龚沛曾全套配套课件大基第7版第1章.pptx

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1、1第1章计算机与计算思维基础1.1引言1.2计算机的诞生和发展1.2.1计算机的诞生1.2.2计算机的发展1.2.3计算机的分类1.2.4计算机的应用1.3计算机的新技术1.4计算思维基础21.1引言人类为什么要发明计算机？■人的计算速度很低◆祖冲之计算π至小数点后7位数用了15年◆计算30×30的行列式需要几个人年◆中国第一棵原子弹研制时，数百位科学家在大礼堂打算盘■早期的计算工具◆算筹春秋战国时期世界上最早的计算工具◆算盘中国唐代第一种手动式计数器沿有至今◆计算尺1622年手动式，上世纪70年代被计算器取代可进行加、减、乘、除、指数、三角函数◆加法器1642年机械式，只能做加法3◆

2、计算器1673年德国GottfriedLeibniz，机械式可进行加、减、乘、除和开方◆差分机和分析机查尔斯.巴贝奇1812年差分机1834年分析机分析机：体现了现代电子计算机的结构、设计思想被称为现代通用计算机的雏形1.1引言4（1）M的状态：接受状态、进位状态。初始时处于进位状态。（2）从右向左扫描纸带。进位状态：读到0或空白，则改写1，进入接受状态，立即停机；读到1，则改写为0，状态保住不变，读写头左移。1.计算机的诞生图灵机、ENIAC和冯·诺依曼体系结构在理论上、工作原理、体系结构上奠定现代电子计算机的基础◆图灵机(Turingmachine，TM)阿兰·图灵（AlanMat

3、hisonTuring，1912—1954）解决问题：什么是计算？什么是可计算性？组成：计算X+1的图灵机M纸带读写头1.2计算机的诞生和发展1.通用图灵机1.2计算机的诞生和发展通用图灵机图灵机M输入输出图灵机M的输出图灵机程序通用图灵机计算机有时说的图灵机是指通用图灵机6图灵机的能力=高级程序设计语言=现代通用计算机邱奇、图灵和哥德尔断言：一切直觉上能行可计算的函数都可用图灵机计算，反之亦然邱奇－图灵论题世界上的问题可计算的：图灵机可计算的就是可计算的不可计算的图灵的贡献图灵机模型：解决了可计算问题计算机的理论问题图灵测试：回答了什么样的机器具有智能人工智能的理论基础美国计算机学会

4、ACM于1966年创立了“图灵奖”计算机科学之父人工智能之父1.2计算机的诞生和发展7图灵测试机器能有智能吗？换一句话来，通过什么样的测试机器才能称拥有智能？无法判断对方是人还是计算机，那么就可以认为计算机具有同人相当的智力测试场景1.2计算机的诞生和发展8◆ENIAC（电子数字积分计算机）1946.2~1955.10宾州大学每秒5千次加减运算没有存储器采用十进制第一款商用计算机：UNIVAL1947年，莫奇莱和埃克特仅表明电子计算机时代的到来1.2计算机的诞生和发展9◆冯·诺依曼体系结构计算机人类第二台计算机；EDVAC（离散变量自动电子计算机）1945年冯·诺依曼参与研制并且发表

5、：关于EDVAC的报告草案采用二进制存储程序：程序和数据一起存储在内存中五个部分：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备奠定了现代计算机体系结构和工作原理迄今为止的计算机都采用这种思想，称为冯·诺依曼计算机1.2计算机的诞生和发展102.计算机的分代时代年份器件运算速度软件应用一46-58电子管每秒几千次机器语言汇编语言科学计算军事领域二58-64晶体管每秒几十万次高级语言数据处理工业控制三64-70集成电路每秒几百万次操作系统文字处理图形处理四71年迄今大规模集成电路达到每秒亿亿次数据库、网络等各个领域电子管晶体管集成电路大规模集成电路1.2计算机的诞生和发展11◆发展趋势：微型

6、化、巨型化、网络化和智能化◆未来新型计算机①光计算机用光束代替电子进行计算和存储具有超强的并行处理能力和超高速的运算速度②生物计算机（分子计算机）采用由生物工程技术产生的蛋白质分子芯片：信息以波的形式传播运算速度比当今最新一代计算机快10万倍，能耗仅有十分之一巨大的存储能力③量子计算机遵循量子力学规律，进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置中国科学技术大学潘建伟：2017年5月，光量子计算机1.2计算机的诞生和发展123.计算机的分类按综合性能指标分类高性能计算机（巨型机或大型机）：速度最快、处理能力最强、最快：神威·太湖之光每秒9.3亿亿次浮点运算2016.11工作站：

7、介于PC与小型机之间高档微机系统高分辨率、大容量内外存，图形功能较强微型计算机：桌面型计算机、笔记本电脑、平板电脑、移动设备服务器：网络环境中对外提供服务的计算机系统按用途分类通用机专用机嵌入式计算机：数量超过PC1.2计算机的诞生和发展134.计算机的应用类型1.科学计算2.数据处理3.电子商务①B2B阿里巴巴②B2C京东商城③C2C淘宝网4.过程控制5.CAD/CAM/CIMS6.多媒体技术7.人工智能机器学习、深度学习AlphaGo与李