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計算機科學與工程學院彭珍連,計算機文化基礎,第1章計算機與信息社會概述,1.1計算機概述,1.2計算機的應用領域,1.3計算機的特點,1.4信息技術概述,1.存儲程序式計算機,2.計算機發(fā)展簡史,本章內容,本章重點,1.1.1電子計算機的概念1.電子計算機的分類從工作原理上可分為二大類：電子模擬計算機：用電壓的高低來模擬計算數(shù)量的大小，即用連續(xù)變化的電壓來表示運算量的計算機。電子數(shù)字計算機：以數(shù)字形式的量值在機器內部進行運算的計算機。通常所說的電子計算機都是指電子數(shù)字計算機，簡稱為計算機。,1.1計算機概述,2.1945年，美籍匈牙利數(shù)學家馮諾依曼研究一種全興的存儲程序式計算機---“離散變量自動電子計算機”，簡稱EDVAC。把計算機分為五個組成部分：（1）運算器ALU（2）控制器CU（3）存儲器M（4）輸入設備I（5）輸出設備O具備上述特征的計算機成為馮諾依曼機。,1.1計算機概述,3.計算機的概念：根據(jù)馮諾依曼機，計算機定義為一種可以接收輸入、處理數(shù)據(jù)、存儲數(shù)據(jù)、產(chǎn)生輸出的電子設備。計算機接收輸入：指將外部信息輸入計算機系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)：中央處理單元根據(jù)指令對數(shù)據(jù)進行處理計算機存儲數(shù)據(jù)：計算機必須利用存儲器保存程序和數(shù)據(jù)計算機產(chǎn)生輸出：將計算機生成的結果輸出到外部設備,1.1計算機概述,計算機可以簡單地定義為一種電子設備——是一種能進行高速運算、具有內部存儲能力、由程序控制其操作過程的自動電子設備。,1.1計算機概述,1.1.2電子計算機發(fā)展簡史1.第一臺電子計算機ENIAC由賓西法尼亞大學莫克利和?？颂匮兄疲?946年2月開始投入使用，用于彈道計算。2.第一臺存儲程序式電子計算機EDSAC1946年6月，馮諾依曼教授發(fā)表了"電子計算機裝置邏輯結構初探"的論文，并設計出了第一臺存儲程序式計算機EDVAC,該機直到1952年才正式投入運行。英國劍橋大學威爾克斯教授根據(jù)馮諾依曼機原理設計了EDSAC，于1949年5月研制成功率先投入運行。,1.1計算機概述,,它用了18000多只電子管，70000多個電阻，10000多只電容，6000多個開關，重達30多噸，占地170平方米，耗電150千瓦，運算速度為每秒5000次加減法。當時用于彈道計算，從臺式機械計算機所需的7-10小時縮短到30秒以下，代替了彈道實驗室近200名工程師的繁重計算。,1.1計算機概述,3.電子計算機的發(fā)展的幾個階段⑴第一代電子計算機（1946年－1958年）第一代電子計算機采用電子管作為基本元器件，其體積大、速度慢、耗電多、存儲容量小，并會產(chǎn)生大量的熱量，而且價格昂貴，需要專門的房間和經(jīng)過高級培訓的操作人員。運算次數(shù)幾千到幾萬次/秒。⑵第二代電子計算機（1958年－1964年）第二代計算機用晶體管作為基本元器件。它具有速度快、壽命長、重量輕、體積小、省電等優(yōu)點。它們普遍使用磁芯存儲器為主存儲器，用磁盤或磁帶作輔助存儲器，顯著增加了存儲容量。產(chǎn)生了FORTRAN、COBOL等高級編程語言。運算次數(shù)數(shù)十萬次/秒。,1.1計算機概述,⑶第三代電子計算機（1964年－1970年）1958年，基爾比和諾伊斯發(fā)明集成電路。集成電路與晶體管分立元件相比，體積更小，耗電更少，壽命更長，可靠性更高。在軟件方面，操作系統(tǒng)、編譯系統(tǒng)、編程語言和應用程序都得到了較大發(fā)展。運算次數(shù)幾百萬到幾千萬次/秒。⑷第四代電子計算機（1971年至今）第四代計算機使用大規(guī)模集成電路或超大規(guī)模集成電路作為基本元器件。1971年Intel公司推出了世界上第一個微處理器Intel4004。