第一章信息技术与计算机

大学计算机

基础第一章信息技术与计算机第一章信息技术

与计算机

1.1信息技术概述1.2计算机的诞生与发展1.3计算机新技术和未来新型计算机1.1信息技术概述当今社会是一个知识为本的时代,是一个信息时代,只有很好地掌握分析信息，才能看到机会，很好地立足于社会。信息（Information）通过语言、文字、符号、图象、声音和视频等方式来表达的数据、事实、新闻、消息、报告和知识等都是信息。1.1.1现代信息基础知识2．信息与数据数据（Data）是指客观世界中记录下来的各种各样的物理符号及其组合，是信息的具体表现形式，它反映了信息的内容。数据是信息的载体，数据中有信息。信息是数据所表达的含义，信息是有意义的。1948年，美国科学家香农（ClandeShannon）发表了著名的“通讯的数学理论”一文，成为信息论的奠基人。3．信息的主要特征信息具有可传递性、共享性、依附于载体、可处理性、时效性和价值性六大主要特征。信息可传递性、共享性：这是信息与物质和能量的主要区别。信息必须依附于载体而存在或存储。信息的可处理性：信息是可以加工处理的。信息的时效性：是指信息随时间的变化，其价值也在变。信息的有价值性：人们获取信息的目的是因为信息有用，有意义，有价值。1.1.1现代信息基础知识4．信息时代的特征（1）信息爆炸我们只有学会正确的方法，掌握先进的信息处理技术才能通过对大量信息进行分析、综合、提炼和加工，获取对我们有用的知识，才不会被湮没在信息的洪水之中。

（2）知识经济知识经济就是以现代科学技术为核心的，建立在知识和信息的生产、存储、使用和消费之上的经济。以知识为基础推动经济的发展。1.1.1现代信息基础知识1.1.2现代信息技术1.信息技术（IT）所谓信息技术，就是利用科学的原理、方法及先进的工具和手段，有效地开发和利用信息资源的技术体系。包括获取信息、传递信息、存储信息、处理信息、显示信息、分配信息等的相关技术。2．现代信息技术的内容

