大学计算机基础 Basics of Computer Science Fall, Year 2014

Presentation on theme: "大学计算机基础 Basics of Computer Science Fall, Year 2014"— Presentation transcript:

1 大学计算机基础 Basics of Computer Science Fall, Year 2014
School of Computer Science 计算机科学学院

2 大学计算机基础 任课教师: 方 宇 电 话: 办公室：明理楼B304 答疑辅导：明理楼B512 每周四晚19:30-21:30 计算机科学与技术学院

3 课程简介 实验课，6学时 理论课，18学时 内容 学时 计算机网络 2 数据库 程序设计 内容 学时 计算机与信息社会 2 信息的表示 4
计算机硬件系统 计算机软件系统 计算机网络与信息安全 信息管理与数据库 程序设计基础 实验课，6学时 理论课，18学时

4 课程资源和成绩评定 网络平台http://swpu.fy.chaoxing.com 课程平台http://jsjjc.swpu.edu.cn
总成绩=课堂成绩（85%）+实验成绩（15%） 课堂成绩=平时成绩（25%）+期末成绩（75%） 课堂平时成绩：包括上课考勤、作业等 课堂期末成绩：考核方式为闭卷机考 实验成绩：实验考勤和实验报告

5 教学目标 知道计算机是什么，理解计算机怎么工作，指导怎样操作计算机，再到为什么要这么操作，最后到自己知道用计算机能做什么。
更多的是“为什么”而不是“是什么” 计算机的发明是20世纪最卓越的成就之一。与其它学科相比，是一门后起之秀学科。在短短的50多年里，计算机发展是各学科中最迅速的，到今天，计算机已经成了信息化社会必不可少的工具。 3.在大学的学习期间，计算机同数学、物理、英语一样成为大家的必修课程，是一门必须学习和掌握的科学知识。 对于非计算机专业的同学来说，计算机是一个工具，它可以辅助我们更好的学习本专业的科学技术知识。所以我们学习计算机知识的目的是能利用计算机解决本学科、本专业的实际问题。例如石油工程的同学毕业分到油田，就通常需要计算机记录、计算数据；机械同学需要制图 还有一点就是计算机的学习同英语的学习有着紧密联系。国外的计算机技术发展比国内快十几年，现在我们使用的很多软件，它们的界面、代码、帮助文档都是用英语做的，甚至一些较先进的计算机技术的书籍也只有英文版本。如果没有好的英语阅读和理解水平，学习计算机知识的难度将相当大。 1.当今，人类社会已开始全面步入信息化时代。在信息化社会中，电子计算机的大名早已家喻户晓，它的影响遍及人类社会的各个领域，其应用几乎达到了“无孔不入”的地步。 2.计算机科学与技术不仅发展成为一门先进的独立学科，而且产生了对人类的生产方式、生活方式和思维方式都产生深远影响的文化现象。由计算机技术和通信技术相结合而形成的信息技术是信息社会中最 重要的技术支柱，计算机文化(或信息文化)不仅极大地推动了当代社会生产力的发展，而且将创造出更加灿烂辉煌的人类文明。 计算机科学与技术学院 5

6 参考书籍 计算机的奥秘(第6版) 清华大学出版社 灵魂机器的时代—当计算机超过人类智能时 上海译文出版社 ACM图灵奖—计算机发展史的缩影
高等教育出版社 正确认识课本的作用：最常用的参考书 1.作者Run White是美国著名计算机专家，本书在国际图书市场上长销不衰，全球销量超过100万册。在这里，作者带领我们深入到各种最前沿、最流行的计算机及其应用技术、展示个人计算机的神经中枢和重要部件的奥秘。书中，紧密配合、相映成趣的插图和文字将计算机的引导过程、软件、微芯片、数据存储、输入输出设备、多媒体、因特网、打印等技术解释得明晰易懂。特别是通过充满趣味性的彩色插图，诠释了许多深奥难懂的概念，帮助人们进一步理解许多习以为常，但又不明就里的幕后关键技术。 2.信息技术、生物工程、纳米材料是当代科技三大前沿，到21世纪，这三大技术将合力打造出的新的智能机器，将重塑人类的大脑和躯体。作者大胆预测：到21世纪，人类和机器将难分彼此，人类将不再是万物之灵。电脑将比人脑有高一万倍的智能。机器不仅具有智能，而且具有灵魂，将具有人类的意识、情绪和欲望；而人类身体中植入了用生物工程和纳米材料制成的电脑芯片、人造器官，将比现代人类更长寿，有更强的学习能力，更灵敏的视觉和听觉，而虚拟现实有可能使人机发生“恋爱”……这不是科幻小说，更不是天方夜谭，这是库兹韦尔为我们描述的“灵魂机器的时代”。 库兹韦尔在书后的大事年表中展示了宇宙演化、生命进化和科技发展的历程，使读者对世界科技的发展过程和未来走向一目了然。 3. 《ACM图灵奖:计算机发展史的缩影( )(第3版)》介绍了51位ACM图灵奖获得者的工作和事迹。通过对20世纪下半叶及21世纪初有代表性计算机科学家的介绍，多方位、多视角地反映计算机科学技术半个多世纪来的发展历程。《ACM图灵奖:计算机发展史的缩影( )(第3版)》在一定程度上反映了计算机体系结构、程序设计语言、算法设计与分析、操作系统和编译程序、数据库技术、计算复杂性理论、软件工程、人工智能等计算机科学技术主要分支的形成过程和发展概况。通过追寻成功者的足迹，给人以必要的启迪，读者可以从阅读《ACM图灵奖:计算机发展史的缩影( )(第3版)》中吸取成长和成功所必需的养分。 计算机科学与技术学院

7 第1章 计算机基础知识 学习目标 1 2 3 了解发展历史 与未来 了解分类与特点 了解应用领域 计算机科学与技术学院

8 第1章 计算机基础知识 什么是计算机? 计算机是一种能够高速运算、具有内部存储能力、由程序控制其操作过程的电子装置。 计算机科学与技术学院

9 什么是计算机？ 在高度信息化的今天，计算机已经渗透到社会生活的各个领域，从艺术世界到社会生活，处处可见计算机的应用。《海底总动员》、《狮子王》、《猫和老鼠》中惟妙惟肖、出神入化的三维动画；《真实的谎言》、《卧虎藏龙》、《神话》中的精彩特技；2003年伊拉克战争中精制导弹的精确定位；这些无一不是计算机的杰作。即便从来没有想过这些问题，但当你步入火车站、飞机场、大型超市、银行等地方，都能发现人们在用计算机售票、检查危险物品、刷卡消费、计算存储利息等；大街小巷不时又多了一个“××网吧”；漫步街头，不时从人流中传出什么“QQ网上聊天”、“星际争霸”、“反恐”、“传奇”等时髦字眼，一时之间，仿佛全世界的人们都在讨论“因特网”、“WWW”，都在做自己的网站似的；书店的书架上最抢眼的是种类繁多的计算机书籍；报纸、电视新闻中不时传出某某计算机病毒发作、有人利用计算机进行诈骗、盗取银行客户、公司等巨额资金的报道。所有这些都表明计算机已经深入到社会生活的方方面面，它改变了人们的生活、娱乐和工作方式。 计算机科学与技术学院

