《認(rèn)識計(jì)算機(jī)》PPT課件.pptx

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1、主講人：王 楊西南石油大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院 辦 公 室 ： 明 理 樓 B312 電 話 ： 13648032216 電 郵 ： wy_ 群 號 ： 361846663 網(wǎng) 站 ：http:/ 為什么學(xué)？ 學(xué)什么？ 怎么學(xué)？ 大家的業(yè)余時(shí)間都喜歡干什么？ 把 力 量 聯(lián) 合 起 來 ， 給 其 中 的云 每 一 個(gè) 成 員 使 用 ;將 所 有 的 計(jì) 算 資 源 集 中 起 來 ，并 由 軟 件 實(shí) 現(xiàn) 自 動 管 理 ， 無 需人 為 參 與 ;通 過 互 聯(lián) 網(wǎng) ,計(jì) 算 能 力 也 可 以作 為 一 種 商 品 進(jìn) 行 流 通 . 構(gòu) 造 一 個(gè) 覆 蓋 世 界 上 萬 事 萬物 的 “

2、 Internet of Things” ;在 這 個(gè) 網(wǎng) 絡(luò) 中 ， 物 品 利 用 射頻 識 別 （ RFID） 技 術(shù) 能 夠 彼此 進(jìn) 行 “ 交 流 ” ， 而 無 需 人的 干 預(yù) ;通 過 計(jì) 算 機(jī) 互 聯(lián) 網(wǎng) 實(shí) 現(xiàn) 物 品自 動 識 別 和 信 息 的 互 聯(lián) 與 共 享 計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的入門基礎(chǔ)課程認(rèn)識計(jì)算機(jī)學(xué)科的各類主要知識體系建立對計(jì)算機(jī)及其技術(shù)、應(yīng)用的整體概念引導(dǎo)大家遨游計(jì)算機(jī)海洋認(rèn)識 了解 理解 認(rèn)識計(jì)算機(jī) 信息及其編碼 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu) 操作系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)與通信 算法與程序設(shè)計(jì) 軟件工程 數(shù)據(jù)庫與信息系統(tǒng) 圖形學(xué)與可視化計(jì)算 計(jì) 算 機(jī) 軟 、 硬 件 的 更 新不

3、斷 增 長 的 知 識 內(nèi) 容有 限 的 在 校 學(xué) 習(xí) 時(shí) 間 戈 登 摩爾摩 爾 定 律 ：每 隔 18個(gè) 月 ， 計(jì) 算 機(jī) 能 力 增 加 一 倍 1能 力 培 養(yǎng)學(xué) 科 思 維 能 力工 程 實(shí) 踐 能 力 3熱 情 激 發(fā)對 專 業(yè) 的 熱 情對 學(xué) 習(xí) 的 熱 情對 動 手 的 熱 情2方 法 訓(xùn) 練眼 到 、 心 到耳 到 、 手 到 學(xué) 生教 師 網(wǎng) 絡(luò)書 籍生 活 計(jì)算機(jī)的奧秘(第6版),清華大學(xué)出版社靈魂機(jī)器的時(shí)代當(dāng)計(jì)算機(jī)超過人類智能時(shí),上海譯文出版社ACM圖靈獎(jiǎng)計(jì)算機(jī)發(fā)展史的縮影,高等教育出版社 娛 樂 休 閑 家 居 生 活 學(xué) 習(xí) 工 作科 學(xué) 計(jì) 算 工 業(yè) 控

