1、第一讲 计算机技术的发展过程及趋势,第一章 计算机的基本概念,学习目标,关于计算机学科,计算机学科是研究计算机的设计，制造和利用进行信息获取，表示，存储，处理控制等的理论，原则，方法和技术的学科。包括科学和技术二方面。计算机科学侧重于研究现象揭示规律。计算机技术则侧重于研制计算机和研究使用计算机进行处理的方法和技术手段。,非计算机专业学习计算机相关课程的目的!,大学计算机基础课程的作用与任务,大学计算机基础是大学本科各专业学生必修的公共基础课程，是学习其他计算机相关课程的基础。它为学生提供一个关于计算机科学与技术学科的入门介绍，使他们能对该学科有一个整体的认识。 课程的主要任务是培养学生的计算
2、机基础理论和基本技能，培养学生信息技术的应用能力。重点掌握计算机软硬件技术与网络技术的基础知识，熟悉软件设计与信息处理的基本过程。同时熟练应用办公软件，了解信息系统安全的基础知识。,1.1 信息技术（IT）,1.1 信息的特征,1.1 信息技术组成,信息化是用信息技术来改造其他产业与行业,1.1 信息技术的发展,1.1.1 计算机的发展,公元前1100年,珠算,1946年,1.1.1 现代计算机的理论奠基人,香农是现代信息论的著名创始人。1938年，香侬在发表的论文中，首次用布尔代数进行开关电路分析，并证明布尔代数的逻辑运算可以通过继电器电路来实现。,1.1.1 现代计算机的理论奠基人,阿兰麦
3、席森图灵（Alan Mathison Turing，1912.61954.6），英国数学家、逻辑学家，被称为计算机科学之父、人工智能之父。他是计算机逻辑的奠基者，许多人工智能的重要方法也源自于这位伟大的科学家。为纪念图灵对计算机的贡献，美国计算机博物馆于1966年设立了“图灵奖”。,1936年提出“图灵机”(Turing Machine)的设想，图灵机被公认为现代计算机的原型，这台机器可以读入一系列的零和一，这些数字代表了解决某一问题所需要的步骤，按这个步骤走下去，就可以解决某一特定的问题。 “图灵机”不是一种具体的机器，而是一种思想模型。 图灵去美国普林斯顿大学攻读博士学位期间遇见了冯诺依曼
4、，后者对他的论文击节赞赏，并随后由此提出了“存储程序”概念。,1.1.1 现代计算机的理论奠基人,1946年提出存储程序的思想 采用二进制形式表示数据和指令。 由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5个部分组成计算机硬件系统。 计算机的两个基本能力：一是能够存储程序，二是能够自动地执行程序。 计算机是利用“存储器”（内存）来存放所要执行的程序的，而称之为CPU的部件可以依次从存储器中取出程序中的每一条指令，并加以分析和执行，直至完成全部指令任务为止。,约翰冯诺依曼 （ John Von Neuman，19031957），美藉匈牙利人。,1.1.1 现代计算机的发展,1.1.1 计算机的发
5、展,1电子管计算机,5000次加法/秒； 体重28吨 ； 占地170m2 ； 18800只电子管； 1500个继电器； 功率150KW。,ENIAC,2晶体管计算机,1954年5月24日,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。,3 中小规模集成电路计算机,PDP-8全世界第一台使用集成电路的计算机。60年代初期，美国的基尔比和诺伊斯发明了集成电路，引发了电路设计革命。随后，集成电路的集成度以每3-4年集成电路计算机高一个数量级的速度增长。集成电路（Integrated Circuit，简称IC）是做在晶片上的一个完整的电子电路，这个晶片比手指甲还小，却包含了几
6、千个晶体管元件。,4 大规模集成电路计算机,银河,国防科技大学研制的“银河1号”、 “银河2号”和“银河3号” 国家职能计算机中心推出的“曙光1000” 、“曙光200I”和“曙光3000”,CRAY-,1.1.2 计算机的特点,1.1.3 计算机的分类,1.1.3 计算机的分类,综合指标分类,高性能计算机,微型计算机,工作站,服务器,嵌入式计算机,1.1.4 计算机的发展趋势,1.1.4 计算机的发展趋势,1.1.4 戈登摩尔,1965 年，作为英特尔公司的创始人之一，摩尔应邀为电子杂志撰写了一篇名为让集成电路填满更多元件的文章，摩尔在文中对未来半导体元件工业的发展趋势做出了预测。他指出，单
