大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1

1、大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)第一章第一章 概論概論第一章 概論主要內(nèi)容主要內(nèi)容1.1 1.1 計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展 1.2 1.2 計(jì)算機(jī)分類與應(yīng)用計(jì)算機(jī)分類與應(yīng)用1.3 1.3 未來計(jì)算機(jī)展望未來計(jì)算機(jī)展望計(jì)算機(jī)是一種能夠按照事先計(jì)算機(jī)是一種能夠按照事先存儲(chǔ)存儲(chǔ)的程序，的程序，自動(dòng)、高速自動(dòng)、高速進(jìn)行大量進(jìn)行大量數(shù)數(shù)值計(jì)算值計(jì)算和各種和各種信息處理信息處理的現(xiàn)代化的現(xiàn)代化智能電子裝置。智能電子裝置。什么是計(jì)算機(jī)什么是計(jì)算機(jī)?1.1.1 計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生1.1 計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展手指計(jì)數(shù)、木棍、石塊v 算算 盤盤: :幾百年前幾百年前我國發(fā)明手動(dòng)式計(jì)算工具我國發(fā)明手動(dòng)式計(jì)算工具v 計(jì)算尺計(jì)算尺:

2、 :16211621年英國數(shù)學(xué)家岡特根據(jù)對數(shù)表設(shè)計(jì)年英國數(shù)學(xué)家岡特根據(jù)對數(shù)表設(shè)計(jì)16421642年年法國數(shù)學(xué)家法國數(shù)學(xué)家帕斯卡發(fā)明了加法器，帕斯卡發(fā)明了加法器，人類有史以來第一臺(tái)機(jī)械計(jì)算機(jī)。人類有史以來第一臺(tái)機(jī)械計(jì)算機(jī)。采用齒輪旋轉(zhuǎn)進(jìn)位方式執(zhí)行運(yùn)算，但是采用齒輪旋轉(zhuǎn)進(jìn)位方式執(zhí)行運(yùn)算，但是只能做加法和減法。只能做加法和減法。18221822年英國數(shù)學(xué)家巴貝奇發(fā)明了差分機(jī)年英國數(shù)學(xué)家巴貝奇發(fā)明了差分機(jī)18341834年研制出分析機(jī)（有年研制出分析機(jī)（有3 3個(gè)主要部分：個(gè)主要部分：保存數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)庫、運(yùn)算裝置和對操作保存數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)庫、運(yùn)算裝置和對操作順序進(jìn)行控制）順序進(jìn)行控制）1.1 計(jì)算機(jī)的發(fā)展過

3、程v機(jī)械計(jì)算（齒輪傳動(dòng)）機(jī)械計(jì)算（齒輪傳動(dòng)）16731673年在此基礎(chǔ)上，德國數(shù)學(xué)家萊布尼年在此基礎(chǔ)上，德國數(shù)學(xué)家萊布尼茨設(shè)計(jì)制造了手搖式計(jì)算器。茨設(shè)計(jì)制造了手搖式計(jì)算器。1.1 計(jì)算機(jī)的發(fā)展過程第一臺(tái)計(jì)算機(jī)的誕生第一臺(tái)計(jì)算機(jī)的誕生（ENIACENIAC） 1946 1946年年2 2月月1414日日（艾尼亞克）艾尼亞克） 美國賓夕法尼亞大學(xué)美國賓夕法尼亞大學(xué)電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī):重達(dá)重達(dá)3030噸噸:占地占地170170m m2 2:耗電耗電150150千瓦千瓦:使用使用1800018000個(gè)電子管個(gè)電子管:50005000次加減運(yùn)算次加減運(yùn)算/ /秒秒v 機(jī)電方法制造計(jì)算機(jī)

4、機(jī)電方法制造計(jì)算機(jī)電子管電子管19581958年年8 8月我國第一臺(tái)電子管計(jì)算機(jī)月我國第一臺(tái)電子管計(jì)算機(jī)103103誕生誕生缺點(diǎn)：沒有存儲(chǔ)器，用布線缺點(diǎn)：沒有存儲(chǔ)器，用布線接板進(jìn)行控制，計(jì)算速度也接板進(jìn)行控制，計(jì)算速度也就被這一工作抵消了就被這一工作抵消了 。ENIACENIAC1.1.2 近代電子數(shù)字計(jì)算機(jī)發(fā)展簡史時(shí)代年份器件存儲(chǔ)器軟件應(yīng)用運(yùn)算速度一一 1946194619571957電子管電子管內(nèi)存內(nèi)存: :汞延遲線汞延遲線外存外存: :磁鼓磁鼓使用機(jī)器語言使用機(jī)器語言和匯編語言和匯編語言軍事研究軍事研究科學(xué)計(jì)算科學(xué)計(jì)算幾千次幾千次/s/s二二1958195819641964晶體管晶體管內(nèi)

