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1、大学信息技术导论第1章 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望 在漫长的人类社会发展的历史长河中，曾经历了四在漫长的人类社会发展的历史长河中，曾经历了四次信息技术革命：语言的形成，文字的创造，造纸术和次信息技术革命：语言的形成，文字的创造，造纸术和印刷技术的发明，电报电话、广播电视的普及应用。以印刷技术的发明，电报电话、广播电视的普及应用。以电子计算机的普及应用和计算机与现代通信技术有机结电子计算机的普及应用和计算机与现代通信技术有机结合而产生的因特网为主
2、要特征的信息处理技术，则被人合而产生的因特网为主要特征的信息处理技术，则被人们称之为们称之为“第五次信息技术革命第五次信息技术革命”。从。从19461946年年2 2月月1414日日正式启用的第一台电子数字计算机正式启用的第一台电子数字计算机ENIACENIAC至今，谁也没至今，谁也没有料到，时隔不到有料到，时隔不到6060年，这硕大无比的年，这硕大无比的“怪物怪物”竟经历竟经历了从主机、微机到网络三个时期的飞跃，并且开创了一了从主机、微机到网络三个时期的飞跃，并且开创了一个人类文明的新时代个人类文明的新时代信息时代。本篇将介绍以计算信息时代。本篇将介绍以计算机技术、多媒体技术和网络通信技术为
3、代表的信息技术机技术、多媒体技术和网络通信技术为代表的信息技术的发展历程、计算机系统构成等内容。的发展历程、计算机系统构成等内容。第一部分第一部分 信息技术基础篇信息技术基础篇以高新技术为主导的信息化社会也有其“三个代表”以因特网为代表的网络技术以因特网为代表的网络技术以纳米为代表的新型材料技术以纳米为代表的新型材料技术以基因（基因工程、人类基因以基因（基因工程、人类基因组图谱）为代表的生命科学和组图谱）为代表的生命科学和生物技术生物技术第第1 1章章 信息资源与信息技术的发展信息资源与信息技术的发展1.1信息资源与信息科学信息资源与信息科学1.1.1信息及其主要特征信息及其主要特征1.1.2
4、信息科学与信息技术信息科学与信息技术1.1.3信息科学理论发展的百年历史信息科学理论发展的百年历史1.2信息理论的奠基人与信息理论的奠基人与ACM图灵奖图灵奖1.2.1信息论之父信息论之父香农香农1.2.2图灵与图灵机图灵与图灵机1.2.3冯冯诺伊曼与冯氏结构计算机诺伊曼与冯氏结构计算机1.2.4计算机界的诺贝尔奖计算机界的诺贝尔奖ACM图灵奖图灵奖1.ACM图灵奖图灵奖2.1997年图灵奖获得者年图灵奖获得者道格拉斯道格拉斯恩格尔巴特恩格尔巴特3.2000年图灵奖获得者年图灵奖获得者姚期智姚期智第第1 1章章 信息资源与信息技术的发展信息资源与信息技术的发展信息社会信息社会是以信息活动为社会
5、发展的基本活动，以信息技术为技是以信息活动为社会发展的基本活动，以信息技术为技术基础，以信息经济为主术基础，以信息经济为主导经济，以信息产业为主导产业，以信息文化改变人类教育、生活导经济，以信息产业为主导产业，以信息文化改变人类教育、生活和工作方式以及价值观念的新型社会形态。和工作方式以及价值观念的新型社会形态。9090年代初，世界十大富翁的头衔被石油大王、船舶大王等所垄断年代初，世界十大富翁的头衔被石油大王、船舶大王等所垄断而而20002000年，微软总裁比尔年，微软总裁比尔盖茨以盖茨以770770亿美元的资产赫然名列前茅亿美元的资产赫然名列前茅微软公司微软公司19751975年以两千美元注
6、册资金成立年以两千美元注册资金成立具有具有200200年发展历史的美国洛克菲勒公司才仅有年发展历史的美国洛克菲勒公司才仅有5050亿美元的资产亿美元的资产印度，竟然演绎了一出现代无烟工业的奇迹印度，竟然演绎了一出现代无烟工业的奇迹信息经济信息经济（或称知识经济）就是在充分知识化的社会中以信息智（或称知识经济）就是在充分知识化的社会中以信息智力资源的占有、投入和配置，知识产品的生产、分配（传播）和力资源的占有、投入和配置，知识产品的生产、分配（传播）和消费（使用）为最重要因素的经济。消费（使用）为最重要因素的经济。1.1 1.1 信息资源与信息科学信息资源与信息科学信息产业信息产业2121世纪的