7、块硅芯片上所集成的晶体管数目大约每年增加1倍。1975 年，他又将原来的预测更新为每两年增加1倍，后来预测的时间更准确，是两者的平均数: 18个月。,戈登摩尔1929年出生在美国加州的旧金山。摩尔是集科学家与富豪融为一身的双面人。1965年提出“摩尔定律”， 1968年创办Intel公司，1987年将CEO的位置交给格鲁夫。1990年被布什总统授予“国家技术奖”， 2000年创办拥有50亿美元资产的基金会。2001年退休，退出Intel的董事会。,1.1.4 计算机第一定律摩尔定律,我国计算机的发展,我国从1956年开始电子计算机科研和教学工作，大型计算机的研究发展一直走在世界前列。主要里程碑
8、有 1983年 ：我国研制成功每秒运行1亿次的“银河”巨型计算机。 1992 年：我国研制成功每秒运行10亿次的“银河”巨型计算机。 1997 年：我国研制成功每秒运行130亿次的“银河”巨型计算机。,我国计算机的发展,微型计算机由于存在研发速度慢，资金投入、制造技术、制造工艺等方面问题，发展比较滞后。目前，我国微机CPU技术，已经达到“Pentium-”水平。,我国计算机的发展,北京龙芯中科技术服务中心有限公司是由我国首枚通用处理器“龙芯”处理器的研制单位中国科学院计算技术研究所发起、并由中科院计算所和北京市等多家单位共同出资成立的龙芯技术市场化、产业化公司。 中科院计算所于2001年开始研
9、制龙芯处理器，2002年8月研制成功的龙芯1号是国内第一款32位通用CPU，2003年10月研发成功的龙芯2号是国内第一款64位通用CPU，2009年研制成功的龙芯3号是我国第一款多核通用CPU。经过多年的研发积累，龙芯CPU设计技术已经达到世界先进水平。目前，龙芯CPU的主要应用涉及国家安全、低成本个人电脑、服务器高性能机、行业终端、信号处理、网络安全、工业控制、消费类电子等多个领域。,1.2 计算机的应用领域,1.2 计算机的应用领域,1.2 计算机的应用领域,共价健,价电子,束缚电子,形成共价键后，每个原子最外层电子是八个，构成稳定结构。 在绝对零度以下，本征半导体中无活跃载流子，不导电
10、。,补充知识：本征半导体,补充知识：本征半导体,本征半导体的导电原理 价电子在获得一定能量（温度升高或受光照）后，即可挣脱原子核的束缚，成为自由电子（带负电），同时共价键中留下一个空位，称为空穴（带正电）。这一现象称为本征激发。,空穴,自由电子,温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多。,在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。,补充知识：N型半导体和 P 型半导体,在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）,形成杂质半导体。,掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电方式，称为电子半导体或N型半
11、导体。,掺入五价磷元素,多余电子,磷原子,在常温下即可变为自由电子,失去一个电子变为正离子,补充知识：N型半导体和 P 型半导体,掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，称为空穴半导体或 P型半导体。,掺入三价硼元素,在 P 型半导体中空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。,硼原子,接受一个电子变为负离子,空穴,无论N型或P型半导体都是中性的，对外不显电性。,补充知识：PN结的形成,因电场作用所产生的运动称为漂移运动。,参与扩散运动和漂移运动的载流子数目相同，达到动态平衡，就形成了PN结。,由于扩散运动使P区与N区的交界面缺少多数载流子，形成内电场，从而阻止扩散运动的进行。内电场使空穴从N区向P区、自由电子从P区向N 区运动。,小 结,计算机技术是信息技术的一个分支； 现代计算机按照所使用的元件不同，分为电子管、晶体管、中小规模集成电路、大规模集成电路四个发展阶段； 实验室所用的计算机属于第四代大规模集成电路所制造的电子数字通用计算机； 计算机的应用涉及各个方面，已成为现代人工作生活的重要工具。,西南大学育才学院 公共计算机教研室胡刚林 ,
