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1、第一章第一章 计算机及信计算机及信息技术概述息技术概述第1页，本讲稿共20页第一章第一章 计算机及信息技术概述计算机及信息技术概述 本本章章主主要要介介绍绍计计算算机机的的发发展展史史和和特特点点、类类型型及及应应用用，以以及及计计算算机机的的未未来来发发展展趋趋势势；计计算算机机系系统统的的硬硬件件和和软软件件系系统统构构成成；最最后后介介绍绍信信息息技术的基本概念。技术的基本概念。第2页，本讲稿共20页1.1 计算机基础知识计算机基础知识1.1.11.1.1 计算机发展历史上的重要人物和思想计算机发展历史上的重要人物和思想 人人类类从从远远古古时时代代就就产产生生了了计计算算的的需需要要。
2、钟钟表表业业，特特别别是是齿齿轮轮传传动动装装置置技技术术的的发发展展，诞诞生生了了最最早早的的机机械式计算机。械式计算机。下下面面介介绍绍几几位位在在电电子子计计算算机机诞诞生生之之前前对对计计算算机机发展有过突出贡献的几位早期历史人物。发展有过突出贡献的几位早期历史人物。第3页，本讲稿共20页 法法国国物物理理学学家家帕帕斯斯卡卡(1623-1662)：在在 1642年年发发明明了了第第一一台台机机械械式式加加法法机机。该该机机由由齿齿轮轮组组成成，靠靠发发条条驱驱动动，用用专专用用的的铁铁笔笔来拨动转轮以输入数字。来拨动转轮以输入数字。当时，当时，19岁的帕斯卡为了帮助父岁的帕斯卡为了帮
3、助父亲计算税款，开始研究机械计算装置，亲计算税款，开始研究机械计算装置，最后制成了手摇驱动的齿轮进位式计最后制成了手摇驱动的齿轮进位式计算器，可完成六位数字的加减法。算器，可完成六位数字的加减法。1.1 计算机基础知识计算机基础知识第4页，本讲稿共20页 德德国国数数学学家家莱莱布布尼尼茨茨：在在1673年年发发明明了了机机械械式式乘乘除除法法器器。基基本本原原理理继继承承于于帕帕斯斯卡卡的的加加法法机机，也也是是由由一一系系列列齿齿轮轮组组成成，但但它它能能够够连连续续重重复复地地做做加加减减法法，从从而而实现了乘除运算。实现了乘除运算。1.1 1.1 计算机基础知识计算机基础知识计算机基础
4、知识计算机基础知识第5页，本讲稿共20页1.1 1.1 计算机基础知识计算机基础知识计算机基础知识计算机基础知识 英英国国数数学学家家巴巴贝贝奇奇：1822年年，在在历历经经10年年努努力力终终于于发发明明了了“差差分分机机”。它它有有3个个齿齿轮轮式式寄寄存存器器，可可以保存以保存3个个5位数字，计算精度可以达到位数字，计算精度可以达到6位小数。位小数。巴贝奇试图发明功能更好的通用计算机巴贝奇试图发明功能更好的通用计算机分析机，但最终失败。分析机，但最终失败。英英国国女女数数学学家家爱爱达达(1815-1852)：巴巴贝贝奇奇的的合合作作伙伙伴伴。她她用用穿穿孔孔卡卡片片设设计计了了世世界界
5、上上“第第一一件件计计算算机机程程序序”。她她还还建建议议分分析析机机用用二二进制存储。预言分析机能唱歌、绘画。进制存储。预言分析机能唱歌、绘画。英国诗人拜伦的女儿英国诗人拜伦的女儿第6页，本讲稿共20页图灵机：这个在当时看来是纸上谈兵的简单图灵机：这个在当时看来是纸上谈兵的简单机器，隐含了现代计算机中机器，隐含了现代计算机中“存储程序存储程序”的的基本思想。半个世纪以来，数学家们提出的基本思想。半个世纪以来，数学家们提出的各种各样的计算模型都被证明是和图灵机等各种各样的计算模型都被证明是和图灵机等价的。价的。英国科学家阿兰英国科学家阿兰 图灵图灵(理论计算机的奠基人理论计算机的奠基人1912
6、-1954)控制器（含运算功能）控制器（含运算功能）可在纸带上左右移动的读写头，可在纸带上左右移动的读写头，用于读写数据用于读写数据(输入输出设备输入输出设备)可无限延伸的纸带。用于可无限延伸的纸带。用于存储程序和数据（存储器）存储程序和数据（存储器）1.1 计算机基础知识计算机基础知识姚姚期期智智：20002000年年首首位位获获奖奖图图灵灵奖奖的华裔学者的华裔学者 第7页，本讲稿共20页七十多年来，现代计算机基本结构仍然是七十多年来，现代计算机基本结构仍然是“冯冯诺依曼计算机诺依曼计算机”。美籍匈牙利数学家美籍匈牙利数学家冯冯 诺依曼诺依曼(计算机鼻祖计算机鼻祖)计计算算机机应应由由运运算
