1、2018/10/13,软件学院 信息科学导论教研组,1,信息科学导论教研组 天津师范大学软件学院,信息科学导论,2018/10/13,软件学院 信息科学导论教研组,2,专业培养目标 计算机科学与技术专业的培养目标：研究、发展、设计和制造计算机系统的创造型人才。 对于从事计算机系统（Computer systems）的研究、发展、设计和制造的专业人员来说，他们不仅要懂得计算机系统的原理，还要懂得计算（Computing）的原理。 什么是计算机系统？什么是计算？ 我们这门课是学习的开端。 今后的许多课程将从不同的角度来回答这两个问题。 四年后，同学们应当能够自己来回答这两个问题。 然而，很难预料计
2、算机在四年后会发展到怎样的水平。一个需要终生学习的职业，更是一个富有挑战性的职业。,2018/10/13,软件学院 信息科学导论教研组,3,课程介绍,课程基本信息 课程名称：信息科学导论 授课班级：09软件3、软件4 总学时: 48理论课学时：24实验课: 24 先修课程：无 课程要求：必修课,2018/10/13,软件学院 信息科学导论教研组,4,课程介绍,本课程的教学目的本课程是软件学院四年制本科一年级第一学期必修课,是学生进入软件学院的入门课之一,让学生初步了解计算机基础知识,使他们能够尽早动手使用计算机,为学生们今后进一步学习其他课程打下良好的基础. 目标： 了解计算的基本概念； 了解
3、计算机系统的基本组成； 了解计算机硬件、软件、网络的基础知识； 了解今后将要学习的主要课程对实现培养目标所起的作用。,2018/10/13,软件学院 信息科学导论教研组,5,主要参考教材 计算科学导论.赵致琢等编著.科学出版社 本书概括性地讨论了计算机学科主要课程的本内容和重要应用，宏观讨论了这些课程相互间的内在联系，并对常用软件的使用方法进行绍.,2018/10/13,软件学院 信息科学导论教研组,6,课程介绍,理论教学的主要内容 课程简介(0.5学时) 计算机发展简史(1.5学时) 计算机中信息的表示(2学时) 计算机系统基本组成(2学时) 操作系统及Windows XP的使用(2学时)
4、计算机网络与Internet基础知识(2学时) 程序设计与算法基础(2学时) 计算科学的分类和分支学科的简介(2学时) 计算科学与相关学科的关系(2学时) 软件工程专业培养规格和目标(2学时),2018/10/13,软件学院 信息科学导论教研组,7,实验教学的主要内容 实验1: Windows操作系统使用(4学时) 实验2: Word字处理软件使用1 (4学时) 实验3: Word字处理软件使用2 (4学时) 实验4: Excel电子表格制作软件的使用(4学时) 实验5: PowerPoint 操作(4学时) 实验6:网络应用及模拟练习 (4学时),2018/10/13,软件学院 信息科学导论
5、教研组,8,本课程的考核要求考试以学生完成日常作业和实验环节为必要条件,期末考试采用机考;,2018/10/13,软件学院 信息科学导论教研组,9,本课程的学习方法 听课:认真听课,吸纳课程的精华. 复习:结合教材和课堂笔记理解课程内涵. 练习:通过练习,从知到会,理解基本概念. 阅读:博览相关参考资料,加深理解、拓宽知识面. 讨论:融汇众人智慧,使认识升华. 实践:通过实践,从会到通,掌握软件设计与维护的基本方法.,2018/10/13,软件学院 信息科学导论教研组,10,第一章 计算机发展简史,第1章 计算机发展简史,2018/10/13,软件学院 信息科学导论教研组,11,第一章 计算机
6、发展简史,本章前序 自然界中存在着“优胜劣汰,适者生存”的法则. 动物依靠自己强壮的体魄征服其它动物. 人类依靠自己高于其它动物的智慧,制造并使用各种延伸了人类各种能力工具,从而可以统治整个地球. 人类创造工具的大体分类 延伸人类体能的劳动工具 延伸人类智能的计算工具 延伸人类视觉的视力工具 延伸人类听觉的听力工具 计算机科学与技术对工具发展的影响 计算机科学与技术在设计和制造这些工具的过程中发挥了巨大的作用,因此被认为是人类历史上最伟大的成就之一,2018/10/13,软件学院 信息科学导论教研组,12,第一章 计算机发展简史,本章主要内容 人类早期计算技术的发展 电子计算机的诞生与发展 我