10 第一章 认识计算机 计算机的产生 1. 计算机的发展 2. 计算机应用 3. 计算机科学与技术学院

11 计算机发展历史与未来 1 计算机史前史 2 现代计算机的发展 3 未来新型计算机 计算机科学与技术学院

12 中国古老的计算工具 算筹：春秋时期已普遍运用 祖冲之：借助算筹计算出圆周率 算盘：始见于汉末三国时代 提供了计算过程中存储数的手段
提供了一套计算规则(口诀) 人按照规则进行计算 算盘：始见于汉末三国时代 计算机科学与技术学院

13 计算机史前史 MARK I 布尔 1822 差分机 Charles Babbage 加法器 Pascal 算盘 电子计算机时代
早在汉代之前, 中国人民就发明了一种计算工具,称为算盘亦称珠算,它是素有“中国计算机”之称。 17世纪以后，欧洲开始尝试制造机械计算机。 这个时期的,法国的帕斯卡迈出了关键的一步。他制成了世界上第一台齿轮式加法器，能够进行6位数的加减法运算。 1642年 少年帕斯卡（39岁 法国 帕斯卡三角-》杨辉三角）对他的父亲一往情深，他每天都看着年迈的父亲费力地计算税率税款，很想帮助做点事，可又怕父亲不放心。于是，未来的科学家想到了为父亲制做一台可以计算税款的机器。19岁那年，他发明了人类有史以来第一台机械计算机。  这台加法机是利用齿轮传动原理，通过手工操作，来实现加、减运算的。机器中有一组轮子，每个轮子上刻着从0到9的10个数字。右边第一轮子上的数字表示个位数字，第二个轮子上的数字表示十位数字，依此类推。在两数相加时，先在加法机的轮子上拔出第一个数，再按照第二个数在相应的轮子上转动对应的数字，最后就会得到这两个数的和。 德国著名数学家莱布尼兹（W. Leibniz）对这种计算器非常感兴趣，在帕斯卡的基础上，提出了进行乘、除法的设计思想，并用梯形轴做主要部件，设计了一个计算器。它是一个能够进行四则运算的机械式计算器。莱布尼兹的这台乘法机长约1米，宽30厘米，高25厘米。它由不动的计数器和可动的定位机构两部分组成，整个机器由一套齿轮系统来传动。莱布尼兹设计的样机，曾先后在巴黎、伦敦展出。 这个时期有一个重要的人物不得不提,这就是巴贝奇（C·Babbage， ）!他就提出了一套近于完整的程序自动控制的设计方案，并于1822年制成一台可以运转的的带有3个寄存器的差分机模型。这台机器能执行整个计算程序，蕴含了程序设计的萌芽。1834－1835年间，巴贝奇采用了了提花机中利用穿孔卡片来自动控制提花线的新技术，设计出分析机。分析机在结构上比差分机有很大的改进。差分机能完成简单多项式的计算操作， 1854年：布尔创立布尔代数，为百年后出现的数字计算机的开关电路设计提供了重要的理论基础。 美国哈佛大学的艾肯（H. Aiken）于1936年就提出了用机电方法来实现巴贝齐分析机的想法，并在1944年制造出MARK I计算机。 1943 年1 月:MarK I 自动顺序控制计算机在美国研制成功。整个机器当时被用来为美国海军计算弹道火力表。 1943年：绰号为“巨人”的用来破译德军密码的计算机在英国布雷契莱庄园制造成功，此后又制造多台，为第二次世界大战的胜利立下了汗马功劳。 MARK I 布尔 计算机科学与技术学院

14 计算机史前史 帕斯卡机的意义：它告诉人们“用纯机械装置可代替人的思维和记忆”。开辟了自动计算的道路 计算机科学与技术学院

15 电子计算机原理 1 输入 输出 A B L L A B 非门电路 具有单向导电或者放大作用的电子元器件可以用来制作电子计算机
1 非门电路 具有单向导电或者放大作用的电子元器件可以用来制作电子计算机 计算机科学与技术学院

16 第一台电子计算机 电子计算机的诞生 1946年2月，美国宾夕法尼亚大学研制成功了世界上第一台大型通用数字电子计算机ENIAC(爱尼亚克)。
体重30多吨 占地170m2 18000多只电子管 1500个继电器 功率150KW 5000次加法/秒 不能存储程序 用布线板控制 2）性能： 它每秒能进行5000次加法运算，用它计算弹道只要3 s，比机械计算机快1000倍，比人工计算快20万倍。 ENIAC在美国陆军弹道研究所运行了约10年。 3）特点： ENIAC共用了18 000个电子管和86 000个其他电子元件，1500个继电器，耗电150 kW/h，运算速度却只有每秒300次各种运算或5 000次加法，占地170 m2，有两个教室那么大，重量达30t。 4）意义 尽管ENIAC（图）有许多不足之处，但毕竟是计算机的始祖，揭开了电子计算机时代的序幕。从它问世以后，计算机技术飞速发展，速度之快令人震惊 计算机科学与技术学院

17 现代计算机的发展 计算机发展进程中的四个主要时代 软件配置更加丰富 操作系统形成 高级语言相继推出 使用机器或汇编语言 第1代
1946—1955 电子管 使用机器或汇编语言 计算机科学与技术学院

18 现代计算机的发展 德•福雷斯特 帕洛阿托小镇 什么是电子管?
电子管是一种在气密性封闭容器（一般为玻璃管）中产生电流传导，以获得信号放大或振荡的电子器件. 德•福雷斯特 帕洛阿托小镇 1895年： 英国,弗莱明(J.Fleming) 发明了人类第一只电子管。 1912年：美国青年发明家德•福雷斯特（L.De Forest）在帕洛阿托小镇首次发现了电子管的放大作用，为电子工业奠定了基础，而今日的帕洛阿托小镇也已成为硅谷的中心地带。 我们把两块金属封在一个真空的玻璃管里，一块加热一块不加热，那么我们就可以轻易把热金属里的电子拉向冷金属，而很难把冷金属的电子拉向热金属。这样就使得这个管子具有了单向导电的特性，电子从热金属飞向冷金属，在物理上就定义为电流从冷金属流向了热金属。使用真空的原因是为了避免空气分子对电子运动造成不利影响。 采用电子管作为基本元器件，软件方面确定了程序设计的概念，出现了高级语言的雏型。特点是体积大、耗能高、寿命短、速度慢（一般每秒数千次至数万次）、容量小、价格昂贵。主要用于军事和科学计算。这为计算机技术的发展奠定了基础。其研究成果扩展到民用，形成了计算机产业，由此揭开了一个新的时代──计算机时代（Computer Era）。 计算机科学与技术学院

19 第一代： 电子管 体积大 速度低 存储容量小 可靠性低 计算机科学与技术学院

20 现代计算机的发展 计算机发展进程中的四个主要时代 软件配置更加丰富 操作系统形成 高级语言相继推出 第2代 使用机器或汇编语言 第1代
1956—1963 晶体管 第2代 高级语言相继推出 第1代 1946—1955 电子管 使用机器或汇编语言 计算机科学与技术学院

