01第一章信息技术与计算机

1、大学计算机基础第一章 信息技术与计算机第一章信信息息技术与计算机机1.1信信息技术术概述1.2计计算机的的诞生与与发展1.3计计算机新新技术和和未来新新型计算算机1.1信息技术术概述当今社会会是一个个知识为为本的时时代,是是一个信信息时代代,只有有很好地地掌握分分析信息息，才能能看到机机会，很很好地立立足于社社会。信息（Information）通过语言言、文字字、符号号、图象象、声音音和视频频等方式式来表达达的数据据、事实实、新闻闻、消息息、报告告和知识识等都是是信息。1.1.1现代信息息基础知知识2信息与与数据数据（Data）是指客观观世界中中记录下下来的各各种各样样的物理理符号及及其组合合

2、，是信信息的具具体表现现形式，它反映映了信息息的内容容。数据是信信息的载载体，数数据中有有信息。信息是数数据所表表达的含含义，信信息是有有意义的的。2011585041010535-66660001948年，美美国科学学家香农农（ClandeShannon）发表表了著名名的“通通讯的数数学理论论”一文文，成为为信息论的的奠基人人。3信息的的主要特特征信息具有有可传递性性、共享享性、依依附于载载体、可可处理性性、时效效性和价价值性六大主要要特征。信息可传递性性、共享享性：这是信息息与物质质和能量量的主要要区别。信息必须须依附于载载体而存在或或存储。信息的可处理性性：信息

3、是是可以加加工处理理的。信息的时效性：是指信信息随时时间的变变化，其其价值也也在变。信息的有价值性性：人们获获取信息息的目的的是因为为信息有有用，有有意义，有价值值。1.1.1现代信息息基础知知识4信息时时代的特特征（1）信信息爆炸炸我们只有有学会正正确的方方法，掌掌握先进进的信息息处理技技术才能能通过对对大量信信息进行行分析、综合、提炼和和加工，获取对对我们有有用的知知识，才才不会被被湮没在在信息的的洪水之之中。（2）知知识经济济知识经济济就是以以现代科科学技术术为核心心的，建建立在知知识和信信息的生生产、存存储、使使用和消消费之上上的经济济。以知知识为基基础推动动经济的的发展。1.1.1现

4、代信息息基础知知识1.1.2现代信息息技术1.信息技术术（IT）所谓信息息技术，就是利利用科学学的原理理、方法法及先进进的工具具和手段段，有效效地开发发和利用用信息资资源的技技术体系系。包括获取信息息、传递递信息、存储信信息、处处理信息息、显示示信息、分配信信息等的相关关技术。2现代信信息技术术的内容容（1）信息基基础技术术信息基础础技术包包括新材材料、新新能源、新的元元器件的的开发和和制造技技术。现现代影响响最大的的包括微电子技技术和光电子技技术。（2）信息系系统技术术信息系统统技术包包括信息息的采集、传传递、存存储、处处理、再再生和使使用等功能的的技术。通信技术术、计算算机与智智能技术术、

5、控制制技术和和感测技技术是它的核核心和支支撑技术术。（3）信息应应用技术术从信息技技术层面面上来看看，应用用层次是是一个逐逐渐深入入过程，经历了了：数值处理理数据处理理知识处理理智能处理理的过程。3.未来信息息技术的的发展趋趋势（1）数字化化：各种信信息都以以数字的的方式表表达。例例如：数数字化人人类遗产产（故宫宫）、数数字化图图书和报报刊、数数字化电电影电视视、动画画特技等等。（2）多媒体体化：多种信信息媒体体与计算算机集成成在一起起，以接接近于人人类的工工作和思思考方式式来设计计与操作作。如通通过语音音进行计计算机操操作等。（3）网络化化（高速度度、宽频频带）：将来的的网络会会更安全全、速

6、度度更快、普及更更广，即即下一代代的Internet技术。实实现宽频频的多媒媒体网络络是未来来信息技技术的发发展趋势势之一。（4）智能化化1.1.3信息化与与信息高高速公路路1信息化化信息化（Informatization），就是全面面地发展展和利用用现代信信息技术术创造的的智能工工具，去去改造、更新和和装备各各个部门门和社会会活动的的各个领领域，以以提高人人类社会会的生产产、学习习、生活活的效率率和创造造力，使使物质财财富和精精神文明明得到提提高。2信息高高速公路路1993年，美国国政府提提出NII计划。信息高速速公路旨旨在建立立一个能能提供大大量信息息的，由由通信协协议、通通信网络络、多媒

