大学大学计算机基础-梅挺-PPT文稿资料课件PPT
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大学大学计算机基础-梅挺-PPT文稿资料课件PPT,大学,大学计算机,基础,梅挺,ppt,文稿,资料,课件
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第10章 计算机发展展望与应用热点,知识点： 计算机发展展望 应用层的热点 技术支持层 核心技术层 通过对本章的学习读者将了解计算机未来发展的情况；了 解常见的在计算机应用层的应用热点；以及了解当前在技术支 持层和核心技术层的主要研究方向；在完成本章的学习后能够 对计算机的发展和其应用的热点有更多的了解。,10.1 计算机发展展望,10.1.1 分子计算机 分子计算机的运行靠分子晶体可以吸收以电荷形式存在的信 息，并以更有效的方式进行组织排列。凭借分子纳米级的尺寸，将 分子计算机的体积剧减。分子计算机耗电可大大减少，而且能更长 期地存储大量数据。 10.1.2 光子计算机 光子计算机是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，不同波长的光代表不同的数据，这点远强于电子 计算机中通过电子“0”和“1”状态变化进行的二进制运算，这种 特性使它可以对复杂度高、计算量大的任务实现快速的并行处理。 光子计算机将使运算速度不断呈上升趋势。,10.1.3 量子计算机 量子计算机的原理是利用处于多现实态的原子作为数据进行运 算。很多国家先后开展了有关量子计算机的基础研究。量子棘轮 （quantumratchet）是一门崭新的科学。通过一个振荡信号或随机 变化信号，科学家可以从看似混乱无序的状态中得到可以控制方向 的有用运动。借助于让电子从一个电器元件跳跃到另一个电器元 件，可以制造出不用电线连接的电子设备。,10.2 应用层的热点,10.2.1 数值计算 数值计算是计算机的重要应用之一。它具有以下功能： （1）数字图形图像处理 ：数值计算功能一个重要的应用是数字 图形图像处理。图像图形科学是一门理论与现代高科技相结合来系 统地研究各种视觉原理、技术和应用的综合性很强的交叉学科。图 像图形科学具有涉及面广，内容丰富，跨行业、跨学科的特点。 （2）计算机仿真技术：计算机仿真技术首先可以高效地处理科学 数据和解释科学数据。而且，计算机仿真技术丰富了信息交流手段 ，即科学家之间的信息交流不再局限于采用文字和语言，而足可以 直接采用图形、图像、动画等可视信息。,10.2.2 信息处理 计算机的出现使得可以利用计算机对不同形式的数据进行处 理，这些数据包括文字、数字、图形、图像、声音等。目前，信息 处理是计算机应用中最为广泛的领域，文字、图形图像和信号处理 等信息处理技术，已在社会被普遍应用于会计、统计、医学和科学 研究等诸多方面。 10.2.3 自动控制 所谓自动控制是指在无人干预的情况下，利用控制装置（或控制 器）使被控对象（如机器设备或生产过程）的一个或多个物理量（如 电压、速度、流量、液位等）在一定精度范围内自动地按照给定的规 律变化。例如 :人造卫星按预定的轨道运行，并始终保持 正确的姿态等。,10.2.4 人工智能 广义上讲，用计算机来表示和执行人类的智能活动，就为人工智能。智能机器是指能够在各类环境中自主地或交互地执行各种模拟人任务的机器称为人工智能。 人工智能的任务是指：凡是使机器能具有感知功能（如视、听、嗅）、思维功能（如分析、综合、计算、推理、联想、判断、规划、决策）、表达行动功能（如说、写、画）及学习记忆等功能，都是人工智能研究的范畴。,10.2.5 数字艺术 所谓“数字艺术”是指艺术与高科技结合，以数字化方式和概念所创作出的艺术。它可分为两种类型：一种是运用计算机技术、软硬件设备及科技概念进行设计创作，以表达属于数字时代价值观的艺术；另一种则是将传统形式的艺术作品以数字化的手法或工具表现出来。,经过photoshop软件处理过的图片,建筑物3D效果图,10.3 技术支持层,10.3.1 硬件DIY （1）电脑硬件的安装：装一台电脑的操作过程，大体上可以分为 3个阶段。首先是做好准备工作，包括工具、设备、器件和资料（含 驱动程序）等。