21 现代计算机的发展 晶体管的革命! 体积小 耗能低 性能稳定 体积大 耗能高、散热量大
1947年12月23日，贝尔实验室两位科学家用一些金箔、一些半导体材料和一个弯曲的别针实现了一个能使电流放大并能控制电流开关的东西---晶体管. 晶体管的优点: 体积小 耗能低 性能稳定 电子管的缺点： 体积大 耗能高、散热量大 1947年：贝尔实验室的肖克利(William B. Shockley)，布拉顿(John Bardeen)，巴丁(Walter H. Brattain)创造出了世界上第一只半导体放大器件，他们将这种器件重新命名为“晶体管” 计算机科学与技术学院

22 第二代：1956-1963 体积、速度、可靠性明显改善 晶体管
由于第二代计算机采用晶体管逻辑元件，及快速磁芯存储器，计算机速度从每秒几千次提高到几十万次，主存储器的存贮量，从几千提高到10万以上。 1953年：贝尔实验室使用800只晶体管组装了世界上第一台晶体管计算机TRADIC。 晶体管的发明改变了计算机的构建方式。采用晶体管为基本器件的计算机体积小，能耗降低，寿命延长，运算速度提高（一般每秒为数十万次，可高达300万次），可靠性提高，价格不断下降。 软件方面出现了一系列的高级程序设计语言（如FORTRAN、COBOL等），并提出了操作系统的概念。计算机设计出现了系列化的思想。应用范围也进一步扩大，从军事与尖端技术领域延伸到气象、工程设计、数据处理以及其它科学研究领域。 体积、速度、可靠性明显改善 计算机科学与技术学院

23 现代计算机的发展 晶体管时代的计算机器 1956年：IBM向世界展示了第一台磁盘存储系统IBM 350 RAMAC（Random Access Method of Accounting and Control） 1963年：控制数据公司(CDC)的西蒙.克雷(S. Cray)博 士研制成功CDC6600巨型机，共安装了35万个晶体管。 会计和控制随机存取法 CDC 6600'是来自控制资料公司的大型计算机，首先于1964年在加州大学伯克利分校的劳伦斯放射实验室投入使用。在当时，CDC 6600主要被用于高能核物理研究，包括一部分在阿尔瓦雷斯气泡室中录摄的核事件分析。CDC 6600起初于一年前被运至位于瑞士日内瓦附近的欧洲核子研究组织，也被用于高能核物理的研究。一般来说CDC 6600被认为是第一个成功的超级计算机，每秒浮点运算次数达1M，超过之前最快的IBM 7030约三倍。它从1964年到1969年一直保持世界最快的计算机，直到让渡其继任者CDC 7600。 CDC 6600的系统架构被用在更简单（也更慢）的CDC 6400上，和另外一个拥有两个6400处理器的6500版本上。这些机器都与6600的指令完全兼容，但是因为更简单和顺序化的处理机而运行较慢。这个系列现在被成为CDC 6000系列。CDC 7600起初设计为CDC 6800并且也一样的兼容，但后来为了设计和高性能需要不得不牺牲了兼容性。虽然7600的中央处理器与6600兼容，允许便携式用户代码，但物理处理器却不相同，需要一个不同的操作系统。 在加州的芒廷维尤计算机历史博物馆，就有一台CDC 6600在展出。 23

24 现代计算机的发展 计算机发展进程中的四个主要时代 软件配置更加丰富 操作系统形成 第3代 高级语言相继推出 第2代 使用机器或汇编语言
1964—1971中小规模集成电路 第3代 操作系统形成 1956—1963 晶体管 第2代 高级语言相继推出 第1代 1946—1955 电子管 使用机器或汇编语言 计算机科学与技术学院

25 现代计算机的发展 什么是集成电路? 在几平方毫米的单晶体硅片上集成几十个甚至几百个电子器件组成的逻辑电路. 优点：
比分离元器件具有更高的可靠性 提高电子线路装配密度 减少信息传输的延迟时间 1959年：来自曾开发出第一台晶体管收音机的TI公司的基尔比(J.Kilby) 向美国专利局申报专利“半导体集成电路”。7月30日，仙童公司向美国专利局申请专利“半导体集成电路”。 几根零乱的电线将五个电子元件(如晶体管、二极管、电容器等)连接在一起，就形成了历史上第一个集成电路。 计算机科学与技术学院

26 现代计算机的发展 集成电路计算机（Integrated Circuit，IC） 小规模集成电路IC
1973年，8月26日，我国第一台每秒钟运算100万次的集成电路电子计算机在北京试制成功。 采用中、小规模集成电路（Integrated Circuit，IC）作为基本器件。集成电路在一块小小的硅片上，可以集成上百万个电子器件，如晶体管、电阻或电容等，因此人们常把它称为芯片。在软件方面，出现了操作系统以及结构化、模块化程序设计方法。软、硬件都向通用化、系列化、标准化的方向发展。计算机的体积更小，寿命更长，能耗、价格进一步下降，而速度和可靠性进一步提高，应用范围进一步扩大。 小规模集成电路IC 计算机科学与技术学院

27 现代计算机的发展 集成电路时代的计算机器 1964年：IBM360计算机问世，标志着第三代计算机的全面登场，这也是IBM历史上最为成功的机型。 1965年：DEC公司推出了PDP-8型计算机，标志着小型机时代的到来。 IBM 360系列是最早采用集成电路的通用计算机，也是影响最大的第三代计算机。它的主要特点是通用化、系列化、标准化。 美国控制数据公司（CDC）于1969年1月研制成功的超大型计算机CDC 7600，速度达到每秒1千万次浮点运算，是这个时期设计最成功的计算机产品。 计算机开始进入许多科学技术领域 27

28 现代计算机的发展 计算机发展进程中的四个主要时代 软件配置更加丰富 第4代 操作系统形成 第3代 高级语言相继推出 第2代
1971—1980大规模集成电路 第4代 软件配置更加丰富 1964—1971中小规模集成电路 第3代 操作系统形成 1956—1963 晶体管 第2代 高级语言相继推出 第1代 1946—1955 电子管 使用机器或汇编语言 计算机科学与技术学院

29 现代计算机的发展 大规模集成电路计算机（微处理器4004）
1971年，Intel公司研制成了第一台微处理器（MPU，Micro Processor Unit）芯片4004，这一芯片集成了2250个晶体管组成的电路，其功能的出现。目前，采用主频超过3GHz的Pentium IV芯片的微机已成为市场的主流，一个芯片可以集成7.2亿多个晶体管，标志着大规模集成电路时代的到来，也导致了微型计算机体管。 第四代计算机（自1971年开始） 　　计算机进入了超大规模集成电路计算机时代。其主要的特点是：硬件方面，计算机逻辑部件由大规模和超大规模集成电路组成，主存储器采用半导体存储器，提供虚拟能力，计算机外围设备多样化、系列化；软件方面，实现了软件固化技术，出现了面向对象的计算机程序设计编程思想，并广泛采用了数据库技术、计算机网络技术。其发展过程中最重要的成就之一表现在微处理器 （Micro-processor)技术上。微处理器是一种超小型化的电子器件，它把计算机的运算器、控制器等核心部件集成在一个集成电路芯片上。微处理器的出现为微型计算机的诞生奠定了基础。 计算机科学与技术学院

