01第一章信息技術(shù)與計算機(jī)

1、大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)第一章 信息技術(shù)與計算機(jī)第一章信信息息技術(shù)與計算機(jī)機(jī)1.1信信息技術(shù)術(shù)概述1.2計計算機(jī)的的誕生與與發(fā)展1.3計計算機(jī)新新技術(shù)和和未來新新型計算算機(jī)1.1信息技術(shù)術(shù)概述當(dāng)今社會會是一個個知識為為本的時時代,是是一個信信息時代代,只有有很好地地掌握分分析信息息，才能能看到機(jī)機(jī)會，很很好地立立足于社社會。信息（Information）通過語言言、文字字、符號號、圖象象、聲音音和視頻頻等方式式來表達(dá)達(dá)的數(shù)據(jù)據(jù)、事實(shí)實(shí)、新聞聞、消息息、報告告和知識識等都是是信息。1.1.1現(xiàn)代信息息基礎(chǔ)知知識2信息與與數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)（Data）是指客觀觀世界中中記錄下下來的各各種各樣樣的物理理符號及及其組合合

2、，是信信息的具具體表現(xiàn)現(xiàn)形式，它反映映了信息息的內(nèi)容容。數(shù)據(jù)是信信息的載載體，數(shù)數(shù)據(jù)中有有信息。信息是數(shù)數(shù)據(jù)所表表達(dá)的含含義，信信息是有有意義的的。2011585041010535-66660001948年，美美國科學(xué)學(xué)家香農(nóng)農(nóng)（ClandeShannon）發(fā)表表了著名名的“通通訊的數(shù)數(shù)學(xué)理論論”一文文，成為為信息論的的奠基人人。3信息的的主要特特征信息具有有可傳遞性性、共享享性、依依附于載載體、可可處理性性、時效效性和價價值性六大主要要特征。信息可傳遞性性、共享享性：這是信息息與物質(zhì)質(zhì)和能量量的主要要區(qū)別。信息必須須依附于載載體而存在或或存儲。信息的可處理性性：信息

3、是是可以加加工處理理的。信息的時效性：是指信信息隨時時間的變變化，其其價值也也在變。信息的有價值性性：人們獲獲取信息息的目的的是因為為信息有有用，有有意義，有價值值。1.1.1現(xiàn)代信息息基礎(chǔ)知知識4信息時時代的特特征（1）信信息爆炸炸我們只有有學(xué)會正正確的方方法，掌掌握先進(jìn)進(jìn)的信息息處理技技術(shù)才能能通過對對大量信信息進(jìn)行行分析、綜合、提煉和和加工，獲取對對我們有有用的知知識，才才不會被被湮沒在在信息的的洪水之之中。（2）知知識經(jīng)濟(jì)濟(jì)知識經(jīng)濟(jì)濟(jì)就是以以現(xiàn)代科科學(xué)技術(shù)術(shù)為核心心的，建建立在知知識和信信息的生生產(chǎn)、存存儲、使使用和消消費(fèi)之上上的經(jīng)濟(jì)濟(jì)。以知知識為基基礎(chǔ)推動動經(jīng)濟(jì)的的發(fā)展。1.1.1現(xiàn)

4、代信息息基礎(chǔ)知知識1.1.2現(xiàn)代信息息技術(shù)1.信息技術(shù)術(shù)（IT）所謂信息息技術(shù)，就是利利用科學(xué)學(xué)的原理理、方法法及先進(jìn)進(jìn)的工具具和手段段，有效效地開發(fā)發(fā)和利用用信息資資源的技技術(shù)體系系。包括獲取信息息、傳遞遞信息、存儲信信息、處處理信息息、顯示示信息、分配信信息等的相關(guān)關(guān)技術(shù)。2現(xiàn)代信信息技術(shù)術(shù)的內(nèi)容容（1）信息基基礎(chǔ)技術(shù)術(shù)信息基礎(chǔ)礎(chǔ)技術(shù)包包括新材材料、新新能源、新的元元器件的的開發(fā)和和制造技技術(shù)?，F(xiàn)現(xiàn)代影響響最大的的包括微電子技技術(shù)和光電子技技術(shù)。（2）信息系系統(tǒng)技術(shù)術(shù)信息系統(tǒng)統(tǒng)技術(shù)包包括信息息的采集、傳傳遞、存存儲、處處理、再再生和使使用等功能的的技術(shù)。通信技術(shù)術(shù)、計算算機(jī)與智智能技術(shù)術(shù)、