5、存內(nèi)存: :磁芯磁芯外存外存: :磁盤磁盤, ,磁帶磁帶使用高級語言使用高級語言數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理事務(wù)處理事務(wù)處理工業(yè)控制工業(yè)控制幾十幾十萬次萬次/s/s三三1965196519711971集成集成電路電路內(nèi)存內(nèi)存: :磁芯磁芯, ,半導(dǎo)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器體存儲(chǔ)器外存外存: :磁盤磁盤操作系統(tǒng)、編操作系統(tǒng)、編譯程序、網(wǎng)絡(luò)譯程序、網(wǎng)絡(luò)軟件軟件開始廣開始廣泛應(yīng)用泛應(yīng)用幾十萬到幾十萬到幾百萬幾百萬/s/s四四1972 1972 大規(guī)模大規(guī)模集成集成電路電路內(nèi)存內(nèi)存: :半導(dǎo)體存半導(dǎo)體存儲(chǔ)器儲(chǔ)器外存外存: :磁盤磁盤, ,光盤光盤操作系統(tǒng)完善、操作系統(tǒng)完善、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、計(jì)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)軟件的開發(fā)算機(jī)軟件的

6、開發(fā)廣泛應(yīng)用廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域于各領(lǐng)域幾百萬到幾百萬到幾億萬幾億萬/s/s晶體管超大規(guī)模集成電路電子管集成電路第五代計(jì)算機(jī)第五代計(jì)算機(jī)專家推測，以下三種新的概念將有可能成為第五代計(jì)專家推測，以下三種新的概念將有可能成為第五代計(jì)算機(jī)的候選機(jī)。算機(jī)的候選機(jī)。光計(jì)算機(jī)：光計(jì)算機(jī)： 光計(jì)算機(jī)是利用光子取代電子進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算、存儲(chǔ)和傳輸。光計(jì)算機(jī)是利用光子取代電子進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算、存儲(chǔ)和傳輸。在光子計(jì)算機(jī)中，不同波長的光表示不同的信號，可快速完成在光子計(jì)算機(jī)中，不同波長的光表示不同的信號，可快速完成復(fù)雜的計(jì)算，光計(jì)算機(jī)的目標(biāo)是充分利用光的特性，設(shè)計(jì)更高復(fù)雜的計(jì)算，光計(jì)算機(jī)的目標(biāo)是充分利用光的特性，設(shè)計(jì)更高速、更

7、大容量存儲(chǔ)的計(jì)算機(jī)。與電子計(jì)算機(jī)相比，光計(jì)算機(jī)具速、更大容量存儲(chǔ)的計(jì)算機(jī)。與電子計(jì)算機(jī)相比，光計(jì)算機(jī)具有超高速的運(yùn)算速度，強(qiáng)大的并行處理能力，大容量的存儲(chǔ)能有超高速的運(yùn)算速度，強(qiáng)大的并行處理能力，大容量的存儲(chǔ)能力，以及很強(qiáng)的抗干擾能力。力，以及很強(qiáng)的抗干擾能力。生物計(jì)算機(jī)：生物計(jì)算機(jī)： 生物計(jì)算機(jī)（也稱為生物計(jì)算機(jī)（也稱為DNADNA分子計(jì)算機(jī)）是計(jì)算機(jī)科學(xué)和分子分子計(jì)算機(jī)）是計(jì)算機(jī)科學(xué)和分子生物學(xué)相結(jié)合而發(fā)展起來的新興研究領(lǐng)域。特點(diǎn)是使用以生物生物學(xué)相結(jié)合而發(fā)展起來的新興研究領(lǐng)域。特點(diǎn)是使用以生物工程技術(shù)產(chǎn)生的蛋白分子為主要原材料的生物芯片。這類芯片工程技術(shù)產(chǎn)生的蛋白分子為主要原材料的生物芯

8、片。這類芯片不僅具有巨大的存儲(chǔ)能力，而且傳播數(shù)據(jù)的方式也不同于以往不僅具有巨大的存儲(chǔ)能力，而且傳播數(shù)據(jù)的方式也不同于以往的計(jì)算機(jī)，具有最快的處理速度。生物計(jì)算機(jī)還具有較高的智的計(jì)算機(jī)，具有最快的處理速度。生物計(jì)算機(jī)還具有較高的智能性，更宜于模擬人腦的機(jī)制，能如同人腦那樣進(jìn)行思維、推能性，更宜于模擬人腦的機(jī)制，能如同人腦那樣進(jìn)行思維、推理和識(shí)別文字，還能理解人的語言，可以應(yīng)用在各種重要的控理和識(shí)別文字，還能理解人的語言，可以應(yīng)用在各種重要的控制領(lǐng)域。制領(lǐng)域。量子計(jì)算機(jī)：量子計(jì)算機(jī)： 量子計(jì)算機(jī)是一種采用基于量子力學(xué)原理的深層次量子計(jì)算機(jī)是一種采用基于量子力學(xué)原理的深層次計(jì)算模式進(jìn)行高速數(shù)學(xué)和邏輯

