第1章 计算机与信息社会的发展

1、W/H/U/T第第1 1章章 计算机与信息社会计算机与信息社会本章内容本章内容1.4计算机的发展1.5计算机的特点现代信息技术计算机的应用现代信息技术的应用1.1 计算机的发展计算机的发展1642 Blaise Pascal加法器Charles Babbage1822 差分机1834 1834 分析机分析机MARK IENIAC电子计算机时代Nota:Nota:珠算珠算 0101l是我国古代劳动人民的伟大创造，但它究竟起源于何时，由于珠算史料其缺乏，珠算史家们说法不一。根据已有珠算史料，综合各家之言，可以得出以下结论： l萌于商周。珠算是以珠做计数元件，用一定方式排列，用以表

2、示数字，然后根据五升十进制原理进行计算。我国至迟在3000多年前的商代就已有了完备的10进制记数系统。目前发现的最早的用来计算的圆珠便是西周时期的陶丸。因此珠算的萌芽，可远溯至3000多年前的商周时期。 Nota:Nota:珠算珠算 0202l始于秦汉。最早出现“珠算”一词的，是东汉徐岳所著数术记遗。书中一共记载了我国汉代以前的十四种算法及算具，即积算、太一、两仪、三才、五行、八卦、九宫、运筹、了知、成数、把头、龟算、珠算、计算。其是对“珠算”方法的记载原文为：“珠算：控带四时，经纬三才。”这种“珠算”被称为“游泳算板”，它与现在所使用的算盘有所不同，但其计算原理已是五升十进制，所以可视为现代

3、算盘的前身。 子玉算盘 Nota:Nota:珠算珠算 0303l成于唐宋。现今所使用的这种算盘何时开始出现呢？根据现有史料推断，至迟在宋代已出现现在所使用的这种算盘。 Nota: Nota: PascalinePascaline Machines 01 Machines 01Nota: Nota: PascalinePascaline Machines 02 Machines 02lBlaiseBlaise Pascal 1623 1662 Pascal 1623 1662lBlaiseBlaise Pascal was a very Pascal was a very influencial

4、influencial French mathematician and philosopher French mathematician and philosopher who contributed to many areas of who contributed to many areas of mathematics. He worked on conic mathematics. He worked on conic sections and projective geometry and sections and projective geometry and in corresp

5、ondence with Fermat he laid in correspondence with Fermat he laid the foundations for the theory of the foundations for the theory of bability. Nota: Nota: PascalinePascaline Machines 03 Machines 03Nota: Nota: PascalinePascaline Machines 04 Machines 04lIn 1642,Pascal started some pion

6、eering work on calculating machines, and after three years of effort and 50 prototypes,he invented the mechanical calculator.He built twenty of these machines (called the Pascaline) in the following ten years. Pascal was a mathematician of the first order. Nota:Nota:差分机差分机 01 01 l差分机差分机，1822年出现模型，能提

7、高乘法速度 。l1834年，巴贝奇就已经提出了一项新的更大胆的设计并称之为分析机分析机。 l所谓差分的含义，是把函数表的复杂算式转化为差分运算，用简单的加法代替平方运算。 Nota:Nota:差分机差分机 0202l巴贝奇耗费了整整十年光阴，于1822年完成了第一台差分机，它可以处理3个不同的5位数，计算精度达到6位小数。l差分的定义分为前向差分前向差分和逆向差分逆向差分两种。函数的前向差分通常简称为函数的差分。对于函数 ，如果：则称 为 的一阶前向差分。在微积分学中的有限差分有限差分（finite differences），前向差分通常是微分在离离散散的函数中的近似近似运算。 第一台电子计算

8、机（第一台电子计算机（ENIAC）1946年2月由宾州大学研制的ENIAC电子计算机时代的到来 :每秒每秒5 5千次加减运算千次加减运算:没有存储器没有存储器:采用十进制采用十进制第一款商用计算机：第一款商用计算机：UNIVALUNIVAL19471947年，年，莫奇莱和埃克特莫奇莱和埃克特电子数字积分计算机Electronic Numerical Integrator And CalculatorNota: ENIAC 01Nota: ENIAC 01lENIACENIAC ( Electronic Numerical Electronic Numerical Integrator And

9、ComputerIntegrator And Computer) was the first general-purpose electronic computer. It was a Turing-complete digital computer capable of being reprogrammed to solve a full range of computing problems.Nota: ENIAC 02Nota: ENIAC 02lENIAC was designed to calculate artillery firing tables for the United