其次是安装固定主板等硬件设备，做好各类跳线的 设置和各个插头的连接。最后步是试机，即初步检验设备安装情 况，只有确认器件正常，安装正确，才能算是完成了电脑硬件的安 装工作。 （2）解决死机现象：解决死机问题一般都是先从软件入手，再到 硬件，通常软件问题更多一些，而从软件入手，最先做的就是检查 病毒。从硬件入手时，先是查看机箱里CPU和环境的温度是不是过 高，电脑超频过快会造成CPU发热量加大一定要注意电脑的散热问 题；接下来就是检查内存，对于内存硬件的故障通常采用替换的方 法；检查完内存后是检查其他。,10.3.2 信息安全 网络的发展和普及，为信息安全提出新的难题。从网络上能否保 障信息的安全，其关键是首先要保障网络的安全，实现安全通信即数 据通过安全的网络途径进行传输。 网络信息安全的基本问题是众所周知的：可用性、保密性、完整 性、可控与可审查性等。 10.3.3 软件的二次开发 通常软件的开发过程包括以下几个步骤： （1）前期准备。 （2）实施过程。 （3）整体验收。 （4）后期培训。 （5）技术支持。,10.3.4 网络技术 在传统的有线网络中常用双绞线、同轴电缆、光导纤维电缆这 些传输介质来进行数据的传输，而无线网络中使用的传输介质是通 过空气进行信号的传输，也就是说在大部分通信设备间不使用任何 连接设备。无线网络中的无线技术大致包括无线电、微波、红外线 和卫星等 。,无线路由器,光纤,双绞线,10.4 核心技术层,10.4.1 微电子技术与芯片 电子技术是信息社会的基石。实现信息化的网络与关键的部 件，无论是各种计算机还是通讯电子装备，其基础是集成电路。 微电子学和微电子技术是以集成电路技术为代表，制造和使用 微小型电子元件、器件和电路，以实现电子系统功能的新型技术学 科，它也特指大规模集成电路的制造和运用技术。,10.4.2 操作系统 操作系统（Operating System，简称OS）是负责对计算机硬件直接控制及管理的系统软件。操作系统的功能一般包括处理器管理、存储管理、文件管理、设备管理和作业管理等。当多个程序同时运行时，操作系统负责规划以优化每个程序的处理时间。操作系统是电脑必不可少的系统软件，是电脑的灵魂所在。电脑通过操作系统来解释人们的命令，从而达到控制电脑的目的。几乎所有的应用程序都是基于操作系统的。,10.4.3 嵌入式操作系统 在嵌入式操作系统（RTOS）方面，与PC操作系统比较，嵌入式操 作系统并未要求全能，但是要求必须能够依据系统设计规格，有效 率的发挥出硬件的运算能力，以便产品达到性价比的最佳化。大多 数的系统都会要求全自动完成所设定的工作，例如银行的系统,10.4.4 实时操作系统 实时操作系统（Real Time Operating System,RTOS）是使得计算机系统的硬件成为可用的、由软件或固件（FIRMWARE）所实现的程序集，是介于编程者与机器硬件之间的一个软件层。 实时操作系统在多媒体通信、在线事物处理、生产过程控制、交通控制、通信系统、武器制导等各个领域得到广泛的应用,10.4.5 嵌入式应用 所谓嵌入式应用，即指实时操作系统本身作为一个大系统的一 个部件而内置到该系统中的应用形式。通常的实时系统都属于这种 嵌入式应用，例如将计算机作为一种智能部件内装于专用设备中。 内置这种计算机的系统功能非常强大，具有反应速度快、自动化程 度高等特点。,嵌入式计算机系统的典型应用有： （1）自动控制 （2）通信系统 （3）智能设备 （4）家用电器 （5）计算机外设 （6）军事电子设备和现代武器,10.4.6 非嵌入式应用 这类设备具有标准的计算机外设，它的软件具有通用的人机接 口，其应用程序可按用户需要而改变，通常用于应用开发，数据处 理等。,非嵌入式计算机系统的典型应用如下： （1）测控计算机：在大型控制系统中，通常与几个嵌入式计算机一起组成，作为它们的上位机，进行系统的总控、协调和数据存储等工作。 （2）交互式系统：实时信息查询系统，如飞机定票系统、银行交易和股票交易系统等。这些系统的响应时间要求不高，只要是用户可以忍受就行了。,10.5 本章小结,本章概述了计算机在未来阶段的发展前景，其中介绍了分子计算机、光子计算机、量子计算机等计算机。另外，还讲解了硬件DIY、信息安全、软件的二次开发、网络技术等关于计算机技术支持的内容，以及嵌入式操作系统、实时操作系统等核心技术。