计算机与信息化发展和技术应用

1、计算机与信息化发展和技术应用目录计算机的发展电子计算机的问世及发展历程计算机的分类新型计算机计算机的新技术信息化信息化概念1.2.2 信息化的层次1.2.3 信息化与社会发展本章小结计算机的发展 人类在其漫长的文明史上，为了提高计算速度，不断发明和改进了各种计算工具。 人类最早的计算工具可以追溯到中国唐代发明的算盘，算盘是世界上第一种手动式计数器，迄今还在使用中。 1622年，英国数学家奥特瑞德（William Oughtred）根据对数表设计了计算尺，可执行加、减、乘、除、指数、三角函数等运算，沿用到20世纪70年代才由计算器所取代。 1642年，法国哲学、数学家帕斯卡（Blaise Pas

2、cal）发明了世界上第一个加法器，它采用齿轮旋转进位方式执行运算，但只能做加法运算。 1673年，德国数学家莱布尼茨（GottfriedLeiblliZ）在帕斯卡的发明基础上设计制造了一种能演算加、减、乘、除和开方的计算器。 这些早期计算器都是手动的或机械式的，它们的工作原理曾被应用到别的机器中。 今天电子计算机的直系祖先是19世纪由英国剑桥大学的查尔斯巴贝奇（Charles Babbage）教授设计的差分机和分析机，如图所示。 电子计算机的问世及发展历程 目前，大家公认的第一台计算机是在1946年2月由宾州大学研制成功的ENIAC（Electronic Numerical Integrato

3、r And Calculator）即电子数字积分计算机，如图所示。 这台计算机从1946年2月开始投人使用，到1955年10月最后切断电源，服役9年多。 虽然它每秒只能进行5000次加减运算，但它预示了科学家们将从奴隶般的计算中解脱出来。 至今人们公认，ENIAC机的问世，表明了电子计算机时代的到来，具有划时代意义。 ENIAC机本身存在两大缺点：一是没有存储器；二是用布线接板进行控制，计算速度也就被这一工作抵消了。 所以，ENIAC的发明仅仅表明计算机的问世，对以后研制的计算机没有什么影响。 EDVAC的发明才为现代计算机在体系结构和工作原理上奠定了基础。 第一款商用计算机是1951年开始生

4、产的UNIVAC计算机。 1947年，ENIAC的两个发明人莫奇莱和埃克特创立了自己的计算机公司，生产UNIVAC计算机，计算机第一次作为商品被出售。 UNIVAC作为商品出售，用于公众领域的数据处理，共生产了近50台，不像ENIAC只有一台并且只用于军事目的。 莫奇莱和埃克特以及他们的UNIVAC奠定了计算机工业的基础。 五十多年来，计算机得到了飞速的发展。 根据计算机采用的物理器件，一般将计算机的发展分成四个阶段。 根据计算机物理器件，一般将计算机的发展分成四个阶段：1.第一代电子计算机2.第二代电子计算机3.第三代电子计算机4.第四代电子计算机1.第一代电子计算机第一代电子计算机是电子管

5、计算机，时间大约为1946年-1958年。 其基本特征是采用电子管作为计算机的逻辑元件；数据表示主要是定点数；用机器语言或汇编语言编写程序。 由于当时电子技术的限制，每秒运算速度仅为几千次，内存容量仅几KB。 因此，第一代电子计算机体积庞大，造价很高，主要用于军事和科学研究工作。 其代表机型有 IBM 650（小型）、IBM 709（大型机）。 2.第二代电子计算机第二代电子计算机是晶体管电路电子计算机，时间大约为1958年-1964年。 其基本特征是逻辑元件逐步由电子管改为晶体管，内存所使用的器件大多使用铁淦氧磁性材料制成的磁芯存储器。 外存储器有了磁盘、磁带，外设种类也有所增加。 运算速度

6、达每秒几十万次，内存容量扩大到几十KB。 与此同时，计算机软件也有了较大的发展，出现了FORTRAN、COBOL、ALGOL等高级语言。 与第一代计算机相比，晶体管电子计算机体积小，成本低，功能强，可靠性大大提高。 除了科学计算外，还用于数据处理和事务处理。 其代表机型有IBM 7090、CDC 7600。 3.第三代电子计算机第三代电子计算机是集成电路计算机，时间大约为1964年-1970年。 随着固体物理技术的发展，集成电路工艺已可以在几mm2的单晶硅片上集成由十几个甚至上百个电子元件组成的逻辑电路。 其基本特征是逻辑元件采用小规模集成电路SSI（Small ScaleIntegratio

