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(共30张PPT)
第二单元 第3课
计算机的诞生
清华版（中学）
通
1
学习目标
3
新知讲解
5
拓展延伸
7
板书设计
2
新知导入
4
课堂练习
6
课堂总结
课后作业
8
01
教学目标
（1）了解从机械计算器到电子计算机的演进及代表事件。
（2）理解图灵机模型、二进制逻辑运算和存储程序结构的核心概念。
（3）探讨计算机的诞生对人工智能发展的深远影响。
02
新知导入
数理逻辑的诞生为人工智能准备好了理论基础。如何使用机器高效地计算？
03
新知讲解
1642年法国数学家布莱兹·帕斯卡在发明帕斯卡计算器。
帕斯卡计算器，利用齿轮和杠杆实现加减法自动运算，是自动化计算机器的开端，标志计算工具从辅助性向自动化跨越 。
1
计算机器
布莱士·帕斯卡（1623-1662），法国数学家、物理学家、哲学家、散文家。
03
新知讲解
19世纪20年代英国数学家查尔斯 巴贝奇设计了差分机。
这台机器采用十进制系统,通过摇动手柄来驱动，可以自动计算多项式函数的值，并用这种方法来近似任意函数。
巴贝奇在差分机的基础上进一步改进,提出了“分析机”的计算机器。这台分析机包含了算术逻辑单元、内存和控制流程,这几乎就是现代计算机的雏形了。
1
计算机器
查尔斯·巴贝奇（1791-1871），英国发明家，数学家。
03
新知讲解
计算工具演进
从中国算筹等辅助计算工具，到帕斯卡计算器（首台自动化计算机器 ）、巴贝奇差分机/分析机（现代计算机雏形 ），展现了计算工具从“辅助”到“自动”“通用”的探索。
1
计算机器
03
新知讲解
1936 年，英国数学家艾伦 图灵提出“图灵机”模型，试图定义 “简单通用的计算逻辑”。
2
图灵机的诞生
艾伦·麦席森·图灵（1912-1954），英国计算机科学家、数学家、逻辑学家、密码分析学家、理论生物学家，被誉为“计算机科学之父”、“人工智能之父”。
03
新知讲解
图灵机的工作原理：
纸带：无限长，记录符号（如0/1），作为“存储介质”。
读写头：读取/改写纸带上的符号，可左右移动。
控制器：根据程序指令+当前状态，控制读写头操作。
2
图灵机的诞生
运行时，控制器根据程序设置的指令和当前状态读写纸带上的符号，并将读写头在纸带上左右移动。
03
新知讲解
图灵机的本质：
并非实体机器，而是“可计算函数的集合”。任何有效计算的函数，都能通过图灵机模拟。
意义：图灵机的出现为人工智能的诞生奠定了重要基础。。
2
图灵机的诞生
03
新知讲解
美国电气工程师和数学家香农，提出“电子开关实现二进制逻辑” 的理论，标志现代电子计算机设计的开端。
3
香农的贡献
二进制逻辑：
是一种使用两个状态(如0和1)来表示和处理信息的逻辑系统。通过电子开关的开关状态，电子电路可实现二进制的加减法等基本运算。
克劳德·艾尔伍德·香农（1916-2001），美国数学家、电子工程师和密码学家，被誉为信息论的创始人。
03
新知讲解
逻辑门是数字电路的“基本积木”，实现基础逻辑运算。
3
香农的贡献
逻辑门组合成复杂数字电路，完成数学计算。
03
新知讲解
1946年诞生的ENIAC作为首台通用电子计算机，由美国陆军资助，约翰 莫克利和约翰 普雷斯珀 埃克特设计建造，用于炮弹弹道计算等。
4
ENIAC:第一台通用电子计算机
ENIAC的出现具有划时代的意义,标志着计算机时代的到来。
03
新知讲解
硬件规模：
17468个电子管、7200个晶体二极管、1500个继电器、10000 个电容器、500万个手工焊接点
物理属性：
重量：27 吨。
占地：167 平方米。
功耗：150 千瓦交互方式。
输入：IBM 卡片阅读器。
输出：打卡器。
4
ENIAC:第一台通用电子计算机
03
新知讲解
1945年前后，冯·诺依曼提出了计算机的基本结构——存储程序结构。
5
存储程序结构
存储程序结构将计算机分成运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大组件。计算机通过输入设备读入数据，由控制器读取指令，并送入运算器中计算，最后由输出设备输出结果。这一结构的特点是把数据和指令放在同一个存储空间中。
03
新知讲解