7、朝阳产业世纪的朝阳产业信息产业21世纪的朝阳产业 农业社会资源经济 工业社会资本经济 信息社会知识经济美国正投巨资开发运算速度为每秒百万亿次的巨型机,用于模拟核试验1996年美国进入全球500强的162家公司中，70%以上都与信息业密切相关 全球各主要软件国产值对比表全球各主要软件国产值对比表 （单位：亿美元）（单位：亿美元）国内外软件产业发展概况及中国软件市场的分析19961996年美国进入全球年美国进入全球500500强的强的162162家公司中，家公司中，70%70%以上都是与信息以上都是与信息业密切相关业密切相关20022002年年1 1月，比尔月，比尔盖茨以盖茨以582582亿美元的
8、资产第亿美元的资产第8 8次蝉联次蝉联“世界首世界首富富”榜首榜首微软公司从微软公司从19751975年以两千美元注册资金成立到今天已成为美国第年以两千美元注册资金成立到今天已成为美国第一赢利公司一赢利公司进入进入9090年代以来，美国软件产业每年以年代以来，美国软件产业每年以12.512.5的速度增长。的速度增长。20012001年美国的软件产值仍然占全球产值的年美国的软件产值仍然占全球产值的4040强强20002000年，将软件业列入制造业，将成为美国规模最大的产业。美年，将软件业列入制造业，将成为美国规模最大的产业。美国是世界上最大的软件生产国和消费国，占有全球软件销售总额国是世界上最大
9、的软件生产国和消费国，占有全球软件销售总额的的6060以上以上美国软件业的贸易盈余达到美国软件业的贸易盈余达到200200亿美元亿美元软件大国美国我们的邻邦印度，成为仅次于美国的软件大国我们的邻邦印度，成为仅次于美国的软件大国其软件产品出口其软件产品出口7575个国家个国家印度软件产业始于印度软件产业始于19861986年年经过十年努力，取得了高速、稳定的发展经过十年努力，取得了高速、稳定的发展20002000年年9 9月，微软比尔月，微软比尔.盖茨访问印度后说：盖茨访问印度后说：印度已成为一个软件超级大国印度已成为一个软件超级大国印度国内目前有大大小小印度国内目前有大大小小24672467家
10、计算机培训中心家计算机培训中心从事软件业的专业技术人员已达到从事软件业的专业技术人员已达到4141万人，软件企业万人，软件企业75007500家家其中其中50005000人以上的公司有人以上的公司有1616家，万人以上的公司有家，万人以上的公司有6 6家家国家级国家级软件技术园区软件技术园区(STD)(STD)有有1717个个已通过已通过CMM 5CMM 5级认证的公司级认证的公司20012001年年3 3月达到了月达到了2727家家印度人的故事印度人的故事国内外软件产业发展概况及中国软件市场的分析1.1.1 1.1.1 信息及其主要特征信息及其主要特征1 1信息的定信息的定义义信息信息的含义
11、与特征的含义与特征：信息是用数据作为载体来描述和表信息是用数据作为载体来描述和表示的客观现象；信息可以用数值、文字、声音、图像等多种形式表示；示的客观现象；信息可以用数值、文字、声音、图像等多种形式表示；信息是对数据加工提炼的结果，是对人类有用的知识；信息是对数据加工提炼的结果，是对人类有用的知识；信息是具有含信息是具有含义的符号或消息，而数据是计算机内信息的载体。义的符号或消息，而数据是计算机内信息的载体。显而易见，若想得显而易见，若想得到信息，必须要将客观世界中的现象和问题通过数据这种媒体记载下到信息，必须要将客观世界中的现象和问题通过数据这种媒体记载下来。通常把对各种数据经过加工转换而得
12、到信息的过程称为来。通常把对各种数据经过加工转换而得到信息的过程称为信息处理信息处理（或称数据处理）。（或称数据处理）。数据数据含含义义与特征：数据与特征：数据应该应该是原始的、广是原始的、广义义的、可的、可鉴别鉴别的抽象符号；的抽象符号；数据可以用来描述事物的属性、状数据可以用来描述事物的属性、状态态、程度、方式等等；数据符号、程度、方式等等；数据符号单单独表示独表示时时没有任何含没有任何含义义，只有把它，只有把它们们放入特定的放入特定的场场合合进进行解行解释释和加工，和加工，才能使其具有意才能使其具有意义义并升并升华为华为信息。信息。1.1.1 1.1.1 信息及其主要特征信息及其主要特征