7、n）和中规模集成电路MSI（Middle Scale Integration）。 第三代 电子计算机的运算速度每秒可达几十万次到几百万次。 存储器进一步发展，体积越来越小，价格越来越低，而软件越来越完善。 这一时期，计算机同时向标准化、多样化、通用化、机种系列化发展。 高级程序设计语言在这个时期有了很大发展，并出现了操作系统和会话式语言，计算机开始广泛应用在各个领域。 其代表机型有 IBM 360。 4.第四代电子计算机第四代电子计算机称为大规模集成电路电子计算机，时间从1971年至今。 进人20世纪70年代以来，计算机逻辑器件采用大规模集成电路（Large Scale Integration

8、，LSI）和超大规模集成电路（Very Large Scale Integration，VLS）技术，在硅半导体上集成了大量的电子元器件。 集成度很高的半导体存储器代替了服役达20年之久的磁芯存储器。 目前，计算机的速度最高可以达到每秒二十万亿次浮点运算。 操作系统不断完善，应用软件已成为现代工业的一部分。 计算机的分类1.高性能计算机2.微型计算机（个人计算机）3.工作站4.服务器1.高性能计算机高性能计算机是指目前速度最快。 处理能力最强的计算机，在过去被称为巨型机或大型机。 目前，计算机运算速度最高的是日本NEC的 Earth Simulator（地球模拟器），它实测运算速度可达到每秒3

9、5万亿次浮点运算，峰值运算速度可达到每秒40万亿次浮点运算。 高性能计算机数量不多，但却有重要和特殊的用途。 在军事上，可用于战略防御系统、大型预警系统、航天测控系统等。 在民用方面，可用于大区域中长期天气预报，大面积物探信息处理系统。 大型科学计算和模拟系统等。 2.微型计算机（个人计算机）微型计算机又称个人计算机（Personal Computer，PC）。 1971年Intel公司的工程师马西安霍夫（MEHoff）成功地在一个芯片上实现了中央处理器（Central ProcessingUnit, CPU）的功能，制成了世界上第一片4位微处理器Intel 4004，组成了世界上第一台4位微

10、型计算机MCS4，从此揭开了世界微型计算机大发展的帷幕。 随后许多公司（如 Motorola、Zilog等）也争相研制微处理器，推出了8位、16位、32位、64位的微处理器。 每18个月，微处理器的集成度和处理速度提高一倍，价格却下降一半。 在目前的市场上CPU主要有：Intel的Pentium 4、Celeron，AMD的Athlon 64等。 3.工作站工作站是一种介于微机与小型机之间的高档微机系统。 自1980年美国Appolo公司推出世界上第一个工作站DN-100以来，工作站迅速发展，成为专长处理某类特殊事务的一种独立的计算机类型。 4.服务器服务器是一种在网络环境中为多个用户提供服务

11、的计算机系统。 从硬件上来说，一台普通的微型机也可以充当服务器，关键是它要安装网络操作系统、网络协议和各种服务软件。 服务器的管理和服务有：文件、数据库、图形、图像以及打印、通信、安全、保密和系统管理、网络管理等服务。 根据提供的服务，服务器可以分为文件服务器、数据库服务器、应用服务器和通信服务器等。 1.1.3 计算机的新技术1.嵌入式技术2.网格计算3.中间件技术1.嵌入式技术嵌入式技术是将计算机作为一个信息处理部件，嵌入到应用系统中的一种技术，也就是说，它将软件固化集成到硬件系统中，将硬件系统与软件系统一体化。 嵌人式具有软件代码小、高度自动化和响应速度快等特点，因而进人ZI世纪后其应用

12、越来越广泛。 例如，各种家用电器如电冰箱、自动洗衣机、数字电视机、数码相机等广泛应用这种技术。 嵌人式系统主要由嵌人式处理器J围硬件设备、嵌人式操作系统以及特定的应用程序四部分组成，是集软、硬件于一体的可独立工作的“器件”，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。 2.网格计算网格计算是专门针对复杂科学计算的新型计算模式。 这种计算模式是利用互联网把分散在不同地理位置的电脑组织成一个“虚拟的超级计算机”，其中每一台参与计算的计算机就是一个“节点”，而整个计算是由成千上万个“节点”组成的“一张网格”，所以这种计算方式称为网格计算。 这样组织起来的“虚拟的超级计算机”有两个优势：一是数据处理能