7、国计算机的发展 计算机技术的发展趋势 本章小结 本章的作业和任务,2018/10/13,软件学院 信息科学导论教研组,13,计算机已经成了社会的必需品,2018/10/13,软件学院 信息科学导论教研组,14,第一章 计算机发展简史,1.1 人类早期计算技术的发展:萌芽 结绳记数远古时代,人类以狩猎为生.随着人类的不断进化,人们逐 渐学会了制造和使用工具,并且学会了使用“数”.最原始的计算工具应该是人类的手指.当要表示的数较大时产生的结绳记数法. 算筹 公元前500年左右,我们的祖先开始使 用算筹. 用一些小木棍按照一定的规则排列起来便可以表示数字,可进行加、减、乘、除等运算.,2018/10
8、/13,软件学院 信息科学导论教研组,15,第一章 计算机发展简史,1.1 人类早期计算技术的发展 圆周率南北朝时期,祖冲之应用算筹将园周率的值计算到 3.1415926到3.1415927之间,这在当时是最精确的结果,这一成果比西方早1000多年. 算盘 随着生产和技术的发展,算筹逐步演变成了算盘. 现在算盘仍然是人们最常使用的计算工具之一.,2018/10/13,软件学院 信息科学导论教研组,16,第一章 计算机发展简史,1.1 人类早期计算技术的发展 计算钟1622年,Wilhelm Schickard制作出“计算钟”.能进行6位数加减法运算,用齿轮操作,用铃声输出答案. 计算尺 162
9、3年,英国数学家威廉.奥斯特(William Oughtred)根据对数原理发明了计算尺,可以用于进行各种要求速度快,但精度不太高的的计算.,2018/10/13,软件学院 信息科学导论教研组,17,第一章 计算机发展简史,1.1 人类早期计算技术的发展 帕斯卡加法机 1645年,法国物理学家布雷斯.帕斯卡(Blaise Pascal)制造出人类历史上第一台机械计算机. 该计算机用齿轮表示和运算数据,可以进行8位加减法运算,这是人类第一次用机械模拟人脑对数据进行处理. 为了纪念他对人类计算工具所做出的贡献,著名的Pascal程序设计语言就是用他的名字命名的.,2018/10/13,软件学院 信
10、息科学导论教研组,18,第一章 计算机发展简史,1.1 人类早期计算技术的发展 机械计算机 1694年,德国数学家莱布尼兹(Gottfried Leibniz)对帕斯卡的加法机进行改进,设计并制造了能进行四则运算和开平方运算的机械计算机. 莱布尼兹受到中国的易经八卦的启示还发明了二进制数,为后来电子计算机的诞生奠定了基础.,2018/10/13,软件学院 信息科学导论教研组,19,第一章 计算机发展简史,1.1 人类早期计算技术的发展 差分机 1822年,英国剑桥大学教授查尔斯.巴贝奇(CharlesBabbage)制造了差分机,这是第一台可自动进行数学变换的机器，因此他被称为“计算之父”。此
11、后，他又设计了能够处理数学公式的分析机。. 1834年,巴贝奇针对机械计算机进行了大胆的改革, 设计了一台处理数学公式的分析机,将各种计算步骤制作在不同的卡片上,按一定的顺序排列起来,用这些卡片控制计算机,能自动地进行一系列复杂的运算.,2018/10/13,软件学院 信息科学导论教研组,20,第一章 计算机发展简史,1.1 人类早期计算技术的发展 手摇计算机 1873年,美国人鲍德温(F.Baldwin)利用自己过去发明的齿数可变齿轮制造出一种小型计算机样机,两年后获专利,开始大量制造这种供个人使用的小机器.由于它工作时需要摇动手柄,被人称为“手摇式计算机”.,2018/10/13,软件学院
12、 信息科学导论教研组,21,第一章 计算机发展简史,1.1 人类早期计算技术的发展 第一位程序员Ada 1842年,英国著名诗人拜伦的女儿爱达.拉夫拉斯(Ada Lovelace)夫人在帮助巴贝奇研制分析机时,建议用二进制存储取代原设计的十进制存储.并提出了编制程序的基本要素. 由于Ada在程序设计方面所做出的开创性的工作,她被称为世界上第一位程序员. 后来人们用她的芳名Ada作为一种计算机高级语言的名称.,2018/10/13,软件学院 信息科学导论教研组,22,第一章 计算机发展简史,1.1 人类早期计算技术的发展 布尔代数 1847年,英国数学家乔治.布尔(George Boole)创立
