电子教案-第1章 计算机与计算思维

大学计算机基础现代教育技术中心本课程内容2大学计算机内容体系基础知识计算机文化信息技术基础操作系统基础网络基础信息安全与职业道德计算机新技术基本技能操作系统文字处理演示文稿电子表格应用设计数据库命令Flash软件Python初步计算机思维计算机思维概念数据结构与算法顺序结构选择结构循环结构现代教育技术中心课程目标拓宽计算机基础知识计算机的基本原理、技术和方法引入计算机新技术和计算机发展趋势掌握基本技能常用系统和应用软件的使用提高应用能力重点是网络、数据库技术的基础知识和应用培养计算机思维意识了解计算机思维、程序和算法等概念3现代教育技术中心课程的安排第1章计算机与计算机思维2学时第2章信息技术基础2学时第3章操作系统2学时第4章word20102学时第5章Excel20104学时第6章PowerPoint20102学时第7章多媒体技术及应用2学时第8章数据库基础2学时第9章计算机网络与Internet应用基础2学时第11章程序设计基础4学时现代教育技术中心课程特点内容多:每一章是计算机专业的一门主干课程，各章之间紧密度不高。为提高实效，讲课的次序以实践为主线，与教材次序不一致。实践性强:听到的会忘掉，看到的能记住，做过的才真正明白，实验是检验正确的标准，安排了丰富的实验。程度不一:共同的愿望对学习计算机兴趣、提高信息素养和计算机综合能力.5现代教育技术中心考核方法6平时成绩(40%)1.考勤(10分)课堂考勤50%实验课考勤(50%)2.实验作业(40分)3.学习平台学习(10分)视频(知识点学习数=总数*70%)(视频总学习时间=总时长*70%)在线时长和登录次数在线时长=总视频长度登录次数=124.期中测试(40分)WindowsOffice操作7•机房入口：•校园网入口：•账号和密码均为:学号•机房上机时的登录名为学号,密码为123456微课堂教学平台使用现代教育技术中心第1章计算机与计算思维现代教育技术中心第1章计算机与计算思维【知识要点】计算机的发展计算机的应用领域计算机的组成及各部分的功能常见的计算模式计算思维的概念及应用现代教育技术中心第1章计算机与计算思维1.1计算机的发展和基本构成1.2计算机应用系统的计算模式1.3计算思维概述现代教育技术中心引言11人类为什么要发明计算机？1人的计算速度很低(1)祖冲之计算π至小数点后7位数用了15年(2)计算30×30的行列式需要许多个人年(3)中国第一棵原子弹研制时，数百位科学家在大礼堂打算盘的壮观场景2早期的计算工具(1)算筹：春秋战国时期世界上最早的计算工具(2)算盘：中国唐代第一种手动式计数器沿有至今(3)计算尺：1622年英国奥特瑞德可进行加、减、乘、除、指数、三角函数(4)加法器：1642年法国帕斯卡机械式，只能做加法现代教育技术中心12(5)计算器1673年德国莱布尼茨，机械式可进行加、减、乘、除和开方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引言(6)差分机和分析机查尔斯.巴贝奇1812年差分机现代教育技术中心1.1.1计算机的发展和应用领域概述13(1)计算机的产生图灵机、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(AlanMathisonTuring，1912—1954)解决问题；什么是计算？什么是可计算性？现代教育技术中心1.1.1计算机的发展和应用领域概述14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，反之亦然著名的邱奇－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ACM于1966年创立了“图灵奖”计算机科学之父人工智能之父现代教育技术中心ENIAC(电子数字积分计算机)1946.2~1955.10宾州大学15每秒5千次加减运算没有存储器采用十进制表明电子计算机时代的到来，具有划时代意义1.1.1计算机的发展和应用领域概述(1)计算机的产生现代教育技术中心1.1.1计算机的发展和应用领域概述计算机的产生ENIAC计算机现代教育技术中心(1)计算机的产生冯·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：关于“EDVAC的报告草案”17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1.1.1计算机的发展和应用领域概述小结时代年份器件运算速度软件应用一46-59电子管每秒几千次机器语言汇编语言科学计算军事领域二60-64晶体管每秒几十万次高级语言数据处理工业控制三65-69集成电路每秒几百万次操作系统文字处理图形处理四70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(2)电子计算机的发展现代教育技术中心1.1.1计算机的发展和应用领域概述(3)微型计算机的发展微型计算机指的是个人计算机(PersonalComputer,PC)，简称微机。其主要特点是采用微处理器(MicroProcessingUnit,MPU)作为计算机的核心部件，并由大规模、超大规模集成电路构成。微型计算机的升级换代主要有两个标志，微处理器的更新和系统组成的变革。微处理器从诞生的那一天起发展方向就是：更高的频率，更小的制造工艺，更大的高速缓存。随着微处理器的不断发展，微型计算机的发展大致可分为以下几代:第一代(1971年—1973年)是4位和低档8位微处理器时代。典型微处理器产品有Intel4004、8008。集成度为2000晶体管/片，时钟频率为1MHz。