10、States Armys Ballistic Research Laboratory. The ENIACs design and construction was financed by the United States Army during World War II. The construction contract was signed on June 5, 1943, and work on the computer began in secret by the University of Pennsylvanias Moore School of Electrical Engi

11、neering starting the following month under the code name Project PX. . Nota: ENIAC 03Nota: ENIAC 03lThe ENIAC was a modular computer, composed of individual panels to perform different functions. Twenty of these modules were accumulators, which could not only add and subtract but hold a ten-digit de

12、cimal number in memory. Numbers were passed between these units across a number of general-purpose buses, or trays, as they were called. In order to achieve its high speed, the panels had to send and receive numbers, compute, save the answer, and trigger the next operation .Nota: ENIAC 04Nota: ENIAC

13、 04lENIAC contained 17,468 vacuum tubes, 7,200 crystal diodes, 1,500 relays, 70,000 resistors, 10,000 capacitors and around 5 million hand-soldered joints. It weighed more than 30 short tons (27 t), was roughly 8 by 3 by 100 feet (2.4 m 0.9 m 30 m), took up 1800 square feet (167 m2), and consumed 15

14、0 kW of power Nota:HarvardNota:Harvard Mark I 01 Mark I 01lThe IBM Automatic Sequence Controlled IBM Automatic Sequence Controlled CalculatorCalculator (ASCCASCC), called the Mark IMark I by Harvard University, was an electro-mechanical computer.Nota:HarvardNota:Harvard Mark I 02 Mark I 02lThe elect

15、romechanical ASCC was devised by Howard H. Aiken, built at IBM and shipped to Harvard in February 1944. It began computations for the U.S. Navy Bureau of Ships in May and was officially presented to the university on August 7, 1944. It was very reliable, much more so than early electronic computers.

16、 It has been described as the beginning of the era of the modern computer and the real dawn of the computer age.时代年份器件软件应用一 46-58电子管机器语言汇编语言 科学计算二59-63晶体管高级语言数据处理工业控制 三64-71集成电路操作系统文字处理图形处理四71年迄今大规模集成电路数据库、网络等社会的各个领域电子管电子管晶体管晶体管集成电路集成电路大规模集成电路大规模集成电路史料： IBM的发展史 硅谷人才摇篮仙童半导体公司 HP的发展史 比尔.盖茨计算机世界中的中国计算机

17、世界中的中国l1958年，中科院计算所研制成功我国第一台小型电子管通用计算机103机（八一型）标志着我国第一台电子计算机的诞生。l1965年，中科院计算所研制成功第一台大型晶体管计算机109乙，之后推出109丙机，该机为两弹试验中发挥了重要作用。l1974年，清华大学等单位联合设计、研制成功采用集成电路的DJS-130小型计算机。l1983年，国防科技大学研制成功亿次银河-I计算机。l1985年，电子工业部计算机管理局研制出长城0520CH微机。l1992年，国防科技大学研制出银河-II通用并行巨型机。l1997年，国防科技大学研制出银河-III百亿次并行巨型计算机系统。未来计算机：1.光计算

18、机2.生物计算机3.量子计算机 计算机的发展方向计算机的发展方向微型化网络化智能化巨型化Nota:量子计算机l量子计算机（量子计算机（quantum computerquantum computer）是一类）是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。当算、存储及处理量子信息的物理装置。当某个装置处理和计算的是量子信息，运行某个装置处理和计算的是量子信息，运行的是量子算法时，它就是量子计算机。量的是量子算法时，它就是量子计算机。量子计算机的概念源于对可逆计算机的研究。子计算机的概念源于对可逆计算机的研究。研究可逆计算机的目的是

19、为了解决计算机研究可逆计算机的目的是为了解决计算机中的能耗问题。中的能耗问题。Nota:Nota:生物计算机生物计算机l生物计算机（ biological computer）又称仿生计算机(bionic computer)。以生物芯片取代在半导体硅片上集成效以万计的晶体管制成的计算机。涉及计算机科学、脑科学、神经生物学、分子生物学、生物物理、生物工程、电子工程、物理学和化学等有关学科。1986年日本开始研究生物芯片，研究有关大脑和神经元网络结构的信息处理、加工原理，以及建立全新的生物计算机原理，探讨适于制作芯片的生物大分子的结构和功能，以及如何通过生物工程(用脱氧核糖核酸A重组技术和蛋白质工程