13、2 2信息的传递与应用信息的传递与应用信信息息的的传传递递目目前前主主要要有有两两种种方方式式：通通信信和和广广播播。通通信信包包括括交交换换、传传输输，广广播播包包括括发发射射、接接收收。信信息息传传递递方方式式包包括括点点到到点点（专专线线）、一一点点到到多多点点（组组播播）、点点到到面面（广广播播）和和可可选选择择的的点到点（交点到点（交换换）等。）等。信信息息的的应应用用非非常常广广阔阔。认认知知、科科学学探探索索、知知识识传传播播、生生产产流流程程的的控控制制、管管理理（宏宏观观管管理理、微微观观管管理理）、娱娱乐乐（与与声声像像设设备备结结合合）以以及及人与人之人与人之间间的交流等
14、，的交流等，发发展都很迅速。展都很迅速。人类各种传载信息的手段古代：烽火台、指南针、语言、文字、古代：烽火台、指南针、语言、文字、纸张、印刷术、风标、号角、邮传驿纸张、印刷术、风标、号角、邮传驿站、了望塔楼等。站、了望塔楼等。近代：望远镜、显微镜、算盘、手摇近代：望远镜、显微镜、算盘、手摇机械计算器。机械计算器。现代：现代：计算机、人造卫星、计算机、人造卫星、C4IRS系系统、机器人、无人驾驶系统。统、机器人、无人驾驶系统。1.1.1 1.1.1 信息及其主要特征信息及其主要特征3.信息的主要特征信息的主要特征（1）信息具有不灭性）信息具有不灭性（2）可传递性和共享性）可传递性和共享性（3）信
15、息的可处理性）信息的可处理性1.1.1 1.1.1 信息及其主要特征信息及其主要特征1 1关于信息科学的定义关于信息科学的定义信信息息科科学学是是研研究究信信息息的的获获取取、表表述述、存存储储、识识别别、编编码码、处处理理等等传传输输过过程程和和处处理理阶阶段段中中各各种种信信息息问问题题的的科科学学。信信息息科科学学由由计计算算机机科科学学、电电子子与与信信息息系系统统科科学学、半半导导体体、光光学学和和自自动动化化科科学等学科组成。学等学科组成。学者们提出：学者们提出：“信息科学信息科学”中的信息范围不应该再局限中的信息范围不应该再局限于某些特定领域，而应该是多元化的，只有统一的信息科学
16、才于某些特定领域，而应该是多元化的，只有统一的信息科学才是真正的信息科学。但建立统一信息科学理论是项艰巨复杂的是真正的信息科学。但建立统一信息科学理论是项艰巨复杂的工作，它代表着人类对纷繁信息世界的了解，并在理论上有了工作，它代表着人类对纷繁信息世界的了解，并在理论上有了进一步的升华。信息科学涵盖着从电子学到哲学的许多基本问进一步的升华。信息科学涵盖着从电子学到哲学的许多基本问题，涉猎自然科学、技术科学、人文科学、社会科学。由于统题，涉猎自然科学、技术科学、人文科学、社会科学。由于统一信息科学关注的信息对象分布在不同领域里，所以，要发现一信息科学关注的信息对象分布在不同领域里，所以，要发现不同
17、领域里信息现象的共同规律是很困难的。所有部门信息科不同领域里信息现象的共同规律是很困难的。所有部门信息科学所涉及的信息问题和人类的生产实践直接相关。而生产实践，学所涉及的信息问题和人类的生产实践直接相关。而生产实践，也只有生产实践才是推动科学发展的真正动力。也只有生产实践才是推动科学发展的真正动力。1.1.1.1.2 2 信息科学与信息技术信息科学与信息技术2 2信息技术信息技术信信息息技技术术是是指指对对信信息息的的搜搜集集、存存储储、传传递递、分分析析、使使用用等等的的处处理理技技术术和和智智能能技技术术。具具体体地地讲讲，包包括括软软件件开开发发技技术术、通通讯讯网网络络技技术术、微微电
18、电子子技技术术、信信息息处处理理技技术术和和多多媒媒体体技技术术，而而传传感感、自自控控和和新新材材料料技技术术等等是是信信息息技技术术的的相相关关技技术术。信信息息技技术术是是目目前前各各领领域域高高新新技技术术的的关关键键和和核核心心，更是信息更是信息产业产业的基的基础础。1.1.1.1.2 2 信息科学与信息技术信息科学与信息技术1.1.1.1.2 2 信息科学与信息技术信息科学与信息技术 现代信息技术 电子信息技术电子信息技术:电子感测技术、电子通信技术、电子感测技术、电子通信技术、电子计算机技术、电子控制技术电子计算机技术、电子控制技术 量子信息技术量子信息技术:量子计算机量子计算机
19、 激光信息技术激光信息技术:激光遥感、光导纤维通讯、激光激光遥感、光导纤维通讯、激光 全息存贮、激光控制全息存贮、激光控制 技术、激光计算机技术、激光计算机 生物信息技术生物信息技术:生物开关器件、生物存贮器件、生物开关器件、生物存贮器件、生物逻辑器件、生物计算机生物逻辑器件、生物计算机1.1.3 1.1.3 信息科学理信息科学理论发论发展的百年展的百年历历史史 18541854年，英国数学家乔治年，英国数学家乔治 布尔创建了逻辑代数理论布尔创建了逻辑代数理论19241924年年，尼奎斯特发表了题为，尼奎斯特发表了题为“影响电报速率因素的确定影响电报速率因素的确定”的文章的文章19281928
