第1章 计算机与信息社会

1、1大学计算机基础贵州大学计算机科学与技术学院计算中心2第一章第一章 计算机与信息社会计算机与信息社会 1.1 1.1 计算机的发展计算机的发展 1.2 1.2 信息技术概述信息技术概述 1.3 1.3 计算机在信息社会中的应用计算机在信息社会中的应用3 1.1 计算机的发展计算机的发展 算筹算筹 中国商周时代问世。中国商周时代问世。 算盘算盘 中国唐代，第一种手动式计算器。中国唐代，第一种手动式计算器。计算尺计算尺 16221622年，英国数学家奥特瑞德年，英国数学家奥特瑞德 。手动式计算器，作加、减、乘、除、指数和三角函数运算手动式计算器，作加、减、乘、除、指数和三角函数运算加法器加法器 1

2、6421642年，法国哲学、数学家帕斯卡（年，法国哲学、数学家帕斯卡（Blaise PascalBlaise Pascal），），机械式，采用齿轮转动进位方式执行机械式，采用齿轮转动进位方式执行运算，只能做加法。运算，只能做加法。乘法器乘法器 16731673年，德国数学家莱布尼茨（年，德国数学家莱布尼茨（Gottfried LeibnizGottfried Leibniz）, ,机械式，加、减、乘、除和开方。机械式，加、减、乘、除和开方。以上都属于手动或机械式的计算工具。以上都属于手动或机械式的计算工具。41.1 计算机的发展计算机的发展算筹：算筹：51.1 计算机的发展计算机的发展古代算盘

3、：古代算盘：61.1 计算机的发展计算机的发展计算尺、加法器、乘法器：计算尺、加法器、乘法器：7 查尔斯查尔斯. .巴贝奇巴贝奇 1812年差分机年差分机 1834年分析机年分析机 1.1.1 近代计算机近代计算机1.1.电子计算机的直系祖先电子计算机的直系祖先差分机和分析机差分机和分析机分析机由四部分组成：分析机由四部分组成：(1)(1)由许多轮子组成的保存数据的存储仓库由许多轮子组成的保存数据的存储仓库( (存储器存储器) )；(2)(2)运算室或称作运算室或称作坊坊( (运算器运算器) )；(3)(3)能对操作顺序进行控制能对操作顺序进行控制( (控制器控制器) )，(4)(4)在在“存

4、储仓库存储仓库”和和“作坊作坊”之间传输数据的输入输出部件的装置之间传输数据的输入输出部件的装置 。 划时代地提出了类似于现代电子计算机五大部件的逻辑结构，采用划时代地提出了类似于现代电子计算机五大部件的逻辑结构，采用穿孔卡片把指令存到存储仓库中以实现自动运算。是现代通用计算机的穿孔卡片把指令存到存储仓库中以实现自动运算。是现代通用计算机的雏形雏形 。背景资料：查尔斯背景资料：查尔斯.巴贝奇巴贝奇8 美国哈佛大学的霍华德美国哈佛大学的霍华德艾肯艾肯 博士博士发现了发现了查尔斯查尔斯.巴贝奇的论文，巴贝奇的论文，在在IBM的支持下，用的支持下，用机电方式机电方式制造了制造了MARK I（自动序列

5、受控计算自动序列受控计算机机 ），），将巴贝奇的梦想变成了现实将巴贝奇的梦想变成了现实 。又制作了。又制作了MARK II和和 MARK III， 它们已属于是电子计算机。它们已属于是电子计算机。2. MARK I 19442. MARK I 1944年年长约长约15米、高约米、高约2.42.4米，米，自重达自重达31.531.5吨，吨，3000多多个继电器，共有个继电器，共有15万个万个元件和长达元件和长达800公里的电公里的电线，用穿孔纸带输入。线，用穿孔纸带输入。 背景资料：背景资料：MARK 计算机计算机93. ABC3. ABC计算机计算机 19411941年年保加利亚裔美国人、衣阿

