第一章 大学计算机基础

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1、1第一章第一章 计算机与信息社会计算机与信息社会 1.1 计算机的发展计算机的发展 1.2 信息技术概述信息技术概述 1.3 计算机在信息社会中的应用计算机在信息社会中的应用教学安排：以自学为主教学安排：以自学为主2 1.1 计算机的发展计算机的发展 n 算算 盘盘 中国唐代中国唐代 第一种手动式计数器第一种手动式计数器n 计算尺计算尺 1622年，英国年，英国William Oughtred 手动式手动式、减、乘、除、指数和三角函数运算、减、乘、除、指数和三角函数运算n 加法器加法器 19421942年，法国年，法国BlaiseBlaise Pascal Pascal 机械式，机械式，只能做

2、加法只能做加法n 计算器计算器 16731673年，德国年，德国Gottfried LeibnizGottfried Leibniz 机械式，机械式，加、减、乘、除和开方加、减、乘、除和开方n 差分机差分机 18121812年，英国年，英国Charles BabbageCharles Babbagen 分析机分析机 18341834年，英国年，英国Charles BabbageCharles Babbage3 查尔斯查尔斯. .巴贝奇巴贝奇 1812年差分机年差分机 1834年分析机年分析机 1.1.1 近代计算机近代计算机1.1.差分机和分析机差分机和分析机三部分组成：三部分组成：(1)(1

3、)由许多轮子组成的保存数据的存储库；由许多轮子组成的保存数据的存储库；(2)(2)运算装置；运算装置；(3)(3)能对操作顺序进行控制，并选择所需处理的数能对操作顺序进行控制，并选择所需处理的数据以及输出结果的装置。据以及输出结果的装置。史料：史料：查尔斯查尔斯.巴贝奇巴贝奇4 Howard Aiken博士博士发现了发现了查尔斯查尔斯.巴贝奇的论文巴贝奇的论文在在IBM的支持下，用机电方式制造了的支持下，用机电方式制造了MARK IMARK II和和 MARK III是电子计算机是电子计算机2. MARK I 1944年年51尺长尺长重重5顿顿750,000部份合并而成部份合并而成有有72个累

4、加器，每一个个累加器，每一个有自己的算术部件，及有自己的算术部件，及23位数的寄存器。位数的寄存器。 3. ABC计算机计算机 1941年年 电子管数字计算机电子管数字计算机 John V.Atanasoff和和Clifford E.Berry为数学物理研究研制的，为数学物理研究研制的，5史料：史料： 阿兰阿兰.图灵图灵 冯冯诺依曼诺依曼计算机科学奠基人计算机科学奠基人英国科学家英国科学家 阿兰阿兰. .图灵图灵主要贡献：主要贡献： 建立图灵机模型，奠定了可计算理论的建立图灵机模型，奠定了可计算理论的基础基础 提出图灵测试，阐述了机器智能的概念提出图灵测试，阐述了机器智能的概念 电子计算机之父

5、：电子计算机之父：美籍匈牙利数学家美籍匈牙利数学家 冯冯. .诺依曼诺依曼4. 阿兰阿兰.图灵和冯图灵和冯.诺依曼诺依曼美国计算机学会美国计算机学会(ACM)1966(ACM)1966年设立图灵奖年设立图灵奖主要贡献：主要贡献： 与同事研制人类第二台计算机与同事研制人类第二台计算机EDVAC “存储程序存储程序”概念概念 冯冯诺依曼计算机诺依曼计算机 奠定了现代计算机体系结构和工作原理奠定了现代计算机体系结构和工作原理61.1.2 电子计算机的问世电子计算机的问世1946年年2月由宾州大学研制的月由宾州大学研制的ENIAC电子计算机时代的到来电子计算机时代的到来 Electronic Nume

6、rical Integrator And Calculator电子数字积分计算机电子数字积分计算机重达重达30吨吨占地占地250m2启动工耗启动工耗150000瓦瓦18000个电子管个电子管:每秒每秒5千次加减运算千次加减运算:没有存储器没有存储器:采用十进制采用十进制第一款商用计算机：第一款商用计算机：UNIVAL1947年，莫奇莱和埃克特年，莫奇莱和埃克特史料：史料：莫奇莱和埃克特莫奇莱和埃克特71.1.3 计算机的分代计算机的分代时代时代年份年份器件器件软件软件应用应用一一 46-58电子管电子管机器语言汇编语言机器语言汇编语言 科学计算科学计算二二58-64晶体管晶体管高级语言高级语言