7、媒体数据据库以及及计算机机组成的的一体化化高速网网络，实实现信息息资源的的高度共共享。1.1.5信息化技技术对社社会的影影响1计算机机文化计算机文文化是以以计算机机为核心心和动力力的文化化；它深深刻地改改变着当当代社会会，影响响着人们们的观念念和行为为，迅速速深入到到社会生生活的各各个层面面，正在在对整个个人类社社会产生生深远影影响。2负面影影响（1）信息过过度增长长，导致致信息爆爆炸（2）信息失失真和信信息污染染（3）知识产产权受到到侵害（4）对国家家主权和和利益的的冲击（5）对传统统道德意意识的弱弱化（6）计算机机犯罪1.2计计算算机的诞诞生与发发展1.2.1计计算机的的定义1.2.2近近

8、代计算算机起源源和发展展1.2.3计计算机的的分代1.2.4计计算机的的分类1.2.5计计算机的的应用和和特点1.2.1计算机的的定义基本功能能：进行行加法运算和逻辑运算。计算机（Computer）是一种能够接收和存储信息，并按照存储在其内部的程序（这些程序是人们意志的体现）对输入的信息进行加工、处理，得到人们所期望的结果，然后把处理结果输出的高度自动化的电子设备。计算机是一种能按照事先存储的程序，自动、高速进行大量数值计算和各种信息处理的现代化智能电子装置。人类追求求的计算算工具1642 Blaise Pascal加法器Charles Babbage1822 差分机1833 分析机MARK

9、IENIAC电子计算机时代1.2.2近代计算算机起源源和发展展算盘(公元600多年)计算尺/机械计算机(17世纪,帕斯卡)通用数字计算机基本设计思想(19世纪,巴贝奇)布尔代数(19世纪,布尔)“图灵机”模型(1937,(英)图灵)ENIAC(1946,宾夕法尼亚)计算机时代的到来Electronic NumericalIntegrator AndCalculator18000个电子管管；占地地170m2；功率150kw；重30t。每秒进行行5000次加法运运算。1.2.2近代计算算机起源源和发展展电子计算算机诞生生之前（1）中国古古代计算算工具的的发明大约六、七百年年前，中中国人发发明了算盘

10、（2）世界上上第一台台机械式式计算机机实实现了加加法运算算法国科学学家帕斯卡（BlaisePascal，16231662）发明的的齿轮旋旋转进位位方式加加减法器器。1971年瑞士人人沃斯把自己发发明的高高级语言言命名为为Pascal，就是为为了纪念念帕斯卡卡。1.2.2近代计算算机起源源和发展展1642 Blaise Pascal加法器1.2.2近代计算算机起源源和发展展（3）差分机机和分析析机的诞诞生计算机最最早的程程序设计计19世纪，由由英国数数学家查查尔斯巴贝奇（Charles Babbage，17911871）设计了差差分机和和分析机机，它是是今天电电子计算算器的直直系祖先先，在计计算

11、机发发展史上上占有重重要的地地位，因因此他被被国际社社会公认认为计算机之之父。1822 差分机1833 分析机Charles Babbage奠定现代代计算机机发展的的重要人人物和思思想（4）计算机机的理论论和模型型的诞生生1847年英国国数学家家布尔（Boole）创立了了布尔代代数，奠奠定了计计算机进进行逻辑运算算的基础。1936年英国国科学家家图灵（Turing）发表表了题为为论可可计算数数及其在在判断问问题中的的应用的著名名论文，奠定了了计算机的的理论和和模型基基础，成为计计算机科科学奠基基人。他他在计算算机科学学方面的的主要贡贡献有两两个：一一是建立立图灵机机（Turingmachine

