第1章信息技术与计算机概述

学时安排大学计算机基础共计42学时，其中讲授28学时。信息技术与计算机概述（2学时）计算机系统（2学时）操作系统（2学时/4学时）办公信息处理（10学时/20学时）数据通信技术基础（2学时）数据库技术基础（2学时）软件技术基础（2学时）多媒体技术（2学时）计算机网络与Internet应用（4学时/6学时）考核办法总评成绩=平时成绩(作业,出勤,课堂表现,上机实验成绩)+期末成绩说明：平时成绩占20%期末成绩占80%第1章信息技术与计算机概述1.1信息技术概述1.2计算机文化1.3计算机的特点和应用1.4信息在计算机内部的表示与存储1.1信息技术概述21世纪，人类步入信息化社会。物质、能源与信息成为当今社会发展的三大资源。掌握信息技术以及利用信息技术获取信息的能力已成为当今社会对人才基本素质的要求。1.1.1信息技术的发展20世纪40年代电子计算机的出现以及通信技术的发展。20世纪80年代兴起的Internet把全世界的计算机和计算机用户连在了一起。信息是指现实世界事物的存在方式或运动状态的反映。信息技术（InformationTechnology，简记为IT），是以微电子和光电技术为基础，以计算机和通信技术为支撑，以信息的采集、存储、加工、传输和应用等处理技术为主要研究方向的技术系统的总称，是一门综合性的技术，具有典型的时代特征。1.1.2信息和信息技术相关的概念信息处理是指对大量信息进行存储、加工、分类、统计、查询及报表等。通常用于办公自动化、企业管理、物资管理、信息情报检索和报表统计领域。信息化社会：信息化、信息产业。信息和信息技术相关的概念信息化1.1.3信息化社会的特征网络化全球化虚拟化1.2计算机文化计算机的应用已经渗透到各个领域，成为人们工作、生活、学习不可或缺的重要组成部分，并由此形成了独特的计算机文化。计算机文化作为当今最具活力的一种崭新文化形态。1642BlaisePascal加法器MARKI1833分析机1822差分机CharlesBabbageENIAC计算机时代1.2.1计算机的产生计算机的产生1936年，英国数学家图灵发表了论文《论可计算数及其在判定问题中的应用》，给出了现代电子数字计算机的数学模型，从理论上论证了通用计算机产生的可能性。计算机的产生世界上第一台计算机ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator电子数值积分计算机），1946年由美国的宾夕法尼亚大学研制成功的。ENIAC共使用了18000个电子管1500个继电器以及其他器件总体积约90立方米重达30吨占地面积170平方米耗电量为140千瓦运算速度为每秒5000次计算机的产生JohnvonNeumann冯诺依曼思想：存储程序控制工作原理计算机功能的两个核心问题：一是能够存储程序，二是能够自动地执行程序，即程序控制。1949年5月，英国剑桥大学数学实验室电子延迟存贮自动计算机（ElectronicDelayStorageAutomaticCalculator,简记为EDSAC），这是第一台带有存储程序结构的电子计算机。第一代（1946~1957）电子管5千~4万（次/秒）第二代（1958~1964）晶体管几万~几十万（次/秒）第三代（1965~1971）集成电路几十万~百万（次/秒）第四代（1972至今）大、超大规模集成电路几百万~几亿（次/秒）1.2.2计算机的发展计算机的发展电子管计算机第一代从1946年～1957年，计算机的逻辑元件采用电子管，通常称为电子管计算机。它的内存容量仅有几千个字节，输入输出方式也很落后。不仅运算速度低，且体积巨大，成本很高。该阶段的计算机还没有系统软件，用机器语言和汇编语言编程。计算机只能在少数尖端领域中得到应用，如科学、军事和财务等方面的计算。尽管存在这些局限性，但它却奠定了计算机发展的基础。