計算機應用基礎第一章下第1頁，課件共56頁，創作于2023年2月2未來的計算機生物計算機量子計算機超導計算機第2頁，課件共56頁，創作于2023年2月3生物計算機生物計算機又稱仿生計算機，是以生物芯片取代在半導體硅片上集成效以萬計的晶體管制成的計算機。它的主要原材料是生物工程技術產生的蛋白質分子，并以此作為生物芯片。生物計算機芯片本身還具有并行處理的功能，其運算速度要比當今最新一代的計算機快10萬倍，能量消耗僅相當于普通計算機的十億分之一，存儲信息的空間僅占百億億分之一。DNA存儲器人類可以利用遺傳工程技術，仿制出這種蛋白質分子，用來作為元件制成計算機。第3頁，課件共56頁，創作于2023年2月生物計算機DNA儲存信息：一克DNA相當千億張DVD光盤DNA是生物數據庫DNA里的四種堿基，兩兩互補成對。一個最短的DNA分子也有4000個堿基對，可能的排列方式就有44000種。堿基對排列順序千變萬化，從而能夠存儲大量的遺傳信息。第4頁，課件共56頁，創作于2023年2月5量子計算機量子計算機是以處于量子狀態的原子作為中央處理器和內存，利用原子的量子特性進行信息處理。量子計算機與傳統計算機在外形上有較大差異：它沒有傳統計算機的盒式外殼，看起來像是一個被其他物質包圍的巨大磁場第5頁，課件共56頁，創作于2023年2月6超導計算機超導計算機是利用超導技術生產的計算機及其部件，其理論上開關動作所需時間為千億分之一秒，電力消耗只是大規模集成電路的幾千分之一。但是，現在這種組件計算機的電路還一定要在低溫下工作。低溫下失去電阻。第6頁，課件共56頁，創作于2023年2月教學內容計算機的誕生1計算機的數據表示形式2計算機的未來發展3信息化發展的新趨勢4第7頁，課件共56頁，創作于2023年2月計算機與信息化（三次工業革命）信息化：是指社會經濟的發展，從以物質與能源為經濟結構的重心，向以信息為經濟結構的重心轉變的過程。信息化是以計算機技術、網絡技術、通訊技術為重要的技術基礎和技術保障。

第一次工業革命：機器代替工場手工業（蒸汽機作為動力機），始于十八世紀第二次工業革命：工業自動化（內燃機作為動力機，還有電力的使用），始于十九世紀第三次工業革命：信息化的出現，始于二十世紀第8頁，課件共56頁，創作于2023年2月信息化的出現和發展是社會進步的必然表現

第三次科技革命是人類文明史上繼蒸汽技術革命和電力技術革命之后科技領域里的又一次重大飛躍。它以原子能、電子計算機、空間技術和生物工程的發明和應用為主要標志，涉及信息技術、新能源技術、新材料技術、生物技術、空間技術和海洋技術等諸多領域的一場信息控制技術革命。這次科技革命不僅極大地推動了人類社會經濟、政治、文化領域的變革，而且也影響了人類生活方式和思維方式，使人類社會生活和人的現代化向更高境界發展。第9頁，課件共56頁，創作于2023年2月信息化發展趨勢廣度發展表現在信息化與其余“四化”（工業化、市場化、城市化、國際化）的融合信息化發展趨勢的兩種表現深度發展特別是信息化與工業化的深度融合第10頁，課件共56頁，創作于2023年2月電子計算機誕生計算機通用化計算機多媒體化深化趨勢之一：萬物數字化萬物數字化第11頁，課件共56頁，創作于2023年2月深化趨勢之一：萬物數字化數字化的第三波：涌向萬物數字化、標識化。將各種物體植入傳感器、標識器而數字化。讓物體本身發出越來越豐富的數據是物聯網、智能城市最基礎的工作，這形成了巨大的新產品空間，是當前各種創新的前沿。RFID（電子標簽）:集裝箱、航空行李的處理；牛、豬、瓜果等動物、水果的身份標識；門禁控制、電子門票的使用；汽車、零件等生產制造和裝配；藥、血液、超市商品等物流和供應管理；道路自動收費……第12頁，課件共56頁，創作于2023年2月物聯網與二維碼二維碼是指在一維碼的基礎上擴展出另一維具有可讀性的條碼，使用黑白矩形圖案表示二進制數據，被設備掃描后可獲取其中所包含的信息。比起一維的條形碼（需要聯網），二維碼有高密度編碼，信息容量大：QR碼可容納多達1850個大寫字母或2710個數字或1108個字節，或500多個漢字，比普通條碼信息容量約高幾十倍。第13頁，課件共56頁，創作于2023年2月傳感器網例如：GPS、手機……第14頁，課件共56頁，創作于2023年2月GPS導航GPS導航軟件的基礎原理就是定位。GPS即英文GlobalPositioningSystem全球定位系統的簡稱。全球定位系統簡單的說，就是一個由覆蓋全球的24顆衛星組成的衛星系統，能提供實時、全天候和全球性的導航服務。GPS全球衛星定位系統由三部分組成：