5、控制制技術(shù)和和感測技技術(shù)是它的核核心和支支撐技術(shù)術(shù)。（3）信息應(yīng)應(yīng)用技術(shù)術(shù)從信息技技術(shù)層面面上來看看，應(yīng)用用層次是是一個逐逐漸深入入過程，經(jīng)歷了了：數(shù)值處理理數(shù)據(jù)處理理知識處理理智能處理理的過程。3.未來信息息技術(shù)的的發(fā)展趨趨勢（1）數(shù)字化化：各種信信息都以以數(shù)字的的方式表表達(dá)。例例如：數(shù)數(shù)字化人人類遺產(chǎn)產(chǎn)（故宮宮）、數(shù)數(shù)字化圖圖書和報報刊、數(shù)數(shù)字化電電影電視視、動畫畫特技等等。（2）多媒體體化：多種信信息媒體體與計算算機(jī)集成成在一起起，以接接近于人人類的工工作和思思考方式式來設(shè)計計與操作作。如通通過語音音進(jìn)行計計算機(jī)操操作等。（3）網(wǎng)絡(luò)化化（高速度度、寬頻頻帶）：將來的的網(wǎng)絡(luò)會會更安全全、速

6、度度更快、普及更更廣，即即下一代代的Internet技術(shù)。實(shí)實(shí)現(xiàn)寬頻頻的多媒媒體網(wǎng)絡(luò)絡(luò)是未來來信息技技術(shù)的發(fā)發(fā)展趨勢勢之一。（4）智能化化1.1.3信息化與與信息高高速公路路1信息化化信息化（Informatization），就是全面面地發(fā)展展和利用用現(xiàn)代信信息技術(shù)術(shù)創(chuàng)造的的智能工工具，去去改造、更新和和裝備各各個部門門和社會會活動的的各個領(lǐng)領(lǐng)域，以以提高人人類社會會的生產(chǎn)產(chǎn)、學(xué)習(xí)習(xí)、生活活的效率率和創(chuàng)造造力，使使物質(zhì)財財富和精精神文明明得到提提高。2信息高高速公路路1993年，美國國政府提提出NII計劃。信息高速速公路旨旨在建立立一個能能提供大大量信息息的，由由通信協(xié)協(xié)議、通通信網(wǎng)絡(luò)絡(luò)、多媒

7、媒體數(shù)據(jù)據(jù)庫以及及計算機(jī)機(jī)組成的的一體化化高速網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)實(shí)現(xiàn)信息息資源的的高度共共享。1.1.5信息化技技術(shù)對社社會的影影響1計算機(jī)機(jī)文化計算機(jī)文文化是以以計算機(jī)機(jī)為核心心和動力力的文化化；它深深刻地改改變著當(dāng)當(dāng)代社會會，影響響著人們們的觀念念和行為為，迅速速深入到到社會生生活的各各個層面面，正在在對整個個人類社社會產(chǎn)生生深遠(yuǎn)影影響。2負(fù)面影影響（1）信息過過度增長長，導(dǎo)致致信息爆爆炸（2）信息失失真和信信息污染染（3）知識產(chǎn)產(chǎn)權(quán)受到到侵害（4）對國家家主權(quán)和和利益的的沖擊（5）對傳統(tǒng)統(tǒng)道德意意識的弱弱化（6）計算機(jī)機(jī)犯罪1.2計計算算機(jī)的誕誕生與發(fā)發(fā)展1.2.1計計算機(jī)的的定義1.2.2近近