计算机的发展晶体管计算机第二代从1958年～1964年，计算机的逻辑元件采用晶体管，即晶体管计算机。在这一时期出现了采用磁芯和磁鼓的存储器，内存容量扩大到几十千字节。晶体管比电子管平均寿命提高100～1000倍，耗电却只有电子管的百分之一，体积仅占电子管的百分之一，运算速度明显地提高，每秒可以执行几万次到几十万次的加法运算。该阶段的系统软件出现了监控程序，提出了操作系统概念，出现了高级语言，如FORTRAN、ALGOL60等。计算机的发展集成电路计算机第三代从1965年～1971年，计算机的逻辑元件采用中小规模的集成电路。这种器件把几十个或几百个分立的电子元件集中做在一块几平方毫米的硅片上（称为集成电路芯片），使计算机的体积和耗电量大大减小，运算速度却大大提高，每秒钟可以执行几十万次到一百万次的加法运算。集成电路计算机使用半导体存储器作为主存，造价更低，但性能和稳定性进一步提高。该时期，系统软件有了很大发展，出现了分时操作系统和会话式语言，采用结构化程序设计方法，为研制复杂的软件提供了技术上的保证。计算机的发展大规模与超大规模集成电路计算机第四代从1972年至今，计算机的逻辑元件采用大规模集成电路、超大规模集成电路（VLSI），在一个小硅片上容纳相当于几万个到几十万个晶体管的电子元件。这些以超大规模集成电路构成的计算机日益小型化和微型化，应用和发展的更新速度更加迅猛，产品覆盖巨型机、大/中型机、小型机、工作站和微型计算机等各种类型。在这个时期，操作系统不断完善，应用软件已成为现代工业的一部分，计算机的发展进入了以计算机网络为特征的时代。计算机的发展我国计算机的发展历程1958年8月1日，成功地研制出103小型电子计算机。“曙光”、“银河”系列巨型机。“龙芯”系列嵌入式微处理器。“天河一号”等超级计算机。晶体管数单位时间执行的指令数百万条/每秒每18个月芯片能力增长一倍。计算机第一定律——摩尔定律(补充)1.2.3计算机的发展趋势发展趋势：巨型化、微型化、网络化、智能化巨型化是指计算机向高速度、高精度、大容量、功能强方向发展。在许多领域都需要这样的计算机，比如模拟核实验、破解人类基因、气象预报等。一个国家的巨型机水平，在一定程度上标志着该国计算机技术水平。CRAY-Ⅱ运算速度可达每秒几百亿次运算的超级计算机1975年世界上第一台超级计算机“Cray-I”超级计算机应用：天气预报、地震机理研究、石油和地质勘探，卫星图像处理等大量科学计算的高科技领域。中国超级计算机：国防科技大学研制的“银河1号”、“银河2号”和“银河3号”国家职能计算机中心推出的“曙光1000”、“曙光200I”和“曙光3000”“曙光4000A”银河Ⅱ计算机的发展趋势计算机的发展趋势微型化是指计算机向功能齐全、使用方便、体积微小、价格低廉方向发展。计算机的微型化可以拓展计算机的应用领域，微型机的研制、开发和广泛应用，则标志着一个国家计算机科学普及的程度。Altair8800计算机不再是单一的计算机器，而是一种信息机器，一种个人的信息机器。计算机的发展趋势计算机的发展趋势网络化，计算机网络是指地理位置不同并具有独立功能的多个计算机系统，通过通信设备和线路相互连接起来，在网络软件的控制下，实现数据通信和资源共享。计算机的许多应用如远程教育、电子商务、信息通讯等都离不开网络的支持，计算机技术与网络技术已经结合成一体，相互促进融合发展。计算机网络：计算机技术与通信技术结合的产物。计算机网络的发展动力：使用远程资源，共享程序、数据和信息资源，网络用户的通讯和合作。计算机的发展趋势计算机的发展趋势智能化，使计算机更加高速、准确地处理信息与数据，并且使计算机能模拟人的思维，进行判断、分析、处理信息一系列人工智能等方面研究，是计算机技术发展的一个重要方面。“总有一天，人类会造出一些举止跟人一样的‘没有灵魂的机械’来”。