本章所涉及计算机的覆盖面较大，要求同学们全面掌握计算机知识。 其重点是计算机的应用热点，包括：数值计算、信息处理、自动控制、人工智能、数字艺术等内容。,10.6 实践检验,理论巩固 （1）计算机发展未来怎样？ （2）控制系统的概念以及计算机辅助分析与设计的主要内容包括哪几个方面？ （3）数字艺术的概念以及涉猎的领域有哪些？ （4）电脑硬件配置需要注意哪些？ （5）怎样解决电脑的死机现象？ （6）人工智能的概念是什么？在大家的周围有哪些是关于人工智能的产品？ （7）软件二次开发的概念和开发流程。 （8）思考每种操作系统的发展历程、特点以及适用的领域。,上机实践 （1）上机体验不同的操作系统有哪些不同之处？ （2）了解本机的软、硬件的配置以及系统的性能怎样？,第10章 计算机发展展望与应用热点 知识点：计算机发展展望应用层的热点技术支持层核心技术层 通过对本章的学习读者将了解计算机未来发展的情况；了解常见的在计算机应用层的应用热点；以及了解当前在技术支持层和核心技术层的主要研究方向；在完成本章的学习后能够对计算机的发展和其应用的热点有更多的了解。 10.1 计算机发展展望10.1.1 分子计算机 分子计算机的运行靠分子晶体可以吸收以电荷形式存在的信息，并以更有效的方式进行组织排列。凭借分子纳米级的尺寸，将分子计算机的体积剧减。分子计算机耗电可大大减少，而且能更长期地存储大量数据。10.1.2 光子计算机 光子计算机是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，不同波长的光代表不同的数据，这点远强于电子计算机中通过电子“0”和“1”状态变化进行的二进制运算，这种特性使它可以对复杂度高、计算量大的任务实现快速的并行处理。光子计算机将使运算速度不断呈上升趋势。10.1.3 量子计算机 量子计算机的原理是利用处于多现实态的原子作为数据进行运算。很多国家先后开展了有关量子计算机的基础研究。量子棘轮（quantumratchet）是一门崭新的科学。通过一个振荡信号或随机变化信号，科学家可以从看似混乱无序的状态中得到可以控制方向的有用运动。借助于让电子从一个电器元件跳跃到另一个电器元件，可以制造出不用电线连接的电子设备。 10.2 应用层的热点10.2.1 数值计算 数值计算是计算机的重要应用之一。它具有以下功能： （1）数字图形图像处理 ：数值计算功能一个重要的应用是数字图形图像处理。图像图形科学是一门理论与现代高科技相结合来系统地研究各种视觉原理、技术和应用的综合性很强的交叉学科。图像图形科学具有涉及面广，内容丰富，跨行业、跨学科的特点。 （2）计算机仿真技术：计算机仿真技术首先可以高效地处理科学数据和解释科学数据。而且，计算机仿真技术丰富了信息交流手段，即科学家之间的信息交流不再局限于采用文字和语言，而足可以直接采用图形、图像、动画等可视信息。 10.2.2 信息处理 计算机的出现使得可以利用计算机对不同形式的数据进行处理，这些数据包括文字、数字、图形、图像、声音等。目前，信息处理是计算机应用中最为广泛的领域，文字、图形图像和信号处理等信息处理技术，已在社会被普遍应用于会计、统计、医学和科学研究等诸多方面。 10.2.3 自动控制 所谓自动控制是指在无人干预的情况下，利用控制装置（或控制器）使被控对象（如机器设备或生产过程）的一个或多个物理量（如电压、速度、流量、液位等）在一定精度范围内自动地按照给定的规律变化。例如 :人造卫星按预定的轨道运行，并始终保持正确的姿态等。10.2.4 人工智能广义上讲，用计算机来表示和执行人类的智能活动，就为人工智能。智能机器是指能够在各类环境中自主地或交互地执行各种模拟人任务的机器称为人工智能。人工智能的任务是指：凡是使机器能具有感知功能（如视、听、嗅）、思维功能（如分析、综合、计算、推理、联想、判断、规划、决策）、表达行动功能（如说、写、画）及学习记忆等功能，都是人工智能研究的范畴。 10.2.5 数字艺术 所谓“数字艺术”是指艺术与高科技结合，以数字化方式和概念所创作出的艺术。它可分为两种类型：一种是运用计算机技术、软硬件设备及科技概念进行设计创作，以表达属于数字时代价值观的艺术；另一种则是将传统形式的艺术作品以数字化的手法或工具表现出来。