（1）信息基础技术

信息基础技术包括新材料、新能源、新的元器件的开发和制造技术。现代影响最大的包括微电子技术和光电子技术。

（2）信息系统技术信息系统技术包括信息的采集、传递、存储、处理、再生和使用等功能的技术。通信技术、计算机与智能技术、控制技术和感测技术是它的核心和支撑技术。（3）信息应用技术从信息技术层面上来看，应用层次是一个逐渐深入过程，经历了：数值处理→数据处理→知识处理→智能处理的过程。3.未来信息技术的发展趋势（1）数字化：各种信息都以数字的方式表达。例如：数字化人类遗产（故宫）、数字化图书和报刊、数字化电影电视、动画特技等。（2）多媒体化：多种信息媒体与计算机集成在一起，以接近于人类的工作和思考方式来设计与操作。如通过语音进行计算机操作等。（3）网络化（高速度、宽频带）：将来的网络会更安全、速度更快、普及更广，即下一代的Internet技术。实现宽频的多媒体网络是未来信息技术的发展趋势之一。（4）智能化信息化与信息息高速公路1．信息化信息化（Informatization），，就是全面地地发展和利用用现代信息技技术创造的智智能工具，去去改造、更新新和装备各个个部门和社会会活动的各个个领域，以提提高人类社会会的生产、学学习、生活的的效率和创造造力，使物质质财富和精神神文明得到提提高。2．信息高速速公路1993年，，美国政府提提出NII计计划。信息高速公路路旨在建立一一个能提供大大量信息的，，由通信协议议、通信网络络、多媒体数数据库以及计计算机组成的的一体化高速速网络，实现现信息资源的的高度共享。。信息化技术对对社会的影响响1．计算机文文化计算机文化是是以计算机为为核心和动力力的文化；它它深刻地改变变着当代社会会，影响着人人们的观念和和行为，迅速速深入到社会会生活的各个个层面，正在在对整个人类类社会产生深深远影响。2．负面影响响（1）信息过过度增长，导导致信息爆炸炸（2）信息失失真和信息污污染（3）知识产产权受到侵害害（4）对国家家主权和利益益的冲击（5）对传统统道德意识的的弱化（6）计算机机犯罪1.2计计算机的诞生生与发展1.2.1计算机机的定义1.2.2近代计计算机起源源和发展1.2.3计算机机的分代1.2.4计算机机的分类1.2.5计算机机的应用和和特点1.2.1计算机的的定义基本功能：：进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。人类追求的的计算工具具1642BlaisePascal加法器CharlesBabbage1822差分机1833分析机MARKIENIAC电子计算机时代1.2.2近代计计算机起源源和发展算盘(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ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator18000个电子管；；占地170m2；功率150kw；；重30t。每秒进行5000次加法运算算。1.2.2近代代计算机起起源和发展展电子计算机机诞生之前前（1）中国国古代计算算工具的发发明大约六、七七百年前，，中国人发发明了算盘（2）世界界上第一台台机械式计计算机───实现了加加法运算法国科学家家帕斯卡（BlaisePascal，1623－1662））发明的齿齿轮旋转进进位方式加加减法器。。1971年年瑞士人沃斯把自己发明明的高级语语言命名为为Pascal，就就是为了纪纪念帕斯卡卡。1.2.2近代计算算机起源和和发展1642BlaisePascal加法器1.2.2近代计计算机起源源和发展（3））差差分分机机和和分分析析机机的的诞诞生生————计计算算机机最最早早的的程程序序设设计计19世世纪纪，，由由英英国国数数学学家家查查尔尔斯斯··巴贝贝奇奇（CharlesBabbage，，1791～～1871））设设计计了了差差分分机机和和分分析析机机，，它它是是今今天天电电子子计计算算器器的的直直系系祖祖先先，，在在计计算算机机发发展展史史上上占占有有重重要要的的地地位位，，因因此此他他被被国国际际社社会会公公认认为为计算算机机之之父父。1822差分机1833分析机CharlesBabbage奠定定现现代代计计算算机机发发展展的的重重要要人人物物和和思思想想（4））计计算算机机的的理理论论和和模模型型的的诞诞生生1847年年英英国国数数学学家家布尔（Boole））创立立了布布尔代代数，，奠定定了计计算机机进行行逻辑运运算的基础础。1936年年英国国科学学家图灵（Turing）发发表了了题为为《论论可计计算数数及其其在判判断问问题中中的应应用》》的著著名论论文，，奠定定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）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（VonNeumann。。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。JohnvonNeumann冯诺依曼冯·诺依依曼计算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CPU的部件件可以依依次从存存储器中中取出程程序中的的每一条条指令，，并加以以分析和和执行，，直至完完成全部部指令任任务为止止。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·莫莫克利（（JohnMauchly）和工程程师普雷雷斯伯··埃克特特（J–PresperEckert）领导，，于1943年年开始研研制并于于1946年完完成，取取名为ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator）的计算算机。