13、了逻辑代数. 用两种逻辑值0,1和三种基本运算AND,OR,NOT进行逻辑运算. 1854年,出版了著名的布尔代数一书,成为后来计算机逻辑电路设计的理论基础.,2018/10/13,软件学院 信息科学导论教研组,23,第一章 计算机发展简史,1.1 人类早期计算技术的发展 造表机 1886年,美国统计学家汉姆.零尔瑞斯(Herman Hollerith)博士制成第一台机电式穿孔系统(称为造表机),用穿孔卡片存储数据,应用于美国的人口普查工作,将过去人工方式需要10年的人口数据统计工作仅用6周就完成了. 1896年,霍尔瑞斯创立了造表机公司TMC(Trbulating Machines Comp
14、any),为IBM公司的前身.,2018/10/13,软件学院 信息科学导论教研组,24,第一章 计算机发展简史,1.1 人类早期计算技术的发展 图灵机 1937年,美国科学家阿兰.图灵(Alan Turing)发表了著名论文论可计算数及其在密码问题的应用,首次提出了逻辑机的通用模型图灵机的概念,并提出了数字计算机的一般结构、可实现性和局限性,为可计算性理论奠定了基础. 1950年,图灵发表了计算机器与智能一文,奠定了人工智能的理论基础,同年他还制造出一台体现他的思想的模型机. 为了纪念图灵对计算机科学理论的一系列奠基性的贡献,1966年美国计算机协会ACM(Association for C
15、omputingMachinery)设立了ACM图灵奖,以奖励对计算机科学做出突出贡献的科学家.,2018/10/13,软件学院 信息科学导论教研组,25,第一章 计算机发展简史,1.2 电子计算机的诞生与发展 1. 电子计算机的诞生 1906年,美国人法瑞斯特(Lee De Forest)发明电子管(真空管)为电子计算机出现奠定了基础. 1924 年,IBM 公司成立,从此一个具有划时代意义的公司诞生 1935 年,IBM 推出IBM 601 机.这是一台能在一秒钟内算出乘法的穿孔卡片计算机. 这台机器无论在自然科学还是在商用上都具有重要的地位,大约制造了1500 台. 1937 年,Bel
16、l 试验室的斯特彼兹(George Stibitz)展示了用继电器表示二进制的装置.尽管只是个展示品,但却是第一台二进制电子计算机. 1940 年,Bell 实验室的威廉姆斯(Samuel Williams)和Stibitz制造成功了一个能进行复杂运算的计算机.该机器大量使用继电器,并借鉴了一些电话技术,采用了先进的编码技术.,2018/10/13,软件学院 信息科学导论教研组,26,第一章 计算机发展简史,1.2 电子计算机的诞生与发展 1943年,出于战争的需要,美国马里兰州阿贝丁试炮场与宾夕法尼亚大学签定研制计算炮弹弹道的高速计算机的合同. 宾夕法尼亚大学莫尔电工系物理学家毛希利(J.M
17、auchly)博士和他的学生埃克特(J.Eckert)博士组织了近百人,以电子管作为基本元件研制电子计算机ENIAC.,2018/10/13,软件学院 信息科学导论教研组,27,第一章 计算机发展简史,1.2 电子计算机的诞生与发展 电子数字积分计算机ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Calculator) 1945年研制成功,1946年2月投入使用. 使用了18800多个电子管 重量达30吨 占地面积170平方米 运行时耗电140千瓦 运算速度为5000次/秒,2018/10/13,软件学院 信息科学导论教研组,28,第一章 计算机发展简史,
18、1.2 电子计算机的诞生与发展 冯诺依曼(Von Nouma)体系结构计算机 美籍匈牙利数学家约翰冯诺依曼(John Von Nouma,1903-1957)参与了ENIAC的设计工作. 1945年提出的计算机组成结构.计算机硬件结构由五大部分组成：包括运算器,逻辑控制装置,存储器,输入和输出设备.目前正使用计算机体系结构就是这种“冯诺依曼”结构. 鉴于他的突出贡献,被誉为“现代计算机之父”.,2018/10/13,软件学院 信息科学导论教研组,29,第一章 计算机发展简史,1.2 电子计算机的诞生与发展 2. 第一代计算机(19461958) 硬件方面 采用电子管(Vacuum Tube)作
19、为基本元件,运算速度几千次-几万次/秒. 内存储器用阴极射线管、汞延迟线和继电器,后来有了磁芯存储器. 外存储器使用纸带或卡片,后来出现了磁带机和磁鼓等. 软件方面 最初使用二进制编码的机器语言. 后来出现了汇编语言. 1956出现了FORTRAN程序设计语言(公式翻译语言FORmula TRANslator) .,2018/10/13,软件学院 信息科学导论教研组,30,第一章 计算机发展简史,1.2 电子计算机的诞生与发展 大事件 1947年,Bell实验室发明了晶体管. 1949年,第一台使用磁带的计算机出现,由Von Neumann 提议制造的. 1950年,日本东京大学发明软磁盘.