8、代計算算機(jī)起源源和發(fā)展展1.2.3計計算機(jī)的的分代1.2.4計計算機(jī)的的分類1.2.5計計算機(jī)的的應(yīng)用和和特點(diǎn)1.2.1計算機(jī)的的定義基本功能能：進(jìn)行行加法運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。計算機(jī)（Computer）是一種能夠接收和存儲信息，并按照存儲在其內(nèi)部的程序（這些程序是人們意志的體現(xiàn)）對輸入的信息進(jìn)行加工、處理，得到人們所期望的結(jié)果，然后把處理結(jié)果輸出的高度自動化的電子設(shè)備。計算機(jī)是一種能按照事先存儲的程序，自動、高速進(jìn)行大量數(shù)值計算和各種信息處理的現(xiàn)代化智能電子裝置。人類追求求的計算算工具1642 Blaise Pascal加法器Charles Babbage1822 差分機(jī)1833 分析機(jī)MARK

9、IENIAC電子計算機(jī)時代1.2.2近代計算算機(jī)起源源和發(fā)展展算盤(公元600多年)計算尺/機(jī)械計算機(jī)(17世紀(jì),帕斯卡)通用數(shù)字計算機(jī)基本設(shè)計思想(19世紀(jì),巴貝奇)布爾代數(shù)(19世紀(jì),布爾)“圖靈機(jī)”模型(1937,(英)圖靈)ENIAC(1946,賓夕法尼亞)計算機(jī)時代的到來Electronic NumericalIntegrator AndCalculator18000個電子管管；占地地170m2；功率150kw；重30t。每秒進(jìn)行行5000次加法運(yùn)運(yùn)算。1.2.2近代計算算機(jī)起源源和發(fā)展展電子計算算機(jī)誕生生之前（1）中國古古代計算算工具的的發(fā)明大約六、七百年年前，中中國人發(fā)發(fā)明了算盤

10、（2）世界上上第一臺臺機(jī)械式式計算機(jī)機(jī)實(shí)實(shí)現(xiàn)了加加法運(yùn)算算法國科學(xué)學(xué)家帕斯卡（BlaisePascal，16231662）發(fā)明的的齒輪旋旋轉(zhuǎn)進(jìn)位位方式加加減法器器。1971年瑞士人人沃斯把自己發(fā)發(fā)明的高高級語言言命名為為Pascal，就是為為了紀(jì)念念帕斯卡卡。1.2.2近代計算算機(jī)起源源和發(fā)展展1642 Blaise Pascal加法器1.2.2近代計算算機(jī)起源源和發(fā)展展（3）差分機(jī)機(jī)和分析析機(jī)的誕誕生計算機(jī)最最早的程程序設(shè)計計19世紀(jì)，由由英國數(shù)數(shù)學(xué)家查查爾斯巴貝奇（Charles Babbage，17911871）設(shè)計了差差分機(jī)和和分析機(jī)機(jī)，它是是今天電電子計算算器的直直系祖先先，在計計算

11、機(jī)發(fā)發(fā)展史上上占有重重要的地地位，因因此他被被國際社社會公認(rèn)認(rèn)為計算機(jī)之之父。1822 差分機(jī)1833 分析機(jī)Charles Babbage奠定現(xiàn)代代計算機(jī)機(jī)發(fā)展的的重要人人物和思思想（4）計算機(jī)機(jī)的理論論和模型型的誕生生1847年英國國數(shù)學(xué)家家布爾（Boole）創(chuàng)立了了布爾代代數(shù)，奠奠定了計計算機(jī)進(jìn)進(jìn)行邏輯運(yùn)算算的基礎(chǔ)。1936年英國國科學(xué)家家圖靈（Turing）發(fā)表表了題為為論可可計算數(shù)數(shù)及其在在判斷問問題中的的應(yīng)用的著名名論文，奠定了了計算機(jī)的的理論和和模型基基礎(chǔ)，成為計計算機(jī)科科學(xué)奠基基人。他他在計算算機(jī)科學(xué)學(xué)方面的的主要貢貢獻(xiàn)有兩兩個：一一是建立立圖靈機(jī)機(jī)（Turingmachine