7、算器器、控控制制器器、存存储储器器、输入设备和输出设备五大部件组成；输入设备和输出设备五大部件组成；应采用二进制简化机器的电路设计；应采用二进制简化机器的电路设计；采采用用“存存储储程程序序”技技术术,以以便便计计算算机机能能保保存存和和自自动依次执行指令。动依次执行指令。冯冯诺依曼：诺依曼：“如果不考虑巴贝奇、爱达和其他人早先提出的有关如果不考虑巴贝奇、爱达和其他人早先提出的有关思想，计算机基本概念只能属于阿兰思想，计算机基本概念只能属于阿兰图灵图灵”1.1 计算机基础知识计算机基础知识第8页，本讲稿共20页1.1 计算机基础知识计算机基础知识1946年年2月由宾夕法尼亚大学研制成月由宾夕法
8、尼亚大学研制成功的功的ENIAC是世界上第一台电是世界上第一台电子数字计算机。子数字计算机。Electronic Numerical Integrator And Calculator电子数字积分计算机电子数字积分计算机重重30吨，占地吨，占地167m2，耗电，耗电150千瓦千瓦18800个电子管，个电子管，1500个继电器，保个继电器，保存存80个字节每秒钟可做个字节每秒钟可做5000次加减次加减法或法或400次乘法运算。次乘法运算。“诞生了一个电子的大脑诞生了一个电子的大脑”致命缺陷：没有存储程序。致命缺陷：没有存储程序。1.1.2 1.1.2 电子计算机时代电子计算机时代电子计算机时代电
9、子计算机时代第9页，本讲稿共20页q 第一代计算机第一代计算机 19461958年年 以电子管为主要元件以电子管为主要元件 代表机型：代表机型：ENIAC1.11.1 计算机基础知识计算机基础知识q 第二代计算机第二代计算机 19581964年年 以晶体管为主要元件以晶体管为主要元件采采用用晶晶体体管管的的第第二二代代电子计算机电子计算机IBM7090IBM7090型型第10页，本讲稿共20页q 第四代计算机第四代计算机 1971年至今年至今 以大规模以大规模/超大集成电路为主要元件超大集成电路为主要元件 巨型机、大型机、小型机、微型机以及便携机巨型机、大型机、小型机、微型机以及便携机 q 未
10、来的第五代计算机是智能计算机未来的第五代计算机是智能计算机1.1 计算机基础知识计算机基础知识q 第三代计算机第三代计算机 19641971年年 以集成电路为主要元件以集成电路为主要元件采用集成电采用集成电路的第一台路的第一台电子计算机电子计算机IBM360IBM360型型电子技术的发展促进了电子计算机的更新换代。电子技术的发展促进了电子计算机的更新换代。第11页，本讲稿共20页巨型机大型机小型机微型机工作站服务器嵌入式计算机按计算机规模分类按计算机规模分类1.1 计算机基础知识计算机基础知识1.1.3 1.1.3 计算机类型计算机类型按计算机用途分类按计算机用途分类通用计算机专用计算机第12
11、页，本讲稿共20页1.1 1.1 计算机基础知识计算机基础知识计算机基础知识计算机基础知识 计计算算机机是是一一种种能能按按照照事事先先存存储储的的程程序序，自自动动、高高速速地地进进行行大大量量数数值值计计算算和和各各种种信信息息处处理理的的现现代代化化智能电子设备。智能电子设备。运算速度快运算速度快计算精度高计算精度高存储容量大存储容量大具有逻辑判断能力具有逻辑判断能力按照程序自动运行按照程序自动运行计计算算机机特特点点1.1.4 1.1.4 计算机的特点及应用领域计算机的特点及应用领域计算机的特点及应用领域计算机的特点及应用领域第13页，本讲稿共20页1.1 计算机基础知识计算机基础知识
