计算概论课件：第一章 计算机与信息社会

第二讲：第一章

计算机与信息社会第二讲：第一章

计算机与信息社会1.6.3电子邮件(Email)@邮政系统计算机网络送达需要几天时间送达只需要几分钟1.6.3电子邮件(Email)工作原理2022/10/27北京大学4计算机A(邮件发送方)计算机B(邮件接收方)邮件服务器X(发件方)邮件服务器Y(收件方)SMTP：SimpleMailTransferProtocolPOP3：PostOfficeProtocol3SMTPSMTPPOP3由电子邮件客户端定时发出请求1.6.3电子邮件(Email)电子邮件地址someone@用户名邮件服务器的域名如何获得一个电子邮件地址？北大邮件服务器（帮助见/index.htm）网易、新浪、搜狐、腾讯等提供的邮件服务Google的Gmail（）……各单位学校为每个学生建立了邮箱网上免费注册1.6.3电子邮件(Email)常用的电子邮件客户端软件官方网站

/已经集成在Office2010中1.6.3基于web的电子邮件系统WWW技术和电子邮件技术相结合的产物在web浏览器中撰写、发送和收取电子邮件邮件接收方(foxmail)SMTPSMTPPOP3邮件发送方（foxmail）1.6.3基于web的电子邮件系统WWW技术和电子邮件技术相结合的产物在web浏览器中撰写、发送和收取电子邮件邮件接收方(web浏览器)HTTPSMTPHTTP邮件发送方（web浏览器）大多数邮件服务器都提供基于web的邮件服务第二讲：

计算机与信息社会高良才北京大学计算机科学技术研究所2012年9月几个概念信息：感官感觉到的，information消息：信息的携带者，message数据：编码的信息,data文档：数据的存储形式,document知识：正确有指导意义的信息,knowledge信息技术，IT(InformationTechnology)广义：充分利用与扩展人类信息器官功能的各种方法、工具与技能的总和中义：对信息进行采集、传输、存储、加工、表达的各种技术之和狭义：现代信息技术：计算机技术、通信技术、微电子技术等1.1信息与信息社会1.1信息与信息社会1、发明文字使得信息得以在更大的范围内跨越时间和空间而传播2、发明算术使得量化的数字信息可以被加工和变换3、发明活字印刷使得大量信息的批量复制成为可能，使信息成为一种可大规模共享的资源4、计算机和互联网的出现目前，通用数字计算机和计算机互联网络的出现，使得全球性的信息传输、加工、和互动成为可能信息处理技术的几个历史里程碑1.1信息与信息社会信息社会的技术特点：数字化信息资源的大量生产信息表现形式的多样化数据的存储形式，传播形式，和多媒体表现形式（文字、声音、图像、影像等）信息的变换与加工信息查询、浏览、摘取、格式转换、统计等信息共享1.1信息与信息社会社会关系网

既是互联网信息的源泉，

又是互联网信息共享和消费的市场存在不同规模、不同用途的互联网络家庭局域网：家庭娱乐、家电管理学校院系的内部办公网；校园网全国教育网CERNET跨国公司业务网银行网，电信网，军用网……互联网为社会关系网

提供了信息交换的统一平台1.2计算机的发展历史历史上的计算工具2022/10/27北京大学机械式手动计算机法国数学家、哲学家帕斯卡在1642年发明了一种机械计算机，并于1649年取得专利。帕斯卡的计算机采用一种齿轮系统，其中一小轮转十个数字，下一个小轮便转动一个数字，通过齿轮系的联动，可以进行加法和减法的运算中国的算盘我国古代发明创造的重要成就之一至今已有一千多年的历史1.2计算机的发展历史计算机的理论模型15北京大学2022/10/27现代计算机产生于抽象的

图灵机(TuringMachine)英国数学家A.MTuring于1936年提出的一种理想的计算机器的数学模型大半个世纪以来，数学家、计算机科学家提出了各种各样的计算模型，但最终都被证明是同图灵机等价的图灵机是计算机科学的重要基础之一“图灵奖”：计算机领域的“诺贝尔奖”1.2计算机的发展历史ENIAC

(ElectronicNumericalIntegratorAndComputer)1946，美国宾夕法尼亚大学占地1500平方英尺，重达30吨每秒5000次加法运算用于计算炮弹的弹道轨迹缺点：没有存储器用布线板进行控制，控制效率极低第一台计算机：ENIAC1.2计算机的发展历史EDVAC(ElectronicDiscreteVariableAutomaticComputer)1945年提出设计方案，1951年完成占地面积和消耗电力只有ENIAC的1/3每秒2000次乘法运算，