20、年，哈特莱又发表了题为年，哈特莱又发表了题为“信息传输信息传输”的文章的文章19361936年，图灵发表了年，图灵发表了“论可计算数及其在判定问题中的应用论可计算数及其在判定问题中的应用”论文，论文，提出了著名的理论计算机模型提出了著名的理论计算机模型图灵机。图灵机。19451945年，冯年，冯 诺伊曼首次发表题为诺伊曼首次发表题为“电子计算机逻辑结构初探电子计算机逻辑结构初探”的报告的报告19471947年，美国计算机协会年，美国计算机协会 ACM ACM 在华盛顿哥伦比亚大学成立在华盛顿哥伦比亚大学成立19501950年，图灵在年，图灵在 Mind Mind 杂志发表文章，提出了测试机器智
21、能的杂志发表文章，提出了测试机器智能的TuringTuring 规范。规范。19511951年，莫里斯年，莫里斯 威尔克斯提出微程序的设计概念威尔克斯提出微程序的设计概念19521952年，无线电工程师协会创办了电子计算机方面的年，无线电工程师协会创办了电子计算机方面的I.R.EI.R.E学报学报信息理论的奠基人信息理论的奠基人1.2 1.2 信息理论的奠基人与信息理论的奠基人与ACMACM图灵奖图灵奖1.2 1.2 信息理论的奠基人与信息理论的奠基人与ACMACM图灵奖图灵奖香农博士其人香农博士其人香农的硕士论文是关于布尔代数在逻辑开关理论中的应用并证明布尔代数的逻辑运算，可以通过继电器电路
22、来实现1941年加入贝尔实验室数学部，在此工作了15年1948年6月贝尔系统技术发表了通信的数学原理香农在该文中用数理统计方法来研究通信系统定义了信息时代的基本概念：熵和信道容量无失真通讯的传输速率的极限，被称为香农极限香农极限图灵其人图灵其人论可计算数及其在判定问题中的应用(1936)获史密斯奖提出了著名的理论计算机的抽象模型图灵机1938年，图灵取得美国普林斯顿大学博士学位他的博士论文题目是“基于序数的逻辑系统”1951年他被选为英国皇家学会院士。1950年10月发表论文“计算机和智能”提出了测试机器是否有智能的方法图灵测试1.2 1.2 信息理论的奠基人与信息理论的奠基人与ACMACM图
23、灵奖图灵奖冯冯诺伊曼诺伊曼冯冯诺伊曼在普林斯顿大学任教，对图灵十分欣赏并曾邀请他到他那里工作诺伊曼在普林斯顿大学任教，对图灵十分欣赏并曾邀请他到他那里工作19451945年冯年冯诺伊曼首次发表了题为诺伊曼首次发表了题为“电子计算机逻辑结构初探电子计算机逻辑结构初探”的报告的报告将将“存储程序存储程序”的设想确立为冯氏结构机的设计体系，的设想确立为冯氏结构机的设计体系，开始研制开始研制EDVACEDVAC计算机计算机“存存储储程程序序”(stored”(stored program)program)的的概概念念，是是现现代代电电子子计计算算机机的的最最基基本本概概念念之之一一19451945年年
24、6 6月月3030日，发表了关于离散变量自动电子计算机的草案长文日，发表了关于离散变量自动电子计算机的草案长文 EDVAC EDVAC突出的突出的优优点在于：点在于：（1 1）把）把计计算机要算机要执执行的指令和要行的指令和要处处理的数据都用二理的数据都用二进进制数表示；制数表示；（2 2）把）把执执行指令和行指令和处处理的数据均按照理的数据均按照顺顺序序编编成程序存成程序存储储到到计计算机内部算机内部让让它自它自 动执动执行。行。1.2 1.2 信息理论的奠基人与信息理论的奠基人与ACMACM图灵奖图灵奖计算机界的诺贝尔奖计算机界的诺贝尔奖ACMACM图灵奖图灵奖1.1.ACMACM图图灵灵
25、奖奖19661966年年，ACMACM在在纪纪念念电电子子计计算算机机诞诞生生2020周周年年时时(亦亦即即图图灵灵逝逝世世1212周周年年)，决决定定设设立立计计算算机机世世界界的的第第一一个个奖奖项项“图图灵灵奖奖”。到到20032003年年，被被誉誉为为“计计算算机机界界的的诺诺贝贝尔尔奖奖”的的图图灵灵奖奖已已经经颁颁发发了了3838届届，共共有有4545位计算机科学家获此殊荣。位计算机科学家获此殊荣。2.2.19971997年年图图灵灵奖奖获获得得者者道道格格拉拉斯斯恩恩格格尔尔巴巴特特鼠鼠标标器器的的发发明明人人和超文本研究的先驱。和超文本研究的先驱。3.3.20002000年年图