9、運(yùn)算、存儲(chǔ)及處理量子信息的計(jì)算模式進(jìn)行高速數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算、存儲(chǔ)及處理量子信息的計(jì)算機(jī)，不僅運(yùn)算速度快、存儲(chǔ)量大，功耗抵，而且體積會(huì)計(jì)算機(jī)，不僅運(yùn)算速度快、存儲(chǔ)量大，功耗抵，而且體積會(huì)大大縮小。大大縮小。1.2 計(jì)算機(jī)的分類與應(yīng)用1.2.1 1.2.1 計(jì)算機(jī)的分類計(jì)算機(jī)的分類按計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)的方式分類按計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)的方式分類 （1 1）電子數(shù)字計(jì)算機(jī)）電子數(shù)字計(jì)算機(jī) 以數(shù)字量（也稱不連續(xù)量）作為運(yùn)算對象進(jìn)行運(yùn)算，特以數(shù)字量（也稱不連續(xù)量）作為運(yùn)算對象進(jìn)行運(yùn)算，特點(diǎn)是運(yùn)算速度快，精確度高，具有記憶和邏輯判斷能力。計(jì)點(diǎn)是運(yùn)算速度快，精確度高，具有記憶和邏輯判斷能力。計(jì)算機(jī)的內(nèi)部操作和運(yùn)算是在程序

10、控制下自動(dòng)進(jìn)行的。一般不算機(jī)的內(nèi)部操作和運(yùn)算是在程序控制下自動(dòng)進(jìn)行的。一般不特別說明，計(jì)算機(jī)指的是電子數(shù)字計(jì)算機(jī)。特別說明，計(jì)算機(jī)指的是電子數(shù)字計(jì)算機(jī)。 （2 2）電子模擬計(jì)算機(jī)）電子模擬計(jì)算機(jī) 以連續(xù)變化的模擬量（如電壓、長度、角度來模擬實(shí)際以連續(xù)變化的模擬量（如電壓、長度、角度來模擬實(shí)際所需要計(jì)算的對象）作為運(yùn)算量的計(jì)算機(jī)。主要用于過程控所需要計(jì)算的對象）作為運(yùn)算量的計(jì)算機(jī)。主要用于過程控制和模擬仿真。制和模擬仿真。 按計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度和性能指標(biāo)分類按計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度和性能指標(biāo)分類巨型機(jī)：巨型機(jī)：運(yùn)算速度最快、存儲(chǔ)能力最大、處理能力最強(qiáng)。運(yùn)算速度最快、存儲(chǔ)能力最大、處理能力最強(qiáng)。例如：銀河

11、、曙光系列。例如：銀河、曙光系列。微型機(jī)微型機(jī)：以小、巧、輕、使用方便、價(jià)格便宜、軟件豐富、：以小、巧、輕、使用方便、價(jià)格便宜、軟件豐富、功能齊全等優(yōu)勢而擁有廣大的用戶。功能齊全等優(yōu)勢而擁有廣大的用戶。大型機(jī)大型機(jī)：大型、通用、較快、較強(qiáng)：大型、通用、較快、較強(qiáng), ,承擔(dān)服務(wù)器功能承擔(dān)服務(wù)器功能. .例如：例如：IBM-360,IBM-370,IBM-900 IBM-360,IBM-370,IBM-900 等。等。 小型機(jī)小型機(jī)：規(guī)模小，結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)試制周期短：規(guī)模小，結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)試制周期短, ,工藝先進(jìn)、工藝先進(jìn)、使用維護(hù)簡單。使用維護(hù)簡單。如如:IBM:IBM的的AS/400AS/40

12、0。工作站：工作站： 介于介于PCPC與小型機(jī)之間與小型機(jī)之間, , 高分辨率、大容量內(nèi)外存，高分辨率、大容量內(nèi)外存，圖形功能較強(qiáng)。圖形功能較強(qiáng)。SunSun、HPHP都是著名的工作站廠家。都是著名的工作站廠家。服務(wù)器：服務(wù)器：網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下為多用戶提供服務(wù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下為多用戶提供服務(wù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。1.2.2 計(jì)算機(jī)的應(yīng)用1. 1. 科學(xué)計(jì)算科學(xué)計(jì)算天文、地質(zhì)、核物理天文、地質(zhì)、核物理2. 2. 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理企業(yè)管理、辦公自動(dòng)化、統(tǒng)計(jì)企業(yè)管理、辦公自動(dòng)化、統(tǒng)計(jì)3. 3. 過程控制過程控制冶金、機(jī)械、化工、航天冶金、機(jī)械、化工、航天4. 4. 計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng) CAD(C

