第一章 計算機相關知識與計算思維概述

大學計算機基礎云南省十二五規(guī)劃教材第一章計算機相關知識與計算思維概述本章主要內(nèi)容1.1計算機發(fā)展概述

1.2計算機的特點和分類

1.3信息科學與信息技術

1.4計算機應用概述1.5計算機病毒、惡意軟件及其防治1.6計算思維簡述

1.1計算機發(fā)展概述

ENIAC1642BlaisePascal加法器1822差分機1833分析機MARKI電子計算機時代計算工具的發(fā)展第一臺計算機(ENIAC1946.2)5000次加法/秒體重30噸占地170M218800只電子管1500個繼電器耗電150KW價值40萬美元誕生于美國賓夕法尼亞大學，設計目的是為美國陸軍彈道實驗室解決彈道特性的計算問題第一代計算機(46年—55年)邏輯元件電子管內(nèi)存延遲線或磁芯外存紙帶、卡片或磁帶工作速度幾千～幾萬次／秒軟件機器語言或匯編語言應用科學計算代表機型ENIAC第二代計算機(55年—64年)邏輯元件晶體管內(nèi)存磁芯外存磁帶或磁盤工作速度幾十萬次／秒軟件高級語言應用科學計算及工業(yè)控制代表機型IBM700系列FORTRANALGO60COBOL

第三代計算機(64年—70年)邏輯元件中小規(guī)模集成電路內(nèi)存半導體存儲器外存磁帶或磁盤工作速度幾十萬～幾千萬次／秒軟件高級語言應用計算、管理及控制代表機型IBMSystem/360SSIMSI第四代計算機(71年—現(xiàn)在)邏輯元件(超)大規(guī)模集成電路內(nèi)存半導體存儲器外存磁盤或光盤工作速度幾百萬～上億次／秒軟件操作系統(tǒng)、應用軟件應用以網(wǎng)絡、多媒體為特征LSIVLSIIntel

Pentium新一代計算機具有人的聽、說、讀、寫和思維推理能力的智能化計算機。采用的技術主要包括：納米技術、光技術、量子技術和生物技術。

神經(jīng)網(wǎng)絡計算機

用數(shù)據(jù)單元模擬人腦的神經(jīng)元，并利用神經(jīng)元結點的分布式存儲和相互關聯(lián)來模擬人腦活動生物計算機

使用蛋白分子為主要原料制成的生物芯片構成，存儲能力巨大，而且以波的形式來傳播信息光子計算機

利用光子取代電子進行數(shù)據(jù)運算、傳輸和存儲。光子的傳播速度極快

，可以達到每秒萬億字節(jié)。

量子計算機

利用處于多現(xiàn)實態(tài)下的原子進行運算的計算機，這種多現(xiàn)實態(tài)量子力學的標志。多媒體計算機硬件組成計算機主機CD-ROM驅(qū)動器音頻信號處理子系統(tǒng)視頻信號處理子系統(tǒng)掃描儀數(shù)碼相機光盤刻錄機觸摸屏……多媒體個人計算機MPC--multimediaPersonalComputer具有多媒體功能的個人計算機早期在PC機上增加聲音卡和光盤驅(qū)動器多媒體技術的發(fā)展，不斷賦予MPC新的內(nèi)容對廣大用戶而言，就是把具有多媒體功能的PC機或把現(xiàn)有增加多媒體升級套件的PC機叫MPC。

MPC源于1990年Microsoft公司聯(lián)合一些主要的PC廠商和多媒體產(chǎn)品開發(fā)商組成的MPC聯(lián)盟(MultimediaPCMarketingCouncil)微型計算機微型計算機屬于第四代計算機,但單從微型機來看，在這幾十年的發(fā)展里又可再將它分為五個時代

：微機分代開始時間CPU字長主頻集成度

一1971Intel400441MHz

2千

二1973Intel808084MHz

4～9千三1978Intel8088165～10MHz2～7萬四1985Intel803863210～40MHz10～100萬五1993～現(xiàn)在Pentium641.4～3.4GHz100萬以上摩爾定律晶體管數(shù)單位時間執(zhí)行的指令數(shù)百萬條/每秒每18個月芯片能力增長一倍改進微處理器的兩種方法：1.提高工作速度2.同時處理更多的數(shù)據(jù)我國自1956年開始研制計算機：1958年研制出第一臺電子管計算機1964年研制出第一臺晶體管計算機1971年研制出集成電路計算機1985年研制出第一臺IBMPC兼容微型機2001年研制出我國第一款通用CPU—“龍芯”芯片2002年推出了完全自主知識產(chǎn)權的“龍騰”服務器計算機的發(fā)展趨勢：網(wǎng)絡化、智能化、多媒體、多極化計算機的特點運算速度快：每秒幾百億次至幾千萬億次計算精度高：可使用足夠多的二進制位數(shù)來獲得所要求的數(shù)據(jù)精度具有記憶能力：提供大容量的存儲器來存儲程序和數(shù)據(jù)具有邏輯判斷能力：這是區(qū)別于其它任何機器的一個特點可靠性高，通用性強1.2計算機的特點和分類

