第四章信息系统导论

第四章信息系统导论第1页，共45页，2023年，2月20日，星期三4.1.1计算机的发展4.1.2计算机的运算基础4.1.3计算机硬件4.1.4计算机软件本章小结4.1计算机系统2第2页，共45页，2023年，2月20日，星期三1945年,美国数学家冯.诺依曼博士发表《电子计算工具逻辑设计》论文提出二进制表达方式和存储程序控制计算机构想1946年,美国宾西法尼亚大学研制成功电子数字计算机

ENIAC重28吨，耗电150kW占地170平米用电子管18800个每秒5000次加法4.1.1计算机的发展—产生3第3页，共45页，2023年，2月20日，星期三第一代

电子管时代(1946-1958)耗电高，体积大，定点计算，机器语言，汇编语言第二代

晶体管时代(1958-1965)变集中处理为分级处理，浮点运算，高级语言第三代

中小规模集成电路时代(1965-1970)存储容量大，运算速度快，几十至几百万次/秒第四代

大规模集成电路时代(1971至今)向大型机和微型机两个方向发展现代计算机的发展方向巨型化，微型化，网络化，智能化，多媒体化4.1.1计算机的发展—发展简史4第4页，共45页，2023年，2月20日，星期三巨型机几家公司生产，最快1.4万亿次，9千个CPU组成Cray-1,Cray-2,Cray-3,国产银河I,银河II,银河III小巨型机功能同巨型机相近，价格相对便宜美国Convex公司的C系列机为其代表产品大型机大中型企事业单位作为计算中心的主机使用代表产品有IBM360，370，4300等4.1.1计算机的发展—分类15第5页，共45页，2023年，2月20日，星期三小型机可以满足部门性的需求，供小型企事业单位使用，典型产品有IBM-AS/400，DEC-VAX系列工作站用于特殊的专业领域，例如图象处理和辅助设计等典型产品有SUN工作站等微型机个人或家庭使用，PC机/个人计算机，价格低廉4.1.1计算机的发展—分类26第6页，共45页，2023年，2月20日，星期三科学计算密码破译，天气预报，地质勘探，卫星轨道计算过程控制机器人以及各种自动化装备，温度调节，阀门控制辅助设计/分析/制造/教学机械CAD，建筑CAD，CAE，CAM，CAI数据处理数据库管理，企业信息管理，统计汇总，办公自动化智能模拟人工智能，专家系统，自学习4.1.1计算机的发展—应用领域返回7第7页，共45页，2023年，2月20日，星期三冯.诺依曼机计算机结构的基本思想计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五部分组成采用存储程序的方式，程序和数据放在同一存储器中，由指令组成的程序可以修改数据以二进制码表示指令由操作码和地址码组成指令在存储器中按执行顺序存放，由指令计数器指明要执行的指令所在的单元地址，一般按顺序递增4.1.2计算机的运算基础—系统原理18第8页，共45页，2023年，2月20日，星期三冯.诺依曼计算机的工作原理可概述为：“存储程序”+“程序控制”4.1.2计算机的运算基础—系统原理2输入设备控制器输出设备

CPU存储器运算器ALU0110+10016+9159第9页，共45页，2023年，2月20日，星期三数字化信息编码的概念：信息：用数值、文字、语音、图形和图像表示在计算机内一切信息必须进行数字化编码（即用二进制代码形式），才能在机内传送、存储和处理4.1.2计算机的运算基础—数据表示方法110第10页，共45页，2023年，2月20日，星期三例：数2343.43可以分解为：

2×103＋3×102＋4×101＋3×100＋4×10-1＋3×10-2数值的表示一个数值各位数字表示的值不仅与该数字有关，且与该数字所在的位置有关位权位权位权位权位权位权基数：相邻位权之比每个数位上的数字所表示的值=该数字×位权位权：基数的i次方(i为与位置对应的自然数）