26、图灵灵奖奖获获得得者者姚姚期期智智对对计计算算理理论论有有众众多多贡贡献献，其其中中包包括括伪伪随随机机数数生生成成理理论论的的复复杂杂性性、密密码码学学、通通信信复复杂杂性性等等。近近百百篇篇学学术术论论文文几几乎乎覆覆盖盖了了计计算算复复杂杂性性的的所所有有方方面面；也也涉涉及及算算法法设设计计与与分分析析的的许许多多重重要要问问题题；他他的的研研究究结结果果和和所所采采用用的的证证明明方方法法，常常常常使使一一些些核核心心课课题题的的认认识识和和理理解解产产生生飞飞跃跃。他他近近期期的的研研究究集集中中于于量量子子通通信信、量量子子计计算算和和量量子子密密码码学学上上。在在荣荣获获图图灵
27、灵奖奖之之前前，在在19871987年年获获得得波波利利亚亚奖奖，在在19961996年年获获得得首首届届克克努努斯斯奖奖，20002000年年4 4月当选为美国艺术和科学院数学部院士。现已在清华大学执教。月当选为美国艺术和科学院数学部院士。现已在清华大学执教。50多年的光辉历程，开创了人类信息社会发展史的三个新纪元：4040年代年代ENIACENIAC为代表为代表开创了人类开始用机器代开创了人类开始用机器代替部分脑力劳动的新纪元替部分脑力劳动的新纪元8080年代年代微型机为代表微型机为代表开创了计算机不再为少数开创了计算机不再为少数专业人员所拥有和使用并走向普及化的新纪元专业人员所拥有和使用
28、并走向普及化的新纪元9090年代年代因特网为代表因特网为代表开创了把许多微机连接起开创了把许多微机连接起来最大限度实现资源共享的新纪元来最大限度实现资源共享的新纪元 1.1.3 3 计计算工具的演算工具的演变变和和计计算机的算机的发发展展 1.3.1古算史上的古算史上的“哥德巴赫猜想哥德巴赫猜想”数数术术记记遗遗系系中中国国古古算算书书，位位列列我我国国算算术术的的“十十经经”之之一一，介介绍绍了了我我国国古古代代14种种算算法法，除除第第14种种“计计数数”为为心心算算无无须须计计算算工工具具外外，其其余余13种种均均有有计计算算工工具具，分分别别是是：积积算算(即即筹筹算算)、太太乙乙算算
29、、两两仪仪算算、三三才才算算、五五行行算算、八八卦卦算算、九九宫宫算算、运运筹筹算算、了了知知算算、成成数数算算、把把头头算算、龟龟算算和和珠珠算算。“珠珠算算”之之名名，首首见见于于此此。珠珠算算被被称称为为我我国国“第第五五大大发发明明”，至至今今仍仍在在加加减减运运算算和和教教育育启启智智领领域域发发挥挥着着电电子子计计算算机机无无法法替替代代的的作作用用。唐唐宋宋以以后后，数数术术记记遗遗中中所所述述13种种算算具具，除除珠珠算算沿沿用用至至今今外外，所所有有算算具具均均相相继继失失传传。由由于于此此书书有有文文无无图图，且且唐唐宋宋后后绝绝大大多多数数算算具具湮湮没没失失传传，因因而
30、而，就就这这些些算算具具的的“模模样样”，中中外外学学者者纷纷纷纷提提出出了了各各自自的的“猜猜想想”。日日本本数数学学史史家家三三上上义义夫夫(1875-1950年年)、户户谷谷清清一一，英英国国著著名名科科学学史史家家李李约约瑟瑟，中中国国学学者者许许莼莼舫舫、余余介介石石、李李迪迪、周周全全中中、李李培培业业（青青海海乐乐都都人人，著著名名数数学学史史和和珠珠算算史史家家）等等均均抱抱着着科科学学缜缜密密的的态态度度，绘绘制制出出了了各各自自的的“推推想想图图”，试试图图破破译译13种种古古代代算算具具之之谜谜，而而“李李培培业业推推想想图图”则则是是我我国国学学者者在在研研究究这这一一
31、课课题题中中取取得得的的最最重重要要的成果之一。的成果之一。1992年，曾长期师从李培业教授进行珠算研究的经济师程文茂，率先破译了年，曾长期师从李培业教授进行珠算研究的经济师程文茂，率先破译了失传一千多年的失传一千多年的“太乙算太乙算”，并发明出，并发明出“太乙算棋太乙算棋”。1999年，程文茂又发明了年，程文茂又发明了“世界算盘世界算盘”，“世界算盘世界算盘”不仅能随意拆卸拼装俄罗斯、日本及中国的不仅能随意拆卸拼装俄罗斯、日本及中国的10珠、珠、5珠和珠和7珠算盘，而且可将失传的珠算盘，而且可将失传的“太乙算、两仪算、三才算和珠算太乙算、两仪算、三才算和珠算”四种古算具四种古算具一一再现。一
