大学计算机（第7版）全套PPT课件.pptx

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1.1 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 1.1 引言 ◆ 计算器1673年 德国Gottfried Leibniz，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1.2 计算机的诞生和发展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(Turing machine，TM ) 阿兰·图灵（Alan Mathison Turing ，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）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。1.2 计算机的诞生和发展1.通用图灵机通用图灵机输入输出图灵机M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1.2 计算机的诞生和发展 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/wiki/%E9%82%B1%E5%A5%87-%E5%9B%BE%E7%81%B5%E8%AE%BA%E9%A2%98邱奇/wiki/%E9%82%B1%E5%A5%87-%E5%9B%BE%E7%81%B5%E8%AE%BA%E9%A2%98－图灵论题 可计算的：图灵机可计算的就是可计算的 世界上的问题 不可计算的 图灵机模型：解决了可计算问题 计算机的理论问题计算机科学之父 图灵的贡献 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 人工智能之父美国计算机学会ACM于1966年创立了“图灵奖” 1.2 计算机的诞生和发展图灵测试 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？测试场景 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 1.2 计算机的诞生和发展 ◆ 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 ◆ 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2.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、网络等各个领域晶体管集成电路大规模集成电路电子管1.2 计算机的诞生和发展 ◆ 发展趋势：微型化、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 运算速度比当今必威体育精装版一代计算机快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