第1页：计算机基础知识封面
本页为《计算机文化基础》课程开篇封面，开课单位为计算机与信息管理中心，本章主题为计算机基础知识。
第2页：本讲内容提要
本讲内容提要，涵盖以下七个方面。
- 课程教学设计特点
- 课程考核要求
- 计算机发展史
- 计算机软件概述
- 计算机文化与道德
- 计算机工作原理
- 计算机发展趋势
第3页：计算机课程体系
计算机课程体系由面向全校的选修课程向下延伸到专业课程，层次如下。
- 全校性选修课程（计算机应用基础）
- 计算机文化基础
- 计算机技术基础
- 计算机专业系列课程
- 计算机辅修专业
- 各专业要求的计算机课程
第4页：课程内容框架
课程内容框架由六个模块组成。
- 计算机基础知识
- 图形用户界面的使用
- 办公自动化软件
- 网络应用
- 网页制作
- 多媒体技术应用
第5页：课程教学活动组织
课程教学活动由四种形式组织，并配合学生个人情况调查开展。
- 大课教学（概括总结）
- 上机辅导（边讲边练）
- 课外讲座（兴趣驱动）
- 网络学堂（协作与自主）
第6页：课外讲座内容预告
课外讲座共安排九个专题。
- 现代操作系统
- 文字处理软件
- 电子报表软件
- 多媒体演示文稿制作软件
- 矢量动画设计
- 平面图像处理
- 网络安全
- 网络应用基础
- 计算机硬件入门
第7页：学习参考资料
本课程的学习参考资料分为以下五类。
- 教材
- 《计算机文化基础》（第四版）
- 上机手册
- Office、网页制作相关
- 相关技术书籍
- Flash、PhotoShop、FrontPage、DreamWaver 等
- 大课讲义与样例素材
- 配合课堂讲授使用
- 网络资源
- 文化课网站等
第8页：课程设计特点
课程以教师指导下的学生主动学习为线索组织教学环节。
- 课前教材预习，建构学习
- 客观学习与教师课堂讲授
- 课后作业习题巩固
- 教材与课堂讲授问题集锦
- 影像视频作品赏析与其他资源
- 以“教”为中心的学习实践
第9页：课程教学目标
本课程的教学目标集中在两个方面。
- 学习方法的建构
- 培养学习者获取信息、分析信息、应用信息和加工信息的能力，以获得新学习环境中的有效学习策略
- 计算机基本应用能力的培养
- 建设集知识性、实用性和实时性的全校公共课程，担当入学教育基础角色，为其他课程提供背景知识与辅助技能
第10页：课程考核要求
课程考核由作业、平时测验与讨论参与三部分构成。
- 三次作业（共计 80%）
- 必做题 2 个：文字处理软件 Word（信息获取和加工）25%、网页制作（信息获取和加工，团队协作）35%
- 工具任选题 1 个：20%，可选 Excel、PowerPoint、Flash、PhotoShop
- 平时测验 10%
- 讨论参与 10%
- 注：缺少任何一次作业均视为不合格
第11页：课程学习要求
课程对学习过程提出四方面要求。
- 大课要求
- 大课学习自由参加，课堂上不允许影响他人学习，教师开始授课后未进入教室者视为自动缺席
- 作业要求
- 须以正确的格式提交作业，作业提交截止日期一经发布不许更改
- 上机要求
- 课堂安静、准时出席、保持实验室卫生和秩序
- 成绩要求
- 成绩追溯期为成绩发布后一个月内
第12页：人类追求的计算工具
人类追求计算工具的历程沿以下节点推进。
- 1642 年 Blaise Pascal 加法器
- Charles Babbage：1822 年差分机、1833 年分析机
- MARK I
- ENIAC，进入电子计算机时代
第13页：第一台电子计算机ENIAC
第一台电子计算机 ENIAC 主要性能指标：
ENIAC 主要性能指标| 指标 | 数值 |
|---|
| 运算速度 | 5000 次加法/秒 |
|---|
| 重量 | 28 吨 |
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| 占地面积 | 170 平方米 |
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| 电子管数量 | 18800 只 |
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| 继电器数量 | 1500 个 |
|---|
| 功率 | 150 KW |
|---|
第14页：晶体管取代电子管
晶体管实质上是按显微比例建造的真空管，与电子管相比优劣明显。
电子管与晶体管性能对比| 对比项 | 电子管 | 晶体管 |
|---|
| 体积 | 大 | 小 |
|---|
| 耗能 | 高，散热量大 | 低 |
|---|
| 性能 | — | 稳定 |
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第15页：晶体管数目与芯片工艺
将电脑浓缩在一颗芯片上，集成度随工艺进步大幅提升。
处理器晶体管数目与工艺对比| 处理器 | 晶体管数目 | 工艺 |
|---|
| Intel 4004 | 2,300 | 10 微米芯片 |
|---|
| 奔腾 4 | 约 42,000,000 | 0.18 微米芯片 |