30 第四代电子计算机发展期间的代表机型 Apple Ⅱ 苹果的故事（MAC）
1977年4月，苹果推出了世界上第一台真正的个人电脑—Apple II，这在大部分学校中成为主流的电脑机型，在八十年代中期，国内用户刚刚接触电脑时，熟悉的就是Apple II和BASIC语言。 使用的Motorola出品的M6500CPU，4KB的RAM、键盘、8个插槽的主板、游戏杆、图形/文本界面的彩色显示器，内嵌式Basic，是第一款带有彩色图形显示的计算机。 1983年：苹果公司推出了丽萨(Lisa)电脑，是世界上第一台商品化的图形用户界面的个人计算机，同时这款电脑也第一次配备了鼠标。1984年：苹果公司推出了划时代的Macintosh计算机，不仅首次采用了图形界面的操作系统，并且第一次使个人计算机具有了多媒体处理能力。 Apple Ⅱ 计算机科学与技术学院

31 IBM PC（International Business Machines Corporation）
第四代电子计算机发展期间的代表机型 IBM PC（International Business Machines Corporation） 蓝色巨人（IBM） 在1980年，一台IBM计算机采用主频为8MHz的Intel8088，操作系统是微软的MS-DOS。IBM把这台机器命名为PC（Personal Computer）。不久后PC就成为了所有个人电脑的代名词。PC时代由此产生。 国际商业机器公司，或万国商业机器公司，简称IBM（International Business Machines Corporation），总公司在纽约州阿蒙克市公司，1911年创立于美国，是全球最大的信息技术和业务解决方案公司，目前拥有全球雇员 30多万人，业务遍及 160多个国家和地区。2006年，IBM 公司的全球营业收入达到 914亿美元。该公司创立时的主要业务为商用打字机，及后转为文字处理机，然后到计算机和有关的服务。 在过去的九十多年里，世界经济不断发展，现代科学日新月异， IBM 始终以超前的技术、出色的管理和独树一帜的产品领导着全球信息工业的发展，保证了世界范围内几乎所有行业用户对信息处理的全方位需求。众所周知，早在 1969年，阿波罗宇宙飞船载着三名宇航员，肩负着人类的使命，首次登上了月球；1981年哥伦比亚号航天飞机又成功地飞上了太空。这两次历史性的太空飞行都凝聚着 IBM 无与伦比的智慧。 BMW 巴伐利亚机械制造厂 计算机科学与技术学院

32 2、第二代晶体管体积小，运算速度快，性能稳定 3、第三代中小规模集成电路 4. 第四代大规模集成电路
计算机分代 时代 年份 器件 软件 应用 一 电子管 机器语言与汇编语言 科学计算 二 晶体管 高级语言 数据处理 工业控制 三 集成电路 操作系统 文字处理 图形处理 四 大规模及超大规模集成电路 数据库、网络等 社会的各 个领域 五 1980-今 把信息采集、存储、处理、通信同人工智能结合的智能计算机系统 1、第一代电子管寿命短，稳定性差 2、第二代晶体管体积小，运算速度快，性能稳定 3、第三代中小规模集成电路 4. 第四代大规模集成电路 划分标准：根据计算机制造过程中各逻辑功能部件采用的电子器件的不同进行划分。 计算机科学与技术学院

33 我国计算机发展 银河I 电子管通用计算机103机 曙光1000 龙芯 天河1号 华罗庚教授是我国计算技术的奠基人和最主要的开拓者之一.
1952在中国科学院数学所内建立了中国第一个电子计算机科研小组。 1958年，中科院计算所研制成功我国第一台小型电子管通用计算机103机(八一型),标志着我国第一台电子计算机的诞生 1995年，曙光公司又推出了国内第一台具有大规模并行处理机(MPP)结构的并行机曙光1000(含36个处理机)，峰值速度每秒25亿次浮点运算，实际运算速度上了每秒10亿次浮点运算这一高性能台阶。曙光1000与美国Intel公司1990年推出的大规模并行机体系结构与实现技术相近，与国外的差距缩小到5年左右 2001年，中科院计算所研制成功我国第一款通用CPU——“龙芯”芯片 2009年10月29日，每秒钟1206万亿次的峰值速度和每秒563.1万亿次的Lin pack实测性能，使这台名为“天河一号”的计算机位居同日公布的中国超级计算机前100强之首，也使中国成为继美国之后世界上第二个能够研制千万亿次超级计算机的国家 曙光1000 龙芯 天河1号

34 我国计算机发展 计算机科学与技术学院

35 我国的超级计算机 星云，深圳国家超级计算机中心 由曙光公司的曙光TC3600刀片系统集群组成
内部采用Intel Xeon X GHz六核心处理器、NVIDIA Tesla C2050计算卡，总计120640个计算核心 运行Linux操作系统 最大浮点性能1.271PFlops，峰值可达2.9843PFlop/s。 星云位于深圳国家超级计算机中心，由曙光公司的曙光TC3600刀片系统集群组成，内部采用Intel Xeon X GHz六核心处理器、NVIDIA Tesla C2050计算卡，总计120640个计算核心，运行Linux操作系统，最大浮点性能1.271PFlops，峰值可达2.9843PFlop/s。 计算机科学与技术学院

36 我国的超级计算机 天河-1A，天津国家超级计算机中心 采用了CPU+GPU的混合架构，系统效率有很大提升
配有14336颗Intel Xeon X GHz六核心处理器、7168块NVIDIA Tesla M2050高性能计算卡，以及2048颗我国自主研发的飞腾FT-1000八核心处理器，总计20多万颗处理器核心，同时还配有专有互联网络. 实测运算速度高达2.57PFlop/s. 天河- 1A是天河一号的改进型。天河- 1A采用了CPU+GPU的混合架构，系统效率有很大提升。配有14336颗Intel Xeon X GHz六核心处理器、7168块NVIDIA Tesla M2050高性能计算卡，以及2048颗我国自主研发的飞腾FT-1000八核心处理器，总计20多万颗处理器核心，同时还配有专有互联网络。它的实测运算速度高达2.57PFlop/s.（千万亿次/秒） 每秒钟1206万亿次的峰值速度，天河一号”计算一秒，则相当于全国13亿人连续计算88年。如果用“天河一号”计算一天，一台当前主流微机得算160年。 计算机科学与技术学院

