计算机文化基础

计算机文化基础主讲：傅清平目录第一讲：什么是计算机文化第二讲：计算机的发展史第三讲：计算机的应用及分类第四讲：计算机系统第五讲：信息在计算机中的表示第六讲：计算机安全第七讲：多媒体技术第一讲：什么是计算机文化国际上有关“计算机文化”的提法最早出现在80年代初。1981年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。我们国家在1982年进行了相应的试点，并逐步大、中、小学中推广普及。现在全国大部分学校都在进行计算机文化基础的普及教育。计算机文化又称为“信息文化”或“网络文化”。在当今信息社会，衡量一个计算机水平的依据是指“利用计算机进行信息获取、信息分析、信息加工和信息利用”有关的基础知识和实际能力。–信息获取包括信息发现、信息采集与信息优选；信息分析包括信息分类、信息综合、信息查错与信息评价；信息加工包括信息的排序与检索、信息的组织与表达、信息的存储与变换以及信息的控制与传输等；信息利用则包括如何有效地利用信息来解决学习、工作和生活中的各种问题（例如能不断地自我更新知识、能用新信息提出解决问题的新方案、能适应网络时代的新生活等）。这种与信息获取、分析、加工、利用有关的知识可以简称之为“信息技术基础知识”，相应的能力可以简称之为“信息能力”。这种知识与能力既是“信息文化”水平高低和信息素质优劣的具体体现，又是信息社会对新型人材培养所提出的最基本要求。达不到这方面的要求，将无法适应信息社会的学习、工作、生活与竞争的需要，就会被信息社会所淘汰。体现这种文化的知识与能力（即信息技术基础知识与信息能力），在信息社会中已和体现传统文化的“读、写、算”方面的知识与能力一样重要，不可或缺。换句话说，“读、写、算、信息”已成为信息社会中文化基础的四大支柱。从这个意义上完全可以说，缺乏信息方面的知识与能力就相当于信息社会的“文盲”。第二讲：计算机的发展史1.在宋代，我们的祖先又发明了珠算盘，后来有了珠算口诀—“软件”2.1642～1644年间，法国数学家帕斯卡设计并制成了第一台机械式计算机——加法机，他的这台机器用齿轮作为主要部件，用手摇动并用手控制。3.1671年，德国数学家莱布尼兹设计了一种能作四则运算的二进制位的手摇计算机，1673年制成样机，它的主要部件也是齿轮。4.霍勒里斯以这个成果为基础于1896年成立了制表机器公司，后改名为IBM公司。1839～1944年，IBM公司与哈佛大学的艾肯共同协作，研制成功了第一台Mark—I型顺序控制的通用计算机。它是继电器计算机第一台电子数字计算机•1946年，世界上第一台电子数字计算机问世了，这台机器简称为“ENIAC”，是由美国陆军兵器局出资由弹道研究所出技术研制成的。主要应用于弹道计算。当时的ENIAC机仅用30秒钟就出色地完成了从发射到击中目标飞行了一分钟的弹道计算，于是喧嚣一时，被称为“比子弹还快”的超人。这台电子计算机用了18000个电子管，1500多个继电器，70000个电阻，6000多个开关，耗电150千瓦，占地面积170平方米，重30吨。运算速度每秒钟5000次，比当时的继电器计算机快1000倍。•ENIAC特点：1.使用十进制程序2.程序与计算两分离程序指令存放在机器的外部电路里，需要计算某个题目，必须首先用人工接通数百条线路，需要几十人干好几天之后，才可进行几分钟运算。•“错误(bug)”和“排错(debug)”的起源1.1945年夏天，MarkⅡ总是停机。后来发现在某个继电器中有个臭虫。2.这只“臭虫”现被贴在笔记本的一页上，陈列在弗吉尼亚州的Dahlgren海军武器博物馆。小知识计算机发展历程中的著名人物----电子计算机之父:冯·诺依曼•数学家冯·诺依曼（J.VonNeumann），1913年出生于匈牙利首都布达佩斯，6岁能心算8位数除法，8岁学会微积分，12岁读懂了函数论。