大学计算机信息技术-第1章-计算机基础知识

第1章计算机基础知识1大纲要求重点:计算机的发展、类型及其应用领域。计算机中数据的表示、存储与处理。多媒体技术的概念与应用计算机病毒的概念、特征、分类与防治。第1章计算机基础知识计算机概述1信息的表示与存储2多媒体技术3计算机病毒及其防治4第1章计算机基础知识计算机概述1.1计算机的诞生及发展过程1.1.1计算机的特点1.1.2计算机的应用1.1.3计算机的分类1.1.4未来计算机的发展趋势1.1.5第1章计算机基础知识1.1计算机概述世界上第一台计算机问世：电子数字积分计算机（ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator）于1946年，在美国宾夕法尼亚大学研制成功。5使科学家从繁重的计算中解放出来。ENIAC的问世标志着计算机时代的到来。计算机的诞生及发展过程1.1.11.1计算机概述冯·诺依曼型计算机原理二进制：计算机的程序和程序运行所需要的数据以二进制形式表示和存储。程序存储，自动执行：程序和数据存放在存储器中，计算机执行程序时，无需人工干预，能自动、连续地执行程序，并得到预期的结果。计算机的诞生及发展过程1.1.1计算机发展的四个阶段(因采用的物理器件不同)第一代(1946~1958)电子管几千（次/秒）第二代(1959~1964)晶体管几万~几十万（次/秒）第三代(1965~1970)中、小集成电路几十万~几百万（次/秒）第四代(1971~至今)大、超大规模集成电路上千万~万亿（次/秒）1.1计算机概述计算机的诞生及发展过程1.1.11.1计算机概述中国电子计算机的发展第一代计算机（1946—1958）。这段时期称之为“电子管计算机时代”。第二代计算机（1959—1964）。这段时期称为“晶体管计算机时代”。第三代计算机（1965—1970）。这段时期被称为“中、小规模集成电路计算机时代”。第四代计算机（1971年至今）。这段时期称之为“大规模或超大规模集成电路计算机时代”。计算机的诞生及发展过程1.1.11.1计算机概述计算机的特点1.1.21.运算速度快计算机系统的运算速度指的是单位时间内所能执行指令的条数，一般以每秒能执行多少条指令来描述。计算机内部的运算是由数字逻辑电路组成的，可以高速准确地完成各种算术运算。早期的计算机由于技术的原因，工作频率较低，而随着集成电路技术的发展，计算机的运算速度得到飞速提升，目前世界上已经有超过每秒亿亿次速度的计算机。3.准确的逻辑判断能力计算机不仅能进行精确计算，还具有逻辑运算功能，能对信息进行比较和判断。计算机能把参加运算的数据、程序以及中间结果和最后结果保存起来，并能根据判断的结果自动执行下一条指令以供用户随时调用。1.1计算机概述2.计算精度高计算机的运算精度取决于采用机器码的字长（二进制码），即通常的8位、16位、32位和64位等，字长越长，有效位数就越多，精度就越高。如果使用十位十进制数转换成机器码，便可以轻而易举的取得几百亿分之一的精度。计算机的特点1.1.25.自动功能计算机内具有运算单元、控制单元、存储单元和输入输出单元，计算机可以按照预先编写好的程序（一组指令）实现工作自动化，不需要人的干预，而且还可反复执行。1.1计算机概述4.强大的存储能力计算机具有许多存储记忆载体，可以存储大量的信息。这些信息不仅包括各类数据信息，还包括加工这些数据的程序。计算机的特点1.1.21.1计算机概述6.网络与通信功能通过计算机网络技术可以将不同城市、不同国家的计算机连在一起形成一个计算机网，在网上的所有计算机用户可以共享资料和交流信息，从而改变了人类的交流方式和信息获取方式。计算机的特点1.1.21.1计算机概述1.科学计算科学计算也被称为数值计算，是指利用计算机来完成科学研究和工程设计中提出的一系列复杂的数学问题的计算。计算机不仅能进行数字运算，还可以解答微积分方程以及不等式。由于计算机具有较高的运算速度，对于以往人工难以完成甚至无法完成的数值计算，计算机都可以完成，如气象资料分析和卫星轨道的测算等。