1980年IBM公司用Intel8088生產(chǎn)出16位微機IBM-PC，使計算機的應用迅速深入到個人家庭。面向對象編程語言廣泛被使用。運算次數(shù)百萬億次/秒。,1.1計算機概述,4.未來的計算機計算機向著更好、更快、更強的方向發(fā)展，主要有四個重要方向：（1）巨型化：尖端領域，如軍事、天氣預報等。（2）微型化：體積更小，重量更輕。（3）網(wǎng)絡化：資源共享和信息交換。（4）智能化：類似的思維能力，如推理、判斷等。,1.1計算機概述,5.未來的計算機(1)光子計算機：利用光子取代電子，以光互聯(lián)代替導線而制造的數(shù)字計算機。(2)生物計算機：以生物元件構建的計算機。(3)量子計算機:利用處于多現(xiàn)實態(tài)的原子進行運算的計算機。相比現(xiàn)有技術，以上幾種計算機在容量、計算速度方面都有較大優(yōu)勢，但是技術還未成熟。,1.1計算機概述,1.1.3計算機的分類1.按信息處理方式可以分為模擬計算機和數(shù)字計算機。2.按用途(1)通用計算機通用性強，具有很強的綜合處理能力，能夠解決各類型的問題。(2)專用計算機功能單一，配有解決特定問題的軟硬件，但能高速可靠地解決特定問題。,1.1計算機概述,3.按綜合性能指標根據(jù)計算機的運算速度、字長、存儲容量、軟件配置等多方面的綜合性能指標分為：(1)巨型機也稱為超級計算機，如：我國“銀河”、“曙光”、“聯(lián)想”(2)大型機針對那些計算量大、信息流通量大、通訊能力高的要求而設計(3)小型機在微型機出現(xiàn)以前，小型機是計算機中最低的一檔。(4)微型計算機，個人計算機PersonalComputer，PC(5)工作站，介于微型機與小型機之間的高檔微型計算機系統(tǒng)(6)服務器，在網(wǎng)絡環(huán)境中為多個用戶提供服務的共享設備,1.1計算機概述,1.科學計算科學計算也稱為數(shù)值計算，通常指用于完成科學研究和工程技術中提出的數(shù)學問題的計算?？茖W計算是計算機最早的也是最基本的應用領域。由于計算機具有高速度、高精度等優(yōu)點，故現(xiàn)代科學研究和工程設計中它是不可缺少的計算工具。應用領域：人造衛(wèi)星、原子反應堆和核武器等。,1.2計算機在信息社會中的應用,2.數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理也稱為非數(shù)值計算，是指對大量的數(shù)據(jù)進行加工處理。數(shù)據(jù)處理的主要功能是將輸入設備輸入的數(shù)據(jù)及時地加以記錄、整理、計算，以加工出符合特定需要的新信息，并將結果輸出。應用領域：辦公自動化、全國同類銀行聯(lián)機辦理存款支付和情報檢索系統(tǒng)等。,1.2計算機在信息社會中的應用,3.過程控制過程控制是指用計算機實時采集、檢測數(shù)據(jù)，按最佳值迅速地控制對象進行自動控制或自動調節(jié)。利用計算機進行過程控制不僅可以大大提高控制的自動化水平，而且可以提高控制的及時性和準確性。應用領域：自控機床、宇宙飛行、核裂變、火星探測和洲際導彈等。,1.2計算機在信息社會中的應用,4.計算機輔助系統(tǒng)(1)計算機輔助設計CAD，就是利用計算機及其外圍設備和圖形輸入輸出設備幫助人們進行工程和產(chǎn)品設計。目前，CAD廣泛用于機械、建筑、服裝、航空等行業(yè)中。(2)計算機輔助制造CAM，就是用計算機對生產(chǎn)設備進行管理、控制和操作。(3)計算機集成制造系統(tǒng)CIMS,是集CAD、CAM及事務管理三大功能于一體的現(xiàn)代化、自動化生產(chǎn)系統(tǒng)，它能夠真正實現(xiàn)無人車間或無人工廠。(4)計算機輔助教學CAI，就是將計算機應用于教學活動，它改變了粉筆加黑板的傳統(tǒng)教學方式。,1.2計算機在信息社會中的應用,5.人工智能人工智能，是指用計算機軟硬件系統(tǒng)來模擬人類某些智能行為，如感知、判斷、學習、理解、解決問題等。人工智能研究領域主要包括：模式識別、自然語言理解、博弈、專家系統(tǒng)和機器人等。6.