•1945年6月，冯·诺依曼等人联名发表了一篇计算机史上著名的“101页报告”，报告明确规定出计算机的五大部件，并用二进制替代十进制运算。•“存储程序”，以便电脑自动依次执行指令。人们后来把这种“存储程序”体系结构的机器统称为“冯·诺依曼计算机”。•1951年，冯·诺依曼主持的EDVAC计算机宣告成功，它不仅可应用于科学计算，而且可用于信息检索等领域，主要缘于“存储程序”的威力。•EDVAC只用了3563只电子管和1万只晶体二极管，以1024个44比特水银延迟线来储存程序和数据，消耗电力和占地面积只有ENIAC的1/3。电子计算机发展根据构成的元器件来划分，可分为四个时代：•第一代—电子管计算机•第二代—晶体管计算机•第三代—集成电路计算机•第四代—大规模和超大规模集成电路计算机第一代—电子管计算机1.1946~19582.主要元件是电子管3.运行速度：每秒几千次~几万次第二代—晶体管计算机1.1959~19642.主要元件是晶体管3.运行速度：每秒几十万次4.软件：ALGOL60,FORTRAN,COBOL等程序设计语言第三代—集成电路计算机•1965~1970•主要元件是集成电路•运行速度：每秒几十万次~几百万次•软件：BASIC，操作系统小规模集成电路第四代—大规模和超大规模集成电路计算机•1971~•主要元件是大规模和超大规模集成电路•运行速度：每秒几百万次~亿次代别年代使用的主要元器件配置的软件主要应用第1代20世纪40年代中期～50年代末期CPU：电子管内存：磁鼓使用机器语言和汇编语言编写程序科学计算和工程计算第2代50年代中、后期～60年代中期CPU：晶体管内存：磁芯使用FORTRAN等高级程序设计语言开始广泛应用开始广泛应用于数数据处理领域第3代60年代中期～70年代初期CPU：SSI，MSI,内存：SSI，MSI半导体存储器操作系统，数据库管理系统等操作系统，数据库管理系统等开始使用第4代20世纪70年代中期以来CPU：LSI、VLSI,内存：LSI、VLSI的半导体存储器软件工程、分布式计算、网络软件等开始广泛使用深入到各行各业，家庭和个人开始使用计算机第1～4代计算机的对比未来新一代计算机1.新一代计算机将是微电子技术、光学技术、超导技术、电子仿生技术等多学科相结合的产物。2.突破了冯.诺依曼体系结构的限制3.主要特点是智能化如：人工神经网络计算机数据流计算机我国计算机的发展1.1957年哈尔滨工业大学研制成功中国第一台模拟式电子计算机。2.1958年，研制成功第一台电子管计算机----103型通用数字电子计算机，运算速度2000次/秒。同年，晶体管研制成功。3.1959年，研制成功运算速度大约1万次/秒的计算机(104)。4.1965年，研制成功第一台大型通用晶体管计算机，运算速度8万次/秒。5.1971年，研制成功第一台集成电路计算机，运算速度十几万次/秒。6.1977年，研制成功第一批微型计算机7.1983年，“银河I号”巨型计算机研制成功，运算速度达每秒1亿次。8.1993年，中国第一台10亿次巨型银河计算机II型通过鉴定。9.1995年，曙光1000大型机通过鉴定，其峰值可达每秒25亿次。10.1997年，“银河III”并行巨型计算机研制成功。11.1999年，“银河IV”巨型机研制成功。12.1999年，曙光2000I超级服务器研制成功，计算速度达到每秒200亿次。13.2000年，高性能计算机“神威I”面世，其主要技术指标和性能达到国际先进水平。自此，我国成为继美国、日本之后，世界上第三个具备研制高性能计算机能力的国家。14.2000年，作为国家863计划重大成果的超级服务器曙光2000II通过国家科技部鉴定，其峰值计算机速度突破1000亿次，内存高达50千兆字节，达到了九十年代末国际同类产品的先进水平。15.2001年“东方红日”的出现，“东方红日”是一个64位的UNIX／LINUX服务器。16.与“东方红日”一起诞生的，还有EASTSUN64中文操作系统。