4、制數(shù) 據(jù) 處 理大 多 數(shù) 機(jī) 器 只 能 做 一 類 事 ， 為 什 么 計(jì) 算 機(jī) 能 夠 做 許 多 種 事 ？ 計(jì) 算 機(jī) ： 只 有 有 限 的 能 力計(jì) 算 機(jī) ： 只 能 進(jìn) 行 基 本 的 數(shù) 學(xué) 運(yùn) 算 與 邏 輯 比 較計(jì) 算 機(jī) ： 必 須 由 程 序 來 指 示 它 做 什 么 事 把所有可能的數(shù)放入方程中進(jìn)行逐一驗(yàn)證 人的方法o計(jì)算量小o規(guī)則復(fù)雜o適用范圍窄 計(jì)算機(jī)的方法o計(jì)算量大o規(guī)則簡單o適用范圍廣程 序 員 ： 是 一 些 聰 明 的 人 ， 但 具 有 從 事 令人 難 以 置 信 的 笨 拙 工 作 的 能 力計(jì) 算 機(jī) ： 是 一 臺 笨 拙 的 機(jī) 器

5、， 但 具 有 從 事令 人 難 以 置 信 的 聰 明 工 作 的 能 力計(jì) 算 機(jī) + 程 序 員 完 美 的 配 合 什么能夠被有效地自動計(jì)算？如何降低成本、高效地實(shí)現(xiàn)自動計(jì)算？如何方便有效地利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算？ 解決以下問題“數(shù)據(jù)”的表示 “計(jì)算規(guī)則”的表示 數(shù)據(jù)和計(jì)算規(guī)則的存儲 計(jì)算規(guī)則的“自動執(zhí)行” 算 籌 ： 春 秋 時(shí) 期 已 普 遍 運(yùn) 用祖 沖 之 ： 借 助 算 籌 計(jì) 算 出 圓 周 率數(shù)多了，大了，怎么辦？ 提供了計(jì)算過程中存儲數(shù)的手段 提供了一套計(jì)算規(guī)則(口訣) 人按照規(guī)則進(jìn)行計(jì)算算 盤 ： 始 見 于 漢 末 三 國 時(shí) 代不會打算盤怎么辦？ 無法自動計(jì)算？

6、孝 子 ： 帕 斯 卡 機(jī)齒輪式計(jì)算機(jī)-可進(jìn)行進(jìn)行8位數(shù)的加法和減法運(yùn)算。用純機(jī)械裝置可代替人的思維和記憶，開辟了自動計(jì)算的道路。 1674年 ： 萊 布 尼 茨 ， 德 國 能夠進(jìn)行連續(xù)十進(jìn)制運(yùn)算的機(jī)器，利用“步進(jìn)輪” 可實(shí)現(xiàn)自動連續(xù)重復(fù)的運(yùn)算，直接自動 進(jìn)行乘法和除法運(yùn)算。計(jì)算步驟嵌入到機(jī)器結(jié)構(gòu)本生，提供多種算術(shù)運(yùn)算供選擇。萊布尼茨機(jī) 差分機(jī)：提高乘法速度和改進(jìn)對數(shù)字表示的精確度 分析機(jī)：由堆棧，運(yùn)算器，控制器組成。能夠在紙卡片上讀取洞孔形式表示的指令，可編程的。差分機(jī)和分析機(jī) Ada： 拜 倫 的 女 兒第 一 個(gè) 程 序 員 1873年 ， 鮑 德 溫 制 造 了 第 一 臺 小 型

7、手搖 式 計(jì) 算 機(jī) ， 并 普 及 到 個(gè) 人1890年 ： 霍 列 瑞 斯 發(fā) 明 了 制 表 機(jī) ， 用 于 人 口普 查 中 的 大 規(guī) 模 數(shù) 據(jù) 處 理 ， 隨 后 建 立 IBM1931年 ， 布 什 制 造 了 龐 大 的 “ 微 分 分 析 儀 ” 時(shí)間 影響力事件 國家1895 NO1電子管 英國1942 ABC 美國1943 “巨人” 英國“ 巨 人 ” 的 用 來 破 譯 德 軍 密 碼 ，為 第 二 次 世 界 大 戰(zhàn) 的 勝 利 立 下了 汗 馬 功 勞 。 體重30多噸 占地170m2 18000多只電子管 1500個(gè)繼電器 功率150KW 5000次加法/秒 不

