第六部分信息技术

1、第六部分信息技术第1页，共50页，2022年，5月20日，15点59分，星期一信息技术一、现代信息技术的形成二、信息和信息系统三、现代信息技术系统四、信息技术未来发展的主要趋势第2页，共50页，2022年，5月20日，15点59分，星期一一、现代信息技术的形成：1、语言和文字的出现2、造纸和印刷术的出现3、电报、电话、广播、电视等的发明，使人类在信息交流中冲破了时间和地域的限制4、20世纪中叶发明了电子计算机、人造卫星、光纤通信技术，使信息交换发生了变化。第3页，共50页，2022年，5月20日，15点59分，星期一 二、信息和信息系统： 信息与物质、能源被称为现代社会的三大支柱。信息是人类认

2、识世界和改造世界的知识源泉，它是人类社会的一切知识、学问以及从客观世界中提炼出来的各种消息的总和。 信息与消息 信息一定是消息，而且是消息 中有意义、有价值的知识内容 消息不一定都是信息。 信息与信号 信号是信息的传输载体， 信息经过编码后变为信号。第4页，共50页，2022年，5月20日，15点59分，星期一信源发射机编码器接收机解码器信道接收者消息信号噪声信号加噪声接收消息第5页，共50页，2022年，5月20日，15点59分，星期一第6页，共50页，2022年，5月20日，15点59分，星期一思维器官计算机技术导入神经通信技术导入神经通信技术外界事物感觉器官感测技术效应器官控制技术信息传

3、递加工/再生信息传递信息利用信息获取信息第7页，共50页，2022年，5月20日，15点59分，星期一三、现代信息技术体系1、信息感知技术2、信息传递技术3、信息加工技术4、信息利用技术第8页，共50页，2022年，5月20日，15点59分，星期一信息感知技术遥感技术：使用某种接收仪器，不直接触及被研究的目标，而通过感测目标各种特殊的信号，经过传输处理，从而提取对了解目标有用信息的方法技术的总称。红外遥感雷达 利用电磁波反射原理声纳 利用超声波反射原理第9页，共50页，2022年，5月20日，15点59分，星期一信息传递技术光纤通信移动通信微波接力通信系统卫星通信系统第10页，共50页，202

4、2年，5月20日，15点59分，星期一通讯技术1、光纤通信1966年，英国华裔高锟博士提出这一创造性理论，现代光通信之父。1970年，美国康宁玻璃公司研制出第一根损耗为20分贝/公里的光导纤维。1979年，日本电信电话公司研制出衰减率接近理论最低值的优质石英光纤，标志光纤通讯达到了一个崭新阶段。第11页，共50页，2022年，5月20日，15点59分，星期一 光导纤维的内部结构：光纤比头发丝还细，一般由两层不同玻璃组成，里面叫纤芯或内芯，直径510微米，外面叫包层，外经约100300微米，为保护光纤，外层覆盖一层塑料，在通信中应用的是光缆，它由许多根光纤组合并加固处理而成。 优点：传输容量大、

5、耗损低，保密性能好、抗干扰能力强、材料丰富、节省资源等。第12页，共50页，2022年，5月20日，15点59分，星期一2、移动通信移动体之间或移动体与固定体之间的通信称移动通信，移动体可以是人、汽车、船只、飞机和卫星陆上、海上、航空移动通信1）蜂窝移动电话，大哥大或手机,GSM(全球通),DAMPS,JDCS，多个六边形小区。2）寻呼机 3）第二代无绳电话3、微波接力通信系统微波通常是指波长1m至1mm（频率为300300000兆赫）的电磁波。依靠中继站接力传输、实现微波信号的远距离无线电通讯。二战后发展起来。适于山区、沼泽、岛屿，人口稀少地区，光缆难于铺设地区。4、卫星通信系统是利用人造地