——笛卡尔（1637）人类第一个“工业机器人”：一头在纺织机上挑纱的“驴”（1742年）第一代机器人机械手（1962年出现）第二代机器人具有“感觉”的机器人第三代机器人装有启发式计算机的“智能机器人”DeepblueGarryKasparov计算机的发展趋势1.2.4计算机的分类按计算机处理数据信息的形式分类，可以分为数字计算机、模拟计算机、数模混合计算机。通常我们所应用的计算机都是数字计算机。按计算机的运算速度、输入输出能力、数据存储以及机器体积等性能指标，可以将计算机分为巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机，我们通常用到的是微型机。按计算机的功能，分为通用计算机和专用计算机按工作模式，服务器、工作站网络终端机1.2.5计算机文化现象“计算机文化”的提法最早出现在20世纪80年代初，在瑞士洛桑召开的第三次世界计算机教育大会上，前苏联学者伊尔肖夫首次提出。特征：广泛的使用性、广泛的延展性、广泛的资源共享。1.3.1计算机的特点和应用运算能力强，运行速度快计算精度高，数据准确度高存储容量大，记忆力强具有逻辑判断能力自动化程度高1.3.2计算机的应用科学计算也称为数值计算，是指用于完成科学研究和工程技术中提出的数学问题的计算。应用如卫星轨迹计算、气象预报等。计算机的应用数据及事物处理也称非数值处理。所谓数据及事务处理，泛指数据管理和计算处理。其主要特点是，要处理的原始数据量大，而算术运算较简单，并有大量的逻辑运算和判断，结果常要求以表格或图形等形式存储或输出。如银行日常账务管理、股票交易管理、图书资料的检索等。计算机的应用自动控制与人工智能提高自动化水平，减轻劳动强度。在现代国防及航空航天等领域，可以说计算机控制技术起着决定性作用。21世纪，人工智能的研究目标是使计算机更好地模拟人的思维活动，完成更复杂的任务。计算机的应用计算机辅助系统以计算机为工具，配备专用软件辅助人们完成特定任务的工作，以提高工作效率和工作质量为目标。计算机辅助设计CAD（Computer-AidedDesign）技术、计算机辅助制造CAM（Computer-AidedManufacturing）技术、计算机辅助教学CAI（Computer-Aidedinstruction）技术计算机的应用网络与通信计算机模拟电子商务、电子政务等领域的应用也得到了快速的发展。不论是指令还是数据，若想在计算机中进行存储、运算、处理、传输，都必须采用二进制编码形式，即便是图形、声音等这样的信息，也必须转换成二进制数的形式，才能存入计算机中。计算机与外部交换信息，采用人们熟悉和便于阅读的形式。1.4信息在计算机内部的表示与存储凡是按进位的方式计数的数制叫做进位计数制，简称进位制。举例：十进制数、二进制、八进制、十六进制。基数是指该进位计数制中允许选用的基本数码的个数，例如十进制数，每个数位上允许选用0、1、2、…、9共十个不同数码中的某一个，因此十进制的基数为10，每个数位计满10就向高位进1，即“逢十进一”，故称为十进位计数制，简称十进制。“逢R进1”，就是R进制。1.4.1数制的概念机器内部采用二进制的原因：易于物理实现（如门电路的导通与截止）运算规则简单(二进制的加法与乘法规则仅各有四种，简化了运算器等物理器件的设计)工作可靠性高适合逻辑运算（二进制的二个符号0和1正好与逻辑命题的两个值“真”与“假”相对应，从而为计算机实现逻辑运算和逻辑判断提供了方便。）二进制不足之处：表示数的容量最小，表示同一个数，二进制较其他进制需要更多的位数。信息在计算机内部的表示与存储一个数码处在不同的数位上，所代表的数值是不同的，这个数码所表示的数值等于该数码本身乘以一个与它所在数位有关的常数，这个常数称为“位权”，简称“权”。例如十进制数123，由1，2，3三个数码排列而成，1在百位，2在十位，3在个位，它们分别具有不同的位权，1的位权为102，2的位权为101，3的位权为100。信息在计算机内部的表示与存储例:一个十进制数可表示为按权展开的多项式(123.45)10＝1×102+2×101+3×l