经过photoshop软件处理过的图片建筑物3D效果图10.3 技术支持层10.3.1 硬件DIY （1）电脑硬件的安装：装一台电脑的操作过程，大体上可以分为3个阶段。首先是做好准备工作，包括工具、设备、器件和资料（含驱动程序）等。其次是安装固定主板等硬件设备，做好各类跳线的设置和各个插头的连接。最后步是试机，即初步检验设备安装情况，只有确认器件正常，安装正确，才能算是完成了电脑硬件的安装工作。 （2）解决死机现象：解决死机问题一般都是先从软件入手，再到硬件，通常软件问题更多一些，而从软件入手，最先做的就是检查病毒。从硬件入手时，先是查看机箱里CPU和环境的温度是不是过高，电脑超频过快会造成CPU发热量加大一定要注意电脑的散热问题；接下来就是检查内存，对于内存硬件的故障通常采用替换的方法；检查完内存后是检查其他。10.3.2 信息安全 网络的发展和普及，为信息安全提出新的难题。从网络上能否保障信息的安全，其关键是首先要保障网络的安全，实现安全通信即数据通过安全的网络途径进行传输。 网络信息安全的基本问题是众所周知的：可用性、保密性、完整性、可控与可审查性等。10.3.3 软件的二次开发通常软件的开发过程包括以下几个步骤： （1）前期准备。 （2）实施过程。 （3）整体验收。 （4）后期培训。 （5）技术支持。 10.3.4 网络技术 在传统的有线网络中常用双绞线、同轴电缆、光导纤维电缆这些传输介质来进行数据的传输，而无线网络中使用的传输介质是通过空气进行信号的传输，也就是说在大部分通信设备间不使用任何连接设备。无线网络中的无线技术大致包括无线电、微波、红外线和卫星等 。10.4 核心技术层10.4.1 微电子技术与芯片 电子技术是信息社会的基石。实现信息化的网络与关键的部件，无论是各种计算机还是通讯电子装备，其基础是集成电路。 微电子学和微电子技术是以集成电路技术为代表，制造和使用微小型电子元件、器件和电路，以实现电子系统功能的新型技术学科，它也特指大规模集成电路的制造和运用技术。 10.4.2 操作系统 操作系统（Operating System，简称OS）是负责对计算机硬件直接控制及管理的系统软件。操作系统的功能一般包括处理器管理、存储管理、文件管理、设备管理和作业管理等。当多个程序同时运行时，操作系统负责规划以优化每个程序的处理时间。操作系统是电脑必不可少的系统软件，是电脑的灵魂所在。电脑通过操作系统来解释人们的命令，从而达到控制电脑的目的。几乎所有的应用程序都是基于操作系统的。10.4.3 嵌入式操作系统 在嵌入式操作系统（RTOS）方面，与PC操作系统比较，嵌入式操作系统并未要求全能，但是要求必须能够依据系统设计规格，有效率的发挥出硬件的运算能力，以便产品达到性价比的最佳化。大多数的系统都会要求全自动完成所设定的工作，例如银行的系统10.4.4 实时操作系统 实时操作系统（Real Time Operating System,RTOS）是使得计算机系统的硬件成为可用的、由软件或固件（FIRMWARE）所实现的程序集，是介于编程者与机器硬件之间的一个软件层。 实时操作系统在多媒体通信、在线事物处理、生产过程控制、交通控制、通信系统、武器制导等各个领域得到广泛的应用10.4.5 嵌入式应用 所谓嵌入式应用，即指实时操作系统本身作为一个大系统的一个部件而内置到该系统中的应用形式。通常的实时系统都属于这种嵌入式应用，例如将计算机作为一种智能部件内装于专用设备中。内置这种计算机的系统功能非常强大，具有反应速度快、自动化程度高等特点。 嵌入式计算机系统的典型应用有： （1）自动控制 （2）通信系统 （3）智能设备 （4）家用电器 （5）计算机外设 （6）军事电子设备和现代武器10.4.6 非嵌入式应用 这类设备具有标准的计算机外设，它的软件具有通用的人机接口，其应用程序可按用户需要而改变，通常用于应用开发，数据处理等。 非嵌入式计算机系统的典型应用如下： （1）测控计算机：在大型控制系统中，通常与几个嵌入式计算机一起组成，作为它们的上位机，进行系统的总控、协调和数据存储等工作。 （2）交互式系统：实时信息查询系统，如飞机定票系统、银行交易和股票交易系统等。这些系统的响应时间要求不高，只要是用户可以忍受就行了。10.5 本章小结本章概述了计算机在未来阶段的发展前景，其中介绍了分子计算机、光子计算机、量子计算机等计算机。