6、球卫星作为中继站来转发无线电信号，实现在两个或多个地球站之间直接通信。三颗同步轨道卫星足以覆盖全球。50亿美元全球铱星通信卫星系统，由66颗低轨道卫星组成。98年使用，已破产。第13页，共50页，2022年，5月20日，15点59分，星期一信息加工技术 从1946年至今，计算机发展经历了5个阶段：第一代计算机 19461957 电子管 程序设计使用机器语言和汇编语言第二代计算机 19581964 晶体管 程序设计开始使用高级语言第三代计算机 19651972 集成电路 IBN公司生产的360系列机为其代表第四代计算机 197380年代 大规模集成电路第五代计算机 90年代 超大规模集成电路第1

7、4页，共50页，2022年，5月20日，15点59分，星期一现代计算机已经历了50余年的发展。英国科学家艾兰.图灵建立了图灵机的理论模型，发展了可计算性理论，奠定了人工智能(AI)的基础。而美籍匈牙利科学家冯.诺依曼确立了现代计算机的基本结构，即冯.诺依曼结构。第15页，共50页，2022年，5月20日，15点59分，星期一图林与人工智能 英国著名学者 阿兰图林（A. Turing） 他是举世公认的“人工智能之父”、“计算机之父”。1937年，图林在伦敦权威的数学杂志发表了一篇论文论可计算数及其在判定问题中的应用，最早描绘了现代电脑原理和计算机雏形。第16页，共50页，2022年，5月20日，

8、15点59分，星期一图林机该计算机使用一条无限长度的纸带，纸带被划分成许多方格，有的方格被画上斜线，代表“1”；有的没有画任何线条，代表“0”。该计算机有一个读写头部件，可以从带子上读出信息，也可以往空方格里写下信息。该计算机仅有的功能是：把纸带向右移动一格，然后把“1”变成“0”，或者相反把“0”变成“1”。这就是被后人所称为的“图林机”。 第17页，共50页，2022年，5月20日，15点59分，星期一图林测试1950年10月，机器能思维吗？文章写道“与人脑的活动方式极为相似的机器是可以制造出来的” 。并设计了一个“图林试验”，试图通过让机器模仿人回答某些问题，判断它是否具备智能。 第18

9、页，共50页，2022年，5月20日，15点59分，星期一图林测试1问： 请给我写出有关“第四号桥”主题的十四行诗。 答：不要问我这道题，我从来不会写诗。 问：34957加70764等于多少？ 答：（停30秒后）105721 问：你会下国际象棋吗？ 答：是的。 第19页，共50页，2022年，5月20日，15点59分，星期一图林测试2问：你会下国际象棋吗？ 答：是的。 问：你会下国际象棋吗？ 答：是的。 问：请再次回答，你会下国际象棋吗？ 答：是的。 第20页，共50页，2022年，5月20日，15点59分，星期一图林测试3问： 你会下国际象棋吗？ 答：是的。 问：你会下国际象棋吗？ 答：是的

10、，我不是已经说过了吗？ 问：请再次回答，你会下国际象棋吗？ 答：你烦不烦，干嘛老提同样的问题。 第21页，共50页，2022年，5月20日，15点59分，星期一1946年，第一台电子计算机ENIAC的两位主要研制人是莫契利（J. Mauchiy）和埃克特（J.Eckert）， 第22页，共50页，2022年，5月20日，15点59分，星期一ENIAC 计算机第23页，共50页，2022年，5月20日，15点59分，星期一第一台电子管计算机（ENIAC)占地170平方米，重30吨， 有1.8万个电子管，用十进制计算，每秒运算5000次 第24页，共50页，2022年，5月20日，15点59分，星

