01一信息技术与计算机

1、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

2、有意义的。2011585041010535-66660001948年，美国科学家香农（Clande Shannon）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

3、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

4、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）

5、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1.1.3 信息化与信息高速公路1信息化信息化（Informatization），就是全面地发展和利用现代信息技术创造的智能工具，去改造、更新和装备各个部门和社会活动的各个领域，以提高人类社会的生产、学习、生活的效率和创造力，使物质财富和精神文明得到提高。2信息高速公路1993年，美国政府提出NII计划。信息高速公路旨在建立一个能提供大量信息的，由通信协议、通信网络、多媒体数据库以及计算机组成的一体化高速网络，实现信息资源的高度共享。1

6、.1.5 信息化技术对社会的影响1计算机文化计算机文化是以计算机为核心和动力的文化；它深刻地改变着当代社会，影响着人们的观念和行为，迅速深入到社会生活的各个层面，正在对整个人类社会产生深远影响。 2负面影响（1）信息过度增长，导致信息爆炸（2）信息失真和信息污染（3）知识产权受到侵害 （4）对国家主权和利益的冲击 （5）对传统道德意识的弱化 （6）计算机犯罪 1.2 计算机的诞生与发展1.2.1 计算机的定义1.2.2 近代计算机起源和发展1.2.3 计算机的分代1.2.4 计算机的分类1.2.5 计算机的应用和特点1.2.1计算机的定义基本功能：进行加法运算和逻辑运算。 计算机（Comput

7、er）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。人类追求的计算工具1642 Blaise Pascal加法器Charles Babbage1822 差分机1833 分析机MARK IENIAC电子计算机时代1.2.2 近代计算机起源和发展算盘(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

8、机”模型(1937,(英)图灵)ENIAC(1946,宾夕法尼亚)计算机时代的到来Electronic Numerical Integrator And Calculator18000个电子管；占地170m2；功率150kw；重30t。每秒进行5000次加法运算。1.2.2 近代计算机起源和发展电子计算机诞生之前（1）中国古代计算工具的发明大约六、七百年前，中国人发明了算盘（2）世界上第一台机械式计算机实现了加法运算法国科学家帕斯卡（Blaise Pascal，16231662）发明的齿轮旋转进位方式加减法器。 1971年瑞士人沃斯把自己发明的高级语言命名为Pascal，就是为了纪念帕斯卡。1

9、.2.2近代计算机起源和发展1642 Blaise Pascal加法器1.2.2 近代计算机起源和发展（3）差分机和分析机的诞生计算机最早的程序设计19世纪，由英国数学家查尔斯巴贝奇（Charles Babbage，17911871）设计了差分机和分析机，它是今天电子计算器的直系祖先，在计算机发展史上占有重要的地位，因此他被国际社会公认为计算机之父。1822 差分机1833 分析机Charles Babbage奠定现代计算机发展的重要人物和思想（4）计算机的理论和模型的诞生1847年英国数学家布尔（Boole）创立了布尔代数，奠定了计算机进行逻辑运算的基础。1936年英国科学家图灵（Turin

10、g）发表了题为论可计算数及其在判断问题中的应用的著名论文，奠定了计算机的理论和模型基础，成为计算机科学奠基人。他在计算机科学方面的主要贡献有两个：一是建立图灵机（Turing machine）模型；二是提出图灵测试（Turing Test）。另一个被称之为计算机之父的是美籍匈牙利数学家冯诺依曼（Von Neumann。他提出了“存储程序”的概念，并研制了EDVAC （离散变量自动电子计算机）电子计算机，确立了现代计算机的基本结构。五十多年来，计算机系统基本结构没有变，都属于冯诺依曼计算机。John von Neumann冯诺依曼 冯诺依曼计算机存储程序工作原理计算机的两个基本能力：一是能够存储

11、程序，二是能够自动地执行程序。计算机是利用“存储器”（内存）来存放所要执行的程序的，而称之为CPU的部件可以依次从存储器中取出程序中的每一条指令，并加以分析和执行，直至完成全部指令任务为止。1.2.2 近代计算机起源和发展电子计算机的诞生世界上第一台数字式电子计算机是由美国宾夕法尼亚大学的物理学家约翰莫克利（John Mauchly）和工程师普雷斯伯埃克特（J Presper Eckert）领导，于1943年开始研制并于1946年完成，取名为ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Calculator）的计算机。ENIAC的成功，是人类在发展计算技术

12、的历程中，到达的一个新的起点，即进入电子计算机时代。世界上第一台程序存储式计算机EDSAC由英国剑桥大学的莫利斯威尔克于1949年研制成功，它标志着计算机时代的真正开始。ENIAC和EDSAC均属于第一代计算机。 第一台电子计算机（ENIAC）5000次加法/秒体重28吨占地170m218800只电子管1500个继电器功率150KW1.2.3 计算机的分代依据计算机采用的主要元器件和性能，一般将计算机的发展分为四个阶段或时代。表1.1 计算机发展的四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