6、华大学数保加利亚裔美国人、衣阿华大学数学物理教授约翰学物理教授约翰阿塔诺索夫博士阿塔诺索夫博士和他的研究生克里福特和他的研究生克里福特伯瑞在伯瑞在1941年基本制作成功的年基本制作成功的ABC计算机计算机（Atasnasoff-Berry Computer）。）。19391939年，阿塔诺索夫和伯瑞开始为年，阿塔诺索夫和伯瑞开始为数学物理研究设计电子管数字计算数学物理研究设计电子管数字计算机，并在机，并在19411941年基本制作成功。所年基本制作成功。所以，以，ABCABC计算机可能更应该被称为世计算机可能更应该被称为世界上第一台电子计算机界上第一台电子计算机 。 10背景燃料：背景燃料：

7、阿兰阿兰.图灵图灵 冯冯诺依曼诺依曼计算机理论奠基人计算机理论奠基人 英国科学家英国科学家 阿兰阿兰. .图灵图灵主要贡献：主要贡献：建立图灵机模型，奠定了可计算理论的基建立图灵机模型，奠定了可计算理论的基础；础；提出图灵测试，阐述了机器智能的概提出图灵测试，阐述了机器智能的概念念, ,又又荣膺荣膺“人工智能之父人工智能之父”称号称号 。美国计算机学会美国计算机学会(ACM)1966(ACM)1966年设立图灵奖年设立图灵奖电子计算机之父：电子计算机之父：美籍匈牙利数学家美籍匈牙利数学家 冯冯. .诺依曼诺依曼4.4.电子计算机之父电子计算机之父阿兰阿兰. .图灵和冯图灵和冯. .诺依曼诺依曼

8、主要贡献：主要贡献：与同事研制人类第二台计算机与同事研制人类第二台计算机EDVAC“存储程序存储程序”概念、概念、 冯冯诺依曼计算机诺依曼计算机奠定了现代计算机体系结构和工作原理奠定了现代计算机体系结构和工作原理111.1.2 电子计算机的问世电子计算机的问世1946年年2月美国宾夕法尼亚大学莫尔电气月美国宾夕法尼亚大学莫尔电气工程学院研制的工程学院研制的ENIAC电子计算机时代电子计算机时代的到来的到来 Electronic Numerical Integrator And Calculator电子数字积分计算机电子数字积分计算机重达重达30吨吨占地占地170m2耗电量超过耗电量超过174千

9、瓦千瓦 17468个电子管个电子管背景燃料：背景燃料：莫奇莱和埃克特莫奇莱和埃克特每秒每秒5千次加减运算、没有存储器、采用十进千次加减运算、没有存储器、采用十进制、制、3/1000秒时间内做完两个秒时间内做完两个10位数乘法，位数乘法， 其运算速度超出其运算速度超出MARK 至少至少1000倍。一条倍。一条炮弹的轨迹，炮弹的轨迹，20秒钟就能被它算完，比炮弹秒钟就能被它算完，比炮弹本身的飞行速度还要快。本身的飞行速度还要快。 第一款商用计算机：第一款商用计算机： 1951年年通用通用自动计算机自动计算机 (UNIVAC) ，莫奇莱和，莫奇莱和埃克特。埃克特。121.1.3 计算机的分代计算机的

10、分代时代时代年份年份器件器件软件软件应用应用一一 46-58电子管电子管机器语言汇编语言机器语言汇编语言 科学计算科学计算二二58-64晶体管晶体管高级语言高级语言数据处理工业控制数据处理工业控制 三三64-71集成电路集成电路操作系统操作系统文字处理图形处理文字处理图形处理四四71年迄今年迄今大规模集成电路大规模集成电路数据库、网络等数据库、网络等社会的各个领域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背景燃料：背景燃料： IBMIBM的发展史的发展史 硅谷人才摇篮仙童半导体公司硅谷人才摇篮仙童半导体公司 HPHP的发展史的发展史 比尔比尔. .盖茨盖

