01 计算机与信息社会.doc

1.1计算机的发展史1) 中国唐代发明的算盘是世界上第一种手动式计算器。2) 1622年，英国数学家奥特瑞德根据对数表设计了计算尺。3) 1642年，法国哲学家、数学家帕斯卡发明了世界上第一个加法器。4) 1673年，德国数学家莱布尼茨在帕斯卡加法器的基础上设计制作了一种能演算加减乘除和开方的计算器。5) 19世纪，英国剑桥大学的查尔斯巴贝奇设计的差分机和分析机是今天电子计算机的直系祖先。1.1.1 近代计算机1) 1834年巴贝奇设计的分析机是现代通用计算机的雏形。巴贝奇是国际计算机界公认的计算机之父.2) 分析机有三个主要部分：有许多轮子组成的保存数据的存储库；运算装置；对操作顺序进行控制，并能选择所需处理的数据以及输出结果的装置。3) 巴贝奇把程序控制的思想引入了分析机，他的设想是采用穿孔卡片把指令存到存储库中。4) 计算机科学奠基人是英国科学家艾兰图灵。他在计算机科学方面的主要贡献有两个：建立了图灵机（TM）模型，奠定了可计算理论的基础；提出图灵测试，阐述了机器智能的概念。5) 图灵机（TM）的概念是现代科技算理论的基础。6) 图灵测试奠定了人工智能的理论基础。7) 最近的研究表明，电子计算机的雏形应该是由保加利亚裔美国人、衣阿华大学教授约翰阿塔诺索夫和他的研究生克里福特伯瑞在1941年制作成功的ABC计算机，ABC计算机应该被称为世界上第一台电子计算机8) 计算机之父美籍匈牙利数学家冯诺依曼和他的同事研制出了人类第二台电子计算机EDVAC。EDVAC采用了“存储程序”的概念。1.1.2 电子计算机的问世1) 大家公认的第一台计算机是在1946年2月由宾州大学研制成功的ENIAC（电子数字积分计算机）。ENIAC的发明为现代计算机在体系结构和工作原理上奠定了基础。缺点：没有存储器；用布线接板进行控制，计算速度被这一工作抵消了。2) 第一台商用计算机是1951年开始生产的UNIVAC计算机，莫奇莱和埃克特创立的公司，他们以及UNIVAC奠定了计算机工业的基础。1.1.3 计算机的分代根据计算机采用的物理器件，一般计算机的发展分成四个阶段：1) 第一代电子计算机：电子管计算机（1946年-1958年） 电子管作为计算机的逻辑元件 数据表示主要是定点数 用机器语言或汇编语言编写程序 每秒运算速度仅为几千次 内存仅有几KB2) 第二代电子计算机：晶体管电路电子计算机（1958年-1964年） 体管作为计算机的逻辑元件 内存大多采用磁芯存储器 外存储器有了磁盘、磁带 运算速度每秒几十万次 内存容量扩大到几十KB 出现了FORTRAN、COBOL等等高级语言 与第一代相比晶体管电路电子计算机体积小、成本低、功能强、可靠性大大提高。3) 第三代电子计算机：集成电路计算机（1964年-1970年） 小规模集成电路和中规模集成电路成为计算机的逻辑元件 运算速度每秒可达几十万次到几百万次 存储器体积越来越小、价格越来越低 出现了操作系统和会话式语言4) 第四代电子计算机：大规模集成电路电子计算机（1971年至今） 大规模集成电路和超大规模集成电路成为计算机的逻辑元件 半导体存储器代替了磁芯存储器 运算速度最高可达每秒几十万亿次浮点运算1.1.4 计算机的分类1) 根据用途及其使用的范围，计算机可分为通用机和专用机。 通用机：通用性强，具有很强的综合处理能力，能够解决各种类型的问题。 专用机：功能单一，配有解决特定问题的软、硬件，但能够高速、可靠地解决特定的问题。2) 根据计算机的运算速度等性能指标来看，计算机主要有：高性能计算机、微型机、工作站、服务器、嵌入式计算机等。 高性能计算机：目前速度最快、处理能力最强的计算机，在过去被称为巨型机或大型机。目前计算机运算速度最高的是日本NEC的Earth Simulator（地球模拟器）。