《计算机科学导论》课件Unit 4Data Operations

程序（存储在存储器中）
输入 8,12,22,3
输3,出8,12,22
冯•诺依曼模型（John Von Neumann1903－1957）
现代计算机都是基于冯•诺依曼模型
1. 4个子系统 2. 程序存储 3. 指令顺序执行
计算机硬件 计算机软件
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计算机概述——计算机系统分层结构
通信
程序
网络，多台计算机联接在一起，实现信息交换和资 源共享
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《计算机科学导论》教材
教材 《计算机科学导论》 机械工业出版社 刘艺等译 参考书：
➢ 计算机科学导论，王玲，宋斌编著，清华大学出版社， 2008
➢ 计算机科学导论（第2版），瞿中 等编著，清华大学 出版社， 2007
➢ 计算机科学导论（第7版）（影印版），布鲁克希尔 著，清华大学出版社 ，2004
第10讲：数据库
（第14章）
第11讲：人工智能与计算理论 （第17，18章）
学习建议
内容多，用系统的思想学习，掌握基本概念、 基本原理、基本操作；
听讲与自学相结合，可以快速浏览几本书，有 针对性的上网查阅或图书查阅；
多上机，多实践，提高动手能力
本讲内容
1.1．计算机系统分层结构 1.2．计算机的发展历史 1.3．计算机的分类 1.4．计算机应用
计算机科学导论
第一讲 概述
课程简介
《计算机科学导论》是计算机类各专业全程教学内容的导 引课程，介绍计算机硬件、软件、数据组织和计算理论等方面的 内容，包括编码及计算机体系结构的基本原理、操作系统、计算 机网络、算法、程序设计语言、数据结构和数据库、人工智能以 及计算理论等专业知识的知识点以及与信息技术有关的社会人文 等知识，力求使学生对计算机科学有比较全面的了解。与此同时， 使读者对后续课程的学习有一个概括的了解，为今后的学习打下 良好的基础。

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早期脱机批处理的特点
• 脱机输出技术 CPU需要输出时，高速地把结果输出到 磁带上，然后在外围机的控制下，把磁带上
的计算结果由相应的输出设备输出。
• 主机与慢速外设可以并行工作
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多道批处理系统
• 指在内存同时放若干道程序，使它们在系 统中交叉运行，共享系统中的各种资源。 当一道程序暂停执行时，CPU立即转去执 行另一道程序。 • 特点：多道、宏观上并行（不同的作业 分别在CPU和外设上执行）ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ微观上串行 （在单CPU上交叉运行）。
5分钟 15分钟 10分钟 5分钟
15分钟
10分钟
批处理系统问题： （1）用户不能直接控制作业运行 （2）作业的周转时间太长。
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分时系统
分时系统：多用户交互式系统。多个用户通 过交互方式分享使用同一台计算机。
一台分时计算机系统联有若干台远近终端，
多个用户可以在各自的终端上以交互方式
联机使用计算机。
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分时系统的特点
• 同时性：若干个用户可同时使用计算机。
• 独立性：每个用户占有一台终端，彼此独 立操作，互不干扰。
• 交互性：用户可通过终端与系统进行人机 对话。 • 及时性：用户的请求能在较短时间内得到 响应。
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• 分时系统的响应时间：是指用户发出终端命
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Windows系统
• 单用户多任务（分时系统），16位/16和32位混合/32位。 • Windows的历史 1990年：Windows 3.0（成功版本），16位OS，借见 Apple Macintosh给出友好的用户界面； 1993年：Windows NT 3.1, 32位OS，支持DOS和 Windows应用程序； 1999年12月：Windows 2000(Professional, Server, Advanced Server)，32位OS； ………… …………

对计算机科学者来说，除去数据的输入与输出，更关
心数据处理系统中的数据处理过程。因为包括数据的输入 与输出在内的整个数据处理都是计算机科学研究的对象。
美籍匈牙利数学家冯•诺伊曼(Von Neumann)于1945年 奠定了现代计算机科学的基本理论。
现代计算机的特点是具有速度快精度高、逻辑判断与
记忆功能的、高度的自动化与灵活性。
如：整数-25的Excess-127数据表示为01100110
D-25+D127=D102=B1100110=B01100110
.
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浮点数表示法
浮点数可以扩大数的表示范围。
浮点数由两部分组成，一部分用以表示数
据的有效位，称为尾数；一部分用于表示该数 的小数点位置，称为阶码。
一般阶码用整数表示，尾数大多用小数表
零的表示有两种：
正零为0.0…0，负零为1.1…1。
.
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Excess系统
特点:能同时存储正负数,易于二与十进制数转换。 正数（幻数）用于转换过程，在8位模式下幻数为 （2 n-1）=128 或（2 n-1）-1=127，并分别称 Excess-128与Excess-127。
Excess系统数据表示法（数据转换法）：将十进 制整数与幻数之和转换为二进制数，并补足N位。
4．第四代计算机（1974年至今）
其主要特征是以大规模和超大规模集成电路为计算机
的主要功能部件。
----------------- 注：与教材所讲有不同
.
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第二章 数据的表示
• 数据的类型 • 计算机内部的数据 • 表示数据 • 十六进制表示法 • 八进制表示法
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数据的类型
计算机能处理的数据分类为：

P
W/P M B 1 1 1 B 1 1 B ……
那么，图灵机怎样进行运算呢？例如做加法3+2=？ 开始先把最左单元放上特殊的符号B，表示分割空格，它不属 于输入符号集。然后写上3个“1”，用B分割后再写上2个1”， 接着在再填一个B，相加时，只要把中间的B修改为“1”，而把
最左边的“1”修改为B，于是机器把两个B 之间的“1”读出就 得到3+2=5。由于计算过程的直观概念可以看成是能用机器实现 的有限指令序列，所以图灵机已被认为是过程的形式定义。 1950年他发表了另一篇著名论文：《计算机器与智能》。指 出如果一台机器对于质问的响应与人类做出的响应完全无法区别， 那么这台机器就具有智能。这一论断称为图灵测试，它奠定了人 工智能理论的基础。 必须强调指出，图灵并不只是一位纯粹抽象的数学家，他还 是一位擅长电子技术的工程专家，二次大战期间，他是英国破译 密码小组的主要成员。他设计制造的破译机Bombe实质就是一台 采用继电器的高速计算装置。图灵以独特的思想创造的破译机， 一次次成功地破译了德国法西斯的密码电文。 为纪念图灵的理论成就，美国计算机协会（ACM）专门设立 了图灵奖。从1966年至今已有30多位各国第一流的计算机科学家 获得此项殊荣，成为计算机学术界的最高成就奖。
巴贝奇的第一个目标 是制作一台“差分机”。 快速编制不同函数的数学 用表。 他整整用了10年的时 间，于1822 年完成了第一 台差分机，可以处理3个不 同的5位数，计算精度达到 6 位小数，当即就演算出 了好几种函数表来。同时 间接指出了计算机的五个 部分，同时产生第一个程 序员——爱达·奥古斯塔 （Ada Augusta）
美国50年代生产的IBM704 1960年美国贝思勒荷姆钢厂成为第一家利用计算机处理定货、 管理库存、并进行实时生产过程控制的公司。 1963年俄克拉荷马日报成为第一份利用计算机编辑排版的报 纸。 1964年美国航空公司建立了第一个实时订票系统，计算机应 用的革命正在开始。