另外，还讲解了硬件DIY、信息安全、软件的二次开发、网络技术等关于计算机技术支持的内容，以及嵌入式操作系统、实时操作系统等核心技术。本章所涉及计算机的覆盖面较大，要求同学们全面掌握计算机知识。其重点是计算机的应用热点，包括：数值计算、信息处理、自动控制、人工智能、数字艺术等内容。 10.6 实践检验理论巩固（1）计算机发展未来怎样？（2）控制系统的概念以及计算机辅助分析与设计的主要内容包括哪几个方面？（3）数字艺术的概念以及涉猎的领域有哪些？（4）电脑硬件配置需要注意哪些？（5）怎样解决电脑的死机现象？（6）人工智能的概念是什么？在大家的周围有哪些是关于人工智能的产品？（7）软件二次开发的概念和开发流程。（8）思考每种操作系统的发展历程、特点以及适用的领域。上机实践（1）上机体验不同的操作系统有哪些不同之处？（2）了解本机的软、硬件的配置以及系统的性能怎样？ 第1章 计算机文化概述,21世纪高等院校计算机科学规划教材,大学计算机基础 中国水利水电出版社,知识点： 计算机的概念 计算机的发展历程 计算机的分类 计算机的应用 通过对本章的学习掌握计算机的概念和功能；了解计算 机发展历程；掌握计算机的几种分类以及当前计算机在哪些方 面的应用；在完成本章的学习后能够对计算机的概念及应用有 初步的了解。,1.1 计算机的概念,电子计算机（Electronic Computer）：是一种能够自动、高速、精确地进行信息处理的现代化电子设备。 电子计算机的分类：根据所处理的信息是数字量还是模拟量，可分为数字计算机、模拟计算机和二者功能皆有的混合计算机。 对于计算机的定义，可以从以下三个方面来理解： （1）计算机是完成信息处理的工具。 （2）计算机通过预先编好的存储程序来自动完成数据的加工处理。 （3）计算机给社会带来了巨大的经济效益和社会效益,计算机具有如下的特点： 1运算速度快：现在高性能计算机每秒能进行超过10亿次的加减运算。 2计算精度高：在计算机内部采用二进制数字进行运算，表示二进制数值的位数越多，精度就越高。 3记忆能力强：计算机可以存储大量的数据、资料，这是人脑所无法比拟的。 4复杂的逻辑判断能力：计算机具有逻辑判断能力，可以根据判断结果，自动决定以后执行的命令。 5具有执行程序的能力：计算机是一个自动化程度极高的电子装置，在工作过程中不需人工干预，能自动执行存放在存储器中的程序。,1.2 计算机与信息社会,人们的生活服务需要计算机，比如金融服务需要计算机完成，飞机由计算机控制，工业生产需要计算机控制，而科研和教学，也需要计算机做仿真和计算，人们的家庭娱乐和信息获取，更需要计算机来完成计算机和网络已经渗透到人类社会的方方面面，计算机无处不在，它构成了信息社会的基石，已经须臾不能离开计算机和网络。 办公自动化是信息技术最好的体现方式，它对人力资源、电子计算机（含其他办公设备）及信息处理进行综合而科学地编排，构成一个服务于办公业务的人机信息处理系统。在这个系统中，人可以充分利用现代化办公设备的先进性来提高办公效率和质量，使办公业务从烦琐的事务级水平跨入到计算机辅助决策的管理级水平，从而把办公和管理提高到一个崭新的高度。,1.3 计算机的发展历程,第一代计算机：由1951年ENIAC小组推出von Neumann式真空管计算器UNIVAC-1。特征：以真空管造成，并以磁蕊制造主存储器，体积庞大，容易产生高热。其输出入速度很慢，需用机器语言编写程序，昂贵且不可靠，程序和数据都记录在打孔卡片上，在1957年之后引进磁带作为存储器。 第二代计算机：由Bell实验室J. Bardeen、H. W. Brattain和W. Shockley在1959年发明了晶体管，随即以晶体管制造计算机被推出。特征：体积比第一代小较省电速度快而且可靠。程序编写工具由机器语言走向汇编语言，最后发展出高级语言。 第三代计算机：由1965年在Taxas Instruments和Fairchild Semiconductor两公司相继开发出集成电路（Integrated Circuit, IC）技术之后诞生。特征：更小更省电更快和更可靠，软件开始出现分时操作系统、交谈式人机界面（终端机取代卡片）等。,第四代计算机：随着IC技术的发展， 新型的计算机在1971年问世。