绪论
? 1 计算机的产生
? 2 计算机的发展
? 3 计算机科学与技术学科的构成
1 计算机的产生
? 计算机从产生到现在，也不过短短几十年时
间，却已经极大地影响并将更广泛而深远地
影响和改变人类社会的生活。
? 现在人们公认的世界上的第一台电子计算机
ENIAC（ Electronic Numerical Integrator And
Calculator,电子数字积分计算机）是在 1946
年在美国宾西法尼亚大学被研制成功的。
? 但若追溯人们研究执行算法任务的机器的历
史，那将更为久远。
算法
? 通俗地讲，一个算法就是完成一个任务的步
骤。例如,
? 任务：将 3,74,23,89,22,99,65、
109,55,45十个数按从小到大的顺序排列
? 算法：每次找出未排序的 n个数中的最小的
数并将其排列在这些数的最前面, 接着再
同样排列其余 n-1个数
? 结果,3,22,23,45,55,65,74,89、
99,109
计算机的产生 (1)
? 公元前 3000年，中国人就发
明了算筹，逐渐演变成了算
盘
? 1620~1630年间，英国人发
明了计算尺
? 1623年，德国久宾根大学的
威尔海姆 ·什卡尔教授设计
了第一个带有进位机构执行
四则运算的计算设备的模型
图 0.2 西汉年间的金属算筹
图 0.3 算盘
计算机的产生 (2)
（ a） （ b）
（ c）
图 0.4 什卡尔机模型
计算机的产生 (3)
? 1642年，法国哲学家、数学家和物理科学家
布莱斯 ·帕斯卡（ Blaise Pascal,1623— 1662）
发明了加法机,它的设计思想比较符合人
类的思维习惯。
? 帕斯卡机主要的发明和
重大的进展在于：某一
位的小轮或轴完成了十
个数字的转动，才强使
下一个只转动一个数字。 图 0.5 帕斯卡的加法机
计算机的产生 (4)
? 德国哲学家和自然科学家戈特弗里德 ·威廉 ·莱
布尼兹（ Gottfried Wilhelm Leibniz,1646-1716）
在帕斯卡的思想和工作的影响下，改进了计算
机的设计思想，并于 1672年成功设计完成了改
进的计算机器。
? 它是第一台不仅能加减而能乘除的演算机，机
器的关键部件是个梯形
轴，即齿长不同的圆柱,
第一次实现了带有可变
齿数的齿轮，正是这种
数字轮保证完成乘除法。 图 0.6 莱布尼兹的演算机
计算机的产生 (5)
? 英国数学家查尔斯 ·巴比奇（ Charles Babbage,
1792-1871） 设计了一个差分机，这个差分机
实际是一个带有固定程序的专用自动数字计
算机
? 巴比奇认识到如果在计算过程中，能改变寄
存器之间的连接，则将得到一个通用的自动
计算机 — 解析机。他建议采用穿孔卡片来控
制寄存器之间的连接，并在计算过程中提供
输入数据。
? 巴比奇对现代计算思想的最重大贡献就在于
其设计中隐含的用 程序控制 计算的思想。
计算机的产生 (6)
? 用穿孔卡片与机器交换算法的思想是借鉴了穿
孔卡片式织布机的技术。早在 1801年，约瑟
夫 ·杰卡德（ Joseph Jacquard,1752-1834,法国）发
明了能织出复杂图案的自动织布机，织布过程
的每一步都是由穿孔卡片上穿孔分布的样式来
决定的。通过这种方式可以很容易改变织布机
所执行的“算法”从而织出不同的图案
? 赫尔曼 ·霍勒瑞斯（ Herman Hollerith,1860-1929）
根据类似的思想，发明了能够在穿孔卡片上贮
存和再现信息的系统（ 1880年）并创建了后来
发展为计算机界蓝色巨人 IBM的公司（ 1924年）
计算机的产生 (7)
? 1940年贝尔实验室完成了采用延迟线的继电器
计算机 Model-1
? 1944年霍华德 ·艾肯（ Howard Aiken） 等研制
出了机电式自动顺序控制计算机 MARK I,它
也是第一台自动通用数字计算机，其中用了大
量的继电器
? 第一台电子真空管的电子数字计算机是 1937~
1941年间在爱荷华州立学院建成的 Atanasoff -
Berry计算机
? 在二战快结束时英国研制了用于破译德国电码
的计算机 COLOSSUS,装有 2500只真空管
计算机的产生 (8)