这是国内第一个中国人自行研制、拥有完全自主版权的64位全中文操作系统，该系统采用真正的64位架构，符合国际通行的行业标准，具有极强的网络服务和网络远程管理能力，能提供极强的并行及集群运算能力；该系统创造性地实现了在内核级别上中文字符处理，能够完全避免出现乱码，可有效支持EASTSUN64平台上的各种中文应用软件。•由中科院计算所承担设计开发的CPU（中央处理器）龙芯2号已经研发成功，实物于2003年12月20日在中科院计算所的成果汇报日期间首次公开亮相。据参与项目开发的技术人员介绍，目前的龙芯2号最高频率为300MHz，功耗1W-2W，成品率约为80%左右。通过使用相关测试对龙芯2号的性能分析表明，相同主频下龙芯2号的性能已经明显超过PII，达到PIII的水平,设计人员称龙芯2号的设计SPECCPU2000分值可达到300分以上，设计频率在500MHz以上时性能可与1GHz以上的PIII或PIV的性能相当。•据新华社北京2004年10月6日电，在集成电路核心技术研发中，信息产业部实施的“中国芯工程”取得群体突破，一批拥有自主知识产权、掌握核心技术又占据一定市场份额的芯片制造企业不断涌现。计算机的发展趋势•巨型化•微型化•智能化•网络化•多媒体化第三讲：计算机的应用及分类•数值计算(科学计算)•数据处理•过程控制(实时控制)•辅助设计•人工智能•其它数值计算(科学计算)•圆周率的计算，轨迹计算，生化反应，天气预报。数据处理•如银行系统，证券系统，财会系统，铁路系统，学生管理系统等。过程控制(实时控制)计算机辅助•CAD，CAM，CIMS，CAI。人工智能•专家系统，模式识别，自然语言处理，机器翻译，定理证明等。计算机分类•数字，模拟，数模混合计算机•通用，专用计算机•巨型，中型，小型，微型，工作站，服务器第四讲：计算机系统计算机系统是由硬件系统和软件系统两大部分组成的。所谓硬件系统就是泛指实际的物理设备，主要包括运算器、控制器、存储器、输入和输出设备五个部分。所谓软件系统是指实现算法的程序、数据及其文档，包括计算机本身运行所需的系统软件和用户完成任务所需的应用软件。计算机系统的组成如下图所示。运算器主机CPU控制器内存储器硬件系统外设外存储器I/O设备电子计算机操作系统系统结构系统软件语言编译解释系统其它软件系统应用软件通用应用程序专用应用程序文档计算机硬件基本结构所有冯·诺依曼结构的计算机都由以下五部分组成：控制器：负责对程序规定的控制信息进行分析、控制并协调输入、输出操作或内存访问存储器：是实现记忆功能的部件。负责存储程序和数据。运算器：负责数据的算术运算和逻辑运算，即数据的加工处理。输入设备：负责把用户的程序和数据输入到计算机的存储器中。输出设备：负责从计算机中取出程序执行结果或其它信息，供用户查看。计算机硬件系统内存储器又称为主存或内存，是微机的存储和记忆装置，用以存放数据和程序。微机的内存通常采用半导体器件。（1）内存单元的地址和内容内存储器（Memory）内存中存放的是程序和数据，从形式上看，均为二进制数，一般将每一位二进制数叫做一个二进制位（bit），8个二进制位记做一个字节（byte），每一个内存单元中存放一个字节的信息。内存容量就是指它所能包含的内存单元的数量，通常以字节为单位。1024（210）字节记做1KB，220字节记做1MB，230字节记做1GB。一组二进制数作为一个整体来参加运算或处理，这组数码叫计算机的一个字（word）。一个字中包含二进制位数的多少叫字长，例如，16位微机字长为16位，32位微机字长为32位。字长是标志计算机精度的一项技术指标。CPU对内存的操作有两种：读或写。读操作是CPU将内存单元的内容读入CPU内部，而写操作是CPU将其内部信息传送到内存单元保存起来。显然，读操作是非破坏性的，即该内存单元的内容在信息被读“走”之后仍然保持原信息；而写操作的结果改变了被写内存单元的内容，是破坏性的。按工作方式分，内存可分成两大类：随机存储器RAM（RandomAccessMemo