目前，基于互联网的云计算也将发挥越来越重要的作用。计算机的应用1.1.31.1计算机概述2.数据与信息处理对大量的数据进行分析、加工和处理等工作早已开始使用计算机来完成，这些数据不仅包括“数”，还包括文字、图像和声音等数据形式。由于现代计算机速度快、存储容量大，使得计算机在数据处理和信息加工方面的应用十分广泛，如企业的财务管理、事物管理、资料和人事档案的文字处理等。利用计算机进行信息管理，为实现办公自动化和管理自动化创造了有利条件。计算机的应用1.1.31.1计算机概述3.过程控制过程控制也称为实时控制，它是指利用计算机对生产过程和其他过程进行自动监测以及自动控制设备工作状态的一种控制方式，被广泛应用于各种工业环境中，并替代人在危险、有害的环境中作业，不受疲劳等因素的影响，并可完成人类所不能完成的有高精度和高速度要求的操作，从而节省了大量的人力物力，并大大提高了经济效益。计算机的应用1.1.31.1计算机概述4.人工智能人工智能（ArtificialIntelligence,AI）是用计算机模拟人类的某些智力活动。利用计算机可以进行图像和物体的识别，模拟人的学习过程和探索过程。人工智能研究期望赋予计算机以更多人的智能，如机器翻译、智能机器人等，都是利用计算机模拟人类的智力活动。人工智能是计算机科学发展以来一直处于前沿的研究领域，其主要研究内容包括自然语言理解、专家系统、机器人以及定理自动证明等。目前，人工智能已应用于机器人、医疗诊断、故障诊断、案件侦破和经营管理等诸多方面。计算机的应用1.1.31.1计算机概述5.计算机辅助计算机辅助也称为计算机辅助工程，是指利用计算机协助人们完成各种设计工作。计算机的辅助功能是目前正在迅速发展并不断取得成果的重要应用领域，主要包括计算机辅助设计（ComputerAidedDesign，CAD）、计算机辅助制造（ComputerAidedManufacturing，CAM）、计算机辅助测试（ComputerAidedText，CAT）、计算机辅助工程（ComputerAidedEngineering，CAE）、计算机辅助教学（ComputerAidedInstruction，CAI）、计算机仿真模拟（Simulation）等。计算机的应用1.1.31.1计算机概述6.网络通信网络通信是计算机技术与现代通信技术相结合的产物。网络通信是指利用计算机网络实现信息的传递功能，随着Internet技术的快速发展，人们可以在不同地区和国家间进行数据的传递，并可通过计算机网络进行各种商务活动。计算机的应用1.1.31.1计算机概述7.多媒体技术多媒体技术（MultimediaTechnology）是指通过计算机对文字、数据、图形、图像、动画和声音等多种媒体信息进行综合处理和管理，使用户可以通过多种感官与计算机进行实时信息交互的技术。多媒体技术拓宽了计算机的应用领域，使计算机广泛应用于教育、广告宣传、视频会议、服务业和文化娱乐业等。同时，多媒体技术与人工智能技术的有机结合还促进了虚拟现实（VirtualReality）、虚拟制造（VirtualManufacturing）技术的发展。计算机的应用1.1.31.1计算机概述8.嵌入式系统并不是所有计算机都是通用的。有许多特殊的计算机用于不同的设备中，包括大量的消费电子产品和工业制造系统，都是把处理器芯片嵌入其中，完成特定的处理任务。这些系统称为嵌入式系统。如数码相机、数码摄像机以及高档电动玩具等都使用了不同功能的处理器。计算机的应用1.1.31.1计算机概述1.巨型机巨型机也称超级计算机或高性能计算机，在所有计算机类型中占地最大，价格最贵，功能最强，其浮点运算速度极快。通常，巨型机多用于国家高科技领域和尖端技术研究，是一个国家科研实力的体现，现有的超级计算机运算速度大多可以达到每秒一太（Trillion，万亿）次以上。2014年6月，在德国莱比锡市发布的世界超级计算机500强排行榜上，中国超级计算机系统“天河二号”位居榜首，其浮点运算速度达到每秒33.86千万亿次。