4.1.2计算机的运算基础—数据表示方法211第11页，共45页，2023年，2月20日，星期三K进制数转换为十进制数

位权展开法

例：将下列数值转换为十进制数(101.01)2(205.4)8(AF.8)16

解：(101.01)2=1×22＋0×21＋1×20＋0×2-1＋1×2-2

=(5.25)10(205.4)8=2×82＋0×81＋5×80＋4×8–1

=(133.5)10

(AF.8)16=10×161＋15×160＋8×16-1=(175.5)104.1.2计算机的运算基础—数据表示方法312第12页，共45页，2023年，2月20日，星期三十进制数转换为K进制数，将整数部分与小数部分分开来算整数部分：除以K取余数，直到商为0，余数从自下而上排列小数部分：以小数部分乘以K取积的整数，并将其自上而下排列，直到小数部分为0或规定精度为准4.1.2计算机的运算基础—数据表示方法413第13页，共45页，2023年，2月20日，星期三例：将（100.345）10转换为二进制数100502512631022222220001101低位高位0.345x20.690x2x21.3800.760x21.520x2……高位低位整数部分小数部分4.1.2计算机的运算基础—数据表示方法514第14页，共45页，2023年，2月20日，星期三程序

是用户在使用计算机时，为了要解决的问题，用一条条指令编写的指令序列。构成程序的指令在存储器中一般都是顺序存放要破坏这种顺序性，必须由转移指令操作指令

是CPU能执行的一个基本操作。如：取数、加、减、乘、除、存数等

4.1.2计算机的运算基础—程序的运行115第15页，共45页，2023年，2月20日，星期三计算机能够执行的各种不同类型指令的总和称为该机的指令系统指令系统决定了计算机的功能，指令越多，计算机功能越强，线路也就越复杂。以下是几类基本指令：数据传送指令算术运算指令 逻辑运算指令程序控制指令输入/输出指令其他指令4.1.2计算机的运算基础—程序的运行2返回16第16页，共45页，2023年，2月20日，星期三输入设备

键盘鼠标触摸屏……输出设备

打印机显示屏绘图仪……外存

磁盘磁带光盘……中央控制单元（CPU）算术逻辑单元控制单元（ControlUnit）Register(寄存器)Cache（高速缓存）总线RAM(内存)主存4.1.3计算机硬件—

系统结构17第17页，共45页，2023年，2月20日，星期三(1)CPU(2)存储设备(3)输入输出设备处理速度–更快存储容量–更大价格–更低尺寸-更小人机界面多媒体化4.1.3计算机硬件—发展趋势118第18页，共45页，2023年，2月20日，星期三4.1.3计算机硬件—发展趋势2多CPUs将问题分工给各CPU并行求解。单CPU串行处理多CPU并行处理磁带用于日常数据后备，磁盘发展出由多张磁盘迭起来的磁盘阵列，磁盘还发展出移动硬盘。19第19页，共45页，2023年，2月20日，星期三CPU计算速度越来越快，将达到每秒100万亿次如：IBM“白色ASCI”超级计算机：ASCI全称高级战略计算计划，是为美国能源部核武器库管理而制订的，目的是实现对核武器的检查和测试。造价1.1亿美元，占地2个篮球场，重量=17头大象主要用途是进行模拟核武器试验计算速度为每秒12.3万亿次，是普通计算机1000万年才能完成的工作量4.1.3计算机硬件—发展趋势320第20页，共45页，2023年，2月20日，星期三存储设备：体积小，容量大20年前，IBM-XT个人电脑刚问世时，电脑硬盘容量最大只有10MB；而最近个人电脑硬盘最大容量已达到160GB，最大的台式机硬盘以T为单位。东芝开发出1.8英寸硬盘可以存储20G的内容软驱从计算机的标准配置中“抹去”，以推动USB接口存储设备的推广4.1.3计算机硬件—发展趋势421第21页，共45页，2023年，2月20日，星期三输入输出设备发展趋势声音识别器

01年7月31日，AT&T公司发布新的语音软件01年8月13日,我国推出会说汉语的语音芯片图象识别技术

01年8月28日,康柏电脑宣布采购星创科技开发的FaceOnPCSuite脸部辨识软件，搭配康柏Presario桌上型电脑随机销售，宣告以生物科技及辨识科技提升个人电脑安全及隐私的时代正式来临虚拟现实（VirtualReality）技术微软提出的平板电脑4.1.3计算机硬件—发展趋势522第22页，共45页，2023年，2月20日，星期三“2005年中国高性能计算机性能TOP100排行榜”中国气象局引进的IBM超级计算机以21万亿次／秒的峰值运算能力夺冠。2004年落户上海超级计算中心的国产“曙光4000A”以11万亿次／秒的最高运算速度排名第二。超级计算机百强出炉上海超级计算中心排名全国第二，上海科技2005年11月17日案例4.1IT发展—