第一个微处理器Intel4004现代教育技术中心1.1.1计算机的发展和应用领域概述(3)微型计算机的发展第二代(1974年—1977年)是8位微处理器时代。典型微处理器产品有Intel公司的Intel8080、Motorola公司的MC6800、Zilog公司的Z80等。集成度为5000晶体管/片，时钟频率为2MHz。同时指令系统得到完善，形成典型的体系结构，具备中断、DMA等控制功能。第三代(1978年—1984年)是16位微处理器时代。典型微处理器产品是Intel公司的Intel8086/8088/80286、Motorola公司的MC68000、Zilog公司的Z8000等。集成度为25000晶体管/片，时钟频率为5MHz。微机的各种性能指标达到或超过中、低档小型机的水平。第四代(1985年—1992年)是32位微处理器时代。集成度已达到100万晶体管/片，时钟频率达到60MHz以上。典型32位CPU产品有Intel公司的Intel80386/80486、Motorola公司的MC68020/68040、IBM公司和Apple公司的PowerPC等。现代教育技术中心1.1.1计算机的发展和应用领域概述(3)微型计算机的发展第五代(1993年至今)是64位奔腾(Pentium)系列微处理器的时代，典型产品是Intel公司的奔腾系列芯片及与之兼容的AMD的K6系列微处理器芯片。它们内部采用了超标量指令流水线结构，并具有相互独立的指令和数据高速缓存。随着MMX(MultiMediaeXtension)微处理器的出现，使微机的发展在网络化、多媒体化和智能化等方面跨上了更高的台阶。目前已向双核和多核处理器发展。(4)发展趋势：微型化、巨型化、网络化和智能化22未来新型计算机：(1)光计算机利用光子取代电子进行数据运算、传输和不同波长的表示不同的数据优点：超高速缺点：体积庞大(2)生物计算机(分子计算机)20世纪80年代中期开始研制,采用了生物芯片，运算速度比最新计算机快10万倍，耗电为现在普通计算机十亿分之一。(3)量子计算机利用处于多现实态下的原子进行运算的计算机,这种多现实态是量子力学的标志。1.1.1计算机的发展和应用领域概述现代教育技术中心1.1.1计算机的发展和应用领域概述(4)计算机的发展趋势神威超级计算机和申威微处理器现代教育技术中心2020/2/23形形色色的计算机现代教育技术中心1.1.1计算机的发展和应用领域概述计算机的应用领域计算机的诞生和发展，对人类社会产生了深刻的影响，它的应用范围包括科学技术、国民经济、社会生活的各个领域，概括起来可分为如下几个方面。(1)科学计算：即数值计算，是计算机应用的一个重要领域。计算机的发明和发展首先是为了高速完成科学研究和工程设计中大量复杂的数学计算。(2)信息处理：信息是各类数据的总称。信息处理一般泛指非数值方面的计算，如各类资料的管理、查询、统计等。(3)实时过程控制：实时控制在国防建设和工业生产中都有着广泛的应用。例如由雷达和导弹发射器组成的防空控制系统、地铁指挥控制系统、自动化生产线等，都需要在计算机控制下运行。现代教育技术中心1.1.1计算机的发展和应用领域概述计算机的应用领域(4)计算机辅助工程：计算机辅助工程是近几年来迅速发展的应用领域，它包括计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助教学(CAI)等多个方面。(5)办公自动化(OA)：指用计算机帮助办公室人员处理日常工作。(6)数据通信：“信息高速公路”主要是利用通信卫星群和光导纤维构成的计算机网络，实现信息双向交流，同时利用多媒体技术扩大计算机的应用范围。利用计算机把整个地球网络起来，使“地球村”成为现实。(7)智能应用：即人工智能，既不同于单纯的科学计算，又不同于一般的数据处理，它不但要求具备高的运算速度，还要求具备对已有的数据(经验、原则等)进行逻辑推理和总结的功能(即对知识的学习和积累功能)，并能利用已有的经验和逻辑规则对当前事件进行逻辑推理和判断。现代教育技术中心1.现代计算机系统的构成操作系统：DOX、Windows、MacOS、UNIX、linun等硬件系统主机运算器(ALU)控制器(CU)输入设备：键盘、鼠标、触摸屏、扫描仪、麦克风等中央处理器(CPU)内存软件系统系统软件通用应用软件：办公软件包、数所谓管理系统、计算机辅助设计等计算机系统只读存储器(ROM)随机存取存储器(RAM)高速缓冲存储器(Cache)外设输出设备：显示器、打印机、绘图仪、音响等外存：硬盘、光盘、U盘、移动硬盘等实用程序：诊断程序、排错程序等语言处理程序：C、C++、Java等专用应用软件：各企业的管理信息系统等应用软件1.1.2计算机系统的基本构成CPU28冯.诺依曼思想：•五大模块•程序和数据以二进制的形式存放在存储器•控制器根据存放在存储器中的指令序列(程序)进行工作存储器数据流控制流运算器外存储器输出设备内存储器输入设备控制器2.冯·诺依曼计算机的组成特点：程序存储，按程序顺序执行1.1.2计算机系统的基本构成29程序控制方式编写程序可执行程序指令操作码地址码指令译码器操作控制线路程序计数器控制信号3.硬件系统功能：指挥计算机的各个部件按照指令的功能要求协调工作。组成包括：指令寄存器IR、程序计数器PC、指令译码器ID。如何利用计算机解决问题？控制器(CU)运算器30控制信号功能：进行算术运算和逻辑运算。包括：算术逻辑部件ALU、累加器、通用寄存器、状态寄存器。数据内存累加器状态寄存器通用寄存器控制器的控制线路算术逻辑部件ALU状态寄存器状态寄存器用来记录算术、逻辑运算或测试操作的结果状态3.硬件系统31存储体地址译码器数据寄存器数据总线读写电路地址总线存储器功能：用来存储数据和程序，能按照指定位置读写二进制信息。包括：内存储器、外存储器(又称内存和外存)。外存储器：长期存放大量信