计算机的分类1.1.41.1计算机概述2.大型机大型通用机的特点是大型、通用，具有极强的处理能力和管理能力，运算速度为每秒100万至几千万次，在1台大型机中可以使用几十台微机或微机芯片，用以完成特定的操作，可同时支持上万个用户，可支持几十个大型数据库。大型通用机主要应用在政府管理部门、大公司、大企业、高校和科研院所。大型通用机通常又被称为“企业级”计算机，通用性强但价格较贵，覆盖国内通常所说的大中型机。计算机的分类1.1.41.1计算机概述3.微型计算机微型计算机简称微机，即通常说的电脑、个人电脑（PersonalComputer，PC）。微机技术在近10年发展迅速，平均每两年计算机微芯片上集成的晶体管数目翻一番，性能提高一倍而价格降低一半。微机的主流是IBM公司在1981年推出的PC系列及其众多的兼容机。微机以其设计先进（总是率先采用高性能的微处理器）、软件丰富、功能齐全、价格便宜等优势而拥有广大的用户，因而大大推动了计算机的普及应用。微机分为可独立使用的微机和嵌入式微机（又称嵌入式系统）两类。计算机的分类1.1.41.1计算机概述可独立使用的微机可分为台式机、一体机、笔记本电脑、平板电脑、掌上电脑（PDA）等，另外在掌上电脑基础上加上手机功能，就成了智能手机；平板电脑、掌上电脑的核心技术是嵌入式操作系统这一系统软件，各种产品之间的竞争也主要在此。计算机的分类1.1.41.1计算机概述4.工作站工作站是一种高端的通用微型计算机系统。它具有较高的运算速度，具有大小型机的多任务、多用户功能，且兼具微型计算机的操作便利和良好的人机界面。它可以连接到多种输入/输出设备。它具有易于联网、处理功能强等特点。其应用领域也已从最初的计算机辅助设计扩展到商业、金融、办公领域，并充当网络服务器的角色。计算机的分类1.1.41.1计算机概述5.服务器服务器专指能通过网络，为客户端计算机提供各种服务的高性能的计算机。服务器的构成与普通电脑类似，但相对于普通电脑来说，稳定性、安全性、可扩展性、可管理性、性能等方面都要求更高，因此在CPU、芯片组、内存、磁盘系统、网络等硬件上和普通电脑有所不同。服务器是网络的节点，存储、处理网络上80%的数据、信息，在网络中起到举足轻重的作用，被称为网络的灵魂。服务器可以是大型机、小型机、工作站或高档微机。服务器可以提供信息浏览、电子邮件、文件传送、数据库等多种业务服务。计算机的分类1.1.41)巨型化巨型化是指计算速度更快、存储容量更大、功能更完善、可靠性更高、运算速度可达万万亿次/秒、存储容量超过几百T字节。2)微型化微型计算机正在循序向便携机、掌上机发展的价格、方便的使用、丰富的软件，使其受到用户的青睐。1.1计算机概述1.计算机的发展方向未来计算机的发展趋势1.1.51.1计算机概述3)网络化网络化是指利用技术和计算机技术，把分布在不同地点的计算机互联起来，按照网络协议互相通信，以共享软件、硬件和数据资源。4)智能化智能化是指模拟人的感觉和思维能力。智能计算机具有解决问题和逻辑推理的功能，以及处理知识和知识库管理的功能等。未来计算机的发展趋势1.1.52.新一代的计算机1.1计算机概述1)模糊计算机：基于模糊理论，能够实现模糊的、不确切的判断进行工程处理的计算机。2)生物计算机：以生物元件构建的计算机。3)光子计算机：一种用光信号进行数字运算、信息存储和处理的计算机。4)超导计算机：用超导材料替代半导体材料制造的计算机。超导计算机具有能耗小、运算速度快的特点。5)量子计算机：基于量子动力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的计算机。未来计算机的发展趋势1.1.51.信息与信息技术狭义定义：一般来说，信息的采集、加工、存储、传输和利用过程中的每一种技术都是信息技术。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