37 2014.6 超级计算机排行 NO.1 天河二号 NO.2 泰坦 NO.3 红杉 NO.4 K计算机 NO.5 米拉
3,120,000个计算核心的三个至强处理器，每秒3.39亿亿次 NO.2 泰坦 使用261,632个的NVIDIA K20x加速器核心，取得了持续计算速度每秒1.76亿亿次的记录。泰坦是名单上最节能的系统之一，共消耗8.21兆瓦，并提供2,143 MFLOPS / W。 NO.3 红杉 使用 核心并已取得了持续计算速度每秒1.72亿亿次的性能记录。红杉也是名单上最节能的系统之一，共消耗7.84兆瓦，提供2,031.6 MFLOPS / W。 NO.4 K计算机 富士通的“K计算机”安装在日本神户的理化学研究所高级计算科学研究院（ AICS ），现在以持续计算速度每秒1.05亿亿次的记录位列第四，使用705,024 SPARC64处理核心。 NO.5 米拉 米拉是第二个IBM蓝色基因/ Q系统的超级计算机，持续计算速度每秒8.59千万亿次，使用786,432核心。 　“天河二号”运算1小时，相当于13亿人同时用计算器计算一千年，其存储总容量相当于存储每册10万字的图书600亿册。与此前研制的“天河一号”相比，二者占地面积相当。“天河二号”计算性能和计算密度均提升了10倍以上，能效比提升了2倍，执行相同计算任务的耗电量只有“天河一号”的1/3，最大运行功耗17.8兆瓦。 NO.1 天河二号 天河二号是由中国国防科技大学开发的超级计算机，今年以持续计算速度每秒3.39亿亿次的优越性能位居榜首。最新榜单于6月17日在德国莱比锡举行的“2013国际超级计算大会”开幕式上正式发布。 天河二号将于今年年底被部署到广州的国家超级计算机中心。它的出世比原定计划提前两年，标志着中国自2010年11月天河一号成为500强榜单第一位的超级计算机之后，第一次返回到世界超算第一位。天河二号有16,000个节点，每个节点两个Intel Xeon IvyBridge的处理器及合共3,120,000个计算核心的三个至强披处理器。 NO.2 泰坦在天文学里，泰坦专指土星的第六颗卫星——土卫六 泰坦是一台安装在美国能源部（DOE）的橡树岭国家实验室Cray XK7系统的超级计算机，原世界排名第1位，现世界排名第2位。泰坦使用261,632其的NVIDIA K20x加速器核心，取得了持续计算速度每秒1.76亿亿次的记录。泰坦是名单上最节能的系统之一，共消耗8.21兆瓦，并提供2,143 MFLOPS / W。 NO.3 红杉 红杉是安装在美国能源部劳伦斯。利弗莫尔国家实验室的一台IBM蓝色基因/ Q系统超级计算机，今年名次也下滑一位，现在位于榜单第三位。红杉与2011出世，使用 核心并已取得了持续计算速度每秒1.72亿次的性能记录。红杉也是名单上最节能的系统之一，共消耗7.84兆瓦，提供2,031.6 MFLOPS / W。 NO.4 K计算机 富士通的“K计算机”安装在日本神户的理化学研究所高级计算科学研究院（ AICS ），现在以持续计算速度每秒1.05亿亿次的记录位列第四，使用705,024 SPARC64处理核心。 NO.5 米拉 米拉是第二个蓝色基因/ Q系统的超级计算机，现在安装在阿尔贡国家实验室，名列第五位。持续计算速度每秒8.59千万亿次，使用786,432核心。 其他进入前10名的超级计算机有：升级后安装在得克萨斯大学奥斯汀德克萨斯高级计算中心的Stampede；安装在德国Forschungszentrum Juelich 的JUQUEEN（欧洲最强大的系统）；一台安装在美国能源部劳伦斯?利弗莫尔国家实验室IBM的蓝色基因/ Q系统超级计算机；安装在德国的莱布尼茨RECHENZENTRUM的 SuperMUC，使用IBM iDataPlex系统；和安装在中国天津的国家超级计算中心的天河-1A 计算机科学与技术学院

38 超级计算机 超级计算机使用什么样的硬件、操作系统？ 计算机科学与技术学院

39 计算机发展历史与未来 1 计算机史前史 2 现代计算机的发展 3 未来新型计算机 计算机科学与技术学院

40 计算机发展历史与未来 量子计算机优势： 计算速度快 信息存储量大 量子计算机障碍 耗能过大 量子状态不稳定 量子计算机
量子计算机是基于量子效应基础上开发的，它利用一种链状分子聚合物的特性来表示开与关的状态，利用激光脉冲来改变分子的状态，使信息沿着聚合物移动，从而进行运算。量子计算机中数据用量子位存储。由于量子叠加效应，一个量子位可以是0或1，也可以既存储0又存储1。因此一个量子位可以存储2个数据，同样数量的存储位，量子计算机的存储量比通常计算机大许多。同时量子计算机能够实行量子并行计算，其运算速度可能比目前个人计算机的Pentium IV芯片快10亿倍。目前正在开发中的量子计算机有3种类型：核磁共振(NMR)量子计算机、硅基半导体量子计算机、离子阱量子计算机。预计2030年将普及量子计算机。 假设1吨铀235通过核发电机1天能提供7000万瓦伏电量，但这些电量在短短的10天就会被消耗殆尽，这是最保守的估计；如果一台量子计算机一天工作4小时左右，那么它的寿命将只有可怜的2年，如果工作6小时以上，恐怕连1年都不行，这也是最保守的估计；假定量子计算机每小时所产生的热量能使自身温度升高70摄氏度，那么2小时内机箱将达到200度，6小时恐怕散热装置都要被融化了，这还是最保守的估计！ 　　包括如下物理系统： 　　液态核磁共振量子计算机(liquid-state NMR quantum computer) 　　(固态)硅晶体核磁共振量子计算机(silicon-based NMR quantum computer) 　　离子陷阱(ion trap) 　　量子光学(quantum optics) 　　腔室量子电动力学(cavity QED) 　　超导体方案 计算机科学与技术学院

41 计算机发展历史与未来 生物计算机优势： 耗能少 信息存储量大 生物计算机的障碍 难以得到计算的结果 生物计算机（分子计算机）
生物计算机使用生物芯片，生物芯片是用生物工程技术产生的蛋白质分子为主要原材料制造的芯片。生物芯片不仅具有巨大的存储能力，如1立方米的脱氧核糖核酸(DNA)溶液，可存储1万亿的二进制数据，而且能以波的形式传送信息。数据处理的速度比当今最快的巨型机的速度还要快百万倍以上，而能量的消耗为其十亿分之一。蛋白质分子比硅晶片上电子元件要小得多，彼此相距甚近，生物计算机完成一项运算，所需的时间仅为10微微秒，比人的思维速度快100万倍。生物芯片的原材料是蛋白质分子，蛋白质分子具有自我组合的能力，从而使生物计算机具有自我调节能力、自我修复能力和再生能力，更易于模拟人类大脑的功能。据预计10～20年后，DNA计算机将进入实用阶段。 计算机科学与技术学院

