第1章 大学计算机基础简明教程

1第1章计算机与信息社会1.1计算机的发展1.2信息技术概述1.3计算机在信息社会中的应用教学安排：以自学为主21.1计算机的发展算盘中国唐代第一种手动式计数器计算尺1622年，英国WilliamOughtred手动式、减、乘、除、指数和三角函数运算加法器1942年，法国BlaisePascal机械式，只能做加法计算器1673年，德国GottfriedLeibniz机械式，加、减、乘、除和开方差分机1812年，英国CharlesBabbage分析机1834年，英国CharlesBabbage3查尔斯.巴贝奇1812年差分机1834年分析机1.1.1近代计算机1.差分机和分析机三部分组成：(1)由许多轮子组成的保存数据的存储库；(2)运算装置；(3)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。史料：查尔斯.巴贝奇4HowardAiken博士发现了查尔斯.巴贝奇的论文在IBM的支持下，用机电方式制造了MARKIMARKII和MARKIII是电子计算机2.MARKI1944年51尺长重5吨750,000部份合并而成有72个累加器，每一个有自己的算术部件，及23位数的寄存器。3.ABC计算机1941年电子管数字计算机JohnV.Atanasoff和CliffordE.Berry为数学物理研究研制的，5史料：阿兰.图灵冯·诺依曼计算机科学奠基人英国科学家阿兰.图灵主要贡献：•建立图灵机模型，奠定了可计算理论的基础•提出图灵测试，阐述了机器智能的概念电子计算机之父：美籍匈牙利数学家冯.诺依曼4.阿兰.图灵和冯.诺依曼美国计算机学会(ACM)1966年设立图灵奖主要贡献：•与同事研制人类第二台计算机EDVAC•“存储程序”概念冯·诺依曼计算机•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1946年2月由宾州大学研制的ENIAC电子计算机时代的到来ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator电子数字积分计算机重达30吨占地250m2启动工耗150000瓦18000个电子管每秒5千次加减运算没有存储器采用十进制第一款商用计算机：UNIVAL1947年，莫奇莱和埃克特史料：莫奇莱和埃克特71.1.3计算机的分代时代年份器件软件应用一46-58电子管机器语言汇编语言科学计算二58-64晶体管高级语言数据处理工业控制三64-71集成电路操作系统文字处理图形处理四71年迄今大规模集成电路数据库、网络等社会的各个领域电子管晶体管集成电路大规模集成电路史料：IBM的发展史硅谷人才摇篮仙童半导体公司HP的发展史比尔.盖茨81.1.4计算机的分类按综合性能指标分类高性能计算机（巨型机或大型机）：速度最快、处理能力最强、最快：NECEarthSimulator每秒35万亿次浮点运算，峰值40万亿次中国：曙光4000A2560颗64位AMDOpteron处理器每秒8万亿次浮点运算，全球排名第10工作站：介于PC与小型机之间高档微机系统高分辨率、大容量内外存，图形功能较强微型计算机：台式机、笔记本和个人数字助量(PDA)服务器：网络环境中为多个用户提供服务的计算机系统按用途分类通用机专用机91.1.5计算机的新技术1．嵌入式技术将计算机作为一个信息处理部件，嵌入到应用系统之中的一种技术。系统和功能软件固化起来，类似BIOS的工作方式。应用：各种家电、数码相机等2．网格计算利用互联网把分散在不同地理位置的电脑组织成一个“虚拟的超级计算机”，其中每一台的计算机就是一个“节点”，而整个计算是由成千上万个“节点”组成的“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。示例：图1.1.6D2OL网格计算103．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111.1.6未来新型计算机1．光计算机利用光子取代电子进行数据运算、传输和存储。不同波长的表示不同的数据优点：超高速缺点：体积庞大2．生物计算机（分子计算机）20世纪80年代中期开始研制采用了生物芯片3．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，这种多现实态是量子力学的标志。121.2信息技术概述1.2.1信息技术基础知识1.信息与数据病历卡上记载病人的体温39oC是数据。数据39oC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。•信息各种事物的变化和特征的反映•数据信息的载体。例如：数值、文字、语言、图形、图像等。132.信息技术(InformationTechnology，IT)联合国教科文组织的定义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；上述方面和技巧和应用；计算机及其与人、机的相互作用；与之相应的社会、经济和文化等诸种事物。141.2.2现代信息技术的内容1.信息基础技术微电子技术当今世界新技术革命的基石光电子技术采用光子作为信息的载体2.信息系统技术信息获取技术传感技术、遥测技术和遥感技术信息处理技术计算机技术成为现代信息技术的核心信息传输技术光纤通信技术、卫星通信技术等信息控制技术利用信息传递和反馈来实现信息存贮技术缩微品、磁盘、光盘通信技术(Communication)、计算机技术(Computer)和控制技术(Control)合称为3C。3.信息应用技术如信息管理、信息控制、信息决策151.2.3现代信息技术的特点数字化大量信息可以被压缩，并以光速进行传输。多媒体化文字、声音、图形、图像、视频等信息媒体与计算机集成在一起，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、宽频带下一代的Internet技术。智能化在超媒体的世界里，软件代理收集任何可能想要在网络上取得的信息。161.3计算机在信息社会中的应用计算机的应用类型1.科学计算2.数据处理3.电子商务4.过程控制5.CAD/CAM/CIMS6.多媒体技术7.虚拟现实8.人工智能计算机的主要应用领域1.工商：电子商务、CAD/CAM2.教育：多媒体教育、远程教育3.医药：CAT、MRI、远程医疗4.政府：电子政府5.娱乐：虚拟现实、电影特技6.科研：数据采集、计算分析7.家庭：家庭信息化17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什么？2.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？4.什么是信息技术？5.为什么说微电子技术是整个信息技术领域的基础？6.信息处理技术具体包括哪些内容？3C的含义是什么？7.试述当代计算机的主要应用。