20、1951年,第一台商用机诞生UNIVAL-1,用于美国人口普查. 1953年,磁芯存储器开发出来. 1957年,IBM开发成功第一台点阵打印机.,2018/10/13,软件学院 信息科学导论教研组,31,第一章 计算机发展简史,1.2 电子计算机的诞生与发展 3.第二代计算机(19591964) 硬件方面 采用晶体管(Transistor) ,运算速度为几万次-几十万次/秒. 内存储器采用磁芯. 外存储器使用磁带、磁鼓,磁盘. 软件方面 1959年,DoD委托格雷斯霍波博士领导一个委员会设计出面向商业的通用语言COBOL(COmmon Business Oriented Language).
21、1960年,第一个结构化程序设计语言ALGOL (ALGOrithmic Language). 1964年,美国达特默斯学院约翰凯梅尼(J. Kemeny) 和托马斯卡茨(T.Kurtz)设计出BASIC (Beginners All purpose Symbolic Instruction Code).,2018/10/13,软件学院 信息科学导论教研组,32,第一章 计算机发展简史,1.2 电子计算机的诞生与发展 大事件 1958年,Intel公司创始人Robert Noyce领导制造出集成电路. 1958年, IBM公司制成了第一台全部使用晶体管的计算机RCA501型. 1959年,IB
22、M公司又生产出全部晶体管化的的电子计算机IBM7090. 1961年,世界上最大的晶体管电子计算机ATLAS安装完毕. 1963年,DEC公司推出第一台小型机PDP-8.,2018/10/13,软件学院 信息科学导论教研组,33,第一章 计算机发展简史,1.2 电子计算机的诞生与发展 4. 第三代计算机(19651971) 硬件方面 采用中小规模集成电路,运算速度几十万次-几百万次/秒. 内存储器采用半导体存储器.外存出现了磁盘. 计算机也进入了标准化、模块化、系列化产品的发展阶段.同一系列计算机的软件具有兼容性. 软件方面 1968年,美国的数据库任务组提出网状数据库DBTG. 1970年,
23、UNIX操作系统开发成功. 1970年,Codd提出关系数据库理论. 1968年瑞士的威茨(N.WIRTH)教授设计完成了Pascal语言,并于1971年正式发表.,2018/10/13,软件学院 信息科学导论教研组,34,第一章 计算机发展简史,1.2 电子计算机的诞生与发展 大事件 1965年,第一台超级计算机CD6600开发成功. 1968年,Intel公司成立. 1970年,Intel推出第一块RAM芯片,容量1KB. 1971年,美国Intel公司把计算机的运算器和控制器集成在一起,采用大规模集成电路工艺制成了世界上第一个4位微处理器Intel 4004.,2018/10/13,软件
24、学院 信息科学导论教研组,35,第一章 计算机发展简史,1.2 电子计算机的诞生与发展 5. 第四代计算机(1972) 硬件方面 采用大规模集成电路LSC或超大规模集成电路VLSC集成电路,运算速度可达几百万次到几十亿次/秒. 内存完全采用半导体存储器.外存采用磁盘、光盘等. 美国ILLIAC-IV计算机是第一台全面使用大规模集成电路作为逻辑元件和存储器的计算机. 计算机系统已向网络化、开放式、分布式发展. 软件方面 1972年,UNIX的作者之一丹尼斯.瑞茨(Dennis Ritchie)开发出C语言. 软件相当丰富.,2018/10/13,软件学院 信息科学导论教研组,36,第一章 计算机
25、发展简史,1.2 电子计算机的诞生与发展 大事件 1974年,Intel发布8位微处理器8080. 1978与1979年,Intel发布16位微处理器8086及8088；并被IBM公司采用,生产出第一代PC机,时钟频率为10MHz.,2018/10/13,软件学院 信息科学导论教研组,37,第一章 计算机发展简史,1.2 电子计算机的诞生与发展 6. 现代计算机 第五代计算机(1990):智能计算机 1981年,在日本东京召开了第五代世界计算机研讨会,随后制订出研制第五代计算机的长期计划. 第五代计算机的系统设计中考虑了编制知识库管理软件和推理机,机器本身能根据存储的知识进行判断和推理. 同时