11、期一冯诺伊曼 是20世纪最杰出的数学家之一，于1945年提出了程序内存式计算机的设计思想。这一卓越的思想为电子计算机的逻辑结构设计奠定了基础，已成为计算机设计的基本原则。由于他在计算机逻辑结构设计上的伟大贡献，他被誉为计算机之父。 诺伊曼于1903年生于匈牙利的布达佩斯。他是一个数学神 童，11 岁时已显示出数学天赋。12岁的诺伊曼就对集合论，泛函分析等深奥的数学领域了如指掌。青年时期，诺伊曼师从著名数学家希尔伯特，从此，他更是如鱼得水，在数学的海洋中畅 游。在获得数学博士学位之后，他成为美国普林斯顿大学的第一批终身教授，那时，他还不到30岁。 第25页，共50页，2022年，5月20日，15

12、点59分，星期一1944年，诺伊曼参加原子弹的研制工作，该工作涉及到极为困难的计算。在对原子核反应过程的研究中，要对一个反应的传播做出是或否的回答。解决这一问题通常需要通过几十亿次的数学运算和逻辑指令，尽管最终的数据并不要求十分精确，但所有的中间运算过程均不可缺少，且要尽可能保持准确。他所在的洛斯阿拉莫斯实验室为此聘用了一百多名女计算员，利用台式计算机从早到晚计算，还是远远不能满足需要。无穷无尽的数字和逻辑指令如同沙漠一样把人的智慧和精力吸尽。 第26页，共50页，2022年，5月20日，15点59分，星期一被计算机所困扰的诺伊曼在一次极为偶然的机会中知道了 ENIAC计算机的研制计划，从此他

13、投身到计算机研制这一宏伟的事业中，建立了一生中最大的丰功伟绩。 1944年夏的一天，正在火车站候车的诺伊曼巧遇戈尔斯 坦，并同他进行了短暂的交谈。当时，戈尔斯坦是美国弹道实验室的军方负责人，他正参与ENIAC计算机的研制工作。在交谈中，戈尔斯坦告诉了诺伊曼有关ENIAC的研制情况。具有远见卓识的诺伊曼为这一研制计划所吸引，他意识到了这项工作的深远意义。 几天之后，诺伊曼专程来到莫尔学院，参观了尚未竣工的这台庞大的第27页，共50页，2022年，5月20日，15点59分，星期一在普林斯顿掀起了一股强劲的电脑热。一向冷冷清清的研究院沸腾了，大批专业人才仰慕他的大名，纷至沓来，使普林斯顿高级研究院一

14、时间成为美国电子计算机的研究中心。 冯诺依曼乘热打铁，着手将他那101页计算机方案付诸实施。1951年，这台凝聚着他多年心血的EDSAC计算机终于面世，程序储存在机器内部后，效率比ENIAC提高数百倍，只用了3563个电子管和1万只晶体二极管，以1024个水银延迟线来储存程序和数据，消耗电力和占地面积亦只有ENIAC的三分之第28页，共50页，2022年，5月20日，15点59分，星期一电子管第29页，共50页，2022年，5月20日，15点59分，星期一第二代计算机问世于1954年，由晶体管取代了电子管。与电子管相比，晶体管具有体积小、重量轻、寿命长、效率高、功耗低等特点，并把计算机速度从每

15、秒几千次提高到几十万次。价格降低，计算速度加快，可靠性提高。计算机的应用得到进一步扩展，除应用于科学计算以外，已开始使用计算机进行数据处理和过程控制。这一期间的程序设计已初步采用FORTRAN、COBOL等高级语言编程。？ 第30页，共50页，2022年，5月20日，15点59分，星期一1948年7月1日， 美国纽约时报曾用8个句子的篇幅，简短地公布贝尔实验室发明晶体管的消息。它就像8颗重磅炸弹，在电脑领域引来一场晶体管革命，电子计算机从此将大步跨进了第二代的门槛。晶体管的发明，为半导体和微电子产业的发展指明了方向。采用晶体管代替电子管成为第二代计算机的标志。除了科学计算，计算机也开始被用于企