11、茨131.1.4 计算机的分类计算机的分类 按综合性能按综合性能指标分类指标分类高性能计算机高性能计算机（巨型机或大型机巨型机或大型机）：）：速度最快、处理能力最强速度最快、处理能力最强最快：最快：IBM的的Blue Gene/P（蓝色基因（蓝色基因/P），每秒达），每秒达3千万亿次浮点计算。千万亿次浮点计算。 中国：曙光中国：曙光4000 A4000 A采用采用25602560颗颗6464位位AMD OpteronAMD Opteron处理器，处理器，运算速度达到每秒运算速度达到每秒1111万亿次浮点运算。万亿次浮点运算。工作站工作站：介于介于PCPC与小型机之间高档微机系统与小型机之间高档

12、微机系统 高分辨高分辨率、大容量内外存，图形功能较强。率、大容量内外存，图形功能较强。微型计算机微型计算机：台式机、笔记本和个人数字助量台式机、笔记本和个人数字助量(PDA)(PDA)。服务器服务器：网络环境中为多个用户提供服务的网络环境中为多个用户提供服务的计算机系统。计算机系统。按用途分类按用途分类通用机通用机专用机专用机141.1.5 计算机的新技术计算机的新技术1嵌入式技术嵌入式技术 将计算机作为一个信息处理部件，嵌入到应用系统之中的一将计算机作为一个信息处理部件，嵌入到应用系统之中的一种技术。种技术。系统和功能软件固化起来，类似系统和功能软件固化起来，类似BIOS的工作方式。的工作方

13、式。 应用：各种家电、数码相机等。应用：各种家电、数码相机等。2网格计算网格计算 利用互联网把分散在不同地理位置的电脑组织成一个利用互联网把分散在不同地理位置的电脑组织成一个“虚拟的虚拟的超级计算机超级计算机”，其中每一台的计算机就是一个，其中每一台的计算机就是一个“节点节点”，而整个计算，而整个计算是由成千上万个是由成千上万个“节点节点”组成的组成的“一张网格一张网格”。利用大量上网。利用大量上网PC机机的闲置处理能力（的闲置处理能力（CPU、内外存）。、内外存）。 优点：数据处理能力超强；充分利用网上的闲置处理能力。优点：数据处理能力超强；充分利用网上的闲置处理能力。 示例：示例：2003

14、年，年，SARS病毒横行之时，为了尽快找到特效药，美病毒横行之时，为了尽快找到特效药，美国耶鲁大学医学院国耶鲁大学医学院D2OL网格计算项目组尝试了利用网格计算技术，网格计算项目组尝试了利用网格计算技术，希望能集大量希望能集大量PC之力形成一台虚拟的高性能计算机，加速进行抗之力形成一台虚拟的高性能计算机，加速进行抗SARS病毒的药物筛选。网址：病毒的药物筛选。网址： 15163中间件技术中间件技术 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是介于应用软件和操作系统之间的系统软件 基于基于Web的数据库中间件技术的数据库中间件技术 中间件技术中间件技术 171.1.6 未来新型计算机未来

15、新型计算机1光计算机光计算机 利用光子取代电子进行利用光子取代电子进行数据运算、传输和存储。数据运算、传输和存储。 不同波长的表示不同的不同波长的表示不同的数据。数据。 优点：超高速优点：超高速 缺点：体积庞大缺点：体积庞大2生物计算机（分子计算机）生物计算机（分子计算机） 2020世纪世纪8080年代中期开始研制。采年代中期开始研制。采用了生物芯片用了生物芯片运算速度要比当今最运算速度要比当今最新一代的计算机快新一代的计算机快1010万倍万倍 ，存储信存储信息的空间仅占百亿亿分之一息的空间仅占百亿亿分之一 ，具有具有自愈能力自愈能力 ，能够与大脑和神经系统能够与大脑和神经系统相连相连 ，能植

16、入人体内，以帮助人类能植入人体内，以帮助人类学习、思考、创造、发明的最理想学习、思考、创造、发明的最理想的伙伴的伙伴 。3量子计算机量子计算机 利用处于多现实态下的原子进行运算的计算机。利用处于多现实态下的原子进行运算的计算机。IBMIBM公司于公司于2000年年8月声称研制成功了个量子位（月声称研制成功了个量子位（qubit，昆比特）的量子计算机，是，昆比特）的量子计算机，是5位位电子计算机运算速度的电子计算机运算速度的25=32倍。倍。 181.2 信息技术概述信息技术概述1.2.1现代现代信息技术基础知识信息技术基础知识 1. 1. 信息与数据信息与数据 登在晚报上的最高气温登在晚报上的