26、,多媒体技术得到广泛应用,使人们能用语音、图像、视频等更自然的方式与计算机进行信息交互.,2018/10/13,软件学院 信息科学导论教研组,38,第一章 计算机发展简史,1.2 电子计算机的诞生与发展 第六代计算机：生物计算机 半导体硅晶片的电路密集和散热问题难以彻底解决,影响了计算机性能的进一步发挥与突破. 研究人员发现,脱氧核糖核酸(DNA)的双螺旋结构能容纳巨量信息,其存储量相当于半导体芯片的数百万倍.一个蛋白质分子就是存储体,而且阻抗低、能耗小、发热量极低. 利用蛋白质分子制造出基因芯片,研制生物计算机(也称分子计算机、基因计算机),已成为当今计算机技术的最前沿. 生物计算机比硅晶片
27、计算机在速度、性能上有质的飞跃.,2018/10/13,软件学院 信息科学导论教研组,39,第一章 计算机发展简史,1.2 电子计算机的诞生与发展 7. 微型计算机的产生和发展 1971年,美国Intel公司制成了世界上第一个微处理器Intel 4004. 在30多年时间里,微型机技术发展的速度令人难以想象,经历了4位机、8位机、16位机、32位机和64位机五代. 时钟频率从1MHz到几GHz. 内存储器从几十KB到几GB. 外存储器容量从几百KB到几百GB. 单板机、单片机广泛用于家用电器、自动控制和检测等领域. 计算机的应用领域几乎遍及人类社会的每一个角落.,2018/10/13,软件学院
28、 信息科学导论教研组,40,第一章 计算机发展简史,1.2 电子计算机的诞生与发展 1974年,Intel发布8位微处理器8080. 1978与1979年,Intel相继发布了16位微处理器8086及8088,并被IBM公司采用生产出第一代PC机(时钟频率为10MHz).,2018/10/13,软件学院 信息科学导论教研组,41,第一章 计算机发展简史,1.2 电子计算机的诞生与发展 1982年,80286微处理器发布,时钟频率20MHz. 1983年,IBM XT PC机发布,128KB内存,10MB硬盘,可加8087数字协处理器. 1985年,80386DX推出,时钟频率33MHz. 19
29、89年,80486DX发布,时钟频率66MHz,后来到100MHz. 1994年,Intel发布90100MHz Pentium处理器. 1995年,Intel分别发布120/133MHz Pentium处理器. 1995年11月,Intel 分别发布200MHz Pentium Pro处理器. 1996年1月,Intel发布150166MHz Pentium处理器. 1997年1月,Intel发布Pentium MMX处理器,增强游戏和多媒体功能.,2018/10/13,软件学院 信息科学导论教研组,42,第一章 计算机发展简史,1.2 电子计算机的诞生与发展 1997年5月,Intel发布
30、Pentium II处理器,200233MHz,增加Cache(高速缓存). 1998年2月,Intel发布Pentium II处理器,333MHz. 1999年7月,Intel发布Pentium III处理器,450MHz,后来到1.2GHz. 2000年7月,Intel发布Pentium 4处理器,1.4、1.5、1.6GHz.,2018/10/13,软件学院 信息科学导论教研组,43,第一章 计算机发展简史,1.2 电子计算机的诞生与发展 1975年,Bill Gates和Paul Allen创办Microsoft公司,3年后才有15人,50万美元收入.到1992年,员工超过万人,年收入
31、达28亿美元. 1981年,Microsoft 为IBM开发PC操作系统,并发布SDOS1.0和PC-DOS1.0, Microsoft发布的称为MS-DOS,IBM发布的称为PC-DOS. 从1981 到1996 年, DOS从1.0、2.0、2.1、3.0、3.2、3.30、3.31、4.0、5.0、6.20、6.22发展7.0为止. 1985年,Microsoft Windows发布. 1990年,Microsoft Windows3.0发布 1992年,Microsoft Windows3.1发布.,2018/10/13,软件学院 信息科学导论教研组,44,第一章 计算机发展简史,1.
