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計算機科學(xué)與工程學(xué)院彭珍連,計算機文化基礎(chǔ),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(yīng)用領(lǐng)域,1.3計算機的特點,1.4信息技術(shù)概述,1.存儲程序式計算機,2.計算機發(fā)展簡史,本章內(nèi)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(nèi)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(xué)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(shè)備I（5）輸出設(shè)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(shè)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(jié)果輸出到外部設(shè)備,1.1計算機概述,計算機可以簡單地定義為一種電子設(shè)備——是一種能進行高速運算、具有內(nèi)部存儲能力、由程序控制其操作過程的自動電子設(shè)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(xué)莫克利和埃克特研制，1946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(jié)構(gòu)初探"的論文，并設(shè)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(xué)威爾克斯教授根據(jù)馮諾依曼機原理設(shè)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(guān)，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(xùn)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(yīng)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(yīng)用迅速深入到個人家庭。面向?qū)ο缶幊陶Z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(lǐng)域，如軍事、天氣預(yù)報等。（2）微型化：體積更小，重量更輕。（3）網(wǎng)絡(luò)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(dǎo)線而制造的數(shù)字計算機。(2)生物計算機：以生物元件構(gòu)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(shù)，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(shù)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(shè)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(wù)器，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中為多個用戶提供服務(wù)的共享設(shè)備,1.1計算機概述,1.科學(xué)計算科學(xué)計算也稱為數(shù)值計算，通常指用于完成科學(xué)研究和工程技術(shù)中提出的數(shù)學(xué)問題的計算?？茖W(xué)計算是計算機最早的也是最基本的應(yīng)用領(lǐng)域。由于計算機具有高速度、高精度等優(yōu)點，故現(xiàn)代科學(xué)研究和工程設(shè)計中它是不可缺少的計算工具。應(yīng)用領(lǐng)域：人造衛(wèi)星、原子反應(yīng)堆和核武器等。,1.2計算機在信息社會中的應(yīng)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(shè)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(jié)果輸出。應(yīng)用領(lǐng)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(yīng)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(diào)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(yīng)用領(lǐng)域：自控機床、宇宙飛行、核裂變、火星探測和洲際導(dǎo)彈等。,1.2計算機在信息社會中的應(yīng)用,4.計算機輔助系統(tǒng)(1)計算機輔助設(shè)計CAD，就是利用計算機及其外圍設(shè)備和圖形輸入輸出設(shè)備幫助人們進行工程和產(chǎn)品設(shè)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(shè)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(wù)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(xué)CAI，就是將計算機應(yīng)用于教學(xué)活動，它改變了粉筆加黑板的傳統(tǒng)教學(xué)方式。,1.2計算機在信息社會中的應(yīng)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(xué)習(xí)、理解、解決問題等。人工智能研究領(lǐng)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(wù)電子商務(wù)是商業(yè)的新模式，是指運用現(xiàn)代通信技術(shù)、計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行的一種商務(wù)活動。應(yīng)用：利用網(wǎng)絡(luò)進行的商品交易與服務(wù)、金融匯兌、網(wǎng)絡(luò)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(yīng)用,7.多媒體應(yīng)用多媒體，是文本、圖形、圖像、音頻、視頻等多種媒體信息的結(jié)合。多媒體技術(shù)是以計算機技術(shù)為核心，將聲像技術(shù)和通信技術(shù)融為一體，提供更豐富的接口界面。應(yīng)用領(lǐng)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(shè)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(shù)。應(yīng)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(yīng)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(fù)雜性現(xiàn)代計算機硬件和軟件的復(fù)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(nèi)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(wù)具有參考價值的數(shù)據(jù)，是一種資源。,1.4信息技術(shù)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(zhì)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(zhì)、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(shù)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(xué)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(yù)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(shù)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(zhuǎn)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(shù)概述,1.4.2信息技術(shù)內(nèi)容信息技術(shù)（InformationTechnology，IT）是利用計算機處理、存儲和傳輸信息的技術(shù)。1.信息基礎(chǔ)技術(shù)信息基礎(chǔ)技術(shù)是信息技術(shù)的基礎(chǔ)，包括新材料、新能源、新器件的開發(fā)和制造技術(shù)。近幾十年來，影響最大的是微電子技術(shù)和光電子技術(shù)。,1.4信息技術(shù)概述,2.信息系統(tǒng)技術(shù)信息系統(tǒng)技術(shù)是指有關(guān)信息的獲取、傳輸、處理、控制的設(shè)備和系統(tǒng)的技術(shù)。(1)信息獲取技術(shù)獲取信息是利用信息的先決條件，例如傳感技術(shù)、遙測技術(shù)、遙感技術(shù)等。(2)信息處理技術(shù)信息處理技術(shù)是指對獲取的信息進行識別、轉(zhuǎn)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(shù)概述,(3)信息傳輸技術(shù)就是指通信技術(shù)，是現(xiàn)代信息技術(shù)的支持。如信息光纖通信技術(shù)、衛(wèi)星通信技術(shù)等。(4)信息控制技術(shù)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(shù)，如導(dǎo)彈控制技術(shù)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(shù)、計算機技術(shù)和控制技術(shù)合稱為3C（Communication、Computer、Control）技術(shù)，3C技術(shù)是信息技術(shù)的主體。,1.4信息技術(shù)概述,3.信息應(yīng)用技術(shù)信息應(yīng)用技術(shù)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(shù)群類，如工廠自動化、辦公自動化和互聯(lián)通信技術(shù)等。,1.4信息技術(shù)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(shù)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(shù)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(shù)所創(chuàng)造的新環(huán)境中獨立學(xué)習(xí)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(chǔ)，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(quán)知識產(chǎn)權(quán)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(quán)。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(quán)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(quán)將受到法律保護，不允許未經(jīng)授權(quán)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(fù)制不允許使用(即出于存檔的目的對軟件備份復(fù)制是允許的);③在未經(jīng)版權(quán)所有人授權(quán)的情況下，不允許對軟件進行修改;④在未經(jīng)版權(quán)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(quán)所有人的許可，不允許軟件的持有者在該軟件的基礎(chǔ)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(yīng)該注意：①不要蓄意破壞和損傷他人的計算機系統(tǒng)設(shè)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(yù)防措施，在計算機內(nèi)安裝防病毒軟件；要定期檢查計算機系統(tǒng)內(nèi)文件是否有病毒，如發(fā)現(xiàn)病毒，應(yīng)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(quán)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(luò)道德建設(shè),遵守網(wǎng)絡(luò)行為規(guī)范網(wǎng)絡(luò)行為的規(guī)范不僅包括法律法規(guī),還應(yīng)該包括網(wǎng)絡(luò)倫理道德規(guī)范，如：①不應(yīng)用計算機去傷害別人；②不應(yīng)干擾別人的計算機工作；③不應(yīng)窺探別人的文件；④不應(yīng)用計算機進行偷竊；⑤不應(yīng)用計算機作偽證；⑥不應(yīng)使用或拷貝你沒有付錢的軟件；⑦不應(yīng)未經(jīng)許可而使用別人的計算機資源；⑧不應(yīng)盜用別人智力成果；⑨應(yīng)該考慮你所編的程序的社會后果⑩應(yīng)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,