7、数据处理工业控制数据处理工业控制 三三64-71集成电路集成电路操作系统操作系统文字处理图形处理文字处理图形处理四四71年迄今年迄今大规模集成电路大规模集成电路数据库、网络等数据库、网络等社会的各个领域社会的各个领域电子管电子管晶体管晶体管集成电路集成电路大规模集成电路大规模集成电路史料：史料： IBMIBM的发展史的发展史 硅谷人才摇篮仙童半导体公司硅谷人才摇篮仙童半导体公司 HPHP的发展史的发展史 比尔比尔. .盖茨盖茨81.1.4 计算机的分类计算机的分类 按综合性能按综合性能指标分类指标分类高性能计算机（高性能计算机（巨型机或大型机巨型机或大型机）：）： 速度最快、处理能力最强、速度

8、最快、处理能力最强、 最快：最快：NEC Earth Simulator NEC Earth Simulator 每秒每秒3535万亿次浮点运算，峰值万亿次浮点运算，峰值4040万亿次万亿次 中国：中国：曙光曙光4000A 25604000A 2560颗颗6464位位AMD AMD OpteronOpteron处理器处理器 每秒每秒8万亿次浮点运算，全球排名第万亿次浮点运算，全球排名第10工作站工作站：介于介于PCPC与小型机之间高档微机系统与小型机之间高档微机系统 高分辨率、大容量内外存，图形功能较强高分辨率、大容量内外存，图形功能较强微型计算机微型计算机： 台式机、笔记本和个人数字助量台式

9、机、笔记本和个人数字助量(PDA)(PDA)服务器服务器：网络环境中为多个用户提供服务的：网络环境中为多个用户提供服务的 计算机系统计算机系统按用途分类按用途分类通用机通用机专用机专用机91.1.5 计算机的新技术计算机的新技术1嵌入式技术嵌入式技术 将将计计算算机机作作为为一一个个信信息息处处理理部部件件，嵌嵌入入到到应应用用系系统统之之中中的的一一种种技术。技术。系统和功能软件固化起来，类似系统和功能软件固化起来，类似BIOS的工作方式。的工作方式。 应用：各种家电、数码相机等应用：各种家电、数码相机等2网格计算网格计算 利利用用互互联联网网把把分分散散在在不不同同地地理理位位置置的的电电

10、脑脑组组织织成成一一个个“虚虚拟拟的的超超级级计计算算机机”，其其中中每每一一台台的的计计算算机机就就是是一一个个“节节点点”，而而整整个个计计算算是由成千上万个是由成千上万个“节点节点”组成的组成的“一张网格一张网格”。 优点：数据处理能力超强；充分利用网上的闲置处理能力。优点：数据处理能力超强；充分利用网上的闲置处理能力。 示例：示例：103中间件技术中间件技术 中间件是介于应用软件和操作系统之间的系统软件中间件是介于应用软件和操作系统之间的系统软件 111.1.6 未来新型计算机未来新型计算机1光计算机光计算机 利利用用光光子子取取代代电电子子进进行行数据运算、传输和存储。数据运算、传输

11、和存储。 不不同同波波长长的的表表示示不不同同的的数据数据 优优点：超高速点：超高速 缺点：体缺点：体积庞积庞大大2生物计算机（分子计算机）生物计算机（分子计算机） 2020世世纪纪8080年年代代中中期期开开始始研研制制 采用了生物芯片采用了生物芯片3量子计算机量子计算机 利用处于多现实态下的原子进行运算的计算机，利用处于多现实态下的原子进行运算的计算机， 这种多现实态是量子力学的标志。这种多现实态是量子力学的标志。 121.2 信息技术概述信息技术概述1.2.1 信息技术基础知识信息技术基础知识 1. 1. 信息与数据信息与数据 病历卡上记载病人的体温病历卡上记载病人的体温39oC是数据。