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说明：奔腾 4 的晶体管数目在源文件中数字粘连，此处按 Intel 公布的 4200 万量级填写，实际数值以官方资料为准。
第16页：摩尔定律
计算机第一定律——摩尔定律，描述芯片能力的增长速度。
- 定律内容
- 每 18 个月芯片能力增长一倍
- 衡量指标一
- 晶体管数
- 衡量指标二
- 单位时间执行的指令数（百万条/每秒）
第17页：计算机发展的四个阶段
按主要元件划分，计算机发展经历四个阶段。
计算机发展的四个阶段| 代次 | 起止年份 | 主要元件 | 运算速度 |
|---|
| 第一代 | 1946—1956 | 电子管 | 5 千—4 万次/秒 |
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| 第二代 | 1957—1964 | 晶体管 | 几十万—百万次/秒 |
|---|
| 第三代 | 1965—1970 | 集成电路 | 百万—几百万次/秒 |
|---|
| 第四代 | 1971—90 年代 | 集成电路 | 几百万—几亿次/秒 |
|---|
第18页：计算机的商用化
计算机进入社会、开启办公自动化理念的过程。
- 计算机的第一个商业顾客——烤面包卖茶点的利昂（Lyons）
- ENIAC 与 EDSAC 的改进，Lyons 参与部分投资
- Lyons 复制 EDSAC，制成 LEO（Lyons Electronic Office）
- LEO 充当会计师，进入办公应用领域
第19页：香侬与阿塔纳索夫
奠定现代计算机发展的重要人物与思想。
- 香侬（Claude Shannon）：现代信息论创始人，1938 年首次用布尔代数进行开关电路分析，证明布尔代数的逻辑运算可通过继电器电路实现
- 阿塔纳索夫提出计算机三条原则：以二进制逻辑基础实现数字运算以保证精度；利用电子技术实现控制、逻辑运算和算术运算以保证速度；把计算功能与二进制数更新存储功能相分离
第20页：图灵与图灵机
图灵机是一种思想模型，为纪念图灵的贡献，美国计算机博物馆于 1966 年设立“图灵奖”。
- 基本观点
- 计算机是使用相应的程序来完成任何设定好的任务
- 图灵机组成
- 一个控制器、一条可以无限延伸的带子、一个在带子上左右移动的读写头
第21页：冯·诺依曼存储程序原理
冯·诺依曼计算机以存储程序方式工作，1949 年的 EDSAC 是典型代表。
- 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
- 工作过程
- 利用存储器（内存）存放所要执行的程序，CPU 依次从存储器中取出每一条指令并分析执行，直至完成全部指令任务
第22页：计算机硬件基本组成
计算机硬件由运算器、控制器、存储器与输入输出设备组成。
- 中央处理器（CPU）：控制器与运算器
- 存储器：内存储器与外存储器
- 输入设备与输出设备
- 部件之间通过数据流、地址与控制流连接
第23页：计算机的工作原理
计算机的工作原理可归纳为三类功能。
- 运算
- 处理
- 存储
- 记录
- 控制
- 协调
第24页：软件概述与软件史人物
存储程序工作原理的计算机决定了“编写程序和运行程序”的使用方式，即硬件与软件的划分。
- “吃软不吃硬”的 EDSAC
- 软件史上的重要人物：阿黛·拜伦、格雷斯·霍普、威尔克斯、戴维·韦勒
第25页：计算机的语言：二进制
计算机使用二进制，进位规则为“逢 R 进一，借一当 R”。
常用进制对照| 进制 | 基数 R | 可用符号 |
|---|
| 十进制 | 10 | 0—9 |
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| 二进制 | 2 | 0、1 |
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| 八进制 | 8 | 0—7 |
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| 十六进制 | 16 | 0—9、A—F |
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第26页：二进制的优点
二进制以 128、64、32、16、8、4、2、1 瓦的灯泡组合表示数值，例如 11111000。
- 信息复制的精确性
- 运算规则简单，共 R(R+1)/2 条
- 使电子线路制造计算机成为可能
第27页：程序与指令
指令是程序控制的最小单位，程序是一组指令序列。
- 指令
- 对计算机进行程序控制的最小单位，所有指令的集合称为指令系统
- 程序
- 为完成一项特定任务而用某种语言编写的一组指令序列
- 机器指令格式
- 操作码表示机器执行什么操作，操作数表示执行对象（具体数或存放位置）
第28页：信息存储单位
信息存储单位以字节为基本单位逐级换算，示例二进制 10010101 等于十进制 149。
信息存储单位换算| 单位 | 说明 | 换算 |
|---|
| 位（Bit） | 度量数据的最小单位 | — |
|---|
| 字节（Byte） | 最常用的基本单位 | 1 Byte = 8 bit |