16、业商务。 1947年，贝尔实验室的肖克莱、巴丁、布拉顿发明点触型晶体管；1950年又发明了面结型晶体管。相比电子管，晶体管体积小、重量轻、寿命长、发热少、功耗低，电子线路的结构大大改观，运算速度则大幅度提高。 肖克莱（左）、巴丁（中）、布拉顿（右）于1956年共同获得诺贝尔物理学奖。第31页，共50页，2022年，5月20日，15点59分，星期一第三代计算机诞生于1964年，有集成电路取代了晶体管。与晶体管相比，集成电路的体积更小，功耗更低，可靠性更高，第三代计算机由于采用了集成电路，计算速度从几十万次提高到几千万次，体积大大缩小，价格也不断下降 第32页，共50页，2022年，5月20日，1

17、5点59分，星期一，德克萨斯仪器公司（TI）的青年研究人员基尔比，他从英国科学家达默的思想里获得了启发。达默早在1952年就指出，由半导体构成的晶体管，可以把它们组装在一块平板上而去掉之间的连线。根据这种想法，基尔比在笔记本上画出了设计草图。基尔比那年35岁，刚到TI公司工作不久。趁公司其他人员休假的时机，他独自实验这种“微模组件”，成功地把晶体管、电阻和电容等集成在微小的平板上，用热焊方式把元件以极细的导线互连，在不超过4平方毫米的面积上，大约集成了20余个元件。1959年2月6日，基尔比向美国专利局申报专利，这种由半导体元件构成的微型固体组合件，从此被命名为“集成电路”（IC）。第33页，

18、共50页，2022年，5月20日，15点59分，星期一从那以后，基尔比一直供职于德州仪器公司，担任技术主管等职务，直到1970年才退出，成为德州A&M大学教授。他一生共获得60余项发明专利，但最大的贡献，莫过于首次发明集成电路。记里详细地记录了这一闪光的设想。第34页，共50页，2022年，5月20日，15点59分，星期一第四代电子计算机的特点，以大规模集成电路作为基本电子元件，称为“大规模集成电路时代”。1968年，威斯汀豪斯公司和美国无线电公司公司研制出互补金属半导体集成电路（CMOS）。特点是能耗低、工艺简单、集成度高。大规模集成电路的出现，把电子计算机的运算器和控制器等核心部件制作在一

19、块集成电路块上。这就使计算机朝大型化和微型化发展成为可能，而微型计算机的出现使得计算机更加普及和日益深入到社会生活的各个方面，同时为计算机的网络化创造了条件。微型计算机的出现和迅猛发展是计算机发展史上的重大事件。第35页，共50页，2022年，5月20日，15点59分，星期一第五代电子计算机是智能电子计算机，它是一种有知识，会学习，能推理的计算机，具有能理解自然语言，声音，文字和图像的能力，并且具有说话的能力，使人机能够用自然语言直接对话，它可以利用已有的和不断学习到的知识，进行思维，联想，推理，并得出结论，能解决复杂问题，具有汇集，记忆，检索有关知识的能力。智能计算机突破了传统的诺伊曼式机器

20、的概念，舍弃了二进制结构，把许多处理机并联起来，并行处理信息，速度大大提高。它的智能化人机接口使人们不必编写程序，只需发出命令或提出要求，电脑就会完成推理和判断，并且给出解释。1988年，世界上召开了第五代电脑国际会议。1991年，美国加州理工学院推出了一种大容量并行处理系统，用528台处理器并行进行工作，其运算速度可达到每秒320亿次浮点运算。（图）这是IBM公司制造的一种并行计算机试验床，可模拟各种并行计算机结构 第36页，共50页，2022年，5月20日，15点59分，星期一第37页，共50页，2022年，5月20日，15点59分，星期一1、电子管，是上世纪60年代前的主要有源器件，一般