ENIAC的成成功，是是人类在在发展计计算技术术的历程程中，到到达的一一个新的的起点，，即进入入电子计计算机时时代。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年研研制成功功，它标标志着计计算机时时代的真真正开始始。ENIAC和EDSAC均属属于第一一代计算算机。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150KW计计算机机的分代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计算算机发展展的四个个阶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（1946~1957）电子管5千~4万（次/秒）第二代（1958~1963）晶体管几十万~百万（次/秒）第三代（1964~1970）集成电路百万~几百万（次/秒）第四代（1971~90年代）大规模集成电路几百万~几亿（次/秒）目前PentiumⅣⅣ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+智智能手手机★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速速度每10年翻翻三翻计算机的的性能每每隔18个月就就会增长长1倍1.2.3计算算机的分分代第五代：智智能电子计计算机它是一种有有知识、会会学习、能能推理的计计算机。它它突破了传传统的冯··诺依曼式式机器的概概念，舍弃弃了二进制制结构，把把许多处理理机并联联起来来，，并并行行处处理理信信息息，，速速度度大大大大提提高高。。我国国计计算算机机的的发发展展概概况况我国国自自1983年年以以来来，，成成功功研研制制了了““银银河河””系系列列巨巨型型机机————““银银河河ⅠⅠ””、、““银银河河ⅡⅡ””、、““银银河河ⅢⅢ””“银河Ⅲ”巨巨型机的运算算速度达130亿次/秒秒2001年的的“神威Ⅰ””，速度达3千亿次/秒秒2009年““天河I”计计算机的分类类1．按计算机机处理数据的的方式分类模拟计算机（（AnalogComputer）数字计算机（（DigitalComputer）混合计算机（（HybridComputer）。2．按计算机机的使用范围围分类专用计算机通用计算机计计算机的分类类3．按计算机机的类型与用用途巨型机：它的运算速度度最快、性能能最高、技术术最复杂。巨巨型机主要用用于解决大型型机也难以解解决的复杂问问题，它是解解决科技领域域中某些带有有挑战性问题题的关键工具具。大型主机：一般作为大型型“客户机/服务器”系系统中的服务务器，或者““终端/主机机”系统中的的主机。主要要应用在科研研、商业和管管理部门。小型主机：由于微微型计计算机机的迅迅速发发展，，小型型机市市场受受到严严重挑挑战。。工作站站是一种种高档档微机机系统统，其其最突突出的的特点点是图图形功功能强强，具具有很很强的的图形形交互互与处处理能能力，，因此此在工工程领领域、、特别别是在在计算算机辅辅助设设计（（CAD））领域域得到到广泛泛应用用。服务器（看看一下照片片）是在网络环环境下为多多用户提供供服务的共共享设备，，即计算机机系统。一一般分为文文件服务器器、数据库库服务器、、应用服务务器、邮件件服务器和和通信服务务器等。PC机（PersonalComputer个人计算算机，微型型计算机））以微处理器器为中央处处理单元而而组成的个个人计算机机称为PC机（微机机）。1.2.5计算机的的应用和特特点主要应用领领域科学计算：天文、气气象、军事事、航天等等。数据处理：：非数值计计算，应用用最广泛，，80%的的应用。办公自动化化：政府、、企业、学学校等。电子商务：：网上购物物，网上支支付、网上上汇兑等。。自动控制：：工业、军军事、航天天等。计算机辅助助：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计算算机的应应用和特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．计算算机的特特点1.3未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:日日本理化学研研究所与富士士通(Fujitsu)共同研发和和组装中的超超级电脑“京京”，每秒运算速度度10510万亿次。。No.3:IBM“米米拉”，每秒秒8162万万亿次No.43:中中国联想1.027万亿次/秒秒No.5：中中国国家超级级计算天津中中心的“天河河一号”No.10：：超级计算深深圳中心的““星云”天河一号各种智能机器器人TALON被被称为世界上上第一个武装装机器人。它它基于SWORDS(特特殊武器观测测勘查探测系系统)。他能能够让士兵在在一千米开外外远程开火。。这个机器人人能装备一系系列的武器，，包括M16步枪，M82巴雷特步步枪和一个40毫米的榴榴弹发射器。。清洁机器人极限作业机器器人：能在人人难以承受的的工作条件下下作业的机器器人，如原子子能辐射下作作业的机器人人、水下作业业的机器人、、救灾排险机机器人、空间间作业机器人人、地下采掘掘机器人等。。中国足球终于于圆了世界杯杯夺冠的梦。。世界大学生机机器人足球比比赛计计算机新技术术1．芯片技术术处理器（芯片片）技术是计计算机、网络络通信，信息息安全和关键键电子信息产产品的核心技技术。2．并行计算算技术并行处理是实实现高性能、、高可用计算算机系统的主主要途径。3．网格计算算技术网格计算是专专门针对解决决复杂科学计计算的新型计计算模式。4．蓝牙技术术蓝牙技术是一一种短距