12、）模型型；二是是提出圖圖靈測試試（TuringTest）。另一個被被稱之為為計算機(jī)機(jī)之父的的是美籍匈牙牙利數(shù)學(xué)學(xué)家馮諾依依曼（Von Neumann。他提出出了“存儲程序序”的概念念，并研研制了EDVAC（離散變變量自動動電子計計算機(jī)）電子計算算機(jī)，確確立了現(xiàn)現(xiàn)代計算算機(jī)的基基本結(jié)構(gòu)構(gòu)。五十十多年來來，計算算機(jī)系統(tǒng)統(tǒng)基本結(jié)結(jié)構(gòu)沒有有變，都都屬于馮馮諾依依曼計算算機(jī)。John vonNeumann馮諾依曼馮諾依曼計計算機(jī)存儲程序序工作原原理計算機(jī)的的兩個基基本能力力：一是是能夠存儲儲程序，二是能夠自動動地執(zhí)行行程序。計算機(jī)是是利用“存儲器器”（內(nèi)內(nèi)存）來來存放所所要執(zhí)行行的程序序的，而而稱之為為

13、CPU的部件可可以依次次從存儲儲器中取取出程序序中的每每一條指指令，并并加以分分析和執(zhí)執(zhí)行，直直至完成成全部指指令任務(wù)務(wù)為止。1.2.2近代計算算機(jī)起源源和發(fā)展展電子計算算機(jī)的誕誕生世界上第第一臺數(shù)數(shù)字式電電子計算算機(jī)是由由美國賓賓夕法尼尼亞大學(xué)學(xué)的物理理學(xué)家約約翰莫克利（JohnMauchly）和工程師師普雷斯斯伯?？颂兀↗ PresperEckert）領(lǐng)導(dǎo)，于于1943年開始研研制并于于1946年完成，取名為為ENIAC（Electronic NumericalIntegrator AndCalculator）的計算機(jī)機(jī)。ENIAC的成功，是人類類在發(fā)展展計算技技術(shù)的歷歷程中，到達(dá)的的一個

14、新新的起點(diǎn)點(diǎn)，即進(jìn)進(jìn)入電子子計算機(jī)機(jī)時代。世界上第第一臺程序存儲儲式計算機(jī)EDSAC由英國劍劍橋大學(xué)學(xué)的莫利利斯威爾克于于1949年研制成成功，它它標(biāo)志著著計算機(jī)機(jī)時代的的真正開開始。ENIAC和EDSAC均屬于第第一代計計算機(jī)。第一臺電電子計算算機(jī)（ENIAC）5000次加法/秒體重28噸占地170m218800只電子管1500個繼電器功率150KW1.2.3計算機(jī)的的分代依據(jù)計算算機(jī)采用用的主要要元器件件和性能能，一般般將計算算機(jī)的發(fā)發(fā)展分為為四個階段段或時代。表1.1計算機(jī)發(fā)發(fā)展的四四個階段段時代年份器件軟件應(yīng)用一46-57電子管機(jī)器語言、匯編語言科學(xué)計算二58-63晶體管高級語言數(shù)據(jù)處

15、理工業(yè)控制三64-70集成電路操作系統(tǒng)文字處理圖形處理四70年迄今大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)等社會的各個領(lǐng)域計算機(jī)發(fā)發(fā)展的幾幾個階段段第一代（19461957）電子管5千4萬（次/秒）第二代（19581963）晶體管幾十萬百萬（次/秒）第三代（19641970）集成電路百萬幾百萬（次/秒）第四代（197190年代）大規(guī)模集成電路幾百萬幾億（次/秒）目前Pentium芯片片集成了了800萬個晶晶體管電子管、晶體管、集成電路、大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路基于馮若依曼思想設(shè)計的計算機(jī) 硬件核心由五部分組成 采用二進(jìn)制 程序存儲計算機(jī)的的發(fā)展發(fā)展特點(diǎn)點(diǎn)：發(fā)展：電子計算算機(jī)已進(jìn)進(jìn)入千家家萬

16、戶，成為人人們進(jìn)行行各項活活動必不不可少的的工具。筆記本+ipad+智能手機(jī)機(jī)性能大幅幅度提高高、價格格大幅度度下降。計算機(jī)的的發(fā)展存儲器的的容量、集成度度每三年年翻兩翻翻，Disk速度每10年翻三翻翻計算機(jī)的的性能每每隔18個月就會會增長1倍1.2.3計算機(jī)的的分代第五代：智能電電子計算算機(jī)它是一種種有知識識、會學(xué)學(xué)習(xí)、能能推理的的計算機(jī)機(jī)。它突突破了傳傳統(tǒng)的馮馮諾依曼式式機(jī)器的的概念，舍棄了了二進(jìn)制制結(jié)構(gòu)，把許多多處理機(jī)機(jī)并聯(lián)起來，并并行處理理信息，速度大大大提高高。我國計算算機(jī)的發(fā)發(fā)展概況況我國自1983年以來，成功研研制了“銀河”系列巨巨型機(jī)“銀河”、“銀河河”、“銀河河”“銀河”巨型