電子商務電子商務是商業(yè)的新模式，是指運用現(xiàn)代通信技術、計算機和網(wǎng)絡技術進行的一種商務活動。應用：利用網(wǎng)絡進行的商品交易與服務、金融匯兌、網(wǎng)絡廣告或提供娛樂節(jié)目等商業(yè)活動。,1.2計算機在信息社會中的應用,7.多媒體應用多媒體，是文本、圖形、圖像、音頻、視頻等多種媒體信息的結合。多媒體技術是以計算機技術為核心，將聲像技術和通信技術融為一體，提供更豐富的接口界面。應用領域：如視頻會議系統(tǒng)、數(shù)字化圖書館等。8.虛擬現(xiàn)實虛擬現(xiàn)實是利用計算機生成一種模擬現(xiàn)實的環(huán)境，通過多種傳感設備使用戶投入到該環(huán)境中，用戶與環(huán)境直接進行交互，給用戶以逼真體驗的技術。應用：如虛擬工廠、數(shù)字汽車及虛擬人體等。,1.2計算機在信息社會中的應用,1.發(fā)展快摩爾定律：集成電路上可容納的晶體管數(shù)目，每隔18個月便會增加一倍，性能也將提升一倍，而價格下降一半。2.性能高主要體現(xiàn)在：運算速度快，計算精度高，記憶能力強，邏輯判斷能力強，自動化程度高。3.友善性，用戶易于操作4.復雜性現(xiàn)代計算機硬件和軟件的復雜程度超出一般人想像。,1.3計算機的特點,1.4.1信息的定義1.信息信息即是對各種事物的變化和特征的反映，又是事物之間相互作用和聯(lián)系的表征。2.數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)是對某種情況的記錄。信息和數(shù)據(jù)是有區(qū)別的，數(shù)據(jù)是攜帶信息的載體，而信息則是這個載體所攜帶的內容，經(jīng)過加工處理后對管理決策和實現(xiàn)管理目標或任務具有參考價值的數(shù)據(jù)，是一種資源。,1.4信息技術概述,3.信息的基本特征①信息的依附性。信息不能獨立存在，信息的傳遞必須依附于一定的載體。②信息的價值性。信息的價值性體現(xiàn)在兩方面體現(xiàn)。信息不能直接提供給人們物質需要，但能滿足人們精神生活的需要；信息作用于實踐，可以促進物質、能量的生產(chǎn)和使用。信息只有被人們利用才能體現(xiàn)出其價值，并且信息可以增值。,1.4信息技術概述,③信息具有價值的相對性。信息作為一種特殊的資源，具有相對價值性，它的價值取決于信息的接受者對信息的需求及其對信息的處理、認識、理解能力。例如，“目前汽油價格高漲，許多加油站用油非常緊張，車子加油要排很長的隊，甚至要到幾十公里以外的加油站才能加到油”。司機和學生們都獲取了這么一條信息，但起的作用是不一樣的。④信息的時效性。信息往往反映事物某一特定時刻的狀態(tài)，隨著時間的推移會發(fā)生變化。比如：天氣預報、股市行情。延遲的信息可使其功效減少或全部消失，甚至可能起到截然相反的作用。,1.4信息技術概述,⑤信息具有共享性。信息可以被一次性或多次或同時利用；大家熟悉的Internet可實現(xiàn)全球信息資源的共享。⑥信息可以傳遞。信息可以通過報紙、電視、廣播、交流、Internet網(wǎng)等方式傳遞。⑦信息可以處理。信息可以被壓縮、存儲、有序化、轉換形態(tài)，也可以進行分類、比較、綜合、研究、編制等。,1.4信息技術概述,1.4.2信息技術內容信息技術（InformationTechnology，IT）是利用計算機處理、存儲和傳輸信息的技術。1.信息基礎技術信息基礎技術是信息技術的基礎，包括新材料、新能源、新器件的開發(fā)和制造技術。近幾十年來，影響最大的是微電子技術和光電子技術。,1.4信息技術概述,2.信息系統(tǒng)技術信息系統(tǒng)技術是指有關信息的獲取、傳輸、處理、控制的設備和系統(tǒng)的技術。(1)信息獲取技術獲取信息是利用信息的先決條件，例如傳感技術、遙測技術、遙感技術等。(2)信息處理技術信息處理技術是指對獲取的信息進行識別、轉換、加工，使信息安全地存儲、傳輸，并能方便地檢索、再生、利用，或便于人們從中提煉知識、發(fā)現(xiàn)規(guī)律的工作手段。