13、力超强；二是能充分利用网上的闲置处理能力。 网格计算技术的特点是：能够提供资源共享，实现应用程序的互连互通。 网格与计算机网络不同，计算机网络实现的是一种硬件的连通，而阿格能实现应用层面的连通。 协同工作，很多网格结点可以共同处理一个项目。 基于国际的开放技术标准。 网格可以提供动态的服务，能够适应变化。 3.中间件技术顾名思义，中间件是介于应用软件和操作系统之间的系统软件。 在中间件诞生之前，企业多采用传统的客户机准务器的模式，通常是一台电脑作为客户机，运行应用程序，另外一台作为服务器。 这种模式的缺点是系统拓展性差。 到了20世纪90年代初，出现了一种新的思想：在客户端和服务器端之间增加了

14、一组服务，这组服务（应用服务器）就是中间件 。 新型计算机1.光子计算机2.生物计算机（分子计算机）3.量子计算机1.光子计算机光子计算机利用光子取代电子进行数据运算、传输和存储。 在光子计算机中，不同波长的光表示不同的数据，可快速完成复杂的计算工作。 制造光子计算机，需要开发出可以用一条光束来控制另一条光束变化的光学晶体管。 尽管目前可以制造出这样的装置，但是它庞大而笨拙，用其制造一台电脑，体积将有一辆汽车那么大。 因此，短期内光子计算机达到实用很困难。 与传统的硅芯片计算机相比，光子计算机有下列优点：超高速的运算速度、强大的并行处理能力、大存储量、非常强的抗干扰能力、与人脑相似的容错性等。

15、 根据推测，未来光子计算机的运算速度可能比今天的超级计算机快100010000倍。 1990年，美国贝尔实验室宣布研制出世界上第一台光学计算机。 它采用砷化镓光学开关，运算速度达10亿次/秒。 尽管这台光学计算机与理论上的光学计算机还有一定距离，但已显示出强大的生命力。 目前光学计算机的许多关键技术，如光存储技术、光存储器、光电子集成电路等都已取得重大突破。 预计在未来一二十年内，这种新型计算机可取得突破性进展。 2.生物计算机（分子计算机）生物计算机在20世纪80年代中期开始研制，其最大的特点是采用了生物芯片，它由生物工程技术产生的蛋白质分子构成。 在这种芯片中，信息以波的形式传播，运算速度

16、比当今最新一代计算机快10万倍，能量消耗仅相当于普通计算机的十分之一，并且拥有巨大的存储能力。 由于蛋白质分子能够自我组合，再生新的微型电路，使得生物计算机具有生物体的一些特点，如能发挥生物体本身的调节机能从而自动修复芯片发生的故障，还能模仿人脑的思考机制。 目前，在生物计算机研究领域已经有了新的进展，预计在不久的将来，就能制造出分子元件，即通过在分子水平上的物理化学作用对信息进行检测、处理、传输和存储。 另外，在超微技术领域也取得了某些突破，制造出了微型机器人。 长远目标是让这种微型机器人成为一部微小的生物计算机，它们不仅小巧玲珑，而且可以像微生物那样自我复制和繁殖，可以钻进人体里杀死病毒，

17、修复血管、心脏、肾脏等内部器官的损伤，或者使引起癌变的DNA突变发生逆转，从而使人延年益寿。 3.量子计算机所谓量子计算机，是指利用处于多现实态下的原子进行运算的计算机，这种多现实态是量子力学的标志。 在某种条件下，原子世界存在着多现实态，即原子和亚原子粒子可以同时存在于此处和彼处，可以同时表现出高速和低速，可以同时向上和向下运动。 如果用这些不同的原子状态分别代表不同的数字或数据，就可以利用一组具有不同潜在状态组合的原子，在同一时间对某一问题的所有答案进行探寻，再利用一些巧妙的手段，就可以使代表正确答案的组合脱颖而出。 刚进人21世纪之际，人类在研制量子计算机的道路上取得了新的突破。 美国的

