面面作为科学：科学的计算机作为工具：工具的计算机1.1计算机是什么Computer学科的发展，形成了一些术语：ComputerScienceComputerTechnologyComputerEngineering统称：InformationTechnology，IT从技术上体积越来越小，功能强从用途上专业到消费品计算机和计算ComputerandComputation密切相关计算数学的基础计算机的基础期望：计算机实现数学意义上的“自动计算”现实：客观世界的形态被“数字化”职业生涯中，具备计算机素质知道它的原理，培养“计算机思维”计算机的定义计算机是一种现代化的信息处理工具，它对信息进行处理并提供结果，其结果（输出）取决于所接收的信息（输入）及相应的处理算法——《计算机科学技术百科全书》定义中的核心词汇工具处理信息算法计算机科学与技术CSandCT计算机的设计、制造，以及运用计算机进行信息的获取、表示、存储、处理、控制等的相关理论、原则、方法和技术CS研究现象和揭示其规律CT研制计算机和使用计算机进行信息处理的方法和手段1.2数据处理机模型DataProcessor——Computer处理数据(Data)，得到信息(Information)Data原材料Information制成品理解计算机：数据处理器模型黒盒模型带有程序功能的处理机模型黑盒模型定义了计算机的功能，给出了计算机的基本属性，即计算机就是处理数据的机器输入数据输出数据(信息)计算机（处理数据）具有程序能力的数据处理机程序（Program）简单地被理解为按照预定的步骤进行工作程序是处理数据的算法的具体实现输入数据输出数据(信息)计算机（处理数据）程序具有程序能力的处理机模型此模型更精确描述了计算机的灵活性不同的数据，相同的程序，不同的结果不同的数据，不同的程序，可能相同的结果程序原理能够按照“程序”进行工作程序是事先编制好并存放在计算机内部的1.3现代计算机模型冯·诺依曼计算机存储器运算器控制器输入输出现代计算机模型：冯·诺依曼体系结构（主流模型）思想要点：硬件由5个组成部分输入Input运算器ArithmeticLogicUnit存储器Memory控制器Controller输出Output数据和程序都用二进制表达和处理程序存储的思想现代计算机模型定义了计算机的5个组成部分输入Input运算ArithmeticLogicUnit存储Memory控制Controller输出OutputCPU=ALU+Controller也可分为三个子系统CPU、Memory、I/O另一种模型：哈佛结构等程序存储原理现代计算机模型要求程序在执行前存放到存储器中还要求程序和数据采用同样的格式——这就是程序存储原理如何使计算机自动执行程序程序存储原理解决的问题程序存储的另一个重要的理由是程序的“重用”1.4计算机系统计算机系统硬件系统处理器系统(主机的主要部分)存储器系统外部设备输入设备输出设备软件系统系统软件操作系统编程语言工具软件应用软件办公软件其他应用软件硬件系统计算机的物理设备叫做硬件（Hardware）实现计算机操作过程、输入、输出互联的各种电子设备术语计算机设备（Device）既可以指一个价值数亿的巨型计算机系统，也指一个只有数十元的鼠标器第一台现代计算机1946年的ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndComputer，电子数字积分计算机）计算机历史计算机历史——硬件史1946～1958电子管（第一代）1959～1963晶体管（第二代）1963～1975集成电路（IC）（第三代）1975～大规模集成电路（LSIC）（第四代）PCandInternet未来：分子生物，超导等可能的形式第一代计算机（1946—1959）电子管计算机计算机全名为通用数字电子计算机体积大，故障率高ENIAC——第一台电子计算机UNIVAC的机器于1952年美国总统大选预测艾森豪威尔获胜——预测结果和实际统计结果完全相同1957年IBM公司生产的第一台商用计算机IBM701，一共生产了19台：二进制的0和1表示数据和程序ENIAC计算机和主要发明人J.