曙光4000A超级计算机23第23页，共45页，2023年，2月20日，星期三所谓“超级计算机”是指那些用于科学技术研究的超大型运算系统，其领域包括数值气象研究、生物信息、地震地质（油气勘探）等各个方面。此次国产服务器品牌以51％的微弱优势首次超过国外品牌，曙光、联想、浪潮、神威、上海大学、清华大学等单位榜上有名。案例4.1IT发展—

曙光4000A超级计算机24第24页，共45页，2023年，2月20日，星期三案例4.1IT发展—

曙光4000A超级计算机25第25页，共45页，2023年，2月20日，星期三案例4.2：把思考交给电脑科学家打造

“芯片上的大脑”智能计算机呼之欲出

如今，欧洲科学家正在紧锣密鼓地研制一种迥异于传统电脑的“大脑芯片”。这项“大脑复制”计划，由欧盟7国15个研究院所的FACETS（“多面”）项目发起。根据神经科学的研究成果，他们正在构建一台像大脑一样工作的神经计算机。该项目负责人、德国海德堡大学的物理学家卡尔海因茨·迈尔介绍，这种新型“神经计算机”模仿大脑工作方式，将一张包含大量神经元和突触的网络压缩在单个芯片上。它将和人脑一样运行，只是更小更轻便。26第26页，共45页，2023年，2月20日，星期三案例4.2：把思考交给电脑科学家打造

“芯片上的大脑”芯片上的大脑

其实早在4年前，IBM公司和瑞士洛桑理工学院合作已启动了“蓝脑”计划，希望通过模拟生物神经元复制人工智能系统。而2008年，瑞士科学家设计的一款电子鼠脑，据说已能主动对外来信号初步做出分析。27第27页，共45页，2023年，2月20日，星期三案例4.2：把思考交给电脑科学家打造

“芯片上的大脑”

迈尔和他的同事研究出一套更先进的建模原理。“我们充分利用突触的传导作用，产品体积将被缩小。而且因为神经元很小，这个系统运行比软件模拟快1000万倍。”迈尔教授说。小组用模拟电子代表神经元、用数字电子代表它们之间的传递，成功将一个由20万神经元和5000万突触组成的网络压进20厘米的单硅片上。

“和所有计算机一样，芯片上的大脑也会有缺陷。但模拟生物神经系统的好处便是它容错性极高，一个缺陷只会影响网络中的一个突触，不至于像传统计算机那样牵一发而动全身。”来自：今晚报，2009.4.16返回28第28页，共45页，2023年，2月20日，星期三在计算机系统中，软件是相对于硬件而言的另一类必不可少的组成部件软件包括了使计算机运行所需要的各种程序及其有关的资料，承担着为计算机运行服务的全部技术支持只有硬件的裸机甚至不可能启动运行，必须要有软件的支持，计算机才能去实现与完成应用任务和从事信息处理4.1.4计算机软件—概念129第29页，共45页，2023年，2月20日，星期三4.1.4计算机软件—概念2工具软件应用软件系统软件硬件系统软件：

管理计算机系统资源及操作。操作系统、实用软件、工具软件：用于开发应用软件或管理数据。编程语言、开发软件应用软件：用于具体领域的问题，事务处理软件、分析决策软件30第30页，共45页，2023年，2月20日，星期三操作系统：是计算机最基本、最重要的软件包，它控制CPU的操作，控制计算机系统的输入/输出，资源分配，为应用程序提供各种服务与接口操作系统版本：

单机操作系统：Windows98、WindowsXP、、网络操作系统：Windows2000、WindowsNT、

Unix、Linux、NovellNetware、、4.1.4计算机软件—系统软件131第31页，共45页，2023年，2月20日，星期三Linux操作系统类似于UNIX，可用于服务器。可靠性高、可扩展性强、跨系统移植性好。设计精简，适用于各类计算机、PDA(PersonalDigitalAssistant