12、科学计算科学计算数据处理数据处理过程与实时控制过程与实时控制人工智能人工智能计算机辅助设计与制造计算机辅助设计与制造计计算算机机应应用用领领域域远程通信与网络应用远程通信与网络应用多媒体与虚拟现实多媒体与虚拟现实第14页，本讲稿共20页 计算机发展趋势计算机发展趋势巨型化巨型化 超超超超级级级级计计计计算算算算机机机机：存存储储容容量量更更大大、运运算算速速度度更更快快。运运算算速速度度达达每每秒秒千千亿亿、万万亿亿次次运运算算。主主要要应应用用：天天气气预预报报、地地震震机机理理研研究究、石石油油和和地地质质勘勘探探，卫卫星星图图像像处处理理等等的的高高科技领域。科技领域。CRAY-银河银河
13、1.1.5 1.1.5 未来的计算机未来的计算机未来的计算机未来的计算机1.1 计算机基础知识计算机基础知识 计算机发展趋势计算机发展趋势微型化微型化 计算机不再是单一的计算机器，而是一种个人的信息机器。计算机不再是单一的计算机器，而是一种个人的信息机器。第15页，本讲稿共20页 计算机发展趋势计算机发展趋势网络化网络化 通过计算机网络可共享远程资源，实现通信和合作。通过计算机网络可共享远程资源，实现通信和合作。1.1 计算机基础知识计算机基础知识 计算机发展趋势计算机发展趋势智能化智能化 智能计算机将是一种具有类似于人的思维能力，能听会说，智能计算机将是一种具有类似于人的思维能力，能听会说，
14、能想会做，能代替人的体力劳动以及脑力劳动的智能机器人。能想会做，能代替人的体力劳动以及脑力劳动的智能机器人。DeepblueGarry Kasparov 1996年年2月月10日，卡斯帕罗夫战胜日，卡斯帕罗夫战胜“深蓝深蓝”1997年年5月月12日，卡斯帕罗夫负于日，卡斯帕罗夫负于“更深的蓝更深的蓝”第16页，本讲稿共20页1.2.1 1.2.1 计算机硬件系统计算机硬件系统计算机硬件系统计算机硬件系统1.2 1.2 计算机系统构成计算机系统构成冯诺依曼计算机结构 计计算算机机由由运运算算器器、控控制制器器、存存储储器器、输输入入设设备备、输输出出设备五大部分组成。设备五大部分组成。控制信号流
15、数据流第17页，本讲稿共20页计算机系统计算机系统硬件硬件软件软件中央处理器中央处理器运算器运算器控制器控制器存储器存储器内存内存外存外存ROMRAM输入输出设备输入输出设备系统软件系统软件应用软件应用软件磁盘磁盘光盘光盘 U盘盘软盘软盘硬盘硬盘键盘、鼠标、显示器、键盘、鼠标、显示器、打印机、扫描仪等打印机、扫描仪等1.2 计算机系统构成计算机系统构成第18页，本讲稿共20页用户程序或文档用户程序或文档其它系统软件其它系统软件操作系统操作系统硬硬 件件 应应用用软软件件是是指指用用户户利利用用计计算算机机及及其其提提供供的的系系统统软软件件为为解解决决各各种种实实际际问问题题而而编编写写的的程
16、程序序。应应用用软软件件可可分分为为2类类：一一类类是是针针对对某某个个应应用用领领域域的的具具体体问问题开发的程序，第二类是一些大型专业软件公司开发的通用型应用软件。题开发的程序，第二类是一些大型专业软件公司开发的通用型应用软件。系系统统软软件件位位于于计计算算机机系系统统最最靠靠近近硬硬件件的的一一层层，其其他他软软件件一一般般都都通通过过系系统统软软件件发发挥挥作作用用，系系统统软件主要包括：软件主要包括：(1)操作系统。操作系统。(2)语言处理程序。语言处理程序。(3)监监控控管管理理程程序序、调调试试程程序序、故障检查和诊断程序等。故障检查和诊断程序等。1.2.2 1.2.2 计算机
17、软件系统计算机软件系统1.2 计算机系统构成计算机系统构成第19页，本讲稿共20页1.3.1 1.3.1 信息技术概念信息技术概念信息技术概念信息技术概念1.3 信息技术基础知识信息技术基础知识信息是一种知识，是接受者事先不知道不了解的知识。信息是一种知识，是接受者事先不知道不了解的知识。数据是信息的载体。数值、文字、语言、图形、图像数据是信息的载体。数值、文字、语言、图形、图像等都是不同形式的数据。等都是不同形式的数据。4次信息革命：文字、造纸和印刷术、次信息革命：文字、造纸和印刷术、电报电话广播电视、计算机与网络电报电话广播电视、计算机与网络信息信息数据数据现代信息技术：计算机技术微电子技术通信技术现代信息技术：计算机技术微电子技术通信技术 第20页，本讲稿共20页