或10000次加法运算特点：采用二进制表示数据和程序使用“存储程序”的方式

对计算机进行控制冯·诺依曼（主要设计者）第一台现代意义上的计算机：EDVAC1.2计算机的发展历史现代计算机的结构：“冯·诺依曼”结构第一台现代意义上的计算机：EDVAC1.2计算机的发展历史计算机的过去：体积巨大的专用设备1.2计算机的发展历史用途广泛，无所不在体积越来越小，性能越来越高计算机的现在IPhone5

(手机

2012年)体积越来越小，性能越来越高PowerMacG5

(台式计算机2004年)高:51.1cm宽:20.6cm深:47.5cm《性能评分》1601《性能评分》1571>1.2计算机的发展历史波音飞机

尺寸标准：万分之一米

零件数量：百万级奔腾芯片尺寸标准：千万分之一米零件数量：千万级/亿级数字芯片是人造的最复杂的系统之一计算机系统的特点：但与自然界的生物基因系统相比，生物系统的复杂性还要高出几个数量级！1.2计算机的发展历史CPU芯片上的零件密度每18个月增加1倍

1971年Intel4004芯片2300个晶体管

目前Intel酷睿2双核芯片晶体管数量达到上亿数量级CPU的性能每18个月提高一倍，价格下降一半

性能越来越快，价格越来越便宜；应用领域越来越广泛计算机的发展速度摩尔定律：1.2计算机的发展历史第一代计算机(1946年-1957年)电子管计算机

采用电子管作为逻辑线路主要元件。应用范围十分有限，主要应用于军事领域及科学计算。第二代计算机(1957年-1964年)晶体管计算机

采用晶体管作为逻辑线路主要元件。与第一代计算机相比，由于晶体管体积小、耗电少、寿命长、计算性能有了很大改进，成本随之下降。应用范围扩大到数据处理和事务管理等方面。第三代计算机(1964年-1970年)集成电路计算机

采用中、小规模集成电路代替了传统的独立式晶体管。与第二代计算机相比，这一时期的计算机其软件、硬件系统都向标准化、模块化、系列化发展。应用范围扩大到工业控制等领域。计算机发展的时代划分:1.2计算机的发展历史第四代计算机(1970年-今)大规模集成电路计算机

采用大规模、超大规模集成电路为计算机主要功能元件。应用范围几乎无所不在！第五代计算机（??）计算机发展的新方向

目前还没有一个确定的发展方向。目前的研究方向有：生物DNA计算机、量子计算机、光子计算机等等.

上述四代计算机的设计都采用“冯·诺依曼”结构，

“以二进制、存储程序以及指令和数据统一存储”为基础计算机发展的时代划分:2022/10/27北京大学26计算机发展历史上的两个重要的人物图灵(A.MTuring英国数学家)提出了一种理想的计算机器的数学模型——图灵机（TuringMachine）。冯·诺依曼(JohnVonNeumann美国数学家)提出了“存储程序（StoredProgram）”这一现代电子计算机的最基本的概念，并给出了解决方案。存储程序式计算机——冯·诺依曼结构。2022/10/27北京大学27计算机界最具影响的两大国际学术组织InstituteofElectrical&ElectronicEngineers，ComputerSociety电气和电子工程师协会计算机协会，于1946年成立ACMAssociationforComputerMachinery美国计算机协会，于1947年成立IEEEComputerSociety计算机界的“诺贝尔奖”——图灵奖ACM于1966年设立的第一个奖项，是计算机界的“诺贝尔奖”，主要奖励在计算机科学理论和软件方面作出重要贡献的科学家。华裔美国科学家姚期智(AndrewChi-chihYao)由于在计算理论方面做出了诸多“根本性的、意义重大的”贡献，获得2000年度图灵奖。这是首位（也是目前唯一一位）获得图灵奖的华裔科学家。姚目前是清华的客座教授。互