毛赫利和艾克特左前第二代计算机（1959—1963）晶体管计算机1948年6月贝尔实验室研制成功世界上第一只晶体管第一台晶体管的计算机是CDC制造的1604机器开始使用高级语言开始通过电话线进行数据交流，虽然速度很慢，但这已经是网络的萌芽并行处理被所有大型计算机和超级计算机所使用麻省理工学院——“多道程序”方案第三代计算机（1963—1975年）集成电路（IC，IntegratedCircuits）计算机1958年发明了集成电路摩尔博士预言IC上能被集成的晶体管数目将会以每18个月翻一番的速度稳定增长——摩尔法则IBM推出了著名的360系列计算机，不再捆绑销售它的语言软件——开创了计算机语言市场——最终使软件形成了一个巨大的产业第一颗通信卫星——卫星数据通信图1.5著名的IBM360计算机第四代计算机（1975年—）第四代计算机标志的处理器使用的大规模集成电路（LSIC）——Intel系列处理器1977年第一个真正意义上的微机AppleI——有显示器、键盘、软盘和操作系统软件AppleII计算机，1977第四代计算机（1975年—）1980年，IBM选择Intel8088芯片作为它的微机的处理器——PC（PersonalComputer），委托Microsoft设计操作系统IBM公司的这两个决定的巨大的影响：IBM公司商标的PC成为微型计算机的同义词Microsoft和Intel公司则在计算机软件和硬件方面成为和IBM公司分庭抗礼的业界巨头。计算机类型按计算机的规模及销售价进行划分千万USD：Supercomputer天河-1A：主机的处理器达到186368个，运算速度达到了每秒2570万亿次。数百万USD：MainframeComputer小型计算机PC，微型计算机嵌入式系统——高档家电智能手机计算机三个子系统处理器子系统：CPU，单个，多个cpu存贮器子系统：半导体，磁盘，光盘输入输出子系统：设备发展非常丰富计算机软件软件：“看不见”的，却是不可或缺的所有与计算机相关的文档、程序、语言等都可以归类为软件软件系统系统软件：服务于计算机本身，如核心软件操作系统等应用软件：解决特定问题，有应用软件包和用户程序之分计算机软件软件的进化程序设计语言的发展：机器语言，汇编语言，高级语言（面向过程和面向对象）程序设计：从专业到产业，语言：面向对象，软件界面的发展趋势：图形化（GUI图形用户接口)计算机是如何运行的通电后CPU执行启动程序BIOS操作系统调入内存BIOS引导后计算机由操作系统管理和控制计算机是如何运行的BIOS：由ROM芯片实现，不可改，里面固化自检程序，自举程序，BIOS引导后，计算机由操作系统管理和控制CMOS:由RAM芯片实现，可改，存放计算机的相关配置信息在计算机硬件上，两者表现为集成电路1.5信息系统计算机是构成信息系统的基础，它自己就是一个信息系统信息系统有6个要素硬件软件数据/信息人/用户（PeopleorUser）计算机有两类用户，一类是以计算机为职业的另一类用户主要就是使用计算机，大多数用户属于这一类。过程/处理通信1.6因特网和万维网Network：两台以上的计算机互连世界上最大的网：Internet目的：资源共享网络的网络，通过TCP/IP技术连接管理上：无中心特性——开放虚拟社会网上的各种社会形态：现实世界的Copy万维网WorldWideWeb简称为Web中文名为万维网原为Internet的一种应用（技术）LinkandWebpageandWebsite现实：Internet的代名词（其实最主要的一种应用，两者不相等）有关的软件：第一个浏览器软件：Mosaic浏览器：主要：IE,其它FIREFOX等。当然因特网还有其它应用：EMAIL,FTP，实时通讯等。校园网1.web资源浙大办公网缘网(提供软件下载)论坛lib.zju.edu.cn浙大图书馆可以查期刊media.zju.edu.cn多媒体中心2.BBS资源bbs.zju.edu.cn浙大官方BBS站10.13.21.8888BBS(校内)访问88的两种方式:(1)飘渺水云间(2)用Fterm访问(fterm可以在缘网下载)[e-mail]学生邮箱3.Ftp资源软件使用ftp的专用软件，例如FlashFxp可以在缘网下载1.7计算机文化和计算思维计算机不仅仅是一种工具，它和语言、数学一样伴随一个人的一生，它影响着我们的方方面面！有关计算机方面的名人：图灵，冯.诺依曼，比尔.盖茨，马云，马化腾等1.7计算机文化和计算思维ComputationalThinking是指运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动计算思维的本质：Abstraction、Automation状态和过程计算思维的特征计算思维是什么计算思维不是什么1是概念化不是程序化2是根本的不是刻板的技能3是人的思维不是计算机的思维4是思想不是人造物5是数学与工程思维的互补与融合不是空穴来风6面向所有的人，所有的地方不局限于计算学科思考题1．回忆一下你使用计算机的经历，列举你使用计算机做过的事情。你是否考虑过将研究计算机作为你的职业，为什么？2．写一篇2000字以内的短文使用计算机研究生命科学人类基因图研究与计算机软件和程序程序和算法程序设计语言Review计算机的定义计算机模型处理机模型现代计算机模型计算机系统硬件，硬件系统软件，软件系统网络与Internet计算机文化，计算思维