我国有“曙光”、“联想”等大型机。金怡濂是我国巨型机之父。 微型计算机（个人计算机）：1971年，Intel公司的工程师马西安霍夫制作了世界上第一片4位微处理器Intel 4004，组成了世界上第一台4位微型计算机MCS-4。微型计算机具有小、巧、轻、使用方便、价格便宜等优点。主要分三类：台式机（Desktop Computer）、笔记本（Notebook）电脑和个人数字助理PDA。 工作站：介于微机与小型机之间的高档微机系统，通常配有高分辨率的大屏幕显示器和大容量的内、外存储器，具有较高的数据处理能力与高性能的图形功能。1980年，美国Appolo公司推出世界上第一个工作站DN-100。 服务器：是一种在网络环境中为多个用户提供服务的计算机系统。IBM公司的POWER、IBM的System x系列服务器。服务器提供的管理和服务有：文件、数据库、图形、图像以及打印、通信、安全、保密和系统管理、网络管理等服务。服务器根据提供的服务分为：文件服务器、数据库服务器、应用服务器和通信服务器。1.1.5 计算机的新技术1) 嵌入式技术 嵌入式技术是将计算机作为一个信息处理部件，嵌入到应用系统中的一种技术，它将软件固化集成到硬件系统中，将硬件系统与软件系统一体化。 嵌入式具有软件代码小、高度自动化和响应速度快等特点。 嵌入式系统主要由嵌入式处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及特定的应用程序四部分组成，是集软硬件于一体的可独立工作的“器件”，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。2) 网格计算 网格计算是专门针对复杂科学计算的新型计算模式。该计算模式是利用互联网把分散在不同地理位置的电脑组织成一个“虚拟的超级计算机”，其中每一台参与计算的计算机就是一个“节点”，而整个计算是由成千上万个“节点”组成的“一张网格”，所以这种计算方式称谓“网格计算”。 两个优势：数据处理能力超强；能充分利用网上的闲置处理能力 网格计算技术特点：能够提供资源共享，实现应用程序的互联互通。协同工作，很多网格节点可以共同处理一个项目。基于国际的开放技术标准。网格可以提供动态的服务，能够适应变化。3) 中间件技术 中间件是介于应用软件和操作系统之间的系统软件。中间件诞生之前，企业多采用C/S的模式，这种模式的缺点是系统拓展性差。例如ODBC就是一种标准的数据库中间件，它是Windows操作系统自带的服务，可以通过ODBC连接各种类型的数据库。 基于Web数据库的中间件技术，中间件是CGI（公共网关接口）、ASP（Active Server Page）或JSP（Java Server Page）等。1.1.6 未来新型计算机1) 光子计算机 光子计算机利用光子取代电子进行数据运算、传输和存储。 在光子计算机中，不同波长的光表示不同的数据，可快速的完成复杂的计算工作。 光子计算机有以下优点：超高速的运算速度、强大的并行处理能力、大存储量、非常强的抗干扰能力、与人脑相似的容错量等。2) 生物计算机（分子计算机） 生物计算机采用生物芯片（由生物工程技术产生的蛋白质分子构成），在芯片中信息以波的形式传播。 特点：运算速度快、自动修复芯片发生的故障、模仿人脑的思考机制等3) 量子计算机 量子计算机是指利用处于多现实态下的原子进行运算的计算机，这种多现实态是量子力学的标志。 与传统的电子计算机相比，量子计算机具有：解题速度快、存储量大、搜索功能强和安全性较高等优点1.2 信息技术概述1.2.1 现代信息技术基础知识1) 信息与数据 信息既是对各种事物的变化和特征的反映，又是事物之间相互作用和联系的表征。