12、）模型型；二是是提出图图灵测试试（TuringTest）。另一个被被称之为为计算机机之父的的是美籍匈牙牙利数学学家冯诺依依曼（Von Neumann。他提出出了“存储程序序”的概念念，并研研制了EDVAC（离散变变量自动动电子计计算机）电子计算算机，确确立了现现代计算算机的基基本结构构。五十十多年来来，计算算机系统统基本结结构没有有变，都都属于冯冯诺依依曼计算算机。John vonNeumann冯诺依曼冯诺依曼计计算机存储程序序工作原原理计算机的的两个基基本能力力：一是是能够存储储程序，二是能够自动动地执行行程序。计算机是是利用“存储器器”（内内存）来来存放所所要执行行的程序序的，而而称之为为

13、CPU的部件可可以依次次从存储储器中取取出程序序中的每每一条指指令，并并加以分分析和执执行，直直至完成成全部指指令任务务为止。1.2.2近代计算算机起源源和发展展电子计算算机的诞诞生世界上第第一台数数字式电电子计算算机是由由美国宾宾夕法尼尼亚大学学的物理理学家约约翰莫克利（JohnMauchly）和工程师师普雷斯斯伯埃克特（J PresperEckert）领导，于于1943年开始研研制并于于1946年完成，取名为为ENIAC（Electronic NumericalIntegrator AndCalculator）的计算机机。ENIAC的成功，是人类类在发展展计算技技术的历历程中，到达的的一个

14、新新的起点点，即进进入电子子计算机机时代。世界上第第一台程序存储储式计算机EDSAC由英国剑剑桥大学学的莫利利斯威尔克于于1949年研制成成功，它它标志着着计算机机时代的的真正开开始。ENIAC和EDSAC均属于第第一代计计算机。第一台电电子计算算机（ENIAC）5000次加法/秒体重28吨占地170m218800只电子管1500个继电器功率150KW1.2.3计算机的的分代依据计算算机采用用的主要要元器件件和性能能，一般般将计算算机的发发展分为为四个阶段段或时代。表1.1计算机发发展的四四个阶段段时代年份器件软件应用一46-57电子管机器语言、汇编语言科学计算二58-63晶体管高级语言数据处

15、理工业控制三64-70集成电路操作系统文字处理图形处理四70年迄今大规模和超大规模集成电路数据库、网络等社会的各个领域计算机发发展的几几个阶段段第一代（19461957）电子管5千4万（次/秒）第二代（19581963）晶体管几十万百万（次/秒）第三代（19641970）集成电路百万几百万（次/秒）第四代（197190年代）大规模集成电路几百万几亿（次/秒）目前Pentium芯片片集成了了800万个晶晶体管电子管、晶体管、集成电路、大规模集成电路和超大规模集成电路基于冯若依曼思想设计的计算机 硬件核心由五部分组成 采用二进制 程序存储计算机的的发展发展特点点：发展：电子计算算机已进进入千家家万

16、户，成为人人们进行行各项活活动必不不可少的的工具。笔记本+ipad+智能手机机性能大幅幅度提高高、价格格大幅度度下降。计算机的的发展存储器的的容量、集成度度每三年年翻两翻翻，Disk速度每10年翻三翻翻计算机的的性能每每隔18个月就会会增长1倍1.2.3计算机的的分代第五代：智能电电子计算算机它是一种种有知识识、会学学习、能能推理的的计算机机。它突突破了传传统的冯冯诺依曼式式机器的的概念，舍弃了了二进制制结构，把许多多处理机机并联起来，并并行处理理信息，速度大大大提高高。我国计算算机的发发展概况况我国自1983年以来，成功研研制了“银河”系列巨巨型机“银河”、“银河河”、“银河河”“银河”巨型

17、机的的运算速速度达130亿次/秒2001年的“神神威”，速度达达3千亿次/秒2009年“天河河I”1.2.4计算机的的分类1按计计算机处处理数据据的方式式分类模拟计算算机（AnalogComputer）数字计算算机（Digital Computer）混合计算算机（HybridComputer）。2按计计算机的的使用范范围分类类专用计算算机通用计算算机1.2.4计算机的的分类3按计算算机的类类型与用用途巨型机：它的运算算速度最最快、性性能最高高、技术术最复杂杂。巨型型机主要要用于解解决大型型机也难难以解决决的复杂杂问题，它是解解决科技技领域中中某些带带有挑战战性问题题的关键键工具。大型主机机：一