特征：除了更小更省电更快更可靠之外，还有其他更重要的特点： （1）多样化：从超级计算机主架型计算机迷你计算机到微电脑（工作站PC），应有尽有。 （2）平民化：大型计算机虽仍然昂贵，但小型计算机（尤其是工作站和PC）则价格低廉，且能在办公室或家庭环境下运作，使计算机得以深入社会各角落。 （3）多用途：随着计算机的多样化与平民化，其用途日益广泛。计算机已经从以往的计算工作，推进到文书处理数据库管理甚至家电汽车功能控制等领域。 计算机的分类除了可以按照电子技术发展进行分类可以按规模和处理能力分为：巨型计算机、大型计算机、中型计算机、小型计算机和微型计算机。,1.4 计算机的分类,图1-1 计算机的分类,1.4.1 按信息的表示方式分类 ： （1）数模混合计算机：数字模拟混合式电子计算机是综合了数字和模拟两种计算机的长处设计出来的。它既能处理数字量，又能处理模拟量。但是这种计算机结构复杂，设计困难。 （2）模拟计算机：模拟式电子计算机是用连续变化的模拟量即电压来表示信息，其基本运算部件是由运算放大器构成的微分器、积分器、通用函数运算器等运算电路组成。模拟式电子计算机解题速度极快，但精度不高、信息不易存储、通用性差，它一般用于解微分方程或自动控制系统设计中的参数模拟。 （3）数字计算机：数字式电子计算机是用不连续的数字量即“0”和“1”来表示信息，其基本运算部件是数字逻辑电路。数字式电子计算机的精度高、存储量大、通用性强，能胜任科学计算、信息处理、实时控制、智能模拟等方面的工作。,1.4.2 按应用范围分类 （1）专用计算机：专用计算机是为解决一个或一类特定问题而设计的计算机。它的硬件和软件的配置依据解决特定问题的需要而定，并不求全。 （2）通用计算机：通用计算机是为能解决各种问题，具有较强的通用性而设计的计算机。它具有一定的运算速度，有一定的存储容量，带有通用的外部设备，配备各种系统软件、应用软件。 1.4.3 按规模和处理能力分类 （1）巨型机（super computer）：巨型机通常是指最大 、最快、最贵的计算机。 （2）大型机（mainframe）：包括编者通常所说的大、中型计算机。这是在微型机出现之前最主要的计算模式，即把大型主机放在计算中心的玻璃机房中，用户要上机就必须去计算中心的端上工作。大型主机经历了批处理阶段、分时处理阶段，进入了分散处理与集中管理的阶段。,（3）小型机（minicomputer）：在集成电路推动下，所产生的计算机基本上为小型计算机，它们通常一般为中小型企事业单位或某一部门所用。 （4）微型机（personal computer）：根据它所使用的微处理器芯片的不同而分为若干类型，PC机的特点是轻、小、价廉、易用。 （5）工作站（workstation）：工作站是介于个人计算机-PC机和小型计算机之间的一种高档微型机。主要用于图像处理、计算机辅助设计（CAD）等领域。 （6）服务器（Server）：一种可供网络用户共享的、具有商性能的计算机。服务器一般具有大容量的存储设备和丰富的外部设备，其上运行网络操作系统，拥有较高的运行速度。,1.5 计算机的应用,1.5.1 工业应用 （1）过程控制：在现代化工厂里，计算机普遍用于生产过程的自动控制。在生产过程中，采用计算机进行自动控制，可以大大提高产品的产量和质量，提高劳动生产率，改善人们工作条件，节省原材料的消耗，降低生产成本等。用于生产过程自动控制的计算机，一般都是实时控制。它们对计算机的速度要求不高，但可靠性要求很高，否则将生产出不合格的产品，甚至发生重大设备事故或人身事故。 （2）CAD/CAM：计算机辅助设计/计算机辅助制造（CAD/CAM）是借助计算机进行设计的一项实用技术，采用计算机辅助设计过程实现自动化或半自动化，不仅可以大大缩短设计周期，加速产品的更新换代，降低生产成本，节省人力物力，而且对保证产品质量有重要作用。,（3）企业管理：由于计算机强大的存储能力和计算能力，现代化企业充分利用计算机的这种能力对生产要素的大量信息进行加工和处理，进而形成了基于计算机的现代化企业管理的概念。 （4）辅助决策：计算机辅助决策系统是计算机在人类预先建立的模型基础上，根据对所采集的大量数据的科学计算而产生出可以帮助人类进行判断的软件系统。,1.5.2 科学计算,科学计算一直是电子计算机的重要应用领域之一。在天文学、 核物理学、量子化学等领域中，都需要依靠计算机进行复杂的运算。