8、能存儲程序 十進(jìn)制 現(xiàn) 代 計(jì) 算 機(jī) 之 父存 儲 器 輸 入 設(shè) 備 輸 出 設(shè) 備運(yùn) 算 器控 制 器 二 進(jìn) 制五 大 部 件存 儲 程 序 電子管 晶體管 半導(dǎo)體集成電路 大規(guī)模集成電路 網(wǎng)絡(luò)化 智能化 微型化 巨型化 信息機(jī)器 嵌入式系統(tǒng) 計(jì)算能力越強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)，計(jì)算時(shí)間越短 計(jì)算能力越強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)，計(jì)算精度越高 計(jì)算能力越強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)，能解決更復(fù)雜的問題 天河-1A，天津國家超級計(jì)算機(jī)中心o采用了CPU+GPU的混合架構(gòu)，系統(tǒng)效率有很大提升o配有14336顆Intel Xeon X5670 2.93GHz六核心處理器、7168塊NVIDIA Tesla M2050高性能計(jì)算卡，以

9、及2048顆我國自主研發(fā)的飛騰FT-1000八核心處理器，總計(jì)20多萬顆處理器核心，同時(shí)還配有專有互聯(lián)網(wǎng)絡(luò).o實(shí)測運(yùn)算速度高達(dá)2.57PFlop/s.天河一號”計(jì)算一秒，則相當(dāng)于全國13億人連續(xù)計(jì)算88年。如果用“天河一號”計(jì)算一天，一臺當(dāng)前主流微機(jī)得算160年。 NO.1 天河二號o3,120,000個(gè)計(jì)算核心的三個(gè)至強(qiáng)處理器，每秒3.39億億次 NO.2 泰坦o使用261,632個(gè)的NVIDIA K20 x加速器核心，取得了持續(xù)計(jì)算速度每秒1.76億億次的記錄。泰坦是名單上最節(jié)能的系統(tǒng)之一，共消耗8.21兆瓦，并提供2,143 MFLOPS / W。 NO.3 紅杉o(jì)使用1572864核心

10、并已取得了持續(xù)計(jì)算速度每秒1.72億億次的性能記錄。紅杉也是名單上最節(jié)能的系統(tǒng)之一，共消耗7.84兆瓦，提供2,031.6 MFLOPS / W。 NO.4 K計(jì)算機(jī) o富士通的“K計(jì)算機(jī)”安裝在日本神戶的理化學(xué)研究所高級計(jì)算科學(xué)研究院（ AICS ），現(xiàn)在以持續(xù)計(jì)算速度每秒1.05億億次的記錄位列第四，使用705,024 SPARC64處理核心。 NO.5 米拉o米拉是第二個(gè)IBM藍(lán)色基因/ Q系統(tǒng)的超級計(jì)算機(jī)，持續(xù)計(jì)算速度每秒8.59千萬億次，使用786,432核心。 把多個(gè)分布在不同地點(diǎn)的計(jì)算機(jī)通過通信線路連接起來 用超級計(jì)算機(jī)構(gòu)造大腦 IBM 計(jì)算機(jī)沃森（Watson） 在 月美國熱門

11、的電視智力問答節(jié)目危險(xiǎn)邊緣（Jeopardy?。┲袘?zhàn)勝了兩位人類冠軍選手Watson在各行業(yè)應(yīng)用 無所不能高 性 能 計(jì) 算 無所不在普 適 計(jì) 算 生物芯片生 物 計(jì) 算 提供產(chǎn)品到提供服務(wù)服 務(wù) 計(jì) 算 經(jīng)濟(jì)全球化與全球信息化全 球 信 息 化 機(jī)器更多的具有人類智能智 能 計(jì) 算 無線個(gè)域網(wǎng)(WPAN):個(gè)人不同設(shè)備之間的連接 光子計(jì)算機(jī)量子計(jì)算機(jī)DNA計(jì)算機(jī)可逆計(jì)算機(jī) 撞球計(jì)算機(jī)神經(jīng)細(xì)胞計(jì)算機(jī)磁共振計(jì)算機(jī) Glooper計(jì)算機(jī) 霉變計(jì)算機(jī)水波計(jì)算機(jī) 光計(jì)算機(jī) 光元器件，光互連，光運(yùn)算 生物計(jì)算機(jī) 生物芯片 量子計(jì)算機(jī) 量子信息，量子算法處理和計(jì)算 納米計(jì)算機(jī) 納米級芯片 1. 光子代替