|---|
| K 字节 | 千字节 | 1K = 1024 byte |
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| M（兆）字节 | 兆字节 | 1M = 1024 K |
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| G（吉）字节 | 吉字节 | 1G = 1024 M |
|---|
| T（太）字节 | 太字节 | 1T = 1024 G |
|---|
第29页：计算机发展的四大趋势
计算机发展呈现四个方向。
第30页：计算机微型化
Altair 8800 是微型化方向的代表机型。
计算机不再是单一的计算器，而是一种信息机器、一种个人的信息机器。
第31页：计算机巨型化
CRAY-Ⅱ 等超级计算机的运算速度可达每秒几百亿次。
- 1975 年世界上第一台超级计算机“Cray-I”
- 超级计算机应用：天气预报、地震机理研究、石油和地质勘探、卫星图像处理等大量科学计算领域
- 中国超级计算机：国防科技大学研制的“银河 1 号”“银河 2 号”“银河 3 号”，国家智能计算机中心推出的“曙光 1000”“曙光 200I”
第32页：世界排名前五的超级计算机
当时世界排名前五的超级计算机如下。
世界排名前五的超级计算机| 排名 | 厂商与机型 |
|---|
| 1 | COMPAQ：Terascale（3024 个处理器） |
|---|
| 2 | IBM：ASCI White |
|---|
| 3 | NEC 超级计算机 |
|---|
| 4 | NEC 超级计算机 |
|---|
| 5 | Cray 超级计算机 |
|---|
第33页：曙光3000超级服务器
中国最快的超级服务器“曙光 3000”运算速度为每秒 3800 亿次，当时排名世界第 80 位。其能力可折算为以下应用场景。
- 1/2 规模：48 小时的精确天气预报数据处理只需 1 小时 38 分钟
- 1/4 规模：一个月的气候预报仅用 15 分钟
- 1/16 规模：1000 万人每人每天可在网上点击 800 次网页
- 1/32 规模：1000 万人每人每天可收发 7 封电子邮件
第34页：计算机网络化
计算机网络是计算机技术与通信技术结合的产物。
- 发展动力
- 使用远程资源，共享程序、数据和信息资源，支持网络用户的通讯和合作
- 应用实例
- 日本 1024 台计算机利用并行作业管理技术，实现高速操作环境
第35页：计算机智能化
智能化方向沿机器人的代际演进而发展。
- 笛卡尔 1637 年设想：人类会造出举止跟人一样的“没有灵魂的机械”
- 人类第一个“工业机器人”：1742 年一头在纺织机上挑纱的“驴”
- 第一代机器人：机械手（1962 年出现）
- 第二代机器人：具有“感觉”的机器人
- 第三代机器人：装有启发式计算机的“智能机器人”
- 深蓝（Deepblue）与 Garry Kasparov 的国际象棋对局
第36页：计算机世界中的中国
中国计算机发展的重要事件如下。
中国计算机发展大事记| 年份 | 事件 |
|---|
| 1952 | 清华大学成立中国第一个计算机三人研究小组，组长为电机系教授闵大可 |
|---|
| 1954 | 小组经扩充调整并入中科院近代物理研究所，负责人钱三强 |
|---|
| 1958 | 完成第一台电子计算机 103 |
|---|
| 1959 | 完成大型电子计算机 104；中国自行研究的 107 计算机问世 |
|---|
| 1965 | 中国开始研制第三代计算机（集成电路） |
|---|
| 1977 | 研制成功中国第一台微机 DJS050 |
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第37页：计算机世界中的日本
日本计算机产业的辉煌与失误并存。
- 辉煌
- 打败 Intel 的芯片巨人，迫使 Intel 于 1985 年另辟战场（微处理器）；成为笔记本电脑的领军人物
- 失误
- 第五代计算机（智能计算机）的开发；高清晰度模拟电视路线
第38页：计算机世界中的印度
印度以硅谷慧谷为代表，发展为世界软件产业王国。
印度软件业产值增长| 年份 | 软件业产值 |
|---|
| 1985 | 1000 万美元 |
|---|
| 1994 | 10 亿美元 |
|---|
| 2000 | 50 亿美元 |
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在软件出口规模和质量与总产值的比例上，印度居世界第一。
第39页：计算机文化与道德
计算机是一种“可以传授给人知识的工具”，也是一种“无比有力的知识工具”。
真正对人类生活带来直接冲击的，不是计算机硬件本身，而是来自软件这种人类知识的产物。
第40页：参考资料
本讲的参考资料如下。
- 参考教材
- 《计算机文化基础》（第四版）
- 《计算机文化基础上机指导》
- 网站资源
- http://ccf.tsinghua.edu.cn
- 文化课网站学习功能介绍（基础知识）
- 第一次大课讲义（基础知识）
- 课程教学进度表（察看通知）