,1.4信息技術概述,(3)信息傳輸技術就是指通信技術，是現(xiàn)代信息技術的支持。如信息光纖通信技術、衛(wèi)星通信技術等。(4)信息控制技術指利用信息傳遞和信息反饋來實現(xiàn)對目標系統(tǒng)進行控制的技術，如導彈控制技術等。在信息系統(tǒng)中，對信息實施有效的控制是利用信息的重要前提。目前，人們把通信技術、計算機技術和控制技術合稱為3C（Communication、Computer、Control）技術，3C技術是信息技術的主體。,1.4信息技術概述,3.信息應用技術信息應用技術是針對種種實用目的，如信息管理、信息控制、信息決策而發(fā)展起來的具體的技術群類，如工廠自動化、辦公自動化和互聯(lián)通信技術等。,1.4信息技術概述,1.信息素養(yǎng)信息素養(yǎng)（InformationLiteracy）是傳統(tǒng)文化素養(yǎng)的延伸和拓展，其概念由美國信息產(chǎn)業(yè)協(xié)會主席保羅.澤考斯基于1974年提出，主要包括文化素養(yǎng)（知識層面）、信息意識（意識層面）和信息技能（技術層面）三個方面。信息素養(yǎng)不僅包括熟練運用當代信息技術獲取、識別、加工、傳遞和創(chuàng)造信息的基本技能，更重要的是在當代信息技術所創(chuàng)造的新環(huán)境中獨立學習的能力及創(chuàng)新意識、批判精神及強烈的社會責任感和參與意識，注重人文和社會因素，以信息獲取和信息組織為基礎，以社會道德、法律意識和創(chuàng)造性能力的培養(yǎng)為核心。,1.5信息素養(yǎng)與計算機用戶的社會責任,1.計算機用戶的社會責任(1)保護知識產(chǎn)權知識產(chǎn)權是社會的經(jīng)濟和科技發(fā)展到一定階段后，人類通過創(chuàng)造性的智力勞動而獲得的一項智力性的新型財產(chǎn)權。用戶購買軟件時，不僅得到了軟件本身，還得到了一份許可使用證(合同)。在合同中，除了要求使用者受版權法約束之外，用戶還須接受以下幾方面的限制：,1.5信息素養(yǎng)與計算機用戶的社會責任,①軟件的版權將受到法律保護，不允許未經(jīng)授權的使用;②除非正版軟件運行失敗或已損壞，其他對軟件的備份復制不允許使用(即出于存檔的目的對軟件備份復制是允許的);③在未經(jīng)版權所有人授權的情況下，不允許對軟件進行修改;④在未經(jīng)版權所有人允許的情況下，禁止對軟件目標程序進行解密或逆向工程的行為;⑤未經(jīng)版權所有人的許可，不允許軟件的持有者在該軟件的基礎上開發(fā)新的軟件等。,1.5信息素養(yǎng)與計算機用戶的社會責任,2、維護計算機系統(tǒng)安全為依法維護計算機系統(tǒng)的安全，計算機用戶應該注意：①不要蓄意破壞和損傷他人的計算機系統(tǒng)設備及資源；②不要制造病毒程序，不要使用帶病毒的軟件，更不要有意傳播病毒給其他計算機系統(tǒng)；③要采取預防措施，在計算機內安裝防病毒軟件；要定期檢查計算機系統(tǒng)內文件是否有病毒，如發(fā)現(xiàn)病毒，應及時用殺毒軟件清除；④維護計算機的正常運行，保護計算機系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全；⑤被授權者對自己享用的資源負有保護責任，口令密碼不得泄露給外人。,1.5信息素養(yǎng)與計算機用戶的社會責任,3、加強網(wǎng)絡道德建設,遵守網(wǎng)絡行為規(guī)范網(wǎng)絡行為的規(guī)范不僅包括法律法規(guī),還應該包括網(wǎng)絡倫理道德規(guī)范，如：①不應用計算機去傷害別人；②不應干擾別人的計算機工作；③不應窺探別人的文件；④不應用計算機進行偷竊；⑤不應用計算機作偽證；⑥不應使用或拷貝你沒有付錢的軟件；⑦不應未經(jīng)許可而使用別人的計算機資源；⑧不應盜用別人智力成果；⑨應該考慮你所編的程序的社會后果⑩應該以深思熟慮和慎重的方式來使用計算機。,1.5信息素養(yǎng)與計算機用戶的社會責任,第一大題(做在書上）第二大題(做在書上）第三大題(1,2,5,6),作業(yè),第1章計算機與信息社會概述,