18、研究人员已经成功地实现了4量子位逻辑门，取得了4个锂离子的量子缠结状态。 与传统的电子计算机相比，量子计算机具有：解题速度快、存储量大、搜索功能强和安全性较高等优点。 2.l.l 信息化概念关于信息化概念，至今尚没有一个统一的定义。 有人认为，信息化是指在电子信息技术的驱动下，由工业社会和工业经济向信息社会和信息经济发展或演变的过程。 衡量社会信息化程度的标志，通常可以粗略地概括为：若一个国家的信息业产值超过国民生产总值的一半，从事信息、知识、教育工作的人数超过其总就业人数的一半，则可认为这个国家已进入信息社会。 又有人认为，信息化是指培养、发展以计算机为本的智能化工具为代表的新生产力，并使之

19、造福于社会的历史过程。 不管人们对信息化的表述有何不同，但有一点是肯定的，这就是：信息化首先必须包括先进的信息设备的装备；其次必须包括利用先进的信息技术对信息资源的开发与利用。 这两点应该成为信息化的核心点。 因为，首先只有依靠先进的信息装备来改变人工操作的传统方式，才有可能谈得上信息、知识的高效率生产与利用；其次只有信息、知识的高效率生产与利用，才谈得上社会向知识经济、信息经济发展。 我国目前仍是一个发展中国家，是在没有完成工业化的情况下搞信息化建设。 因此，我国的信息化有其独特的内容和做法。 我国的信息化应该是指在国家统一规划和组织下，在农业、工业、科学技术、国防和社会生活等各个方面应用现

20、代信息技术，深入开发、广泛利用信息资源，由此加速国家实现现代化进展的过程。 2.1.2 信息化的层次信息化的层次应该包括以下几方面：(1)产品信息化。 (2)企业信息化。 (3)产业信息化。 (4)国民经济信息化。 (5)社会生活信息化。 2.1.3 信息化与社会发展1、信息化与国民经济发展2、信息化与工业化3、信息化与知识经济4、信息化与网络经济1、信息化与国民经济发展 信息化涉及社会各个领域的发展和变化，尤其是对国民经济的发展有深刻的意义，它有利于实现经济方式从粗放型向集约型转变；有利于建立资源优化配置的经济运行体系；有利于调整产品结构、降低资源消耗、加速资金周转、提高经济效益。 在信息化

21、的发展过程中，以高知识密集度、高技能密集度和高 RD（Research andDevelopment研究与开发）密集度的信息技术产业部门的产出所占社会总产出的比值将不断扩大，从而使其逐渐成为国民经济发展的主导性部门。 信息技术的应用是直接导致国民经济发展的重要因素。 首先，信息技术作为高新技术成果，通过对传统工业的渗透及对其嫁接，大大改善了传统工业的生产效率，加速了其向知识密集、高科技密集的方向转变，推动了经济的集约化增长。 其次，信息技术的发展，使得信息系统和信息网络日益完善。 这使得企业内部管理的自动化、智能化，外部经营的全球化、网络化成为可能，由此加速了企业智能化、科学化管理的进程。 再

22、次，信息技术向知识和信息生产及传播领域渗透，促进了信息与知识快速、大量地传播和高效利用，从而使得信息知识作为社会的关键资源成为可能。 最后，信息技术产业的高附加值以及对各行业的高渗透性使其成为了社会的支柱产业、先导产业，从而大大提高了整体经济的知识含量，加速了传统经济向知识型经济的转变。 2、信息化与工业化中国是一个发展中国家，目前还处在工业化的过程中。 工业基础薄弱，信息需求不足，是制约中国信息化发展的客观历史障碍。 因此，对信息的需求还没有成为当前社会经济发展中的主要需求。 面对这样的现实，我国采取了工业化与信息化并举，以信息化带动工业化的战略方针，提出了信息化建设的双重任务：第一，大力发展信息技术和信息产业（主要指计算机等信息设备行业），使之成为新的经济增长点，缩小同发达国家的差距，迎头赶上全球信息产业发展的步伐；第二，利用信息技术改造和提升传统产业的结构和素质，促进经济结构调整以及产业结构和产品结构升级，以信息化促迸经济发展和社会进步，促进工农业及第三产业等各行各业更加健康、持续、快速发展。 为了更加有效地实施以信息化带动工业化的战略方针，我国政府提出：大力推进国民经济和社会信息化，发挥后发优势，实现社会生产力跨越式发展，旨在直接采用