計算機的類型1989年美國電氣和電子工程師協(xié)會(IEEE)的科學巨型機委員會將計算機劃分為巨型機、小巨型機、主機、小型計算機、工作站、個人計算機巨型機也稱超級計算機，具有很高的速度及巨大的容量，能對高品質(zhì)動畫進行實時處理。大多用于空間技術，中、長期天氣預報，石油勘探，戰(zhàn)略武器的實時控制等領域。2010年我國的“曙光星云”實測每秒1271萬億次浮點運算?！疤旌右惶枴睂崪y達到每秒2507萬億次浮點運算，在當年的國際TOP500中排名第一。個人計算機也稱PC機，它的核心是微處理器。

PC機已廣泛應用于社會的各個領域，從政府機關到家庭，PC機無所不在。特別值得一提的是便攜式計算機的發(fā)展取得了驚人的成績，性能和臺式機已趨于一致，但重量較輕便于隨身攜帶。1.3信息科學與信息技術信息是人類的一切生存活動和自然存在所傳達出來的信號和消息。信息科學是研究信息及其運動規(guī)律的科學。它研究信息提供、信息識別、信息變換、信息傳遞、信息存儲、信息檢索、信息處理等一系列問題和過程。

信息技術(IT)指一切能擴展人的信息功能的技術。也指利用電子計算機和現(xiàn)代通信手段實現(xiàn)獲取信息、傳遞信息、存儲信息、處理信息、顯示信息、分配信息等的相關技術。

信息技術主要包括以下幾個方面：

感測與識別技術

作用是擴展人獲取信息的感覺器官功能

信息傳遞技術

功能是實現(xiàn)信息快速、可靠、安全地傳輸

信息處理與再生技術

對信息編碼、壓縮、加密，形成一些新的信息

信息施用技術

包括控制技術、顯示技術等

計算機在信息處理中的應用數(shù)據(jù)加工“海量”存儲通信多媒體技術

智能化決策信息高速公路

是一個交互式的多媒體網(wǎng)絡?！奥访妗庇赏ㄐ啪W(wǎng)絡和通信設備組成，路面上行駛的“車輛”是信息資源，而駕車的是人。

中國的“三金”工程：金橋、金關、金卡。1993年美國政府提出了建立“國家信息基礎設施”計劃，簡稱NⅡ。這標志著美國的信息高速公路的建設進入了實施階段。如今，計算機不再是單一的計算機器，而是一種信息機器，一種個人的信息機器。1.4計算機應用概述

科學計算(數(shù)值計算)如：導彈設計、飛機設計、石油勘探數(shù)據(jù)處理(非數(shù)值計算)如：辦公自動化、企業(yè)管理、事務管理、情報檢索

過程控制如：導彈、人造衛(wèi)星、宇宙飛船等飛行器的控制

計算機輔助系統(tǒng)如：CAD、CAM、CAI人工智能如：博弈、專家系統(tǒng)、機器人

計算機最新應用簡述高性能計算

高性能計算（HPC-HighPerformanceComputing）研究并行算法和開發(fā)相關軟件，它的基礎是高性能計算機，目前最常見的是由多臺計算機組成的計算機集群系統(tǒng)，它通過各種互聯(lián)技術將多個計算機系統(tǒng)連接在一起，利用所有被連接系統(tǒng)的綜合計算能力來處理大型計算問題。主要應用領域：石油勘探、氣象預報、航天國防、科學研究等。網(wǎng)格計算

網(wǎng)格計算（GridComputing）是一種分布式計算，它利用互聯(lián)網(wǎng)上的計算機的中央處理器的閑置處理能力來解決大型計算問題，主要面向科學研究領域，支持大型集中式應用。云計算云計算是分布式處理、并行計算、網(wǎng)格計算的發(fā)展，云計算的資源相對集中，主要以數(shù)據(jù)為中心的形式提供底層資源的使用。云計算是基于互聯(lián)網(wǎng)的服務的增加、使用和交付模式，通常涉及通過互聯(lián)網(wǎng)來提供動態(tài)易擴展且經(jīng)常是虛擬化的資源。云計算是傳統(tǒng)計算機和網(wǎng)絡技術發(fā)展融合的產(chǎn)物，它意味著計算能力也可作為一種商品通過互聯(lián)網(wǎng)進行流通。云計算本質(zhì)上是一種模式，但模式的實現(xiàn)是需要技術提供支持的，云計算的實現(xiàn)技術對云計算模式的實現(xiàn)具有重要的意義，沒有技術的支持，模式的實現(xiàn)就無從談起。1.5計算機病毒、惡意軟件及其防治