? 1946年, 在美国宾夕法尼亚大学莫尔研
究所莫克利 （ J.W,Mauchly）, 艾克特
（ W.J,Eckert） 等人研制成功了功能更
加灵活的计算机 ENIAC,这就是大家所
公认的世界上的第一台采用电子线路技
术的通用电子计算机, 该机整机大约有
18000只真空管
计算机的发展 (1)
? 理论和技术准备
? 亚里斯多德（ Aristotle,384—322B.C.） 创立了古典逻
辑学；
? 莱布尼兹提出了现代逻辑学的最初设想，标志着数
理逻辑学科的产生；
? 布尔采用外延的方法发展了一种相当于命题演算的
逻辑代数，一般称为布尔代数；
? 希尔伯特（ Hilbert） 是所谓数学机械化思想的积极倡
导者，希望，建立一个协调、完全的大系统；
? 1931年哥德尔发表的不完全性定理表明 只要表达能
力足够丰富,这种形式系统就不可能是完全的； 为
了证明不完全性定理，哥德尔发明了原始递归函数，
它们是可用机械装置来计算的，即是可计算的；
计算机的发展 (2)
? 理论和技术准备
? 丘奇（ Church）,递归函数
? 波斯特（ Post）,波斯特机
? 图灵（ Alan Turing）,图灵机
计算机的发展 (3)
? 冯 ·诺依曼：冯氏计算机
计算机的发展 (4)
? 第一代（ 1946年 ~1958年）：电子管计算机
? 第二代（ 1959年 ~1964年）：晶体管计算机
? 第三代（ 1965年 ~1970年）：集成电路计算机
? 第四代（ 1971年开始）：大规模和超大规模
集成电路计算机
? 第五代计算机：知识信息处理系统
? 第六代计算机：神经系统电脑
计算机科学与技术学科的构成 (1)
? 应用层
? 人工智能应用与系统
? 信息、管理与决策系统
? 计算可视化
? 科学计算
计算机科学与技术学科的构成 (2)
? 专业基础层
? 软件开发方法学
? 计算机网络与通信技术
? 程序设计科学
? 计算机体系结构
? 电子计算机系统基础
计算机科学与技术学科的构成 (3)
? 专业基础的理论基础层
? 计算理论
? 高等逻辑
? 1 计算机的产生
? 2 计算机的发展
? 3 计算机科学与技术学科的构成
1 计算机的产生
? 计算机从产生到现在，也不过短短几十年时
间，却已经极大地影响并将更广泛而深远地
影响和改变人类社会的生活。
? 现在人们公认的世界上的第一台电子计算机
ENIAC（ Electronic Numerical Integrator And
Calculator,电子数字积分计算机）是在 1946
年在美国宾西法尼亚大学被研制成功的。
? 但若追溯人们研究执行算法任务的机器的历
史，那将更为久远。
算法
? 通俗地讲，一个算法就是完成一个任务的步
骤。例如,
? 任务：将 3,74,23,89,22,99,65、
109,55,45十个数按从小到大的顺序排列
? 算法：每次找出未排序的 n个数中的最小的
数并将其排列在这些数的最前面, 接着再
同样排列其余 n-1个数
? 结果,3,22,23,45,55,65,74,89、
99,109
计算机的产生 (1)
? 公元前 3000年，中国人就发
明了算筹，逐渐演变成了算
盘
? 1620~1630年间，英国人发
明了计算尺
? 1623年，德国久宾根大学的
威尔海姆 ·什卡尔教授设计
了第一个带有进位机构执行
四则运算的计算设备的模型
图 0.2 西汉年间的金属算筹
图 0.3 算盘
计算机的产生 (2)
（ a） （ b）
（ c）
图 0.4 什卡尔机模型
计算机的产生 (3)
? 1642年，法国哲学家、数学家和物理科学家
布莱斯 ·帕斯卡（ Blaise Pascal,1623— 1662）
发明了加法机,它的设计思想比较符合人
类的思维习惯。
? 帕斯卡机主要的发明和
重大的进展在于：某一
位的小轮或轴完成了十
个数字的转动，才强使
下一个只转动一个数字。 图 0.5 帕斯卡的加法机
计算机的产生 (4)
? 德国哲学家和自然科学家戈特弗里德 ·威廉 ·莱
布尼兹（ Gottfried Wilhelm Leibniz,1646-1716）
在帕斯卡的思想和工作的影响下，改进了计算
