第一單元信息社會與計算機1.1信息技術概述1.2計算機與信息處理

1.1信息技術概述1.1.1信息的基本概念1.1.2信息科學與信息技術

1.1.1信息的基本概念1.自然界的三種資源2.信息與數據3.信息的基本特征4.信息的主要作用5.信息處理1.自然界的三種資源動植物等自然資源在自然界里可以再生，因而被稱為可再生資源，即第一資源。第一資源自然界的三種資源金屬、非金屬及礦物、能源等物質資源，使用之后就不會再生，因此叫做非再生資源，也叫做第二資源。第二資源信息是區別于物質與能量的第三資源。第三資源自然界的三種資源眾所周知，世界是由物質構成的，物質是運動著的，度量物質運動的一種物理量叫能量。信息的產生、傳遞、存儲、處理都少不了物質。信息也離不開能量，收集、轉換、傳遞信息都需要能量。信息源于物質，源于物質的運動，沒有物質也就沒有信息。三種資源之間的關系2.信息與數據數據（Data，又稱資料）是對客觀事物記錄下來的可以鑒別的符號。這些符號不僅指數字，而且包括字符、文字、圖形等。數據119120信息是經過加工以后、并對客觀世界產生影響的數據。

廣義地說，信息就是人類的一切生存活動和自然存在所傳達出來的信號和消息。信息與數據信息信息的分類信息可以從不同角度分類。數值信息圖像信息聲音信息管理信息社會信息宇宙信息地球自然信息人類社會信息一次信息按表示形式分類按應用領域分類按信息來源分類二次信息……科技信息按加工順序分類3.信息的基本特征1.普遍性、無限性和客觀性2.共享性3.存儲性4.傳輸性5.擴散性6.轉換性7.度量性8.壓縮性4.信息的主要作用1.信息是人類認識客觀世界及其發展規律的基礎2.信息是客觀世界和人類社會發展過程中不可缺少的資源要素3.信息是科學技術轉化為生產力的橋梁和工具4.信息是管理和決策的主要參考依據5.信息是國民經濟和發展的保證5.信息處理1.信息的采集2.信息的存儲3.信息的加工4.信息的傳輸5.信息的檢索6.信息的發布1.2計算機與信息處理

1.2.1計算機的發展簡史1.2.2計算機的分類1.2.3計算機的應用1.2.4計算機的新技術1.2.5未來計算機1.2.1計算機的發展簡史

1.

早期的計算工具2.計算機的誕生3.計算機的發展史4.中國計算機發展簡史1.早期的計算工具

2000多年前中國的春秋戰國時代，中國人發明的算籌是有實物作證的人類最早的計算工具。算籌不僅可以替代手指來幫助計數，而且能做加減乘除等數學運算。

算籌算籌

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236縱式橫式222“凡算之法，先識其位。一從十橫，百立于僵，千十相望，萬百相當。”算籌記數法算籌在大約六、七百年前，中國人發明了更為方便的算盤，它結合了十進制計數法和一整套計算口訣，能夠很方便地實現各種基本的十進制計算，至今仍然沒有退出歷史舞臺。有一種看法，認為算盤是最早的數字計算機器，而珠算口訣則是最早的體系化的算法。兩千年前，中華民族發明的算盤是人類借助于工具進行數字計算的開端。

算盤算盤1621年，英國人岡特(E．Gunter)發明了計算尺，它的出現開創了模擬計算的先河。岡特計算尺是世界上最早的模擬計算工具。在此基礎上，人們又發明了多種類型的其他計算尺，這些計算尺曾經為科學和工程計算做出了巨大的貢獻。直到20世紀中葉，它才逐漸被袖珍計算器取代。

計算尺計算尺1642年，法國數學家帕斯卡（B.Pascal）利用齒輪技術制成了世界上第一臺最簡單的機械計算機——加法機，它解決了自動進位這一關鍵問題，它是由一系列的齒輪連結起來的輪子組成。加法器的設計原理對計算機器的發展產生了持久的影響。加法器機械式計算機

加法器內部1673年，德國數學家萊布尼茲（G.W.Leibniz）在加法機的基礎上設計完成了能進行加、減、乘、除的機械乘除器（乘法自動計算機）。萊布尼慈不僅發明了手動的可進行完整四則運算的機械式計算設備，還提出了“可以用機械替代人進行繁瑣重復的計算工作”這一重要思想。乘除器機械式計算機

1822年，英國數學家巴比奇（CharlesBabbage）嘗試設計用于航海和天文計算的差分機，這是最早采用寄存器來存儲數據的計算機。這是一臺用來計算多項式的加法機，巴比奇用這臺機器計算了平方表和其他一些表格（函數數值表）。