20、)来组装这些生物分子功能元件。 Nota:Nota:光计算机光计算机 0101l与传统硅芯片计算机不同，光计算机用光与传统硅芯片计算机不同，光计算机用光束代替电子进行计算和存储：它以不同波束代替电子进行计算和存储：它以不同波长的光代表不同的数据，以大量的透镜、长的光代表不同的数据，以大量的透镜、棱镜和反射镜将数据从一个芯片传送到另棱镜和反射镜将数据从一个芯片传送到另一个芯片。一个芯片。Nota:Nota:光计算机光计算机 0202计算机的分类计算机的分类l按用途及其使用范围F通用计算机F专用计算机l按运算速度和性能F高性能计算机F微型计算机F工作站F服务器F嵌入式计算机1.2 计算机的特点计算

21、机的特点计算精度高存储功能强具有逻辑判断能力具有自动运行的能力运算速度快1.3 现代信息技术现代信息技术1.经济增长方式的高度集约化2.劳动生产率水平的进一步提高3.企业组织和管理体制的灵活化4.工作方式和生活方式的个人自主化5.信息化经济导致经济的全球化6.信息经济可能成为环保经济7.政府与公众的沟通加强和公开化8.军事技术和未来战争的信息化信息与信息技术信息与信息技术各种事物的变化和特征的反映信息的载体信息数据1.信息与数据 l例如：数值、文字、语言、图形、图像等。 信息与信息技术信息与信息技术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；上述方面和技巧和应用；计算机及其

22、与人、机的相互作用；与之相应的社会、经济和文化等诸种事物。联合国教科文组织的定义 2.信息技术(Information Technology，IT)现代信息技术的内容现代信息技术的内容1.信息基础技术 微电子技术当今世界新技术革命的基石 光电子技术采用光子作为信息的载体 2.信息系统技术信息获取技术传感技术、遥测技术和遥感技术 信息处理技术计算机技术成为现代信息技术的核心 信息传输技术光纤通信技术、卫星通信技术等 信息控制技术利用信息传递和反馈来实现 信息存贮技术缩微品、磁盘、光盘 通信技术(Communication)、计算机技术(Computer)和控制技术(Control)合称为3C。3

23、.信息应用技术如信息管理、信息控制、信息决策现代信息技术的特点现代信息技术的特点 数字化 多媒体化 智能化1.4 计算机的应用计算机的应用l计算机的主要应用领域1. 工商： 电子商务、CAD/CAM2. 教育： 多媒体教育、远程教育3. 医药： CAT、MRI、远程医疗4. 政府： 电子政府 5. 娱乐： 虚拟现实、电影特技6. 科研：数据采集、计算分析7. 家庭： 家庭信息化Nota: CAM 01Nota: CAM 01lComputer-aided manufacturingComputer-aided manufacturing (CAMCAM) is the use of compu

24、ter software to control machine tools and related machinery in the manufacturing of workpieces Nota: CAM 02Nota: CAM 02Nota: CADNota: CADlComputer-aided designComputer-aided design (CADCAD), also known as computer-aided design and draftingcomputer-aided design and drafting (CADDCADD) ,1 is the use o

25、f computer technology for the process of design and design-documentation. Computer Aided Drafting describes the process of drafting with a computer. CADD software, or environments, provides the user with input-tools for the purpose of streamlining design processes; drafting, documentation, and manuf

26、acturing processes. CADD output is often in the form of electronic files for print or machining operations. Nota: MRI 01Nota: MRI 01lMagnetic resonance imagingMagnetic resonance imaging (MRIMRI), nuclear magnetic resonance imagingnuclear magnetic resonance imaging (NMRINMRI), or magnetic resonance m

27、agnetic resonance tomographytomography (MRTMRT) is a medical imaging technique used in radiology to visualize detailed internal structures. MRI makes use of the property of nuclear magnetic resonance (NMR) to image nuclei of atoms inside the body Nota: MRI 02Nota: MRI 02计算机的应用类型计算机的应用类型科学计算 数据处理 电子商务 过程控制 4123CAD/CAM 多媒体技术 虚拟现实 人工智能 8567Nota: Scientific Computing 01Nota: Scientific Computing 01lMost problem solving in science and engineering uses scientificc computing.A scientist might devise a system of differential equations to model a physical system, then use a computer to calculate thei