32、一再现。2002年年5月下旬，程文茂受汉中石门十三品的启发，依据李培业的月下旬，程文茂受汉中石门十三品的启发，依据李培业的汉中甄鸾古算十三品草图，历经汉中甄鸾古算十三品草图，历经10年时间潜心研究，制作完成了国内第一个年时间潜心研究，制作完成了国内第一个完整、系统、科学地将我国古代完整、系统、科学地将我国古代13种计算工具恢复旧制的种计算工具恢复旧制的“古算十三品古算十三品”。13种种算具中，最令程文茂兴奋的是算具中，最令程文茂兴奋的是“九宫算九宫算”。因为以往人们所熟悉的所有计算方法，。因为以往人们所熟悉的所有计算方法，均为均为“数动位不动数动位不动”的位置制，而的位置制，而“九宫算九宫算”
33、则为位动数不动。则为位动数不动。1.3.2信息技术及计算工具发展之大事记信息技术及计算工具发展之大事记 人类在同大自然斗争中，创造并逐步发展了计算工具人类在同大自然斗争中，创造并逐步发展了计算工具早在早在公元前公元前30003000年，中国人就发明了算筹和竹筹计数年，中国人就发明了算筹和竹筹计数唐末创造出算盘，南宋唐末创造出算盘，南宋12741274年已有算盘和歌诀的记载年已有算盘和歌诀的记载16331633年，奥芙特德（年，奥芙特德（OughtredOughtred）发明了计算尺。）发明了计算尺。16421642年，法国数学家帕斯卡制成第一台机械计算机年，法国数学家帕斯卡制成第一台机械计算机
34、16711671年，德国数学家莱布尼茨发明了自动四则运算器年，德国数学家莱布尼茨发明了自动四则运算器17461746年，英国工程师沃森在电线上传递了电信号年，英国工程师沃森在电线上传递了电信号1.3.2信息技术及计算工具发展之大事记信息技术及计算工具发展之大事记 计算机之父巴贝奇与世界上第一位程序员爱达计算机之父巴贝奇与世界上第一位程序员爱达 18221822年，英国著名数学家年，英国著名数学家查尔斯查尔斯巴贝奇巴贝奇设计成功了差分机设计成功了差分机他从他从18121812年开始设计，可用来制作对数和三角函数表年开始设计，可用来制作对数和三角函数表其精度可达其精度可达6 6位小数。位小数。该差
35、分机利用卡片输入程序和数据该差分机利用卡片输入程序和数据18341834年年,巴贝奇设计完成了一台更高级的分析机巴贝奇设计完成了一台更高级的分析机为巴贝奇工作的一位女性爱达为巴贝奇工作的一位女性爱达奥古斯塔奥古斯塔拉芙拉斯拉芙拉斯英国诗人拜伦的女儿，誉为世界上第一位程序员英国诗人拜伦的女儿，誉为世界上第一位程序员她比世界上第一台电子计算机早了她比世界上第一台电子计算机早了100100年年爱达的主要贡献是：爱达的主要贡献是：指出分析机可以编程指出分析机可以编程发现了编程的基本要素（如循环、子程序）发现了编程的基本要素（如循环、子程序）建议分析机用二进制存储建议分析机用二进制存储计算机之父巴贝奇与
36、世界上第一位程序员爱达计算机之父巴贝奇与世界上第一位程序员爱达 1.3.2信息技术及计算工具发展之大事记信息技术及计算工具发展之大事记人类追求的计算工具人类追求的计算工具1642 Blaise Pascal加法器加法器加法器加法器1822 1822 差分机差分机1833 1833 分析机分析机MARK IMARK IENIACENIAC电子计算机时代电子计算机时代2001年q2001年年3月月9日，中科院计算所研制成功日，中科院计算所研制成功“曙光曙光3000超级服务器超级服务器”q2001年年7月月13日，北京申奥成功日，北京申奥成功q2001年年8月月28日，日，Inter公司经过公司经过
37、18个月的努力推出个月的努力推出2GHz的的 Pentium 4处理器处理器q2001年年9月月4日，美国日，美国IT业的两大公司业的两大公司HP和和Compaq以以220亿美亿美 元的价格合并元的价格合并q2001年年9月月11日，日，“9.11”事件事件3500亿美元的损失，亿美元的损失，Nasdaq股股市市 指数一路下跌指数一路下跌q2001年年10月月13日，我国第一款通用日，我国第一款通用CPU芯片芯片“龙芯龙芯”诞生诞生q2001年年10月月25日，微软公司在全球发布了日，微软公司在全球发布了Windows XPq2001年年11月月10日，在已完成所有谈判工作之后，中国入世已定日