差分機機械式計算機1834年，巴比奇又完成了一項新計算裝置的構想，該計算裝置具有通用性，能解決數學上的各種問題，不僅可以進行數字運算，而且還能進行邏輯運算，巴比奇把這種裝置命名為“分析機”。按巴比奇的方案，分析機以蒸汽為動力，通過大量齒輪來傳動。這個分析機已經有了今天計算機的基本框架。分析機機械式計算機1884年，美國人赫爾曼·霍勒瑞斯（HermanHollerith）受到提花織機的啟發，想到用穿孔卡片來表示數據，制造出了第一臺機電式穿孔卡系統——制表機。

制表機機電式計算機

穿孔卡片1937年，德國工程師楚澤（KonradZuse）制造了Z—1機電式計算機，1941年又制造出Z-3，它全部采用繼電器，同時采用浮點計數法、二進制運算、帶數字存儲地址的指令形式等，這是世界上第一臺真正的通用程序控制的計算機。Z-1機電式計算機機電式計算機Zuse和Z-3MARK-I1944年5月，由美國人霍華德·艾肯（HowardAiken）提出、IBM公司生產的自動序列控制演算器（ASCC），即MarkI，它結合了霍勒瑞斯的“穿孔卡”技術和巴貝奇的通用可編程機器的思想。1944年，MarkI正式在哈佛大學投入運行。IBM公司從此走向開發與生產計算機之路。

機電式計算機1946年2月，世界上第一臺電子數值積分計算機（ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator，簡稱ENIAC）宣告研制成功。承擔開發任務的“莫爾小組”由莫契利（總設計師）、埃克特（總工程師）、格爾斯（數學家）、勃克斯（數學家）和另外四位科學家組成。計算機的誕生ENIAC用電子管代替繼電器和其他半機械式裝置，共用了18000多只電子管，耗電150Kw，占地170m2。為了給這個龐然大物散熱，專門為它配備了一臺重約30T的冷卻裝置。在ENIAC計算機上，是通過不同部分之間的重新接線進行編程。

計算機的誕生ENIAC背部（電子管）ENIAC簡介

3.計算機發展史4321應用領域處理方式元器件年份時代各行各業實時/分式處理網絡操作系統大規模、超大規模集成電路1971～現在系統設計科技工程領域實時處理操作系統集成電路1965～1970數據處理過程控制監控程序高級語言晶體管1958～1964科學計算機器語言匯編語言電子管1946～1957第1代計算機（1946年～1957年）采用電子真空管及繼電器作為邏輯元件，利用穿孔卡作為主要的主要的外部存儲介質，體積龐大，重量驚人，耗電量大，運算能力很有限。1950問世的EDVAC計算機是典型的第1代電子計算機，首次實現了馮·諾依曼體系的兩個重要設想：存儲程序和采用二進制。EDVAC第1代計算機1949年，劍橋大學的科學家MauriceWilkes研制完成了EDSAC，即延遲存儲電子自動計算機，它比EDVAC早兩年問世。因此，EDSAC成了第一臺通用的可存儲程序的計算機。EDSAC第1代計算機

第一臺通用計算機，它是繼ENIAC之后由莫奇利和埃克特再度合作設計的。UNIVAC-I第1代計算機IBM公司的IBM-701擊敗了競爭對手UNIVAC，一舉奠定了藍色巨人在計算機產業界的領袖地位。IBM-701

第1代計算機這一時期的計算機沒有系統軟件，只能用機器語言和匯編語言編程。計算機只能在少數尖端領域中得到應用，一般用于科學、軍事等方面的計算。盡管存在這些局限性，但它卻奠定了計算機發展的基礎。

第1代計算機第2代計算機（1958年～1964年）采用晶體管作為電子元件，利用磁芯制造主存，利用磁鼓和磁盤取代穿孔卡作為主要的外部存儲介質。計算速度從每秒幾千次提高到幾十萬次，主存儲器的存儲量從幾千字節提高到10萬字節以上。1954年，美國貝爾實驗室研制成功第一臺使用晶體管的第2代計算機TRADIC，它裝有800只晶體管，功率為100W，占地3平方英尺。TRADIC采用了浮點運算，計算能力實現了一次飛躍。TRADIC型

第2代計算機1959年，IBM公司推出了晶體管化的7000系列計算機，其典型產品是IBM-7090型計算機，它的它的體積減小了，運算速度卻更快，主存容量達到32KB。從1960年到1964年一直統治著科學計算的領域，并作為第二代電子計算機的典型代表。IBM-7000系列第2代計算機