32、3 我国计算机的发展 Windows 3.12 之前版本一直依赖DOS 而存在. 1992年,Windows NT发布. 1995年,Windows95发布,完全脱离DOS.但为了照顾DOS 用户习惯,设计了DOS 模式. 1996年,Netscape Navigator2.0浏览器发布. 1998年, Windows98发布,因捆绑IE浏览器引来垄断官司. 1999年,Linux Kernal 2.0发布. 2000年2月,Microsoft发布了Windows2000. 2001年3月,Microsoft发布了Windows XP. 2003年4月,Microsoft发布了Windows
33、Server 2003.,2018/10/13,软件学院 信息科学导论教研组,45,第一章 计算机发展简史,1.3 我国计算机的发展 1956年开始电子计算机的教学和研究工作.同年哈工大和清华大学成立了中国最早的计算机专业. 1957年哈工大研制出中国第一台电子管计算机. 1958年研制成功晶体管. 1964年研制成功了小规模集成电路. 1965年,研制成功第一台晶体管计算机109乙机. 1971年,研制成功第一台集成电路计算机DJS150机. 1983年,研制成功第一台每秒钟1亿次巨型机“银河”. 1993年,银河II通过鉴定. 1995年,研究成功每秒25亿次的曙光1000. 4000A每
34、秒种10万亿次运算(2560个CPU).,2018/10/13,软件学院 信息科学导论教研组,46,第一章 计算机发展简史,1.3 我国计算机的发展,2018/10/13,软件学院 信息科学导论教研组,47,第一章 计算机发展简史,1.4 计算机的发展趋势 巨型化 具有超高速度、特大容量和强大功能的巨型计算机,主要用于尖端科学的研究和大型计算处理. 微型化 体积小、重量轻、功能强、应用领域广泛的微型计算机.单版机,单板机,掌上电脑,可穿载计算机.,2018/10/13,软件学院 信息科学导论教研组,48,第一章 计算机发展简史,1.4 计算机的发展趋势 网络化 利用现代通信技术和计算机技术,把
35、分布在不同地理位置的计算机互联起来,按照网络协议相互通信以便共享软硬件资源和数据资源. 网格计算,并行计算. 智能化 使计算机具有人的识别、感觉、理解、思维和推理能力. 智能化计算机研究的领域主要包括自然语言的生成和理解、模式识别、自动程序设计、自动定理证明、专家系统、学习系统、智能机器人等.,2018/10/13,软件学院 信息科学导论教研组,49,第一章 计算机发展简史,本章小结,在电子计算机诞生以前,人类计算工作和计算技术回顾 从结绳记数到机械计算机 从数的产生,布尔代数 电子计算机的产生和发展 电子管,晶体管,集成电路,大规模,超大规模集成电路 计算机的分代及主要特征 微型机的发展 软件的发展 我国计算机的发展概况 计算机的发展趋势 微型化,巨型化,网络化,智能化,2018/10/13,软件学院 信息科学导论教研组,50,第一章 计算机发展简史,本章作业和任务,复习部分作业 阅读本章内容 总结计算机诞生的原因,发展的简要过程,计算机科学与技术的现状,展望计算机技术的未来.,