38、，在已完成所有谈判工作之后，中国入世已定2002年q2002年年6月底，由中科院、北大、清华联合向国家科技部提月底，由中科院、北大、清华联合向国家科技部提 出出“虚拟中国人计划虚拟中国人计划”立项申请立项申请q2002年年6月月17日至日至25日，在日本福冈日，在日本福冈“清华风神队清华风神队”又一次荣又一次荣 获仿真组冠军获仿真组冠军q2002年年6月，月，CERNET已建成已建成2万公里主干线路，通达万公里主干线路，通达160多多 个城市，连网个城市，连网900多家，上网人数多家，上网人数800万人万人q2002年年7月月23日，日，CNNIC公布公布:平均每周至少上网平均每周至少上网1小
39、时的中小时的中 国公民人数已超过国公民人数已超过4580万，排世界第三位万，排世界第三位q2002年年7月，国家信息化指标构成体系公布，共有月，国家信息化指标构成体系公布，共有20项指标项指标q2002年年7月月12日至日至14日，来自世界各地的日，来自世界各地的2000多名黑客云集多名黑客云集 美国纽约，召开所谓的黑客年会美国纽约，召开所谓的黑客年会q2002年年8月月29日，中国联想集团在北京中关村推出联想深腾日，中国联想集团在北京中关村推出联想深腾 1800大规模计算机系统大规模计算机系统 计算机在兰大计算机在兰大1958年,我校研制成功了模拟电子管计算机1973年,DJS121:第二代
40、晶体管计算机1974年,DJS130:第三代小规模集成电路计算机1985年,M340-S:第四代大规模集成电路计算机 (FACOM)1.3.3ENIAC的诞生与新一代计算机的诞生与新一代计算机 1 1世界上第一台电子数字计算机世界上第一台电子数字计算机ENIACENIAC 由美国宾夕法尼亚大学的莫克利和埃克特领导研制由美国宾夕法尼亚大学的莫克利和埃克特领导研制19461946年年2 2月月1414日正式启用日正式启用ENIACENIAC（电子数值积分计算机）电子数值积分计算机）ENIACENIAC采用变速电子器件采用变速电子器件电子管作为基本逻辑部件电子管作为基本逻辑部件运算速度每秒可进行运算
41、速度每秒可进行50005000次加减运算，次加减运算，3 3毫秒一次乘法毫秒一次乘法它约它约30003000立方英尺，重立方英尺，重3030吨，占地约吨，占地约170170平方米平方米运行时耗电量很大，功耗运行时耗电量很大，功耗2525千瓦；存储容量小千瓦；存储容量小ENIACENIAC仅运行了十年，仅运行了十年，19561956年它被送进了博物馆年它被送进了博物馆 第一台电子计算机（ENIAC）5000次加法次加法/秒秒体重体重28吨吨占地占地170M218800只电子管只电子管1500个继电器个继电器耗电耗电150KW1.3.3ENIAC的诞生与新一代计算机的诞生与新一代计算机 2.2.计
42、计算算机机从从“数数字字计计算算”到到“信信息息处处理理”的的转转变变q信息压缩与全数字化带来了丰富多彩的多媒体技术信息压缩与全数字化带来了丰富多彩的多媒体技术q以多媒体技术为基础的虚拟现实技术也正在向我们走来以多媒体技术为基础的虚拟现实技术也正在向我们走来q3S(GIS3S(GIS，GPSGPS，RS)RS)技技术术实实现现的的电电子子地地图图系系统统、卫卫星星遥遥感感定定位位跟跟踪监控系统踪监控系统q网络技术实现的远程教育、远程医疗诊断系统网络技术实现的远程教育、远程医疗诊断系统q无无线线接接入入技技术术（蓝蓝牙牙技技术术、WAPWAP）实实现现的的手手机机上上网网、无无线线局局域域网网(
43、WLAN)(WLAN)q电电脑脑卡卡已已由由早早期期的的光光电电卡卡、条条码码卡卡、磁磁卡卡发发展展到到今今天天的的ICIC卡卡、射频卡射频卡q美美国国五五角角大大楼楼(DoD)(DoD)一一直直就就是是IBMIBM的的第第一一大大用用户户，现现代代军军事事与与信信息技术已密不可分息技术已密不可分q19981998年年美美国国副副总总统统戈戈尔尔提提出出了了“数数字字地地球球”的的概概念念（数数字字化化智智能小区、数字化图书馆）能小区、数字化图书馆）CRAY-CRAY-3.计算机发展巨型化运算速度可达每秒几百亿次运算的运算速度可达每秒几百亿次运算的超级计算机超级计算机超级计算机超级计算机197
44、5年世界上第一台超级计算机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、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。算的高科技领域。中国超级计算机：中国超级计算机：国防科技大学研制的国防科技大学研制的“银河银河1号号”、“银河银河2号号”和和“银河银河3号号”国家职能计算机中心推出的国家职能计算机中心推出的“曙光曙光1000”和和“曙光曙光2000”银河银河银河银河Altair 8800 3.计算机发展微型化计算机不再是单一的计算机器，而是计算机不再是单一的计算机器，而