13、AD(輔助設(shè)計(jì)）輔助設(shè)計(jì)）CAMCAM（輔助制造）輔助制造）CAECAE（輔助教育、輔助教育、CAICAI輔助教學(xué)、輔助教學(xué)、CMICMI計(jì)算機(jī)管理教學(xué)）計(jì)算機(jī)管理教學(xué)）5. 5. 人工智能人工智能 模擬人腦，計(jì)算機(jī)診斷模擬人腦，計(jì)算機(jī)診斷6. 6. 計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算機(jī)模擬 虛擬實(shí)驗(yàn)室，工廠，仿真，汽車、虛擬實(shí)驗(yàn)室，工廠，仿真，汽車、航天員模擬訓(xùn)練航天員模擬訓(xùn)練7.7.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 在信息時(shí)代，人們的工作幾乎每天都要面對計(jì)算機(jī)，借助計(jì)在信息時(shí)代，人們的工作幾乎每天都要面對計(jì)算機(jī)，借助計(jì)算機(jī)完成各項(xiàng)工作。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)改變了人們傳統(tǒng)的生活工作方式算機(jī)完成各項(xiàng)工作。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)改變了人們傳統(tǒng)的生活

14、工作方式 信息交流與傳播信息交流與傳播 電子郵件、聊天、微博、通訊、傳媒電子郵件、聊天、微博、通訊、傳媒 電子商務(wù)電子商務(wù) 網(wǎng)上訂票、網(wǎng)上購物等網(wǎng)上訂票、網(wǎng)上購物等 電子政務(wù)電子政務(wù) 虛擬政府、網(wǎng)上辦公虛擬政府、網(wǎng)上辦公 文化教育文化教育 瀏覽新聞、查閱書刊、接受教育瀏覽新聞、查閱書刊、接受教育 、網(wǎng)上招生、報(bào)名、信息共享、網(wǎng)上招生、報(bào)名、信息共享8 8. .娛樂消遣娛樂消遣 欣賞欣賞DVDDVD影碟、音樂影碟、音樂 進(jìn)行游戲或娛樂進(jìn)行游戲或娛樂1.3 未來計(jì)算機(jī)展望 巨型化巨型化 微型化微型化 網(wǎng)絡(luò)化網(wǎng)絡(luò)化 智能化智能化v更快的運(yùn)算速度、更大的存儲(chǔ)容量、更強(qiáng)更快的運(yùn)算速度、更大的存儲(chǔ)容量、更

15、強(qiáng)的處理能力以及更高的可靠性。的處理能力以及更高的可靠性。v運(yùn)算速度可達(dá)每秒幾百億次運(yùn)算的運(yùn)算速度可達(dá)每秒幾百億次運(yùn)算的應(yīng)用：天氣預(yù)報(bào)、地震機(jī)理研究、衛(wèi)星應(yīng)用：天氣預(yù)報(bào)、地震機(jī)理研究、衛(wèi)星圖像處理等大量科學(xué)計(jì)算的高科技領(lǐng)域。圖像處理等大量科學(xué)計(jì)算的高科技領(lǐng)域。v集中體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平。集中體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平。銀河億次巨型計(jì)算機(jī)銀河億次巨型計(jì)算機(jī) 1.1.計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢 計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢 巨型化巨型化 微型化微型化 網(wǎng)絡(luò)化網(wǎng)絡(luò)化 智能化智能化v使用方便、體積小，成本低和功能齊使用方便、體積小，成本低和功能齊全方向發(fā)展全方向發(fā)展v嵌入式技術(shù)嵌入式技術(shù)v家電、儀

16、器儀表，筆記本電腦，掌上家電、儀器儀表，筆記本電腦，掌上計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢 巨型化巨型化 微型化微型化 網(wǎng)絡(luò)化網(wǎng)絡(luò)化 智能化智能化v利用計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)結(jié)合利用計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)結(jié)合, ,把分布在不同地點(diǎn)的計(jì)算機(jī)互連起把分布在不同地點(diǎn)的計(jì)算機(jī)互連起來來, ,組成規(guī)模強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。組成規(guī)模強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。v實(shí)現(xiàn)方便、及時(shí)、可靠、安全、實(shí)現(xiàn)方便、及時(shí)、可靠、安全、高效的信息服務(wù)高效的信息服務(wù)計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢 巨型化巨型化 微型化微型化 網(wǎng)絡(luò)化網(wǎng)絡(luò)化 智能化智能化 使計(jì)算機(jī)具有視覺、聽覺、語言、行使計(jì)算機(jī)具有視覺、聽覺、語言、行為、思維、邏輯推理等能力。為、思維、邏輯推理等能力

