大学计算机基础 西安交通大学 2005年

第1章 概论 主要内容 1.1 计算的过去、现在和未来 1.2 计算机与信息处理 1.3 计算机主要应用领域

1.1 计算的过去、现在和未来 一. 计算和计算装置的发展 二. 电子计算机时代 三. 未来的计算机

一. 计算和计算装置的发展 1. 算筹和算盘 2. 计算尺和机械计算机 图1-2、图1-3 3. 机电式计算机 图1-4 2. 计算尺和机械计算机 图1-2、图1-3 3. 机电式计算机 图1-4 4. 计算机的理论基石 数理逻辑: 计算机逻辑设计的理论根据 图灵机: 数学模型和二进制 开关电路理论: 逻辑运算的实现

二. 电子计算机时代 1. 电子计算机的诞生 1) ENIAC 2) 冯·诺依曼和程序存储方式 30吨，1500平方英尺，150千瓦 主频仅为0.1MHz—比炮弹还要快的计算机 编程通过线路连接实现---体力活 电子计算机诞生的标志 2) 冯·诺依曼和程序存储方式 将程序事先存放: 自动计算

2. 电子计算机的发展历程 1) 电子真空管及继电器作为逻辑元件 2) 晶体管计算机 EDVAC、UNIVAC、IBM701等 贝尔实验室发明晶体管 TRADIC、IBM7090 计算速度几十万次 存储器的革命, 容量10万字节以上

2. 电子计算机的发展历程 3) 集成电路计算机 4) LSI和VLSI计算机 1958年，基尔比和诺伊斯发明集成电路 微程序控制、系列兼容、流水线技术、高速缓存 IBM S/360系列 4) LSI和VLSI计算机 计算机分化为大型机,小型机,巨型机和微型机

3. 计算机软件的发展 1) 电子管时代 2) 汇编语言、高级程序设计语言 以机器语言（二进制代码）编程 接插板或开关板控制计算机操作 氖灯或数码显示运行结果 2) 汇编语言、高级程序设计语言

3. 计算机软件的发展 3) 监控程序、批处理程序 4) 操作系统 5) 数据库、集成开发环境 分时操作系统 实时操作系统 并行操作系统 网络操作系统 分布式操作系统 5) 数据库、集成开发环境

4. 微型计算机 1) 处理器芯片 2)微机的代表(PC) Intel 4004微处理器 8080~P4 ALTAIR 8800 第一台微机 苹果机 IBM PC

5.中国计算机的发展 1)科学计算 2)高性能计算机 3) 微机：长城0520CH 4) 芯片：龙芯 5) 软件: CCDOS、WPS 103机、104机、107机、109乙机、109丙机、119机 2)高性能计算机 银河、曙光、神威系列 3) 微机：长城0520CH 4) 芯片：龙芯 5) 软件: CCDOS、WPS

三. 未来的计算机 1. 电子计算机的发展方向 2. 计算机的未来 1) 微型化: LSI和VSI,走入千家万户 2) 巨型化: 速度高,容量大,功能完善 3) 网络化: 实现信息传递和资源共享 4) 智能化: 模拟人的思维活动 2. 计算机的未来 1) 光计算机 2) 生物计算机 3) 分子计算机 4) 量子计算机

1.2 计算机与信息处理 一. 信息科学及信息技术 二. 基于计算机的信息处理

一. 信息科学及信息技术 1. 信息及信息科学 1) 信息的各种定义 2) 广义信息论：信息科学 选择通信符号的方式 用来减少随机不定性的东西 区别于物质与能量的第三类资源 2) 广义信息论：信息科学 研究信息的本质和特点，信息的取得、计量、传输、储存、处理、控制和利用的一般规律

一. 信息科学及信息技术 2. 信息技术革命 1)文字的使用 2)印刷术的发明 3)电话、广播和电视的使用 4)计算机与通信相结合的信息技术

二. 基于计算机的信息处理 1. 信息的编码表示 (1) 数值 1) 绝对值: 转化为二进制 正负号: 编码 小数点: 定点 2) BCD码 1) 绝对值: 转化为二进制 正负号: 编码 小数点: 定点 2) BCD码 用4位二进制代码表示1位十进制数 例如: 0----0000 9----1001

二. 基于计算机的信息处理 (2) 字符 1) 标准编码: ASCII码 2) 编码组成: 1个字节 2) 编码组成: 1个字节 7位码:基本ASCII 8位码: 扩充ASCII 3) 包含字符: 字母: A~Z, a~z 数字: 0~9 标点符号及运算符号 控制符

二. 基于计算机的信息处理 (3) 汉字编码 1) 分类: 机内码 外码(输入码: 五笔字型,拼音,区位等 输出码: 点阵信息码等) 2) 编码标准 GB2312-80, GB18030-2000 Unicode,GBK,BIG5, 3) GB2312-80标准的内码 区位码----国标码----机内码