45、是一种信息机器，一种个人的信息机器。一种信息机器，一种个人的信息机器。3.计算机发展网络化计算机网络：计算机网络：计算机网络：计算机网络：计算机技术与通计算机技术与通信技术结合的产信技术结合的产物。物。计算机网络的计算机网络的计算机网络的计算机网络的发展动力：发展动力：发展动力：发展动力：使用远程资源，使用远程资源，共享程序、数据共享程序、数据和信息资源，网和信息资源，网络用户的通讯和络用户的通讯和合作。合作。3.计算机发展智能化“总有一天，人类会造出一些举止跟人一样的总有一天，人类会造出一些举止跟人一样的没有灵魂的机械没有灵魂的机械来来”。笛卡尔（笛卡尔（1637）DeepblueDeepb
46、lueGarry Kasparov Garry Kasparov q人类第一个人类第一个“工业机器人工业机器人”：一头在纺织机上挑纱的一头在纺织机上挑纱的“驴驴”（1742年）年）q第一代机器人第一代机器人机械手（机械手（1962年出现）年出现）q第二代机器人第二代机器人具有具有“感觉感觉”的机器人的机器人q第三代机器人第三代机器人装有启发式计算机的装有启发式计算机的“智能机器人智能机器人”第一代第一代（19461956）电子管电子管5千千4万（次万（次/秒）秒）第二代第二代（19571964）晶体管晶体管几十万几十万百万（次百万（次/秒）秒）第三代第三代（19651970）集成电路集成电路百
47、万百万几百万（次几百万（次/秒）秒）第四代第四代（197190年代）年代）集成电路集成电路几百万几百万几亿（次几亿（次/秒）秒）计算机发展的几个阶段晶晶体体管管数数目目4004奔腾奔腾4420,000,0002,300 将电脑浓缩在一颗芯片上0.18微米芯片微米芯片10微米芯片微米芯片晶晶体体管管数数单单位位时时间间执执行行的的指指令令数数百百万万条条/每每秒秒每每18个月芯片能力增长一倍。个月芯片能力增长一倍。计算机第一定律摩尔定律1.3.4 1.3.4 生物计算机生物计算机有有科学家认为，科学家认为，21世纪将是生物计算机的时代世纪将是生物计算机的时代生物技术将从根本上突破电子计算机的物理
48、极限生物技术将从根本上突破电子计算机的物理极限计算机的硅芯片将不可避免地面临耗能和散热等发展极限问题计算机的硅芯片将不可避免地面临耗能和散热等发展极限问题DNA有可能成为新一代功能更强大的计算机的基础有可能成为新一代功能更强大的计算机的基础1生物技术为信息技术发展开辟着新的道路生物技术为信息技术发展开辟着新的道路1994年年11月，美国南加州大学的计算机科学家阿德尔曼月，美国南加州大学的计算机科学家阿德尔曼在科学杂志上公布了他的在科学杂志上公布了他的DNA计算机理论计算机理论通过通过DNA分子上碱基不同的排列次序，可表示计算机的数据分子上碱基不同的排列次序，可表示计算机的数据然后酶对这些然后酶
49、对这些DNA上的碱基链进行操作，就能实现计算功能上的碱基链进行操作，就能实现计算功能1立方分米的立方分米的DNA溶液可以存储溶液可以存储1万亿亿位二进制的数据万亿亿位二进制的数据2000年美国加利福尼亚大学洛杉矶分校研制出了分子开关年美国加利福尼亚大学洛杉矶分校研制出了分子开关2001年年11月，以色列魏茨曼研究所的科学家研制出了一种月，以色列魏茨曼研究所的科学家研制出了一种由由DNA分子和酶分子构成的世界首台分子和酶分子构成的世界首台“生物计算机生物计算机”2002年年1月月28日，日本奥林巴斯光学工业公司与东京大学联合日，日本奥林巴斯光学工业公司与东京大学联合开开发发出了全球第一台能出了全
50、球第一台能够够真正投入商真正投入商业应业应用的用的DNADNA计计算机算机20042004年年1 1月月2727日，日，上海交通大学上海交通大学Bio-XBio-X生命科学研究中心和中科院上海生科院生命科学研究中心和中科院上海生科院 营营养科学研究所已在养科学研究所已在试试管中完成了管中完成了DNADNA计计算机的算机的雏雏形研制工作。形研制工作。1.3.4 1.3.4 生物计算机生物计算机2生物计算机的优点和缺陷生物计算机的优点和缺陷(1)密集度高密集度高(2)运行速度快运行速度快(3)具备自我修复功能，增强计算机的可靠性具备自我修复功能，增强计算机的可靠性(4)能量消耗极低能量消耗极低(5