17、。v 第一代機(jī)器人第一代機(jī)器人 機(jī)械手（機(jī)械手（19621962年出現(xiàn)）年出現(xiàn)）v 第二代機(jī)器人第二代機(jī)器人 具有具有“感覺感覺”的機(jī)器人的機(jī)器人v 第三代機(jī)器人第三代機(jī)器人 裝有啟發(fā)式計(jì)算機(jī)的裝有啟發(fā)式計(jì)算機(jī)的“智智能機(jī)器人能機(jī)器人”典型案例2.2.計(jì)算機(jī)新技術(shù)領(lǐng)域計(jì)算機(jī)新技術(shù)領(lǐng)域 （1 1）高性能計(jì)算）高性能計(jì)算(High Performance Computing(High Performance Computing，HPC)HPC) 高性能計(jì)算是計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)分支，主要是指從體系高性能計(jì)算是計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)分支，主要是指從體系結(jié)構(gòu)、并行算法和軟件開發(fā)等方面研究開發(fā)高性能計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)、

18、并行算法和軟件開發(fā)等方面研究開發(fā)高性能計(jì)算機(jī)的技術(shù)，通常使用很多處理器或者某一集群中組織的幾臺(tái)計(jì)算技術(shù)，通常使用很多處理器或者某一集群中組織的幾臺(tái)計(jì)算機(jī)的計(jì)算系統(tǒng)和環(huán)境。機(jī)的計(jì)算系統(tǒng)和環(huán)境。 高性能計(jì)算是以速度為核心，它包括兩方面途徑：一是高性能計(jì)算是以速度為核心，它包括兩方面途徑：一是提高單一處理器的計(jì)算性能，二是把這些處理器集成，由多提高單一處理器的計(jì)算性能，二是把這些處理器集成，由多個(gè)個(gè)CPUCPU構(gòu)成一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，進(jìn)行并行計(jì)算。構(gòu)成一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，進(jìn)行并行計(jì)算。 目前世界上頂級的高性能計(jì)算機(jī)有成百上千、甚至上萬目前世界上頂級的高性能計(jì)算機(jī)有成百上千、甚至上萬個(gè)個(gè)CPUCPU，這些處理

19、器協(xié)同計(jì)算，才能夠提供需要的速度。，這些處理器協(xié)同計(jì)算，才能夠提供需要的速度。 1.3 未來計(jì)算機(jī)展望 （2 2）云計(jì)算）云計(jì)算 云計(jì)算是一種能夠?qū)?dòng)態(tài)伸縮的虛擬化資源通過互聯(lián)網(wǎng)以服務(wù)的云計(jì)算是一種能夠?qū)?dòng)態(tài)伸縮的虛擬化資源通過互聯(lián)網(wǎng)以服務(wù)的方式提供給用戶的計(jì)算模式，用戶不需要知道如何管理那些支持云計(jì)方式提供給用戶的計(jì)算模式，用戶不需要知道如何管理那些支持云計(jì)算的基礎(chǔ)設(shè)施。提供資源的網(wǎng)絡(luò)被稱為算的基礎(chǔ)設(shè)施。提供資源的網(wǎng)絡(luò)被稱為“云云”，用戶，用戶通過網(wǎng)絡(luò)以按需、通過網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴(kuò)展的方式獲得所需的資源。易擴(kuò)展的方式獲得所需的資源。 云計(jì)算是并行計(jì)算、分布式計(jì)算和網(wǎng)格計(jì)算的融合和發(fā)展，是這云計(jì)

20、算是并行計(jì)算、分布式計(jì)算和網(wǎng)格計(jì)算的融合和發(fā)展，是這些計(jì)算機(jī)科學(xué)概念的發(fā)展和商業(yè)實(shí)現(xiàn)。用戶可以按需計(jì)量使用這些資些計(jì)算機(jī)科學(xué)概念的發(fā)展和商業(yè)實(shí)現(xiàn)。用戶可以按需計(jì)量使用這些資源，從而實(shí)現(xiàn)讓計(jì)算成為一種公用設(shè)施來按需而用的夢想。源，從而實(shí)現(xiàn)讓計(jì)算成為一種公用設(shè)施來按需而用的夢想。 云計(jì)算最基本的概念：通過整合、管理、調(diào)配分布在網(wǎng)絡(luò)各處的云計(jì)算最基本的概念：通過整合、管理、調(diào)配分布在網(wǎng)絡(luò)各處的計(jì)算機(jī)資源，并以統(tǒng)一的界面同時(shí)向大量用戶提供服務(wù)。借助云計(jì)算，計(jì)算機(jī)資源，并以統(tǒng)一的界面同時(shí)向大量用戶提供服務(wù)。借助云計(jì)算，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供者可以在瞬間處理數(shù)以萬計(jì)甚至億計(jì)的信息，實(shí)現(xiàn)和超網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供者可以在瞬間處