這一時期的計算機除了大量用于科學計算，還逐漸被用來進行商務處理。在這個時期，出現了監控程序，提出了操作系統的概念。同時，還出現了COBOL和FORTRAN等高級語言。第2代計算機第3代計算機（1965年～1970年）采用集成電路作為電子元件，使用硅半導體制造存儲器。計算機的體積和耗電量大大減小，運算速度卻大大提高，計算機的性能和穩定性也得到進一步提高。

IBM公司于1964年研制出計算機歷史上最成功的機型之—IBMS/360，稱為“藍色巨人”。IBMS/360系統是最早使用集成電路的通用計算機，它是使用集成電路的第三代電子計算機的里程碑式的產品。它開創了民用計算機使用集成電路的先例，計算機從此進入了集成電路時代。IBMS/360第3代計算機1960年，美國數據設備公司（DEC）生產了第一臺速度為每秒3000次的小型集成電路計算機，以后又陸續生產出了PDP-4，PDP-5等型號；1965年又生產出了PDP-8型機，這是當時最便宜的計算機。1970年，DEC公司又推出PDP-11系列，首次在小型機中采用了大型機應用的堆棧技術，結構靈活，可以擴展。PDP-11

第3代計算機美國ILLIAC-IV計算機，是第一臺全面使用大規模集成電路作為邏輯元件和存儲器的計算機，它標志著計算機的發展已到了第4代。ILLIAC-IV第3代計算機第3代計算機在這一時期，廣泛使用微程序技術簡化處理機設計；操作系統開始出現；結構化程序設計方法的出現，為研制復雜的軟件提供了技術上的保證。系列化、通用化和標準化是這一時期計算機設計的基本思想。

第4代計算機（1971年～現在）采用大規模(LSI)和超大規模(VLSI)集成電路作為電子元件，使用集成度更高的半導體元件做主存儲器。在此期間，微處理器產生并得到了高速發展，個人微型計算機市場迅速擴大。1981年8月12日，IBM在紐約宣布IBM-PC個人電腦出世，個人電腦以前所未有的廣度和速度面向大眾普及。IBMPC

第4代計算機Apple公司于1984年推出Macintosh計算機系列，Macintosh首次采用了友好的圖形用戶界面(GUI)，用戶可以用鼠標方便地操作。AppleMacintosh計算機系列

第4代計算機

1977年，DEC公司推出的32位VAX—11/780小型機的邏輯尋址空間高達40億，并有設計良好的存儲管理，使程序員能夠得心應手地編程。

VAX-11/780小型機

第4代計算機

20世紀70年代以后，巨型計算機也取得了長足發展，其代表產品是Cray系列巨型機。1972年，克雷（SeymourCray）創建克雷研究公司（CrayResearch），1976年研制出超級計算機Cray-1，其峰值速度達160Mflops（浮點運算），實現了當時絕無僅有的超高速。1985年問世的Cray-2巨型機峰值速度更是達到1.951Gflops，從而引發了各大計算機公司研制超級計算機的熱潮。

Cray系列巨型機第4代計算機第4代計算機在這一時期，計算機在體系結構方面，發展了并行處理機、分布式處理機和多處理機等計算機系統。操作系統不斷完善，應用軟件已成為現代工業的一部分。計算機技術和通信技術相結合，出現了計算機網絡。計算機的發展趨勢

21世紀是人類走向信息社會的世紀、是網絡的時代、是超高速信息公路建設取得實質性進展并進入應用的時代。計算機的發展趨勢更加趨于巨型化、微型化、網絡化和智能化。

1997年，IBM一臺名為“深藍”（DeepBlue）的“計算機棋手”，出人意料地戰勝了它的人類對手—被譽為“歷史上最偉大的國際象棋大師”的卡斯帕羅夫（Kasparov）。DeepBlue計算機的發展趨勢未來的計算機將是微電子技術、光學技術、超導技術、生物技術和電子仿生技術等相互結合的產物。屆時計算機將發展到一個更高、更先進的水平。計算機的發展趨勢華羅庚是我國計算技術的奠基人和最主要的開拓者之一。4.中國計算機發展簡史1952年，華羅庚從清華大學電機系物色了閔乃大、夏培肅和王傳英三位科研人員在他任所長的中國科學院數學所內建立了中國第一個電子計算機科研小組。第1代（1958～1964年）中國計算機發展簡史我國從1957年開始研制通用數字電子計算機。1958年8月1日該機可以表演短程序運行，標志著我國第一臺電子計算機誕生。該機定名為103型計算機（即DJS-1型），共生產38臺。103機我國在研制第一代電子管計算機的同時，已開始研制晶體管計算機。1965年研制成功我國第一臺大型晶體管計算機（109乙機）。