输入设备：接收外部数据；
存储器：存储程序和数据；
运算器：执行算术/逻辑运算；
控制器：调度指令、协调组件；
输出设备：输出计算结果。
5
存储程序结构
数据流动：输入→存储→CPU 处理 → 输出。
03
新知讲解
6
思考与讨论
有人说，从早期专用计算机器到现代的通用电子计算机，只不过是让一个机器可以完成多个专用计算器的工作，本质上还是计算器，并不是什么重要的进步。
你认同这种说法吗？说说你的理由。
03
新知讲解
6
总结
1937年，香农提出用电子开关来实现二进制逻辑。
1945年前后，冯·诺依曼提出了计算机的基本结构——存储程序结构。
1642年，帕斯卡加法器；
1822年，巴贝奇差分机。
1936年，图灵提出图灵机模型。
1946年，第一台通用电子数字计算机ENIAC诞生。
专用计算工具
通用计算工具
硬件实现基础
计算机诞生
计算机结构
04
课堂练习
一、判断题。
1.帕斯卡计算器利用齿轮和杠杆实现了加减法的自动运算，是自动化计算机器的开端。（ ）
2.巴贝奇的分析机融入了逻辑单元、内存和控制流概念，成为现代计算机的雏形。（ ）
3.二进制逻辑运算无法支撑计算机数据处理与电路运算的底层实现。（ ）
4.图灵机模型的提出为计算机科学和人工智能开辟了新方向。（ ）
√
√
√
×
04
课堂练习
二、选择题
1.下列哪项是法国数学家布莱兹 帕斯卡1642年发明的，标志着计算工具从辅助性向自动化跨越的装置？（ ）
A. 中国算筹 B. 帕斯卡计算器 C. 差分机 D. 图灵机
2. 1936年，英国数学家艾伦 图灵提出的图灵机模型，其组成部分不包括以下哪项？（ ）
A. 纸带 B. 读写头 C. 控制器 D. 齿轮
3.下列哪项是首台通用电子计算机，诞生于1946年？（ ）
A. 帕斯卡计算器 B. 差分机 C. ENIAC D. 分析机
B
C
D
04
课堂练习
三、填空题
1.19世纪20年代，英国数学家查尔斯 巴贝奇设计了 ，旨在自动计算多项式函数值，虽未完全实现，但为后续计算机发展奠定了基础。
2.美国电气工程师和数学家克劳德 香农1937年提出用电子开关实现 ，为数字电路设计奠定了基础。
3.冯 诺依曼提出的 “ ” 确立了现代计算机 “运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备” 的基本架构。
4.图灵机模型虽非真实机器，却描述了计算过程，能完成庞大可计算函数集合运算，奠定了 理论基础。
差分机
二进制逻辑
存储程序结构
通用计算
05
拓展延伸
智能语音助手，依托通用计算机的强大算力和存储程序结构，能处理自然语言交互，其底层语音识别、语义理解算法的运行。
05
拓展延伸
图像识别系统 ，依赖计算机的二进制数据处理能力，通过存储程序结构运行机器学习算法，完成图像特征提取与匹配。
05
拓展延伸
自动驾驶系统，依赖通用计算机的实时算力、二进制逻辑支撑的电路控制，以及存储程序结构对自动驾驶算法的动态运行。
05
拓展延伸
AI绘画工具，依托通用计算机的高性能算力（支撑深度学习模型训练与图像生成），通过二进制逻辑将文本描述转化为数字信号，再由存储程序结构运行扩散模型等算法，生成符合语义的图像。
06
课堂总结
1
了解计算机器的发展
2
了解图灵机的作用
3
理解存储程序结构的核心概念
4
完成课堂练习
5
进行相关知识拓展
1
2
3
4
5
计算机的诞生
07
板书设计
计算机的诞生
1、了解计算机器的发展
2、了解图灵机的作用
3、理解存储程序结构的概念
4、完成课堂练习
5、进行知识拓展
课后作业。
1.简述从机械计算器到电子计算机的演进过程中关键的事件和发明。
08
课后作业
1、简述从机械计算器到电子计算机的演进过程中，有哪些关键的事件和发明，它们分别具有怎样的意义？
1642年，法国数学家布莱兹 帕斯卡发明帕斯卡计算器。
19世纪20年代，英国数学家查尔斯 巴贝奇设计差分机。
1936年，英国数学家艾伦 图灵提出图灵机模型。
1946年，ENIAC诞生，作为首台通用电子计算机。
1945年前后，冯 诺依曼提出“存储程序结构”，确立了现代计算机的基本架构，推动了计算机的发展和普及。
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