21、理數(shù)以萬計(jì)甚至億計(jì)的信息，實(shí)現(xiàn)和超級計(jì)算機(jī)同樣強(qiáng)大的效能。級計(jì)算機(jī)同樣強(qiáng)大的效能。計(jì)算機(jī)的新技術(shù)領(lǐng)域（3 3）普適計(jì)算（）普適計(jì)算（Pervasive Computing)Pervasive Computing) 普適計(jì)算強(qiáng)調(diào)和環(huán)境融為一體的計(jì)算，指在任何時(shí)間、任普適計(jì)算強(qiáng)調(diào)和環(huán)境融為一體的計(jì)算，指在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)都可以計(jì)算，也稱無處不在的計(jì)算。在普適計(jì)算的模式何地點(diǎn)都可以計(jì)算，也稱無處不在的計(jì)算。在普適計(jì)算的模式下，人們可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、以任何方式進(jìn)行信息的下，人們可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、以任何方式進(jìn)行信息的獲取與處理。獲取與處理。 隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化、微型化以及嵌入式技術(shù)的發(fā)展

22、，普適隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化、微型化以及嵌入式技術(shù)的發(fā)展，普適計(jì)算正在逐漸成為現(xiàn)實(shí)。未來的普適計(jì)算將集移動(dòng)通信技術(shù)、計(jì)算正在逐漸成為現(xiàn)實(shí)。未來的普適計(jì)算將集移動(dòng)通信技術(shù)、計(jì)算技術(shù)和嵌入式技術(shù)于一體，通過將普適計(jì)算設(shè)備嵌入人們計(jì)算技術(shù)和嵌入式技術(shù)于一體，通過將普適計(jì)算設(shè)備嵌入人們生活的各種環(huán)境中，將計(jì)算從桌面上解放出來，使用戶能以各生活的各種環(huán)境中，將計(jì)算從桌面上解放出來，使用戶能以各種靈活的方式享受計(jì)算能力和資源服務(wù)。那時(shí)候，人們周圍到種靈活的方式享受計(jì)算能力和資源服務(wù)。那時(shí)候，人們周圍到處都是計(jì)算機(jī)，這些計(jì)算機(jī)將依據(jù)不同的計(jì)算要求而呈現(xiàn)不同處都是計(jì)算機(jī)，這些計(jì)算機(jī)將依據(jù)不同的計(jì)算要求而呈現(xiàn)不同的模

23、樣，不同的名稱。的模樣，不同的名稱。計(jì)算機(jī)的新技術(shù)領(lǐng)域（4 4）網(wǎng)格計(jì)算）網(wǎng)格計(jì)算 網(wǎng)格計(jì)算是網(wǎng)格計(jì)算是HPCHPC領(lǐng)域的一個(gè)分支，網(wǎng)格計(jì)算不同于傳統(tǒng)領(lǐng)域的一個(gè)分支，網(wǎng)格計(jì)算不同于傳統(tǒng)的的HPCHPC環(huán)境。針對復(fù)雜科學(xué)計(jì)算的新型計(jì)算模式，利用計(jì)算環(huán)境。針對復(fù)雜科學(xué)計(jì)算的新型計(jì)算模式，利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)把分散在不同地理位置的計(jì)算機(jī)組成一個(gè)虛擬超級計(jì)機(jī)網(wǎng)絡(luò)把分散在不同地理位置的計(jì)算機(jī)組成一個(gè)虛擬超級計(jì)算機(jī)，每臺(tái)計(jì)算機(jī)就是一個(gè)算機(jī)，每臺(tái)計(jì)算機(jī)就是一個(gè)“節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)”，整個(gè)計(jì)算由成千上萬，整個(gè)計(jì)算由成千上萬個(gè)節(jié)點(diǎn)組成的一張網(wǎng)格。數(shù)據(jù)處理能力超強(qiáng)，可以充分利用個(gè)節(jié)點(diǎn)組成的一張網(wǎng)格。數(shù)據(jù)處理能力超強(qiáng)，可以充分利用

