第1章计算机基础1选读.ppt

计算机科学导论 电子数字计算机是20世纪人类最伟大发明之一。短短的几十年，计算机以迅猛蓬礴之势，用非凡的渗透力和亲和力，彻底改变了我们这个星球的模样，融进每个人的工作、学习和生活之中，已在世界范围内形成了一种新的文化，构造了一种崭新的文明。 1983年1月，美国《时代》周刊（TIME）为上年度当选的“风云人物”撰文说：“在这一年里，这是最具影响力的新闻，它代表了一种进程，一种被全社会广泛接受并带来巨大变革的进程……这就是为什么《时代》在风云激荡的当今世界中选择这么一位 ‘人物’，但它不是一个人，而是一台机器——计算机。” 计算机是20世纪人类最伟大发明之一。西方人发明了这种奇妙的计算机器，为它起名为Computer。今天，计算机的概念早就背离了它的本义， 中国人把它与“人脑”相对应，先知先觉地称它为“电脑”。电脑不仅与计算有关，它还决定着我们的命运。 电脑的史前史应该从计算工具发端，至少可以追溯到我们祖先用石头或手指帮助计数的远古时代。英语里的“Calculus”（计算）一词来源于拉丁语，既有“算法”的含义，也有肾脏或胆囊里的“结石”的意思。 古人用石头计算捕获的猎物，石头就是他们的计算工具。 美国著名科普大师阿西莫夫说过， 人类最早的 “计算机” 是手指， 英语单词“Digit” 既表示“手指”又表示“整数数字”。而中国数学史专家考证，大约在新石器时代早期，即远古传说里伏羲、黄帝之前，先民使用的“计算机”是结绳，即用绳子打结的多少来表示数的概念。 当我们的祖先告别了结绳记数，数学的萌芽让人类开始了“数字化生存”的初次尝试。从公元前四五千年起，美索不达米亚两河流域苏美尔人在发明楔形文字的同时，也在泥板上刻下了人类最早的一批数字符号。 人类最早有实物作证的计算工具诞生在中国。? 古语曰：“运筹策于帷幄之中，决胜于千里之外。”筹策又叫算筹，它是中国古代普遍采用的一种计算工具。算筹不仅可以替代手指来帮助计数，而且能做加减乘除等数学运算。中国古代数学家正是以“算筹计算机”为工具，运筹帷幄，殚精竭虑，写下了数学史上光辉的一页。 公元500年前， 中国南北朝时期的数学家祖冲之（公元429～500年），借助算筹作为计算工具，? 成功地将圆周率π值计算到小数点后的第7位，即在3.1415926至3.1415927之间，成为当时世界上最精确的π值，比法国数学家韦达的相同成就早了1100多年。 几乎就在英国牧师奥却德完成计算尺研制的同一时期，欧洲大陆上空显现了计算机发明的第一抹曙光。人们现在大都把第一台机械计算机的荣誉归功于法国的帕斯卡，但鲜为人知的是，在帕斯卡之前，德国科学家契克卡德（W. Schickard）曾经制作出一台更出色的计算机器。 据说，契克卡德只造了两台原型，人们是在他的一封信里发现了该机器的示意图， 才知道了这个事实。 1642年，十七世纪的法国著名的科学家帕斯卡发明了机械加法器。 德国伟大的数学家，因独立发明微积分而与牛顿起名的莱布尼茨，受加法器的启发，在1674年造出一台更完善的机械计算机——乘法器。 第一个把程序控制引入计算机的英国数学家C.巴贝奇。 1822年，巴贝奇设计一台可以运转的差分机，他可以用来做三角函数和对数的计算，已经能达到 10－6次方的运算； 1834年，巴贝奇又完成了一项新计算机装置的构想，发明了“分析机”。它不仅可以进行数字运算，而且还能进行逻辑运算。 这就是有关图灵机的最初幻想。其实图灵机一直是一个只存在概念上的计算机，图灵幻想它就像一条永无边际的穿孔纸带，可以在一个存储了特定程序的机器上来回运算。 图灵把人在计算时所做的工作分解成简单的动作，与人的计算类似，机器需要： （1）存储器，用于贮存计算结果； （2）一种语言，表示运算和数字； （3）扫描； （4）计算意向，即在计算过程中下一步打算做什么； （5）执行下一步计算。具体到一步计算，则分成： （1）改变数字符号； （2）扫描区改变，如往左进位和往右添位等； （3）改变计算意向等。整个计算过程采用了二进位制，这就是后来人们所称的“图灵机”。 “埃尼阿克” （ ENIAC）计算机的最初设计方案，是由36岁的美国工程师莫奇利于1943年提出的。计算机的主要任务是分析炮弹轨道。美国军械部拨款支持研制工作，并建立一个专门研究小组，由莫奇利负责。 “埃尼阿克”的存储器是电子装置，而不是靠转动的“鼓”。它能够在一天内完成几千万次乘法，大约相当于一个人用台式计算机操作40年的工作量。它是按照十