)等。Linux可免费下栽，代码公开，可按需修改。是Windows的替代品，企业用户数不断上升。Linux会成为主流吗？一些专家认为大企业仍然适应Windows。4.1.4计算机软件—系统软件232第32页，共45页，2023年，2月20日，星期三数据库管理系统（DatabaseManagementSystem，DBMS）:是专门对数据记录进行综合管理的软件，以数据文件结构的定义、数据记录的更新、数据记录的查询以及对数据记录的各种运算提供全面的支持数据库管理系统产品：

Oracle、DB2

、Sybase、SQLServer、…4.1.4计算机软件—系统软件333第33页，共45页，2023年，2月20日，星期三IBM联邦数据管理（DB2）用户像对待一个数据源那样对多个数据源操作，同时保持数据源各自的独立性和完整性4.1.4计算机软件—DB234第34页，共45页，2023年，2月20日，星期三

程序设计语言分类:

机器语言：由二进制指令代码构成汇编语言：由助记符作为操作指令的符号语言高级语言：如C,Pasacl等

第四代语言（4GL）：如数据库中的SQL语言等

面向对象的程序设计语言：如C++、Java等

标记语言：如HTML、

XML等（用于网页制作）

。

开发工具：如Dephi6、JBuild9等4.1.4计算机软件—工具软件35第35页，共45页，2023年，2月20日，星期三

标记语言（MarkupLanguage）是指在普通文本中加入一些具有特定含义的标记（Tag），以对文本的内容进行标识和说明的一种文件表示方法。1.2.1标记语言的发展HTML标识和说明信息的什么？4.1.4计算机软件—工具软件（XML）36第36页，共45页，2023年，2月20日，星期三例1：下雨天，留客天，留我不？留。那些不属于文本，且与格式或版面编排有关的注释，称为标记。例2：对于下面的信息“《XML完全实例教程》，卢啸龙，男，1972年11月，山东莱阳，电子工业出版社，2001年4月，由浅入深地讲述了XML的相关知识。”加入标记后：<书名>《XML完全实例教程》</书名><作者信息>卢啸龙，男，1972年11月生，山东莱阳</作者信息><出版社>电子工业出版社</出版社><出版日期>2001年4月</出版日期><内容提要>由浅入深地讲述了XML的相关知识</内容提要>4.1.4计算机软件—工具软件（XML）37第37页，共45页，2023年，2月20日，星期三进一步增加标记：<书><书名>《XML完全实例教程》</书名><作者> <姓名>卢啸龙</姓名> <性别>男</性别> <出生日期>1972年11月</出生日期> <祖籍>山东莱阳</祖籍></作者><出版社>电子工业出版社</出版社><出版日期>2001年4月</出版日期><内容简介>由浅入深地讲述了XML的相关知识</内容简介></书>注意：使用标记语言进行描述的文档，其主要读者并不是人，而是计算机。对于计算机而言，它并不能理解任何纯粹的文本，无论该文本对于人来讲意义表达如何清楚。4.1.4计算机软件—工具软件（XML）38第38页，共45页，2023年，2月20日，星期三通用应用软件：指某些具有通用信息处理功能的商品化软件。它的特点是通用性，因此可以被许多类似应用需求的用户所使用。它所提供的功能往往可以由用户通过选择、设置和调配来满足用户的特定需求。典型的通用应用软件：

文字处理软件电子表格软件绘图软件数值统计分析软件等4.1.4计算机软件—应用软件139第39页，共45页，2023年，2月20日，星期三专用应用软件：满足用户特定要求的应用软件。因为某些情况下，用户对数据处理的功能需求存在很大的差异性，通用软件不能满足要求时，此时需要由专业人士采取单独开发的方法，为用户开发具有特定要求的专门应用软件

典型的专用应用软件：

会计处理系统销售管理系统人力资源管理系统等4.1.4计算机软件—应用软件240第40页，共45页，2023年，2月20日，星期三办公软件：

文字处理软件：MicrosoftWord、AdobePage