24、網(wǎng)上閑置的處理能力，實(shí)現(xiàn)資源與信息共享。網(wǎng)上閑置的處理能力，實(shí)現(xiàn)資源與信息共享。 20032003年，耶魯大學(xué)醫(yī)學(xué)院網(wǎng)格計(jì)算項(xiàng)目組嘗試了利用網(wǎng)年，耶魯大學(xué)醫(yī)學(xué)院網(wǎng)格計(jì)算項(xiàng)目組嘗試了利用網(wǎng)格計(jì)算技術(shù)，加速進(jìn)行抗格計(jì)算技術(shù)，加速進(jìn)行抗SARS SARS 病毒藥物的篩選。方法是：病毒藥物的篩選。方法是：參與這個(gè)項(xiàng)目的用戶，只需在網(wǎng)絡(luò)上下載一個(gè)軟件，啟動(dòng)后參與這個(gè)項(xiàng)目的用戶，只需在網(wǎng)絡(luò)上下載一個(gè)軟件，啟動(dòng)后以后臺(tái)方式運(yùn)行，利用計(jì)算機(jī)的閑置能力工作，自動(dòng)從網(wǎng)站以后臺(tái)方式運(yùn)行，利用計(jì)算機(jī)的閑置能力工作，自動(dòng)從網(wǎng)站上獲取數(shù)據(jù)包，運(yùn)算完成后自動(dòng)發(fā)送回去，不需人工干預(yù)。上獲取數(shù)據(jù)包，運(yùn)算完成后自動(dòng)發(fā)送回去，不需

25、人工干預(yù)。計(jì)算機(jī)的新技術(shù)領(lǐng)域（5 5）生物計(jì)算）生物計(jì)算 生物計(jì)算包括兩個(gè)方面：一是晶體管的密度已經(jīng)接近所用生物計(jì)算包括兩個(gè)方面：一是晶體管的密度已經(jīng)接近所用技術(shù)的極限，要繼續(xù)提高計(jì)算機(jī)性能，就要尋找新的計(jì)算機(jī)結(jié)技術(shù)的極限，要繼續(xù)提高計(jì)算機(jī)性能，就要尋找新的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，生物計(jì)算機(jī)成為一種選擇。另一方面，分子生物學(xué)的突飛構(gòu)，生物計(jì)算機(jī)成為一種選擇。另一方面，分子生物學(xué)的突飛猛進(jìn)已經(jīng)使其成為資料量最大的學(xué)科，借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行分子生猛進(jìn)已經(jīng)使其成為資料量最大的學(xué)科，借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行分子生物信息研究，可以通過數(shù)量分析的途徑獲取突破性的成果。物信息研究，可以通過數(shù)量分析的途徑獲取突破性的成果。 2020世紀(jì)

26、世紀(jì)7070年代，人們發(fā)現(xiàn)年代，人們發(fā)現(xiàn)DNADNA處在不同的狀態(tài)下，可以產(chǎn)處在不同的狀態(tài)下，可以產(chǎn)生有信息和無信息的變化，這個(gè)發(fā)現(xiàn)引發(fā)了人們對生物元件的生有信息和無信息的變化，這個(gè)發(fā)現(xiàn)引發(fā)了人們對生物元件的研究和開發(fā)。目前生物傳感器的研制已經(jīng)取得了不少實(shí)際成果研究和開發(fā)。目前生物傳感器的研制已經(jīng)取得了不少實(shí)際成果 生物計(jì)算更重要的方面是利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行基因組研究，運(yùn)生物計(jì)算更重要的方面是利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行基因組研究，運(yùn)用大規(guī)模高效的理論和數(shù)字計(jì)算，歸納、整理基因組的信息和用大規(guī)模高效的理論和數(shù)字計(jì)算，歸納、整理基因組的信息和特征，模擬生命體內(nèi)的信息流過程，進(jìn)而揭示代謝、發(fā)育、分特征，模擬生命體內(nèi)的

27、信息流過程，進(jìn)而揭示代謝、發(fā)育、分化、進(jìn)化的規(guī)律，探索人類健康和疾病的根源。化、進(jìn)化的規(guī)律，探索人類健康和疾病的根源。計(jì)算機(jī)的新技術(shù)領(lǐng)域（6 6）物聯(lián)網(wǎng)）物聯(lián)網(wǎng) 物聯(lián)網(wǎng)（物聯(lián)網(wǎng)（The Internet of thingsThe Internet of things）是基于互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)）是基于互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)電信網(wǎng)等信息承載體，讓所有能夠被獨(dú)立尋址的普通物理對象電信網(wǎng)等信息承載體，讓所有能夠被獨(dú)立尋址的普通物理對象實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)。它具有普通對象設(shè)備化、自治終端互聯(lián)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)。它具有普通對象設(shè)備化、自治終端互聯(lián)化和普適服務(wù)智能化化和普適服務(wù)智能化3 3個(gè)重要特征。個(gè)重要特征。 物聯(lián)網(wǎng)的核