机的设计思想，并于 1672年成功设计完成了改
进的计算机器。
? 它是第一台不仅能加减而能乘除的演算机，机
器的关键部件是个梯形
轴，即齿长不同的圆柱,
第一次实现了带有可变
齿数的齿轮，正是这种
数字轮保证完成乘除法。 图 0.6 莱布尼兹的演算机
计算机的产生 (5)
? 英国数学家查尔斯 ·巴比奇（ Charles Babbage,
1792-1871） 设计了一个差分机，这个差分机
实际是一个带有固定程序的专用自动数字计
算机
? 巴比奇认识到如果在计算过程中，能改变寄
存器之间的连接，则将得到一个通用的自动
计算机 — 解析机。他建议采用穿孔卡片来控
制寄存器之间的连接，并在计算过程中提供
输入数据。
? 巴比奇对现代计算思想的最重大贡献就在于
其设计中隐含的用 程序控制 计算的思想。
计算机的产生 (6)
? 用穿孔卡片与机器交换算法的思想是借鉴了穿
孔卡片式织布机的技术。早在 1801年，约瑟
夫 ·杰卡德（ Joseph Jacquard,1752-1834,法国）发
明了能织出复杂图案的自动织布机，织布过程
的每一步都是由穿孔卡片上穿孔分布的样式来
决定的。通过这种方式可以很容易改变织布机
所执行的“算法”从而织出不同的图案
? 赫尔曼 ·霍勒瑞斯（ Herman Hollerith,1860-1929）
根据类似的思想，发明了能够在穿孔卡片上贮
存和再现信息的系统（ 1880年）并创建了后来
发展为计算机界蓝色巨人 IBM的公司（ 1924年）
计算机的产生 (7)
? 1940年贝尔实验室完成了采用延迟线的继电器
计算机 Model-1
? 1944年霍华德 ·艾肯（ Howard Aiken） 等研制
出了机电式自动顺序控制计算机 MARK I,它
也是第一台自动通用数字计算机，其中用了大
量的继电器
? 第一台电子真空管的电子数字计算机是 1937~
1941年间在爱荷华州立学院建成的 Atanasoff -
Berry计算机
? 在二战快结束时英国研制了用于破译德国电码
的计算机 COLOSSUS,装有 2500只真空管
计算机的产生 (8)
? 1946年, 在美国宾夕法尼亚大学莫尔研
究所莫克利 （ J.W,Mauchly）, 艾克特
（ W.J,Eckert） 等人研制成功了功能更
加灵活的计算机 ENIAC,这就是大家所
公认的世界上的第一台采用电子线路技
术的通用电子计算机, 该机整机大约有
18000只真空管
计算机的发展 (1)
? 理论和技术准备
? 亚里斯多德（ Aristotle,384—322B.C.） 创立了古典逻
辑学；
? 莱布尼兹提出了现代逻辑学的最初设想，标志着数
理逻辑学科的产生；
? 布尔采用外延的方法发展了一种相当于命题演算的
逻辑代数，一般称为布尔代数；
? 希尔伯特（ Hilbert） 是所谓数学机械化思想的积极倡
导者，希望，建立一个协调、完全的大系统；
? 1931年哥德尔发表的不完全性定理表明 只要表达能
力足够丰富,这种形式系统就不可能是完全的； 为
了证明不完全性定理，哥德尔发明了原始递归函数，
它们是可用机械装置来计算的，即是可计算的；
计算机的发展 (2)
? 理论和技术准备
? 丘奇（ Church）,递归函数
? 波斯特（ Post）,波斯特机
? 图灵（ Alan Turing）,图灵机
计算机的发展 (3)
? 冯 ·诺依曼：冯氏计算机
计算机的发展 (4)
? 第一代（ 1946年 ~1958年）：电子管计算机
? 第二代（ 1959年 ~1964年）：晶体管计算机
? 第三代（ 1965年 ~1970年）：集成电路计算机
? 第四代（ 1971年开始）：大规模和超大规模
集成电路计算机
? 第五代计算机：知识信息处理系统
? 第六代计算机：神经系统电脑
计算机科学与技术学科的构成 (1)
? 应用层
? 人工智能应用与系统
? 信息、管理与决策系统
? 计算可视化
? 科学计算
计算机科学与技术学科的构成 (2)
? 专业基础层
? 软件开发方法学
? 计算机网络与通信技术
? 程序设计科学
? 计算机体系结构
? 电子计算机系统基础
计算机科学与技术学科的构成 (3)
? 专业基础的理论基础层
? 计算理论
? 高等逻辑