(4) 图像,声音的编码 见第8章 多媒体技术

2. 信息的组织 1) 文件系统 2) 数据库管理系统 应用程序1 数据库 用户1 应用程序2 数据库管理系统 用户2 应用程序3 用户3 1) 文件系统 2) 数据库管理系统 应用程序1 数据库 用户1 应用程序2 数据库管理系统 用户2 应用程序3 用户3 应用程序1 数据文件1 用户1 应用程序2 数据文件2 用户2

3. 信息的传输 网络----因特网 通信子网 资源子网

4. 计算机和现代生活 多媒体教学（作业提交、答疑、考试） 通讯 娱乐 家用电器 信息管理（学籍、图书馆、OA） 信息检索

1.3 计算机主要应用领域 1. 科学与工程计算 2. 信息处理 3. 过程控制 4. 计算机辅助系统 5. 多媒体技术应用 6. 计算机通信和网络应用 7. 人工智能

计算机典型应用领域介绍 一. 科学与工程计算 二. 信息管理 三. 电子商务

一. 科学和工程计算 计算数学+计算机 科学计算 科学计算是第三种科学手段 计算机是人类计算能力的延伸 计算数学：研究数值计算方法 计算机：计算数学强有力的工具 科学计算是第三种科学手段 理论研究：无法求得理论解 科学实验：难以应用实验手段 可以进行计算 计算机是人类计算能力的延伸

科学和工程计算的步骤 建立数学模型 探索有效的计算方法 计算方法的理论分析 编写程序进行计算 数值模型问题的计算

π= ？ 例：π的求值，古老的计算问题 π= 周长/直径

π求值的历史 公元前250年，古希腊，阿基米德，≈3.14 公元480年，祖冲之，3.1415926~3.1415927 1609年，德国，Ludolph Van Ceulen，35位小数 1874年，William Shanks，707位小数(527位正确) 1949年，ENIAC，2,037位小数 1958年，IBM 704，10,000位小数 1961年，IBM 7090，100,265位小数 1973年，CDC 7600，1,001,250位小数 1999年，HITACHI SR8000，206,158,430,000位小数

π求值的方法 实验法 几何法 分析法（计算数学） 计算机运算法：使用分析法得到公式，通过计算机进行计算

例：π的计算方法 (1) (2) Machin公式 (3) Ramanujan公式 (4) Chudnovsky公式 (5)

例：计算π（续1） 理论分析： 公式（1）计算量小，程序编制简单，收敛很慢； 公式（2）计算量不大，收敛较快，程序编制较简单； Machin公式每计算一项可以得到1.4位的十进制精度，收敛较快，容易在计算机上编程实现； Ramanujan公式和Chudnovsky公式收敛更快，但程序实现比较复杂。

例：计算π（续2） 公式(1)的编程实现： int s = 1; double n = 1.0, t = 1.0, pi = 0.0; while(fabs(t)>=1e-10) { pi = pi+t; n = n+2; s = -s; t = s/n; }

二. 信息管理 1. 信息处理的发展 数据处理系统 办公自动化（OA）系统 管理信息系统( MIS) 例：零售业霸主沃尔玛

二. 信息管理 2. MIS概念要点 人-机系统 技术手段+现代管理思想 计算机技术 信息技术 管理技术 决策技术 辅助管理和决策

二. 信息管理 3. 企业信息系统 1)产生背景：现代化的大生产给机械制造业带来了许多困难 原材料不能准时供应 零部件生产不配套 产品生产周期过长，劳动率下降 资金积压严重，周转期长 市场和客户的要求多变，使企业经营计划系统难以适应

二. 信息管理 2) 企业信息系统和现代管理方法 (1)物料需求计划MRP (Material Requirement Planning) 通过主生产调度，物料用量清单、库存、未交货单等资料，计算未来的物料需求。

(2)MRP-II (3) 计算机集成制造系统CIMS (Manufacturing Resources Planning) 除材料外，人力、资金、设备和时间也看成企业的资源，并加以控制 除生产外，还包括销售、财务、成本的处理 满足制造业所有的经营及生产活动 (3) 计算机集成制造系统CIMS (Computer Integrated Manufacturing Systems)

(Enterprises Resources Planning) 集组织模型、企业规范和信息技术、实施方法为一体的综合管理应用体系； 企业的管理核心从“在正确的时间制造和销售正确的产品”，转移到了“在最佳的时间和地点，获得企业的最大利润” 具有智能化的管理控制系统； 能够适应互联网，支持跨平台、多组织的应用，并和电子商务的应用具有广泛的数据、业务逻辑接口。

三. 电子商务 例：亚马逊的奇迹 1995年车库中诞生 1997年营业收入达1.48亿美元，1998年猛增到5.4亿美元 提供了310万个可方便查找的书目 1600名员工人均创收37.5万美元 网上书店每平方米的销售量是传统书店的800％

三. 电子商务 1.什么是电子商务 2. 电子商务的产生背景 POS、EDI 通过Internet进行的各种商务活动 商业自动化完善和发展 企业内部的商务活动大量使用OA和MIS 金融业步入电子化，大量采用自动服务系统 Internet技术的飞速发展

三. 电子商务 3. 电子商务的主要内容 企业内部电子商务 企业间的电子商务 企业与消费者之间的电子商务