13、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展的几个阶段第一代（19461957）电子管5千4万（次/秒）第二代（19581963）晶体管几十万百万（次/秒）第三代（19641970）集成电路百万几百万（次/秒）第四代（197190年代）大规模集成电路几百万几亿（次/秒）目前Pentium 芯片集成了800万个晶体管电子管、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 程序存储计算机的发展发展特点：发展： 电子计算机已进入千家万户，成为人们进行各项活动必不可少的工具。笔记本 + ipad

14、+ 智能手机 性能大幅度提高、价格大幅度下降。计算机的发展存储器的容量、集成度每三年翻两翻，Disk速度每10年翻三翻计算机的性能每隔18个月就会增长1倍1.2.3计算机的分代第五代：智能电子计算机它是一种有知识、会学习、能推理的计算机。它突破了传统的冯诺依曼式机器的概念，舍弃了二进制结构，把许多处理机并联起来，并行处理信息，速度大大提高。 我国计算机的发展概况我国自1983年以来，成功研制了“银河”系列巨型机“银河”、“银河”、“银河”“银河”巨型机的运算速度达130亿次/秒2001年的“神威”，速度达3千亿次/秒2009年“天河I”1.2.4计算机的分类1按计算机处理数据的方式分类 模拟计

15、算机（Analog Computer）数字计算机（Digital Computer）混合计算机（Hybrid Computer）。2按计算机的使用范围分类专用计算机通用计算机 1.2.4计算机的分类3按计算机的类型与用途巨型机：它的运算速度最快、性能最高、技术最复杂。巨型机主要用于解决大型机也难以解决的复杂问题，它是解决科技领域中某些带有挑战性问题的关键工具。大型主机：一般作为大型“客户机/服务器”系统中的服务器，或者“终端/主机”系统中的主机。主要应用在科研、商业和管理部门。 小型主机：由于微型计算机的迅速发展，小型机市场受到严重挑战。 工作站是一种高档微机系统，其最突出的特点是图形功能强，

16、具有很强的图形交互与处理能力，因此在工程领域、特别是在计算机辅助设计（CAD）领域得到广泛应用。服务器（看一下照片） 是在网络环境下为多用户提供服务的共享设备，即计算机系统。一般分为文件服务器、数据库服务器、应用服务器、邮件服务器和通信服务器等。 PC机（Personal Computer个人计算机，微型计算机）以微处理器为中央处理单元而组成的个人计算机称为PC机（微机）。1.2.5计算机的应用和特点主要应用领域科学计算：天文、气象、军事、航天等。数据处理：非数值计算，应用最广泛，80%的应用。办公自动化：政府、企业、学校等。电子商务：网上购物，网上支付、网上汇兑等。自动控制：工业、军事、航天

17、等。计算机辅助：CADCAMCAICAT人工智能领域 ：机器人、图像识别、语音识别等。文化娱乐领域 ：音乐、影视、游戏等。虚拟现实 ：模拟驾驶、虚拟空间等。1.2.5计算机的应用和特点运算速度快计算精确度高 存储容量大 逻辑判断能力自动工作的能力 通用性3计算机的特点 1.3未来新型计算机1.3.1计算机的发展趋势1.3.2计算机新技术1.3.3未来新型计算机1.3.1计算机的发展趋势1.巨型化发展高速度，大存储容量，强功能的超大型计算机。 2.微型化 是以大规模集成电路为基础的计算机微型化。3.网络化用通信线路及通信设备把个别的计算机连接在一起形成一个复杂的系统就是计算机网络。现今最大的网络

18、是Internet；加入这个网络的计算机已达数亿台。4.智能化 是指计算机具有模仿人类较高层次智能活动的能力。5.多媒体化 将文字、声音、图形、图像、视频等多种媒体与计算机集成在一起来设计与处理。 目前最快的计算机目前世界最快的计算机系统2012统计No.1:由美国 IBM最新研制的超级计算机“红杉”(Sequoia)，每秒16324万亿次运算， No.2:日本理化学研究所与富士通(Fujitsu)共同研发和组装中的超级电脑“京” ，每秒运算速度10510万亿次 。No.3: IBM“米拉”，每秒8162万亿次No.43: 中国联想 1.027万亿次/秒No.5：中国国家超级计算天津中心的“天

19、河一号”No.10：超级计算深圳中心的“星云” 天河一号各种智能机器人TALON被称为世界上第一个武装机器人。它基于SWORDS(特殊武器观测勘查探测系统)。他能够让士兵在一千米开外远程开火。这个机器人能装备一系列的武器，包括M16步枪，M82巴雷特步枪和一个40毫米的榴弹发射器。清洁机器人极限作业机器人：能在人难以承受的工作条件下作业的机器人，如原子能辐射下作业的机器人、水下作业的机器人、救灾排险机器人、空间作业机器人、地下采掘机器人等。中国足球终于圆了世界杯夺冠的梦。 世界大学生机器人足球比赛1.3.2计算机新技术1芯片技术处理器（芯片）技术是计算机、网络通信，信息安全和关键电子信息产品的核心技术。