12、数据是数据。数据39oC本身本身是没有意义的。当数据以某种形式经过处理、描述或与其是没有意义的。当数据以某种形式经过处理、描述或与其它数据比较时，才能成为信息。某个病人的体温是它数据比较时，才能成为信息。某个病人的体温是39oC，这才是信息，信息是有意义的。这才是信息，信息是有意义的。信息信息 各种事物的变化和特征的反映各种事物的变化和特征的反映 数据数据 信息的载体。信息的载体。 例如：数值、文字、语言、图形、图像等。例如：数值、文字、语言、图形、图像等。 132. 2. 信息技术信息技术(Information Technology，IT)联合国教科文组织的定义联合国教科文组织的定义 应用

13、在信息加工和处理中的科学、技术与工程的训应用在信息加工和处理中的科学、技术与工程的训练方法和管理技巧；上述方面的技巧和应用；计算机及练方法和管理技巧；上述方面的技巧和应用；计算机及其与人、机的相互作用；与之相应的社会、经济和文化其与人、机的相互作用；与之相应的社会、经济和文化等诸种事物。等诸种事物。 141.2.2 现代信息技术的内容现代信息技术的内容 1. 信息基础技术信息基础技术 微电子技术微电子技术 当今世界新技术革命的基石当今世界新技术革命的基石 光电子技术光电子技术 采用光子作为信息的载体采用光子作为信息的载体 2. 信息系统技术信息系统技术 信息获取技术信息获取技术 传感技术、遥测

14、技术和遥感技术传感技术、遥测技术和遥感技术 信息处理技术信息处理技术 计算机技术成为现代信息技术的核心计算机技术成为现代信息技术的核心 信息传输技术信息传输技术 光纤通信技术、卫星通信技术等光纤通信技术、卫星通信技术等 信息控制技术信息控制技术 利用信息传递和反馈来实现利用信息传递和反馈来实现 信息存贮技术信息存贮技术 缩微品、磁盘、光盘缩微品、磁盘、光盘 通通信信技技术术( (Communication) )、计计算算机机技技术术( (Computer) )和和控控制制技术技术( (Control) )合称为合称为3C3C。3. 信息应用技术信息应用技术如信息管理、信息控制、信息决策如信息管

15、理、信息控制、信息决策 151.2.3 现代信息技术的特点现代信息技术的特点 数字化数字化 大量信息可以被压缩，并以光速进行传输。大量信息可以被压缩，并以光速进行传输。 多媒体化多媒体化 文文字字、声声音音、图图形形、图图像像、视视频频等等信信息息媒媒体体与与计计算算机机集集成成在在一一起，以接近于人类的工作方式和思考方式来设计与操作。起，以接近于人类的工作方式和思考方式来设计与操作。 高速度、网络化、宽频带高速度、网络化、宽频带 下一代的下一代的InternetInternet技术。技术。 智能化智能化 在在超超媒媒体体的的世世界界里里，软软件件代代理理收收集集任任何何可可能能想想要要在在网

16、网络络上上取取得得的信息。的信息。161.3 计算机在信息社会中的应用计算机在信息社会中的应用 计算机的应用类型计算机的应用类型1. 科学计算科学计算2. 数据处理数据处理3. 电子商务电子商务4. 过程控制过程控制5. CAD/CAM/CIMS6. 多媒体技术多媒体技术 7. .虚拟现实虚拟现实8. 人工智能人工智能 计算机的主要应用领域计算机的主要应用领域1. 工商：工商：电子商务、电子商务、CAD/CAM2. 教育：教育：多媒体教育、远程教育多媒体教育、远程教育3. 医药：医药：CAT、MRI、远程医疗、远程医疗4. 政府：政府：电子政府电子政府5. 娱乐：娱乐：虚拟现实、电影特技虚拟现实、电影特技 6. 科研：科研：数据采集、计算分析数据采集、计算分析7. 家庭：家庭：家庭信息化家庭信息化 17思考题思考题1. 计算机的发展经历了哪几个阶段？各阶段的主要特征是计算机的发展经历了哪几个阶段？各阶段的主要特征是什么？什么？2. 按综合性能指标，计算机一般分为哪几类？按综合性能指标，计算机一般分为哪几类？3. 信息与数据的区别是什么？信息与数据的区别是什么？