17、最高气温 3535是数据是数据 ，数据，数据35oC本身本身是没有意义的。当数据以某种形式经过处理、描述或与其是没有意义的。当数据以某种形式经过处理、描述或与其它数据比较时，才能成为信息。最高气温它数据比较时，才能成为信息。最高气温 3535 ，这才是，这才是信息，信息是有意义的。信息，信息是有意义的。 信息信息 各种事物的变化和特征的反映各种事物的变化和特征的反映 。 数据数据 信息的载体。信息的载体。 例如：数值、文字、语言、图形、图像、视频等。例如：数值、文字、语言、图形、图像、视频等。 192. 2. 信息技术信息技术(Information Technology，IT ) 联合国教科

18、文组织的定义：联合国教科文组织的定义： 应用在信息加工和处理中的科学、技术与工程的训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；计算机及练方法和管理技巧；上述方面和技巧和应用；计算机及其与人、机的相互作用；与之相应的社会、经济和文化其与人、机的相互作用；与之相应的社会、经济和文化等诸种事物。信息技术一般是指一系列与计算机等相关等诸种事物。信息技术一般是指一系列与计算机等相关的技术，侧重于信息技术的应用。的技术，侧重于信息技术的应用。 201.2.2 现代信息技术的内容现代信息技术的内容 1. 信息基础技术信息基础技术 微电子技术微电子技术 当今世界新技术

19、革命的基石。当今世界新技术革命的基石。 光电子技术光电子技术 采用光子作为信息的载体。采用光子作为信息的载体。 2. 信息系统技术信息系统技术 信息获取技术信息获取技术 传感技术、遥测技术和遥感技术传感技术、遥测技术和遥感技术 信息处理技术信息处理技术 计算机技术成为现代信息技术的核心计算机技术成为现代信息技术的核心 信息传输技术信息传输技术 光纤通信技术、卫星通信技术等光纤通信技术、卫星通信技术等 信息控制技术信息控制技术 利用信息传递和反馈来实现利用信息传递和反馈来实现 信息存贮技术信息存贮技术 缩微品、磁盘、光盘缩微品、磁盘、光盘 通信技术通信技术( (Communication) )、

20、计算机技术、计算机技术( (Computer) )和控制和控制技术技术( (Control) )合称为合称为3C3C。3. 信息应用技术信息应用技术如信息管理、信息控制、信息决策如信息管理、信息控制、信息决策 211.2.3 现代信息技术的特点现代信息技术的特点 数字化数字化信息被数字化并经由数字网络流通，大量信息可以被压缩，并以光速信息被数字化并经由数字网络流通，大量信息可以被压缩，并以光速进行传输，许多种信息形态能够被结合、被创新，例如多媒体文件，进行传输，许多种信息形态能够被结合、被创新，例如多媒体文件，在世界任何的角落，都可以立即存储和取用信息。在世界任何的角落，都可以立即存储和取用信

21、息。 多媒体化多媒体化 文字、声音、图形、图像、视频等信息媒体与计算机集成在一起，文字、声音、图形、图像、视频等信息媒体与计算机集成在一起，以接近于人类的工作方式和思考方式来设计与操作，文声图影集成处以接近于人类的工作方式和思考方式来设计与操作，文声图影集成处理理 。 高速度、网络化、宽频带高速度、网络化、宽频带 下一代的下一代的InternetInternet技术技术Internet2Internet2，传输速率将可以达到，传输速率将可以达到8Gbps8Gbps，实现宽频的多媒体网络。实现宽频的多媒体网络。 智能化智能化 在超媒体的世界里，软件代理收集任何可能想要在网络上取得的信在超媒体的世界里，软件代理收集任何可能想要在网络上