21、是指真空电子管(另有部分充气整流管)。它的原理是在真空封装的玻璃、金属管子中，依靠阴极的热电子发射，利用电子带负电荷，在电场作用下飞向带正极性电压的阳极，并可用栅极的电压来加以控制，实现放大、振荡等基本功能。目前除CRT显像管还在大量使用，在日常生活中已难见到。 第38页，共50页，2022年，5月20日，15点59分，星期一2、晶体管也称半导体管，目前在分立元件设备中还在大量使用，常见的有二极管、三极管、场效应管、可控硅 3、第一代计算机个子是庞然大物，装有17468个电子管、7万个电阻器、1万个电容器和6000个开关，重达30吨，占地面积160多平方米，耗电174千瓦。它工作时不得不对附近

22、居民区停止供电，制造费用45万美元(相当于现在的1200万美元)。然而，这个庞大的重物的计算速度却只有每妙5000次。由于电子管的寿命只有几千小时，1万7千多个电子管的可靠性可想会有多高。 第39页，共50页，2022年，5月20日，15点59分，星期一4、集成电路IC(Interrgrated Circuit)是将晶体管、电阻、电容、二极管等电子组件整合装至一芯片(chip)上，由于集成电路的体积极小，使电子运动的距离大幅缩小，因此速度极快且可靠性高，集成电路的种类一般是以内含晶体管等电子组件的数量来分类。 SSI (小型集成电路)，晶体管数 10100个； MSI (中型集成电路)，晶体管

23、数 1001000； LSI (大规模集成电路)，晶体管数 1000100000； VLSI (超大规模集成电路)，晶体管数 100000以上。 回答：2007-04-13 12:41第40页，共50页，2022年，5月20日，15点59分，星期一1996年，卡斯帕罗夫与电脑“深蓝”展开交锋，结果卡斯帕罗夫以4：2宣告胜利。经过研制方IBM一年多的改进，到了1997年，“深蓝”有了更深的功力，因此又被称为“更深的蓝”。这一次卡斯帕罗夫在6局较量中败下阵来。 第41页，共50页，2022年，5月20日，15点59分，星期一1997年5月11日北京时间早晨4时50分，一台名叫“深蓝”的超级电脑落下

24、最后一颗棋子“将军”！这场举世瞩目的“人机大战”，终于以机器获胜的结局降下了帏幕。 第42页，共50页，2022年，5月20日，15点59分，星期一 计算机的核心技术是微电子技术。 微电子技术是指在几平方毫米的半导体材料上，用微米及亚微米刻蚀加工技术，制造成10万以上晶体管构成的微缩单元电子电路，并应用这些电路装配成各种微电子设备的总称。通俗地讲，就是一门使电子器件或电子设备微型化的技术。第43页，共50页，2022年，5月20日，15点59分，星期一发明晶体管的肖克莱在加利福尼亚创立了当地第一家半导体公司，这一地区后来被称为硅谷。 Stretch（左）和LARC（右）在商业上都不成功，但在设

25、计中采用了大量新思想，为开发第三代计算机打下了良好的基础。第44页，共50页，2022年，5月20日，15点59分，星期一硅谷从19世纪末直到本世纪50年代以前，这个名叫圣克拉拉的地方，还是美国加利福尼亚州旧金山附近一处不起眼的水果产地，然而，这里却与电子技术有天然的渊源。当年德福雷斯特试验电子管放大电路，正是在这一地区的帕洛阿托（Palo Alto） 取得最后成功。当1971年微电子新闻编辑霍夫勒（D. Hoefler）将此地命名为“硅谷”时，这里已经变成了微电子技术的发祥地和计算机革命的摇篮。硅谷的崛起主要得益于斯坦福大学，100多年前，美国铁路大王斯坦福（L.Stanford）为悼念早逝的独子小李兰斯坦福，创建了这所莘莘学子们向往的大学。他斥巨资购买了5万公顷的大片牧场作为大学校园，校址就选在帕洛阿托。第45页，共50页，2022年，5月20日，15点59分，星期一贝尔实验室原名贝尔电话实