42 计算机发展历史与未来 光子计算机优势： 无电磁干扰 传输无阻力 同一光纤能传输多个频率信号 光子计算机
光子计算机是指利用光子代替半导体芯片中的电子，以光互联代替导线而制成的数字计算机。由于光速度传播速度为3×105km/s，是电子的300多倍，所以用光通信设备代替电子器件，用光运算代替电运算而设计的计算机，运算速度比现代计算机要快300倍以上。与电子计算机相比，光子计算机的“无导线计算机”信息传递平行通道密度极大。一枚直径5分硬币大小的棱镜，它的通过能力超过全世界现有电话电缆的许多倍。光的并行、高速，天然地决定了光子计算机的并行处理能力很强，具有超高速运算速度。超高速电子计算机只能在低温下工作，而光子计算机在室温下即可开展工作。光子计算机还具有与人脑相似的容错性。系统中某一元件损坏或出错时，并不影响最终的计算结果。目前，世界上第一台光子计算机已由欧共体的英国、法国、比利时、德国、意大利的70多名科学家研制成功，其运算速度比电子计算机快1000倍。科学家们预计，光子计算机的进一步研制将成为21世纪高科技课题之一。 计算机科学与技术学院

43 十大最不可思议计算机 1、光子计算机 2、量子计算机 3、DNA计算机 4、可逆计算机 5、撞球计算机 6、神经细胞计算机 7、磁共振计算机 8、Glooper计算机 9、霉变计算机 10、水波计算机 计算机科学与技术学院

44 计算机分类与特点 按CPU分类 386、486 Pentium Pentium Ⅱ Pentium Ⅲ Pentium Ⅳ 酷睿
◆计算机分类 按CPU分类 386、486 Pentium Pentium Ⅱ Pentium Ⅲ Pentium Ⅳ 酷睿 i3 i5 i7 巨型机 大型机 小型机 工作站 微型机 按性能分类 数字计算机 模拟计算机 混合计算机 按处理对象分类 按用途分类 专用计算机 通用计算机 计算机发展的“分代”代表了计算机在时间轴上纵向的发展历程，而“分类”可用来说明计算机横向的发展。计算机种类很多，分类方法也有多种。 按照原理不同，可分为模拟计算机和电子数字计算机， 根据其用途，可分为通用计算机和专用计算机等。 目前更常用的一种分类方法是按照运算速度、字长、存储性能等综合指标，将计算机分为巨型机、小巨型机、大型机、小型机、工作站、微型计算机6类。 专用计算机指为了满足特殊要求而设计的计算机,如图形工作站. 数字计算机处理的是非连续变化的数据, 模拟计算机处理的是连续的物理量,如电流,电压这样的模拟数据 混合计算机是把模拟计算机与数字计算机联合在一起应用于系统仿真的计算机系统. 科学界的“水晶球”--地球模拟器具有超强的计算能力，是目前具有最高性能的超级计算机，它曾经成功预言了2004年夏末在巴西海岸出现的强热带风暴。 按照地球模拟器的预测，未来的世界是多灾多难的：2020年以后，地球上大部分地区将常年经受35度以上高温的煎熬，很多人将被热死；当大多数人在地铁里躲避高温的时候，海水直冲入城市，旧金山和曼哈顿将被淹没；若干年后，日本将遭遇史上最大的飓风威胁，从而遭受灭顶之灾...... 计算机科学与技术学院

45 计算机的应用领域 科学计算：航空航天、天气预报、勘探 数据处理：办公自动化、企业管理、信息检索 过程控制：机械，石油，化工，冶金，纺织等
计算机辅助设计/制造/教学(CAD/CAM/CAI) 人工智能：图像识别，语言识别，机器人，专家系统等 其它：GPS，GIS，电影，电视，音乐，虚拟现实。。。 计算机最早应用于计算，它也因此而得名。科学计算又称为数值计算，是计算机的传统应用领域。在科学研究和工程技术中，有大量的复杂计算问题，利用计算机高速运算和大容量存储的能力，可进行浩繁而复杂、人工难以完成或根本无法完成的各种数值计算。例如，有数百个变元的高阶线性方程组的求解，气象预报中卫星云图资料的分析计算等等。还有一个著名的例子是圆周率值的计算。 人类已从工业化社会进入信息化社会，信息已成为非常重要的资源。数据处理又称为信息处理，指对数字、字符、文字、声音、图形和图像等各种类型的数据进行收集、存储、分类、加工、排序、检索、打印和传送等工作。数据处理具有数据量大、输入/输出频繁、时间性强等特点，一般不涉及到复杂的数值计算。计算机的应用从数值计算到非数值计算，是计算机发展史上的一个飞跃。据统计，在计算机的所有应用中，数据处理方面的应用，约占全部应用的3/4以上。数据处理是现代管理的基础，广泛地用于情报检索、统计、事务管理、生产管理自动化、决策系统、办公自动化等等方面。数据处理的应用已全面深入到当今社会生产和生活的各个领域。 过程控制也称为实时控制，是指计算机对被控制对象实时地进行数据采集、检测和处理，按最佳状态来控制或调节被控对象的一种方式，如对数控机床和流水线的控制。在日常生活中，有一些控制问题是人们无法亲自操作的，如核反应堆。有了计算机就可以精确控制，用计算机来代替人完成那些繁重或危险的工作。因此，由于微机具有体积小、成本低和可靠性高的特点，在过程控制中得到了广泛应用。生产过程的计算机控制，不仅可以大大提高生产率，减轻人们的劳动强度，更重要的是可提高控制精度，提高产品质量和合格率。 计算机辅助工程是以计算机为工具，配备专用软件辅助人们完成特定任务的工作，以提高工作效率和工作质量为目标。 计算机辅助设计CAD（Computer Aided Design）和计算机辅助制造CAM（Computer Aided Manufacturing），是设计人员利用计算机来协助进行最优化设计和制造人员进行生产设备的管理、控制和操作。目前，在电子、机械、造船、航空、建筑、化工、电器等方面都有计算机的应用，这样可以提高设计质量，缩短设计和生产周期，提高自动化水平。 计算机辅助教学CAI（Computer Aided Instruction），是利用计算机的功能程序把教学内容变成软件，使得学生可以在计算机上学习，使教学内容更加多样化、形象化，以取得更好的教学效果。 计算机科学与技术学院

46 科学计算 科学计算：航空航天、天气预报、勘探 数值计算、数理统计、 模拟计算和数理分析等 各种科学计算。 高速计算、大存储容
依据卫星云图进行气象预报 数值计算、数理统计、 模拟计算和数理分析等 各种科学计算。 高速计算、大存储容 量和连续运算的能力。 网格计算 科学计算也称为数值计算, 对科学研究和工程技术中提出的数学模型进行求解计算。 数学模型：几十阶微分方程组、几百个线性联立方程组、大型矩阵等 计算机最早应用于计算，它也因此而得名。科学计算又称为数值计算，是计算机的传统应用领域。在科学研究和工程技术中，有大量的复杂计算问题，利用计算机高速运算和大容量存储的能力，可进行浩繁而复杂、人工难以完成或根本无法完成的各种数值计算。例如，有数百个变元的高阶线性方程组的求解，气象预报中卫星云图资料的分析计算等等。还有一个著名的例子是圆周率值的计算。 计算机科学与技术学院