,1.5.3 商业应用 （1）电子银行：“自助银行”是20世纪产生的电子银行的代表，完全由计算机控制的“银行自助营业所”可以为用户提供24小时的不间断服务。 （2）电子交易：所谓“电子交易”，是指通过计算机和网络进行商务活动。电子交易是在Internet的广阔联系与传统信息技术系统的丰富资源相结合的背景下应运而生的一种网上相互关联的动态商务活动，是在Internet上展开的。,1.5.4 教育应用 （1）远程教学：用计算机的通信功能利用互联网实现的远程教学是当今教育发展的重要技术手段之一。远程教育可以解决教育资源的短缺和知识交流的问题。 （2）模拟教学：对于代价很高的实验教学和现场教学，可以用计算机的模拟能力在屏幕上展现教学环节，既达到教学目的又节约开支。 （3）多媒体教学：多媒体技术的应用使得计算机与人类的沟通变得亲切许多。多媒体教学就是将原本呆板的文稿配上优美的声音、图像等，使教学效果更加完美。 （4）数字图书馆：数字图书馆是将传统意义上的图书“数字化”。经过“数字化”的图书存放在计算机中，通过计算机网络可以同时为更多的读者服务。,1.5.5 生活领域应用 （1）数字社区：特指现代化的居住社区。连接了高速网络的社区为拥有计算机的住户提供互联网服务，真正实现了“足不出户”就可以漫游网络世界的美好现实。 （2）信息服务：信息服务行业是21世纪的新兴产业，遍布世界的信息服务企业为人们提供着住房、旅游、医疗等诸多方面的信息服务。这些服务都是依靠计算机的存储、计算以及信息交换能力来实现的。,1.5.6 人工智能 人工智能是将人脑中进行演绎推理的思维过程、规则和所采取的策略、技巧等变成计算机程序，在计算机中存储一些公理和推理规则，然后让机器去自动探索解题的方法，让计算机具有一定的学习和推理功能，能够自己积累知识，并且独立地按照人类赋予的推理逻辑来解决问题。,1.6 本章小结,本章主要介绍了计算机的概念，计算机的发展历程以及计算机 的分类和应用。随着人类社会进入信息时代，计算机已经渗透到日 常生活的各个方面，现在每个人都需要了解计算机，掌握计算机， 利用计算机为以后的工作，生活和学习提供方便。,1.7 实践检验,（1）谈谈对计算机的认识。 （2）计算机有哪些应用？ （3）谈谈信息时代计算是如何渗透到日常生活的各个方面的。,第1章 计算机文化概述21世纪高等院校计算机科学规划教材大学计算机基础中国水利水电出版社知识点：计算机的概念计算机的发展历程计算机的分类计算机的应用 通过对本章的学习掌握计算机的概念和功能；了解计算机发展历程；掌握计算机的几种分类以及当前计算机在哪些方面的应用；在完成本章的学习后能够对计算机的概念及应用有初步的了解。 1.1 计算机的概念 电子计算机（Electronic Computer）：是一种能够自动、高速、精确地进行信息处理的现代化电子设备。 电子计算机的分类：根据所处理的信息是数字量还是模拟量，可分为数字计算机、模拟计算机和二者功能皆有的混合计算机。 对于计算机的定义，可以从以下三个方面来理解： （1）计算机是完成信息处理的工具。 （2）计算机通过预先编好的存储程序来自动完成数据的加工处理。 （3）计算机给社会带来了巨大的经济效益和社会效益计算机具有如下的特点： 1运算速度快：现在高性能计算机每秒能进行超过10亿次的加减运算。 2计算精度高：在计算机内部采用二进制数字进行运算，表示二进制数值的位数越多，精度就越高。 3记忆能力强：计算机可以存储大量的数据、资料，这是人脑所无法比拟的。 4复杂的逻辑判断能力：计算机具有逻辑判断能力，可以根据判断结果，自动决定以后执行的命令。 5具有执行程序的能力：计算机是一个自动化程度极高的电子装置，在工作过程中不需人工干预，能自动执行存放在存储器中的程序。1.2 计算机与信息社会 人们的生活服务需要计算机，比如金融服务需要计算机完成，飞机由计算机控制，工业生产需要计算机控制，而科研和教学，也需要计算机做仿真和计算，人们的家庭娱乐和信息获取，更需要计算机来完成计算机和网络已经渗透到人类社会的方方面面，计算机无处不在，它构成了信息社会的基石，已经须臾不能离开计算机和网络。 办公自动化是信息技术最好的体现方式，它对人力资源、电子计算机（含其他办公设备）及信息处理进行综合而科学地编排，构成一个服务于办公业务的人机信息处理系统。