第2代（1965年～1972年）中國計算機發展簡史109機1983年中國科學院計算所完成我國第一臺大型向量機－757機，計算速度達到每秒1000萬次。

1973年，北京大學與北京有線電廠等單位合作研制成功運算速度每秒100萬次的大型通用計算機。中國計算機發展簡史第3代（1973年～80年代初）757向量機中國計算機發展簡史1983年，國防科大研制成銀河-I億次巨型計算機。銀河-I巨型機是我國高速計算機研制的一個重要里程碑。銀河Ⅰ型

1980年初我國不少單位也開始采用Z80，X86和M6800芯片研制微機。1983年12月，電子部六所研制成功與IBMPC機兼容的微機DJS-0520。

第4代（80年代中期至今）中國計算機發展簡史DJS-0520微機曙光1000中國計算機發展簡史

1995年，國家智能機中心推出了國內第一臺具有大規模并行處理機（MPP）結構的并行機曙光1000（含36個處理機），峰值速度每秒25億次浮點運算，實際運算速度上了每秒10億次浮點運算這一高性能臺階。2004年上半年推出每秒浮點運算速度1萬億次的曙光4000超級服務器。

2000年，我國研制成功高性能計算機“神威Ⅰ”。神威機為可縮放的大規模并行計算機系統，其峰值浮點運算速度為3840億次/秒。神威機的研制成功，使我國成為繼美國、日本之后第三個具備研制大規模高性能計算機系統能力的國家。神威Ⅰ中國計算機發展簡史1.2.2計算機的分類1.按計算機原理分類2.按計算機用途分類3.按計算機性能分類數字計算機模擬計算機混合計算機通用計算機專用計算機巨型計算機大/中型計算機小型計算機微型計算機工作站按原理分類按用途分類按規模分類服務器計算機的分類數字計算機處理的是非連續變化的數據，這些數據在時間上是離散的。數字電子計算機是當今世界電子計算機行業中的主流。模擬計算機處理的是連續的物理量，如電壓、電流、溫度等。一般說來，模擬計算機不如數字計算機精確、通用性不強，但解題速度快，主要用于過程控制和模擬仿真。計算機的分類1.按原理分類數字電子計算機（DigitalComputer）模擬電子計算機（AnalogComputer）數模混合計算機兼有數字和模擬兩種計算機的特點，既能接收、處理和輸出模擬量，又能接收、處理和輸出數字量。計算機的分類混合式電子計算機（HybridComputer）通用計算機是指可解決各種問題，具有較強的通用性而設計的計算機。該機適用于一般的科學計算、學術研究、工程設計和數據處理等，這類機器本身有較大的適用面。

為適應某種特殊應用而設計的計算機，具有運行效率高、速度快、精度高等特點。一般用在過程控制中，如智能儀表、飛機的自動控制、導彈的導航系統等。計算機的分類2.按用途分類通用計算機（GeneralPurposeComputer）專用計算機（SpecialPurposeComputer）巨型計算機是指運算速度快、存儲容量大，每秒可達5000萬次以上浮點運算速度，主存容量超過百萬個字節甚至幾百萬兆字節的計算機。大型計算機其特點表現在通用性強、具有很強的綜合處理能力、性能覆蓋面廣等。主要應在公司、銀行、政府部門、社會管理機構和制造廠家等。計算機的分類3.按性能分類巨型計算機大型計算機

小型計算機通常是一個多用戶系統，具有規模較小、結構簡單、成本較低、操作簡單、易于維護、與外部設備連接容易等特點，是在20世紀60年代中期發展起來的一類計算機。

微型計算機是以微處理器為中央處理單元而組成的個人計算機，簡稱微機。它是20世紀70年代出現新機種，其特點設計先進、軟件豐富、功能齊全、價格便宜等。計算機的分類小型計算機微型計算機

工作站是一種高檔微機系統。它的獨特之處是有大容量主存、大屏幕顯示器，具有較強的圖形交互與處理功能，特別適合于計算機輔助設計領域。

服務器是在網絡環境下為多用戶提供服務的共享設備。服務器一般具有高性能、大容量、高可靠性和可伸展性。一般分為文件服務器、打印服務器和通信服務器等。計算機的分類工作站服務器1.2.3計算機的應用1.科學計算2.數據處理3.輔助控制4.過程控制5.人工智能6.網絡應用7.多媒體技術的應用1.2.4計算機的新技術1.芯片技術2.并行處理技術3.網格技術4.藍牙技術5.嵌入技術6.中間件技術7.普適計算技術8.分布式計算技術1.2.5未來計算機1.超導計算機2.納米計算機3.光計算機4.生物計算機5.分子計算機6.量子計算機超導計算機是使