28、心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)。其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)。其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品之間進(jìn)行信息交換和通信。物聯(lián)網(wǎng)是通過射頻識(shí)別、紅外感應(yīng)之間進(jìn)行信息交換和通信。物聯(lián)網(wǎng)是通過射頻識(shí)別、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)對物品的智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)對物品的智能化識(shí)別、

29、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)的作用是使物體變得更加智能化，使日常生活中的任何物聯(lián)網(wǎng)的作用是使物體變得更加智能化，使日常生活中的任何物品都變得有感覺，有思想。在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，每一件物體均可物品都變得有感覺，有思想。在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，每一件物體均可尋址，每一件物體均可通信，每一件物體均可控制。尋址，每一件物體均可通信，每一件物體均可控制。 計(jì)算機(jī)的新技術(shù)領(lǐng)域(Information)(Information)是對各種事物變化和特征的反映，是對各種事物變化和特征的反映，是事物間相互作用和聯(lián)系的表征。是事物間相互作用和聯(lián)系的表征。 信息經(jīng)過轉(zhuǎn)化而成為計(jì)算機(jī)能夠處理的數(shù)據(jù)，同時(shí)信息經(jīng)過轉(zhuǎn)化而成為計(jì)

30、算機(jī)能夠處理的數(shù)據(jù)，同時(shí)也是經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理后作為問題解答而輸出的數(shù)據(jù)。也是經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理后作為問題解答而輸出的數(shù)據(jù)。1.3.3 1.3.3 計(jì)算機(jī)與信息化社會(huì)計(jì)算機(jī)與信息化社會(huì)1.信息與數(shù)據(jù)信息與數(shù)據(jù)(Data)(Data)是記錄下來可以鑒別的符號，是信息的是記錄下來可以鑒別的符號，是信息的載體，是對客觀實(shí)體的一種描述形式，這種描述形載體，是對客觀實(shí)體的一種描述形式，這種描述形式可以進(jìn)行通信、翻譯轉(zhuǎn)換或加工處理。式可以進(jìn)行通信、翻譯轉(zhuǎn)換或加工處理。 數(shù)據(jù)有多種表現(xiàn)形式：數(shù)字、文字、圖形、圖數(shù)據(jù)有多種表現(xiàn)形式：數(shù)字、文字、圖形、圖像、音頻和視頻等。像、音頻和視頻等。1.3 未來計(jì)算機(jī)展望 既有聯(lián)

31、系，又相互區(qū)別。數(shù)據(jù)既有聯(lián)系，又相互區(qū)別。數(shù)據(jù)是信息的載體，是信息的具體表現(xiàn)是信息的載體，是信息的具體表現(xiàn)形式，而信息是數(shù)據(jù)的內(nèi)涵，是有形式，而信息是數(shù)據(jù)的內(nèi)涵，是有用的、經(jīng)過加工處理的數(shù)據(jù)。信息用的、經(jīng)過加工處理的數(shù)據(jù)。信息有意義，數(shù)據(jù)則沒有。有意義，數(shù)據(jù)則沒有?；顒?dòng)活動(dòng)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)信息信息決策決策示例示例1 1：“20122012年農(nóng)村居民人均純收入年農(nóng)村居民人均純收入79177917元，比上年增長元，比上年增長13.5%”13.5%”。扣除價(jià)格上漲因素，實(shí)際增長?？鄢齼r(jià)格上漲因素，實(shí)際增長10.7%10.7%。經(jīng)過大量的原經(jīng)過大量的原始數(shù)據(jù)資料分析后得出的結(jié)論，其表現(xiàn)形式是數(shù)據(jù)。始數(shù)據(jù)資料分析后得出的結(jié)論，其表現(xiàn)形式是數(shù)據(jù)。示例示例2 2： “某個(gè)病人的體溫是某個(gè)病人的體溫是3939” 。病歷卡上記載病人的病歷卡上記載病人的體溫體溫39是數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)39本身是沒有意義的。當(dāng)數(shù)據(jù)以某本身是沒有意義的。當(dāng)數(shù)據(jù)以某種形式經(jīng)過處理、描述或與其它數(shù)據(jù)比較時(shí)，才能成為信息。種形式經(jīng)過處理、描述或與其它數(shù)據(jù)比較時(shí)，才能成為信息。計(jì)算機(jī)與信息化社會(huì)指獲取信息、處理信息、存儲(chǔ)信息和傳指獲取信息、處理信息、存儲(chǔ)信息和傳播信息中所用到的技術(shù)。播信息中所用到