在这个系统中，人可以充分利用现代化办公设备的先进性来提高办公效率和质量，使办公业务从烦琐的事务级水平跨入到计算机辅助决策的管理级水平，从而把办公和管理提高到一个崭新的高度。1.3 计算机的发展历程 第一代计算机：由1951年ENIAC小组推出von Neumann式真空管计算器UNIVAC-1。特征：以真空管造成，并以磁蕊制造主存储器，体积庞大，容易产生高热。其输出入速度很慢，需用机器语言编写程序，昂贵且不可靠，程序和数据都记录在打孔卡片上，在1957年之后引进磁带作为存储器。 第二代计算机：由Bell实验室J. Bardeen、H. W. Brattain和W. Shockley在1959年发明了晶体管，随即以晶体管制造计算机被推出。特征：体积比第一代小较省电速度快而且可靠。程序编写工具由机器语言走向汇编语言，最后发展出高级语言。 第三代计算机：由1965年在Taxas Instruments和Fairchild Semiconductor两公司相继开发出集成电路（Integrated Circuit, IC）技术之后诞生。特征：更小更省电更快和更可靠，软件开始出现分时操作系统、交谈式人机界面（终端机取代卡片）等。 第四代计算机：随着IC技术的发展， 新型的计算机在1971年问世。特征：除了更小更省电更快更可靠之外，还有其他更重要的特点： （1）多样化：从超级计算机主架型计算机迷你计算机到微电脑（工作站PC），应有尽有。 （2）平民化：大型计算机虽仍然昂贵，但小型计算机（尤其是工作站和PC）则价格低廉，且能在办公室或家庭环境下运作，使计算机得以深入社会各角落。 （3）多用途：随着计算机的多样化与平民化，其用途日益广泛。计算机已经从以往的计算工作，推进到文书处理数据库管理甚至家电汽车功能控制等领域。 计算机的分类除了可以按照电子技术发展进行分类可以按规模和处理能力分为：巨型计算机、大型计算机、中型计算机、小型计算机和微型计算机。 1.4 计算机的分类图1-1计算机的分类1.4.1 按信息的表示方式分类 ： （1）数模混合计算机：数字模拟混合式电子计算机是综合了数字和模拟两种计算机的长处设计出来的。它既能处理数字量，又能处理模拟量。但是这种计算机结构复杂，设计困难。 （2）模拟计算机：模拟式电子计算机是用连续变化的模拟量即电压来表示信息，其基本运算部件是由运算放大器构成的微分器、积分器、通用函数运算器等运算电路组成。模拟式电子计算机解题速度极快，但精度不高、信息不易存储、通用性差，它一般用于解微分方程或自动控制系统设计中的参数模拟。 （3）数字计算机：数字式电子计算机是用不连续的数字量即“0”和“1”来表示信息，其基本运算部件是数字逻辑电路。数字式电子计算机的精度高、存储量大、通用性强，能胜任科学计算、信息处理、实时控制、智能模拟等方面的工作。1.4.2按应用范围分类 （1）专用计算机：专用计算机是为解决一个或一类特定问题而设计的计算机。它的硬件和软件的配置依据解决特定问题的需要而定，并不求全。 （2）通用计算机：通用计算机是为能解决各种问题，具有较强的通用性而设计的计算机。它具有一定的运算速度，有一定的存储容量，带有通用的外部设备，配备各种系统软件、应用软件。1.4.3按规模和处理能力分类 （1）巨型机（super computer）：巨型机通常是指最大 、最快、最贵的计算机。 （2）大型机（mainframe）：包括编者通常所说的大、中型计算机。这是在微型机出现之前最主要的计算模式，即把大型主机放在计算中心的玻璃机房中，用户要上机就必须去计算中心的端上工作。大型主机经历了批处理阶段、分时处理阶段，进入了分散处理与集中管理的阶段。 （3）小型机（minicomputer）：在集成电路推动下，所产生的计算机基本上为小型计算机，它们通常一般为中小型企事业单位或某一部门所用。 （4）微型机（personal computer）：根据它所使用的微处理器芯片的不同而分为若干类型，PC机的特点是轻、小、价廉、易用。 （5）工作站（workstation）：工作站是介于个人计算机-PC机和小型计算机之间的一种高档微型机。主要用于图像处理、计算机辅助设计（CAD）等领域。 （6）服务器（S
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