17、機(jī)的的運(yùn)算速速度達(dá)130億次/秒2001年的“神神威”，速度達(dá)達(dá)3千億次/秒2009年“天河河I”1.2.4計算機(jī)的的分類1按計計算機(jī)處處理數(shù)據(jù)據(jù)的方式式分類模擬計算算機(jī)（AnalogComputer）數(shù)字計算算機(jī)（Digital Computer）混合計算算機(jī)（HybridComputer）。2按計計算機(jī)的的使用范范圍分類類專用計算算機(jī)通用計算算機(jī)1.2.4計算機(jī)的的分類3按計算算機(jī)的類類型與用用途巨型機(jī)：它的運(yùn)算算速度最最快、性性能最高高、技術(shù)術(shù)最復(fù)雜雜。巨型型機(jī)主要要用于解解決大型型機(jī)也難難以解決決的復(fù)雜雜問題，它是解解決科技技領(lǐng)域中中某些帶帶有挑戰(zhàn)戰(zhàn)性問題題的關(guān)鍵鍵工具。大型主機(jī)機(jī)：一

18、般作為為大型“客戶機(jī)機(jī)/服務(wù)器”系統(tǒng)中中的服務(wù)務(wù)器，或或者“終終端/主機(jī)”系系統(tǒng)中的的主機(jī)。主要應(yīng)應(yīng)用在科科研、商商業(yè)和管管理部門門。小型主機(jī)機(jī)：由于微型型計算機(jī)機(jī)的迅速速發(fā)展，小型機(jī)機(jī)市場受受到嚴(yán)重重挑戰(zhàn)。工作站是一種高高檔微機(jī)機(jī)系統(tǒng)，其最突突出的特特點(diǎn)是圖圖形功能能強(qiáng)，具具有很強(qiáng)強(qiáng)的圖形形交互與與處理能能力，因因此在工工程領(lǐng)域域、特別別是在計計算機(jī)輔輔助設(shè)計計（CAD）領(lǐng)領(lǐng)域得到到廣泛應(yīng)應(yīng)用。服務(wù)器（看一下下照片）是在網(wǎng)絡(luò)絡(luò)環(huán)境下下為多用用戶提供供服務(wù)的的共享設(shè)設(shè)備，即即計算機(jī)機(jī)系統(tǒng)。一般分分為文件件服務(wù)器器、數(shù)據(jù)據(jù)庫服務(wù)務(wù)器、應(yīng)應(yīng)用服務(wù)務(wù)器、郵郵件服務(wù)務(wù)器和通通信服務(wù)務(wù)器等。PC機(jī)（Pe

19、rsonalComputer個個人計算算機(jī)，微微型計算算機(jī)）以微處理理器為中中央處理理單元而而組成的的個人計計算機(jī)稱稱為PC機(jī)（微微機(jī)）。1.2.5計算機(jī)的的應(yīng)用和和特點(diǎn)主要應(yīng)用用領(lǐng)域科學(xué)計算算：天文、氣象、軍事、航天等等。數(shù)據(jù)處理理：非數(shù)數(shù)值計算算，應(yīng)用用最廣泛泛，80%的應(yīng)應(yīng)用。辦公自動動化：政政府、企企業(yè)、學(xué)學(xué)校等。電子商務(wù)務(wù)：網(wǎng)上上購物，網(wǎng)上支支付、網(wǎng)網(wǎng)上匯兌兌等。自動控制制：工業(yè)業(yè)、軍事事、航天天等。計算機(jī)輔輔助：CADCAMCAICAT人工智能能領(lǐng)域：機(jī)器器人、圖圖像識別別、語音音識別等等。文化娛樂樂領(lǐng)域：音樂樂、影視視、游戲戲等。虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)：模擬駕駛駛、虛擬擬空間等等。1.2.5