18、般作为为大型“客户机机/服务器”系统中中的服务务器，或或者“终终端/主机”系系统中的的主机。主要应应用在科科研、商商业和管管理部门门。小型主机机：由于微型型计算机机的迅速速发展，小型机机市场受受到严重重挑战。工作站是一种高高档微机机系统，其最突突出的特特点是图图形功能能强，具具有很强强的图形形交互与与处理能能力，因因此在工工程领域域、特别别是在计计算机辅辅助设计计（CAD）领领域得到到广泛应应用。服务器（看一下下照片）是在网络络环境下下为多用用户提供供服务的的共享设设备，即即计算机机系统。一般分分为文件件服务器器、数据据库服务务器、应应用服务务器、邮邮件服务务器和通通信服务务器等。PC机（Pe

19、rsonalComputer个个人计算算机，微微型计算算机）以微处理理器为中中央处理理单元而而组成的的个人计计算机称称为PC机（微微机）。1.2.5计算机的的应用和和特点主要应用用领域科学计算算：天文、气象、军事、航天等等。数据处理理：非数数值计算算，应用用最广泛泛，80%的应应用。办公自动动化：政政府、企企业、学学校等。电子商务务：网上上购物，网上支支付、网网上汇兑兑等。自动控制制：工业业、军事事、航天天等。计算机辅辅助：CADCAMCAICAT人工智能能领域：机器器人、图图像识别别、语音音识别等等。文化娱乐乐领域：音乐乐、影视视、游戏戏等。虚拟现实实：模拟驾驶驶、虚拟拟空间等等。1.2.5

20、计算机的的应用和和特点运算速度度快计算精确确度高存储容量量大逻辑判断断能力自动工作作的能力力通用性3计算机机的特点点1.3未来新型型计算机机1.3.1计算算机的发发展趋势势1.3.2计算算机新技技术1.3.3未来来新型计计算机1.3.1计算算机的发发展趋势势1.巨型型化发展高速速度，大大存储容容量，强强功能的的超大型型计算机机。2.微型型化是以大规规模集成成电路为为基础的的计算机机微型化化。3.网络络化用通信线线路及通通信设备备把个别别的计算算机连接接在一起起形成一一个复杂杂的系统统就是计计算机网网络。现现今最大大的网络络是Internet；加入入这个网网络的计计算机已已达数亿亿台。4.智能能

21、化是指计算算机具有有模仿人人类较高高层次智智能活动动的能力力。5.多媒媒体化将文字、声音、图形、图像、视频等等多种媒媒体与计计算机集集成在一一起来设设计与处处理。目前最快快的计算算机目前世界界最快的的计算机机系统2012统计No.1:由美美国IBM最最新研制制的超级级计算机机“红杉杉”(Sequoia)，每秒16324万亿次运运算，No.2:日本本理化学学研究所所与富士士通(Fujitsu)共同同研发和和组装中中的超级级电脑“京”，每秒运算算速度10510万亿次。No.3:IBM“米拉”，每秒秒8162万亿亿次No.43:中中国联想想1.027万亿亿次/秒秒No.5：中国国国家超超级计算算天津

22、中中心的“天河一一号”No.10：超超级计算算深圳中中心的“星云”天河一号号各种智能能机器人人TALON被称称为世界界上第一一个武装装机器人人。它基基于SWORDS(特特殊武器器观测勘勘查探测测系统)。他能能够让士士兵在一一千米开开外远程程开火。这个机机器人能能装备一一系列的的武器，包括M16步步枪，M82巴巴雷特步步枪和一一个40毫米的的榴弹发发射器。清洁机器器人极限作业业机器人人：能在在人难以以承受的的工作条条件下作作业的机机器人，如原子子能辐射射下作业业的机器器人、水水下作业业的机器器人、救救灾排险险机器人人、空间间作业机机器人、地下采采掘机器器人等。中国足球球终于圆圆了世界界杯夺冠冠的梦。世界大学学生机器器人足球球比赛1.3.2计算算机新技技术1芯片片技术处理器（芯片）技术是是计算机机、网络络通信，信息安安全和关关键电子子信息产产品的核核心技术术。2并行行计算技技术并行处理理是实现现高性能能、高可可用计算算机系统统的主要要途径。3网格格计算技技术