联

网1.5互联网Internet（因特网）信息的网络、信息的海洋相互连接

的

计算机网络计算机网络

是一种

将处于不同地理位置且具有独立功能的多个计算机系统通过通信设备和线路连接起来，在功能完善的网络软件的支持下，实现彼此之间的数据通信和资源共享

的

系统计算机网络是计算机科学和通信科学密切结合的产物1.5互联网互联网络的组成各种类型的计算机或嵌入式设备互联线路或无线通信介质网络通信设备与网络软件互联网络分类：广域网（WAN）：跨越国家和省市地域的网络局域网（LAN）：一个建筑物范围内、利用以太网技术形成的计算机网络内联网（Intranet）：企业/组织的内部网（可能是WAN、LAN）1.5.1互联网的发展历史1969年，为了能在爆发核战争时保障通信联络，美国国防部高级研究计划署ARPA资助建立了世界上第一个分组交换试验网ARPANET70年代末到80年代初，各种类型的计算机网络蓬勃发展；产生了网络之间相互连接的需求，并导致TCP/IP协议的出现（1980年）1986年，美国国家科学基金会NSF资助建成了基于TCP/IP技术的主干网NSFNET，世界上第一个互联网产生；1995年，NSFNET开始商业化运行1994年，中国建设了CERNET示范网工程；中国第一个全国性的TCP/IP互联网目前，全球互联网用户数量已占全部人口的30.2%1.5.2局域网——互联网的细胞局域网中的硬件成分计算机：网卡（NC）连接线路：有线：双绞线无线网络设备：集线器（HUB）交换机（Switcher）路由器（Router）2022/10/27北京大学341.5.2互联网的连接覆盖全球全球海底光缆示意图1.5.3互联网的通信协议准备包裹检查包裹登记信息装箱,发货卸货,清点检查包裹登记信息打开包裹现实生活中包裹传递的过程1.5.3互联网的通信协议HTTPHyperTextTransferProtocol超文本传输协议浏览网页时，客户端和服务器的通讯协议TCPTransmissionControlProtocol传输控制协议可靠的传输协议IPInternetProtocol互联网协议非可靠的传输协议（best-efforts,尽力投递）通信协议栈1.5.3互联网的通信协议1.5.3IP协议和IP地址IP地址——计算机在IP网络上的标识，32位二进制数

A类地址：B类地址：C类地址：位数01731位数011531位数01223310网络标识主机标识10网络标识主机标识110网络标识主机标识1.5.3IP协议和IP地址几个IP地址的例子

B类：

10100010.01101001.01010000.00101001 1C类：

11001010.01110000.1101100.00000001 1.5.3IPv4和IPv6IPv4采用32位二进制数表示IP地址拥有42.95亿个（2的32次方）的地址资源IPv4的地址资源面临枯竭IPv6采用128位二进制数表示IP地址拥有天文数字般（2的128次方）的地址资源，可以为全球的每一粒沙子分配一个IP地址从IPv4向IPv6的迁移需要10年或更长的时间2022/10/27北京大学411.5.3DNS—域名系统域名用文字的方式标识特定的IP地址，，...DNS（DomainNameSystem）一个将域名映射成相应的IP地址的服务系统

13

42由全世界数量众多的DNS服务器组成北大校内的两个DNS服务器：7，61.5.3域名空间1.5.4互联网的基础设施互联网的基础设施通信线路（传输介质）双绞线、光纤、无线、同轴电缆、...网络设备集线器、交换机、路由器、...根据物理层和数据链路层协议的不同以太网技术ATM技术蓝牙技术......441.5.4网络设备在互联网中的作用2022/10/27北京大学45中转站1.5.4网络设备在互联网中的作用工作于物理层工作于数据链路层工作于网络层1.6互联网应用初期主要是文字类的信息服务电子邮件、文件传输、远程终端逐步涌现出丰富多样的多媒体类的信息服务WWW、即时通信、视频点播、P2P下载电子政务、电子商务、网络游戏、…博客、微博、社交网络、…1.6.1互联网应用的基本模式客户端/服务器(Client/Server)

模式48服务器客户端A客户端B客户端C1.发出服务请求2.处理服务请求3.返回处理结果客户端主动地向服务器发出请求服务器被动地接受来自客户端的服务请求1.6.1互联网应用的基本模式客户端/服务器(Client/Server)

模式客户端和服务器仅仅是一种角色.一台计算机在不同的交互中可能分别承担这两种角色计算机A计算机B计算机C客户端服务器客户端服务器互联网上的三种经典应用万维网电子邮件文件传输2022/10/27北京大学501.6.2万维网(WorldWideWeb)万维网的基本元素Web页面（网页）超链接1.6.2万维网(WorldWideWeb)Web页面Web页面源文件（HTML语言）<aherf=>空间<a/>Web浏览器1.6.2万维网(WorldWideWeb)超链接（超文本连接，HyperTextLink）53<aherf=统一资源定位符>链接名称<a/>统一资源定位符（UniformResourceLocator,URL）格式：访问资源的协议

:资源地址HTTPURL