1986年，巴基斯坦兩兄弟為追蹤非法拷貝其軟件的人制造了第一個傳染PC兼容機的“巴基斯坦”病毒，目前全球的計算機病毒已超過數(shù)十萬種。計算機病毒是一種小程序,能夠自我復制,會將自己的病毒碼依附在其他的程序上，通過其他程序的執(zhí)行，伺機傳播，有一定潛伏期，一旦條件成熟，進行各種破壞活動，影響計算機使用。

我國的計算機病毒定義：計算機病毒,是指編制或者在計算機程序中插入的破壞計算機功能或者毀壞數(shù)據(jù),影響計算機使用,并能自我復制的一組計算機指令或者程序代碼。計算機病毒的特點及類型

特點:傳染性破壞性破壞性寄生性可觸發(fā)性針對性類型:引導區(qū)病毒

文件型病毒

宏病毒

腳本病毒

網(wǎng)絡蠕蟲程序

“特洛伊木馬”程序

計算機病毒發(fā)作前的表現(xiàn)現(xiàn)象

平時運行正常的計算機突然經(jīng)常性無緣無故地死機操作系統(tǒng)無法正常啟動運行速度明顯變慢以前能正常運行的軟件經(jīng)常發(fā)生內(nèi)存不足的錯誤打印和通訊發(fā)生異常無意中要求對軟盤進行寫操作以前能正常運行的應用程序經(jīng)常發(fā)生死機或非法錯誤系統(tǒng)文件的時間、日期、大小發(fā)生變化運行Word，打開Word文檔后，該文件另存時只能以模板方式保存磁盤空間迅速減少網(wǎng)絡驅(qū)動器卷或共享目錄無法調(diào)用基本內(nèi)存發(fā)生變化陌生人發(fā)來的電子郵件自動鏈接到一些陌生的網(wǎng)站計算機病毒發(fā)作時的表現(xiàn)現(xiàn)象

提示一些不相干的話發(fā)出一段的音樂產(chǎn)生特定的圖象硬盤燈不斷閃爍進行游戲算法Windows桌面圖標發(fā)生變化計算機突然死機或重啟自動發(fā)送電子郵件鼠標自己在動計算機病毒發(fā)作后的表現(xiàn)現(xiàn)象

硬盤無法啟動，數(shù)據(jù)丟失

系統(tǒng)文件丟失或被破壞

文件目錄發(fā)生混亂

部分文檔丟失或被破壞

部分文檔自動加密碼

修改Autoexec.bat文件，增加FormatC:一項，導致計算機重新啟動時格式化硬盤

使部分可軟件升級主板的BIOS程序混亂，主板被破壞

網(wǎng)絡癱瘓，無法提供正常的服務

計算機病毒的防治

依法治毒1994年頒布實施了《中華人民共和國信息系統(tǒng)安全保護條例》1997年在新《刑法》中增加了有關對制作、傳播計算機病毒進行處罰的條款。2000年頒布實施了《計算機病毒防治管理辦法》嚴把產(chǎn)品質(zhì)量關1996年頒布了中華人民共和國公共安全行業(yè)標準：GA135-1996《DOS環(huán)境下計算機病毒的檢測方法》2000年頒布了中華人民共和國公共安全行業(yè)標準GA243-2000《計算機病毒防治產(chǎn)品評級準則》建章建制

進行風險分析

實行上機證制度堅持定期檢測系統(tǒng)

盡量不用非法復制的程序盤手頭應備有最新的病毒檢測、清除軟件對主引導區(qū)、引導扇區(qū)、FAT表、根目錄表、中斷向量表、模板文件等系統(tǒng)要害部位做備份局域網(wǎng)的機器盡量使用無盤（軟盤）工作站安裝系統(tǒng)時，不要貪圖大而全，要遵守適當?shù)脑瓌t不要輕易打開電子郵件的附件

網(wǎng)絡環(huán)境下的防病毒策略

充分利用網(wǎng)絡本身提供的安全機制

工作站盡量不要安裝軟驅(qū)和光驅(qū)

網(wǎng)絡安裝時，一定要保證網(wǎng)絡系統(tǒng)軟件和其它應用軟件無病毒

網(wǎng)絡一旦投入正式運行，不要再隨意裝入新的軟件

決不能在正式運行的網(wǎng)絡環(huán)境中進行軟件開發(fā)

加強網(wǎng)絡的主動控制能力

計算機病毒的清