12、半導(dǎo)體芯片中的電子無電磁干擾，傳輸無阻力2. 光互聯(lián)代替導(dǎo)線， 信息傳遞平行通道密度極大，并行能力極強(qiáng)3. 光速度傳播速度是電子的300多倍4. 超高速電子計(jì)算機(jī)只能在低溫下工作，而光子計(jì)算機(jī)在室溫下即可5. 與人腦相似的容錯(cuò)性。某一元件損壞或出錯(cuò)時(shí)，并不影響最終的計(jì)算結(jié)果6. 目前，世界上第一臺光子計(jì)算機(jī)已由歐共體的研制成功，其運(yùn)算速度比電子計(jì)算機(jī)快1000倍。 光子計(jì)算機(jī) 蛋白質(zhì)分子為主要原材料制造 具有巨大的存儲能力，如1立方米的脫氧核糖核酸(DNA)溶液，可存儲1萬億的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，而且能以波的形式傳送信息。 數(shù)據(jù)處理的速度比當(dāng)今最快的巨型機(jī)的速度還要快百萬倍以上，而能量的消耗為其十億分

13、之一。 蛋白質(zhì)分子具有自我組合的能力，從而使生物計(jì)算機(jī)具有自我調(diào)節(jié)能力、自我修復(fù)能力和再生能力，更易于模擬人類大腦的功能。 據(jù)預(yù)計(jì)1020年后，DNA計(jì)算機(jī)將進(jìn)入實(shí)用階段。 計(jì)算結(jié)果不好查看 生物計(jì)算機(jī) 利用一種鏈狀分子聚合物的特性來表示開與關(guān)的狀態(tài)由于量子疊加效應(yīng)，一個(gè)量子位既可存儲0又存儲1。因此一個(gè)量子位可以存儲2個(gè)數(shù)據(jù)?？梢詫θ我馕锢硐到y(tǒng)進(jìn)行高效率的模擬能實(shí)現(xiàn)發(fā)熱量極小的計(jì)算機(jī)耗能過大預(yù)計(jì)2030年將普及量子計(jì)算機(jī)。量子計(jì)算機(jī) 一個(gè)納米等于10-9米 納米技術(shù)最終目標(biāo)是人類按照自己的意志直接操縱單個(gè)原子 微電子機(jī)械系統(tǒng)中，把傳感器、電動機(jī)和各種處理器都放在一個(gè)硅芯片上而構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)。 應(yīng)用納米技術(shù)研制的計(jì)算機(jī)內(nèi)存芯片，其體積只不過數(shù)百個(gè)原子大小，相當(dāng)于人的頭發(fā)絲直徑的千分之一。 納米計(jì)算機(jī)不僅幾乎不需要耗費(fèi)任何能源，而且其性能要比今天的計(jì)算機(jī)強(qiáng)大許多倍。 計(jì) 算 機(jī) 的 發(fā) 展2. 計(jì) 算 機(jī) 的 產(chǎn) 生1. 搜索未來計(jì)算機(jī)、智慧城市相關(guān)知識 預(yù)習(xí)第一章，思考計(jì)算機(jī)中信息是如何表示的 觀看視頻，嘗試設(shè)計(jì)一種你心目中的計(jì)算機(jī)o用計(jì)算機(jī)來學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)o用超級計(jì)算機(jī)構(gòu)造大腦 下載軟件scratch，并了解如何使用