20、計算機(jī)的的應(yīng)用和和特點(diǎn)運(yùn)算速度度快計算精確確度高存儲容量量大邏輯判斷斷能力自動工作作的能力力通用性3計算機(jī)機(jī)的特點(diǎn)點(diǎn)1.3未來新型型計算機(jī)機(jī)1.3.1計算算機(jī)的發(fā)發(fā)展趨勢勢1.3.2計算算機(jī)新技技術(shù)1.3.3未來來新型計計算機(jī)1.3.1計算算機(jī)的發(fā)發(fā)展趨勢勢1.巨型型化發(fā)展高速速度，大大存儲容容量，強(qiáng)強(qiáng)功能的的超大型型計算機(jī)機(jī)。2.微型型化是以大規(guī)規(guī)模集成成電路為為基礎(chǔ)的的計算機(jī)機(jī)微型化化。3.網(wǎng)絡(luò)絡(luò)化用通信線線路及通通信設(shè)備備把個別別的計算算機(jī)連接接在一起起形成一一個復(fù)雜雜的系統(tǒng)統(tǒng)就是計計算機(jī)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)現(xiàn)今最大大的網(wǎng)絡(luò)絡(luò)是Internet；加入入這個網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的計計算機(jī)已已達(dá)數(shù)億億臺。4.智能能

21、化是指計算算機(jī)具有有模仿人人類較高高層次智智能活動動的能力力。5.多媒媒體化將文字、聲音、圖形、圖像、視頻等等多種媒媒體與計計算機(jī)集集成在一一起來設(shè)設(shè)計與處處理。目前最快快的計算算機(jī)目前世界界最快的的計算機(jī)機(jī)系統(tǒng)2012統(tǒng)計No.1:由美美國IBM最最新研制制的超級級計算機(jī)機(jī)“紅杉杉”(Sequoia)，每秒16324萬億次運(yùn)運(yùn)算，No.2:日本本理化學(xué)學(xué)研究所所與富士士通(Fujitsu)共同同研發(fā)和和組裝中中的超級級電腦“京”，每秒運(yùn)算算速度10510萬億次。No.3:IBM“米拉”，每秒秒8162萬億億次No.43:中中國聯(lián)想想1.027萬億億次/秒秒No.5：中國國國家超超級計算算天津

22、中中心的“天河一一號”No.10：超超級計算算深圳中中心的“星云”天河一號號各種智能能機(jī)器人人TALON被稱稱為世界界上第一一個武裝裝機(jī)器人人。它基基于SWORDS(特特殊武器器觀測勘勘查探測測系統(tǒng))。他能能夠讓士士兵在一一千米開開外遠(yuǎn)程程開火。這個機(jī)機(jī)器人能能裝備一一系列的的武器，包括M16步步槍，M82巴巴雷特步步槍和一一個40毫米的的榴彈發(fā)發(fā)射器。清潔機(jī)器器人極限作業(yè)業(yè)機(jī)器人人：能在在人難以以承受的的工作條條件下作作業(yè)的機(jī)機(jī)器人，如原子子能輻射射下作業(yè)業(yè)的機(jī)器器人、水水下作業(yè)業(yè)的機(jī)器器人、救救災(zāi)排險險機(jī)器人人、空間間作業(yè)機(jī)機(jī)器人、地下采采掘機(jī)器器人等。中國足球球終于圓圓了世界界杯奪冠冠的夢。世界大學(xué)學(xué)生機(jī)器器人足球球比賽1.3.2計算算機(jī)新技技術(shù)1芯片片技術(shù)處理器（芯片）技術(shù)是是計算機(jī)機(jī)、網(wǎng)絡(luò)絡(luò)通信，信息安安全和關(guān)關(guān)鍵電子子信息產(chǎn)產(chǎn)品的核核心技術(shù)術(shù)。2并行行計算技技術(shù)并行處理理是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)高性能能、高可可用計算算機(jī)系統(tǒng)統(tǒng)的主要要途徑。3網(wǎng)格格計算技技術(shù)