47 计算机的应用领域 数据/信息处理：办公自动化、企业管理、信息检索 企业资源规划(ERP) 供应链管理(SCM)
物流管理(Logistics) 人力资源管理(HRM) 项目管理(PM) 客户关系管理(CRM) 物料需求计算 身份证管理 利用计算机技术解决企业内部、企业之间的业务管理与协同问题。基本内容包括： 数据库系统 计算机科学与技术学院 47

48 计算机辅助设计(CAD) 利用计算机的强大功能来支持人们进行产品开发与设计活动。 基本内容包括： 建立几何模型 工程分析与计算 动态模拟仿真
自动绘制工程图纸等 计算机科学与技术学院

49 计算机辅助制造（CAM） CAM：Computer Aided Manufacturing
过程控制 数字控制 机器人 利用计算机及时采集、检测数据、按最优值迅速地对控制对象进行自动调节或自动控制 过程控制也称为实时控制，是指计算机对被控制对象实时地进行数据采集、检测和处理，按最佳状态来控制或调节被控对象的一种方式，如对数控机床和流水线的控制。在日常生活中，有一些控制问题是人们无法亲自操作的，如核反应堆。有了计算机就可以精确控制，用计算机来代替人完成那些繁重或危险的工作。因此，由于微机具有体积小、成本低和可靠性高的特点，在过程控制中得到了广泛应用。生产过程的计算机控制，不仅可以大大提高生产率，减轻人们的劳动强度，降低事故率，更重要的是可提高控制精度，提高产品质量和合格率。 计算机科学与技术学院

50 计算机辅助制造（CAM） CAM：Computer Aided Manufacturing
通常将数控、物料流控制及储存、机器人、柔性制造、生产过程仿真等计算机相关的控制技术统称为目的是使计算机及相关设备能替代人做更多事情！ 过程控制 数字控制 机器人 计算机科学与技术学院 50

51 人工智能 使计算机具有类似人的智能，包括： 搜索技术 机器学习 自然语言理解和口语理解 知识工程 计算机视觉 遗传算法及演化计算
数据挖掘与知识发现 人工生命 机器人 AI语言 图像识别 1、知识表示：演绎系统 产生式系统 框架结构 语义网络 2、搜索技术：盲目搜索技术 启发式搜索技术 博弈树搜索 3、非经典逻辑和非经典推理：时序逻辑 模态逻辑 缺省（默认）逻辑 信念逻辑和知道逻辑 归纳逻辑 模糊逻辑 粗糙逻辑 定性推理 非单调逻辑和非单调推理 基于范例的推理 类比推理 4、机器学习：归纳学习 分析学习 解释学习 统计学习 神经网络 5、自然语言理解和口语理解：语法学 语义学 语用学 6、定理机器证明：归结法 演绎法 归纳法 7、知识工程：知识获取 知识表达语言 不确定性推理 证据推理 专家系统 8、计算机视觉：图象理解 机器人视觉 9、遗传算法及进化计算：遗传算法 并行遗传算法 进化计算 进化程序设计 遗传机器学习 机器人轨迹规划 10、分布式人工智能：智能Agent（智能体 多Agent系统 Agent通信 面向Agent的程序设计 11、数据挖掘与知识发现: 数据挖掘方法 知识发现方法 数据挖掘/知识发现工具 数据仓库 12、人工生命: 人工生命模型 计算机生命 细胞自动机 混沌理论 13、机器人: 传感器数据融合 机器人规划 14、AI语言: Lisp语言; Prolog语言; 其它面向AI的语言 计算机科学与技术学院 51

52 嵌入式系统 将计算机嵌入到其它应用产品中。 智能交通 机器人 智能家电 传感器网络 嵌入式芯片 计算机科学与技术学院

53 现代计算机的发展 巨型化 近代计算机的发展方向
“巨”，指运算速度可达每秒几百亿次、容量大、计算处理功能强的巨型计算机系统。主要用于像宇宙飞行、卫星图像及军事项目等有特殊需要的领域。 近代计算机的发展方向 计算机科学与技术学院

54 现代计算机的发展——巨型化 计算能力越强大的计算机，计算时间越短 计算能力越强大的计算机，计算精度越高
计算能力越强大的计算机，能解决更复杂的问题 1.花旗银行的金融计算机 2.哈勃天文望远镜、鸟巢的主钢梁 3.地球模拟器 俄罗斯的间谍卫星将拍摄的高清照片空投到地面 运算速度可达每秒百亿次运算的超级计算机1975年世界上第一台超级计算机“Cray-I”超级计算机应用：天气预报、地震机理研究、石油和地质勘探，卫星图像处理等大量科学计算的高科技领域。 利用“天河”渲染制作的国产电影《关云长》、新版电视剧《西游记》以及美国电影《生化危机2》等，早已走进影院、搬上荧屏。这只是超算应用老百姓生活的一个缩影，“天河”已经广泛应用于食、医、行、娱。 　　据了解，2010年天河一号在国家超级计算天津中心投入使用后，“天河”超级计算机的用户迄今已超过600个，在石油勘探、地震数据处理、土木工程设计、航空航天、生物医药、天气预报与气候研究、海洋环境研究、新能源、新材料、宇宙科学研究、动漫与影视渲染等领域得到广泛应用。 　　“超级计算机研制难，用好更难。这是国际超算领域的普遍认识。”天河二号副总设计师朱小谦研究员介绍，天河二号研制中，他们认真分析总结天河一号的研制与应用经验，对市场需求进行深入调研。在天河二号上，若干典型应用的运算规模、计算效率、精细度均已超过天河一号。 　　以500人规模的全基因组信息关联性分析为例，华大基因利用自有计算机系统需1年时间，利用天河二号只需3个小时。研发一款新型车，采用传统手段要经过上百次的真实碰撞，历时两年多才能推出；而利用天河二号进行碰撞模拟和空气动力学模拟，只需3到5次真实碰撞，两个月即可完成。 　　据朱小谦介绍，近年来，我国超级计算机需求急剧增长，天河二号研制成功后，天河一号的一些重点用户已迫不及待地提出使用申请。目前，天河二号已应用于生物医药、新材料、工程设计与仿真分析、天气预报、气候模拟与海洋环境研究、数字媒体和动漫设计等多个领域，开始为多家用户单位提供超级计算服务。 计算机科学与技术学院

55 现代计算机的发展 巨型化 微型化 近代计算机的发展方向 计算机科学与技术学院

56 现代计算机的发展——微型化 信息机器 嵌入式系统 计算机不再是单一的计算机器，而是一种信息机器，一种个人的信息机器.
“嵌入式系统”还广泛地渗透到仪器仪表、导弹弹头、医疗仪器、汽车、手机、家用电器等机电设备中去，实现了机电一体化。 计算机科学与技术学院

57 现代计算机的发展 巨型化 微型化 网络化 近代计算机的发展方向 计算机科学与技术学院

58 现代计算机的发展——网络化 传统网络的作用 通讯 获取信息 分享资源
把多个分布在不同地点的计算机通过通信线路连接起来，使用户共享硬件、软件和数据等资源的计算机网络。现今计算机网络Internet已经深入到社会生活的方方面面，加入网络的计算机已达数亿台。通过Internet，我们可以获得网上无比丰富的信息资源，可以与地球上任何地方的人迅速地交换各种信息，成为人类生活的第二空间。 不能联网的计算机已经成为一个“孤岛”。 计算机网络：计算机技术与通信技术结合的产物。 计算机科学与技术学院