信息是一种知识，是接受者原来不了解的知识。信息同物质、能源一样重要是人类生存和社会发展的三大基本资源之一。 数据是信息的载体。数值、文字、语言、图形、图像等都是不同形式的数据。 信息与数据本质的区别：信息有意义，数据没有意义。 当数据以某种形式经过处理、描述或者与其他数据比较时，便赋予了意义。2) 信息技术 联合国教科文组织对信息技术的定义：A. 应用在信息加工和处理中的科学、技术与工程的训练方法和管理技巧；B. 上述方面的技巧和应用；C. 计算机及其与人、机的相互作用；D. 与之相应的社会、经济和文化等诸种事物； 世界范围内较为统一的定义是：信息技术一般是指一系列与计算机等相关的技术。1.2.2 现代信息技术的内容信息技术（Information Technology， IT）包括三个层次的内容：信息基础技术、信息系统技术和信息应用技术。1) 信息基础技术 信息基础技术是信息技术的基础，包括新材料、新能源、新器件的开发和制造技术。A. 微电子技术 微电子技术是现代电子信息技术的直接基础：晶体管的出现成为集成电路技术发展的基础，现在微电子技术建立在以集成电路为核心的各种半导体器件基础上的高新电子技术，集成电路有专用电路和通用电路，通用电路中最典型的是存储器和处理器，计算器的更新换代就取决于这两项集成电路的集成规模。 衡量为电子技术进步的三个标志：缩小芯片中器件的结构的尺寸，即缩小加工线条的宽度；增加芯片中所包含的元器件的数量，即扩大集成规模；开拓有针对性的设计应用。 微电子技术是当今世界新技术革命的基石。B. 光电子技术 光电子技术是一个比较庞大的体系，它包括信息传输、信息处理、信息获取、信息存储、信息显示等2) 信息系统技术信息系统技术是指有关信息的获取、传输、处理、控制的设备和系统的技术。感测技术、通信技术、计算机与智能技术和控制技术是信息系统技术的核心和支撑技术。1) 信息获取技术：利用信息的先决条件，主要的技术有：传感技术、遥测技术、遥感技术。2) 信息处理技术：对获取的信息进行识别、转换、加工，使信息安全的存储、传输，并能方便的检索、再生、利用，或便于人们从中提炼知识、发现规律的工作手段。主要的技术：计算机技术（包括计算机硬件和软件等技术）。3) 信息传输技术：即通信技术，是现代信息技术的支持，如信息光纤通信技术、卫星通信技术等，通信技术的功能是使信息在大范围内迅速、准确、有效地传递，以便让广大用户共享，从而充分发挥其作用。4) 信息控制技术：利用信息传递和信息反馈来实现对目标系统进行控制的技术，如导弹控制系统技术等。3C技术（Communication通信技术、Computer计算机技术、Control控制技术）是信息技术的主体。5) 现代信息存储技术：3) 信息应用技术信息应用技术是针对种种实用目的，如信息管理、信息控制、信息决策而发展起来的具体的技术群类。1.2.3 现代信息技术的特点信息技术的发展趋势：数字化、多媒体化、高速度、网络化、宽频带、智能化等。1.3 计算机在信息社会中的应用计算机的应用主要有以下几种类型：1) 科学计算：也称为数值计算，通常指用于完成科学研究和工程技术中提出的数学问题的计算。科学计算是计算机最早的应用领域。2) 数据处理：也称为非数值计算，是指对大量的数据进行加工处理，例如统计分析、合并、分类等。数据处理是现代化管理的基础。3) 电子商务：（Electronic Commerce， EC或者 Electronic Business， EB）是指利用计算机和网络进行的新型商务活动。例如B2B、B2C、C2C。4) 过程控制：又称为实时控制，是指计算机实时采集检测数据，按最佳值迅速地对控制对象进行自动控制或自动调节。5) CAD/CAM/CIMS： 计算机辅助设计（Computer Aided Des