59 现代计算机的发展——网络化 物联网 物联网是在互联网基础上发展起来的，目前物联网还没有一个精确且公认的定义，它与互联网在基础设施上有一定程度的重合，但是它不是互联网概念、技术与应用的简单扩展 互联网扩大了人与人之间信息共享的深度与广度，物联网更加强调它在人类社会生活的各个方面、国民经济的各个领域广泛与深入地应用 物联网的主要特征是：全面感知、可靠传输、智能处理 美国总统奥巴马2009年1月20日就职美国第44任总统，1月28日为了摆脱经济危机阴影的笼罩，提出了两项国家新战略计划——新能源和“物联网” 。 计算机科学与技术学院

60 现代计算机的发展——网络化 一个茶盅自从其在工厂里诞生的那一刻就内置一个可以被自动识别的RFID芯片，从其走下流水线到走进沃尔玛商场，其间的每一步，都能够在任意一台联网的电脑上查到其位置和状态。我们在沃尔玛商场里拿到这个茶盅放进自己的购物车，直接走出沃尔玛的大门，并不需要站在一条人龙后面排队等待沃尔玛的服务生为我们一一结帐。大门上的检测器会自动结算，这件茶盅和相应的价格会自动出现在大门侧栏的显示屏上。同时它也检测出我口袋里的信用卡卡号，然后显示出：我们将从你的工行信用卡（尾号4567）里扣除5.00元人民币，按下确认按钮以后就可以回家了。 计算机科学与技术学院

61 现代计算机的发展——网络化 同样是一个茶盅，星巴克从一家工厂里定制了它。它在星巴克的小店里将会履行这样的职责：当一个客人把一杯咖啡喝完时，这个茶盅会自动通知柜台主控电脑：5号桌区域的客人已经喝完咖啡，我想应该有人来为他续杯了。当然，续杯之后，也不需要客人现场掏钱，只要他口袋里有一张同样联网的信用卡就行。 计算机科学与技术学院

62 现代计算机的发展 巨型化 微型化 网络化 智能化 近代计算机的发展方向 计算机科学与技术学院

63 现代计算机的发展——智能化 人和计算机在问题的计算存在的差异 一元二次方程求解a 𝑥 2 +𝑏𝑥+𝑐=0
人的方法：𝑥= −𝑏± 𝑏 2 −4𝑎𝑐 2𝑎 。特点：规则复杂，计算量小，适用范围窄 计算机的方法：把[-n,n]的所有整数放入方程中进行验证。特点：规则简单，计算量大，适用范围广 大学生学习计算机的目的是为了更好的思考： 什么能够被有效的自动计算？ 如何低成本、高效地实现自动计算？ 如何方便有效地利用计算机系统进行计算？

64 现代计算机的发展——智能化 总有一天，人类会造出一些举止跟人一样的‘没有灵魂的机械’来 ——笛卡尔（1637）
1950年图灵提出，在不知情的条件下，通过某种特殊的方式，一个人与一台机器相互问答，假若在相当长的时间内这个人分辨不出与之交流的对象是人还是机器，那么这台机器便可认为是能思考的。 模拟人类的感觉、行为、思维过程；使计算机具有“视觉”、“听觉”、“说话”、“行为”、“思维”、“推理”、“学习”、“定理证明”、“语言翻译”等的能力。机器人技术、计算机对奕和专家系统等就是计算机智能化的具体应用。计算机的智能化催化着第五代计算机的孕育和诞生。 深蓝 与1995 打败棋盘大师卡斯帕罗夫 ，运算速度达到每秒一亿棋步 “深蓝”开辟了机器棋手战胜世界棋王的历史。就这个意义而言，是许峰雄和他可敬的同事们缔造并见证了这个最伟大的瞬间——众所周知，“计算机博弈”研究其实是对计算机处理能力的“极限”的不断挑战。另一方面，一些学者还认为“计算机博弈”与人工智能(AI)技术殊途同归。计算机逻辑和AI研究的奠基人阿伦·图灵曾于1950年提出著名的“图灵测试”——在其里程碑式的论文《电脑能思考吗？》中，图灵提出，在不知情的条件下，通过某种特殊的方式，一个人与一台机器相互问答，假若在相当长的时间内这个人分辨不出与之交流的对象是人还是机器，那么这台机器便可认为是能思考的。图灵甚至预言，到20世纪末，一定会有机器能够通过“图灵测试”；于是，自那以后的半个世纪，数以万计的科学家因循着各异的途径，期望设计出可通过“图灵测试”的机器——对“计算机博弈”的相关研究亦不脱这一范畴。 100年后,人类将进化到人机合一的状态?! DeepBlue 计算机科学与技术学院

65 现代计算机的发展——智能化 在三个回合的比赛当中，Watson最终以大比分优势获胜，对手是Jeopardy 74连冠Ken Jennings和Jeorpardy史上最多奖金赢家Brad Rutter IBM果然是创造火星科技的人啊，不过我更想说的是那两个人类太猛了，根本难以想象的思考速度啊，靠人脑去挑战拥有2800个Power 7核心和15TB内存的机器，我等低智商人哪能与之相比 评论：IBM果然是创造火星科技的人啊，不过我更想说的是那两个人类太猛了，根本难以想象 的思考速度啊，靠人脑去挑战拥有2800个Power 7核心和15TB内存的机器 计算机科学与技术学院

66 现代计算机的发展——智能化 什么是人？ 计算机与人的区别？ 人脑为什么比计算机快？ 智能算法是什么？ 计算机科学与技术学院

67 现代计算机的发展——智能化 为了找出地球上最高的山，一群有志气的兔子们开始想办法。
1．兔子朝着比现在高的地方跳去。他们找到了不远处的最高山峰。但是这座 山不一定是珠穆朗玛峰。这就是局部搜索，它不能保证局部最优值就是全局 最优值。 2．兔子喝醉了。他随机地跳了很长时间。这期间，它可能走向高处，也可能 踏入平地。但是，他渐渐清醒了并朝最高方向跳去。这就是模拟退火。 3．兔子们吃了失忆药片，并被发射到太空，然后随机落到了地球上的某些地 方。他们不知道自己的使命是什么。但是，如果你过几年就杀死一部分海拔 低的兔子，多产的兔子们自己就会找到珠穆朗玛峰。这就是遗传算法。 4.兔子们知道一个兔的力量是渺小的。他们互相转告着，哪里的山已经找过， 并且找过的每一座山他们都留下一只兔子做记号。他们制定了下一步去哪里 寻找的策略。这就是禁忌搜索。 计算机科学与技术学院

68 总结 计算机的产生 1. 计算机的发展 2. 计算机应用 3. 计算机科学与技术学院

69 作业 现在的计算机有哪些可以改进的地方？如何改进？ 预测100年后计算机的形态 请根据你的想象设计一种计算机 计算机科学与技术学院