空間部分–GPS衛星

地面控制部分–地面監控系統

用戶設備部分–GPS信號接受機即個人用戶終端。第15頁，課件共56頁，創作于2023年2月深化趨勢之一：萬物數字化例如：空氣中水汽的濃度、總量、分布、走向、溫度，對水資源的調度、旱、澇、地震、火災、海嘯、泥石流的防治、水循環規律的認識均有重大意義。另外，檢測大氣、海洋、沙漠、土壤、河流、森林等各種傳感器網，都會對中國的科學發展發揮重要的作用。再如：只有將物資、設備、人員、知識、環境進行數字化，并聚成數據海，才能使我們掌握全局，知道長處和短處，明確差距與方向，才能預測未來，應付各種可能。智能城市第16頁，課件共56頁，創作于2023年2月深化趨勢之一：萬物數字化“數”可以解釋萬物，承載萬物，掌控萬物；現代的數碼科技將能夠在虛擬的世界里如同造物主一樣去營造萬物和勾畫秩序。萬物皆數第17頁，課件共56頁，創作于2023年2月深化趨勢之二：控制遠程化遠程控制并不陌生

最日常的遙控：電視、汽車門等第18頁，課件共56頁，創作于2023年2月深化趨勢之二：控制遠程化最危險的遙控：汽車炸彈、土方爆破、核武器發射……攜帶核彈頭的“三叉戟”導彈從水下發射升空第19頁，課件共56頁，創作于2023年2月深化趨勢之二：控制遠程化最遙遠的遙控深空探測（衛星、空間工作站、登月車……)2011年11月，神舟八號飛船發射,與天宮一號目標飛行器實現無人對接。

2012年6月18日,神舟九號飛船與天宮一號目標飛行器實現首次載人的空間交會對接。

2013年6月11日17時,神舟十號飛船升天，完成了自動和手動交會對接、組合體飛行、繞飛等任務。第20頁，課件共56頁，創作于2023年2月深化趨勢之二：控制遠程化2012年6月24日，具有自主知識產權的“蛟龍”號深海載人潛水器在馬里亞納海溝執行了深海探測的海試任務，并成功下潛到海平面以下7020米處坐底；成功完成系列科學考察。2013年7月份6日又成功下潛到海平面以下7062米處坐底，捕獲深海生物若干用于研究。最遙遠的遙控

深海探測第21頁，課件共56頁，創作于2023年2月遠程控制——向國防和軍事發展

無人攻擊機

殺人機器人第22頁，課件共56頁，創作于2023年2月遠程控制——向民用中的發展

車頂上的旋轉感應器可以對各個方位進行超過60米距離的掃描，以獲得精確的有關輻射環境的三維地圖第23頁，課件共56頁，創作于2023年2月遠程控制——向民用發展理想狀態的達到要靠宏觀規劃調度控制的交通標識燈聯網監控系統電子信息提示牌道路的電子導航提示遠程調度隨時待命的清障車交通疏導第24頁，課件共56頁，創作于2023年2月遠程控制——向生物發展系統構成控制系統電極植入動物訓練無線背包作用核團第25頁，課件共56頁，創作于2023年2月控制會向生物發展第26頁，課件共56頁，創作于2023年2月深化趨勢之三：開放互動的應用模式信息化的過程充滿著封閉和開放之間的斗爭上世紀80年代

MicroSoft：操作系統對應用開放

Apple計算機在80年代初風靡一時，但IBM開放了PC機的機器指令，MS開放了操作系統的接口，使得PC機的使用軟件很快地豐富起來，從而占領了市場。 而Apple被壓縮在了設計領域的一角。第27頁，課件共56頁，創作于2023年2月深化趨勢之三：開放互動的應用模式信息化的過程充滿著封閉和開放之間的斗爭上世紀90年代

Linux：系統軟件的自由創作

2010年IT行業一大熱點是Facebook成為Google的強大對手。Facebook占美國社交網60%的份額，廣告收入達20億美元，使IT行業的競爭方式從“硬件為王”轉向了“軟件為王”，又轉向了“數據為王”，再轉向了“用戶互動為王”。馬克·扎克伯格第28頁，課件共56頁，創作于2023年2月深化趨勢之三：開放互動的應用模式今天的趨勢大眾不僅使用平臺工作，而且樂于彼此交流互動，直接表達思想和創造新的知識，這將引向一個新時代。在這個時代中，創造知識不再是少數精英的領地，而是廣大群眾的一種享受。因為感覺享受，所以發展迅猛。這種新變化首先出現在專業要求較少的領域，如文化、媒體等，而后一定會擴展到其他領域。

第29頁，課件共56頁，創作于2023年2月2012年2月深化趨勢之三：開放互動的應用模式今天的趨勢

目前，這種“交流互動”的網絡方式，已不僅現于商業，而且現于政治。“阿拉伯之春”就是例子。網絡信息的傳播意味著非官方的網絡正在削弱傳統官僚機構的壟斷地位，所有政府掌控議程的能力正在減弱。

政治領導人的自由程度大幅減少，他們必須對事件做出回應，不僅要與其他國家政府展開交流，而且還要與民間社會進行接觸。中東地區當前最大的威脅是敘利亞內戰傳達出的國家解體概念，它不僅有可能傳播到伊拉克，還有可能傳播到黎巴嫩和約旦。第30頁，課件共56頁，創作于2023年2月深化趨勢之四：計算嵌入化SOC芯片上的系統嵌入式計算：計算機無處不在

（一）移動計算手機：競爭的關鍵是操作系統（Android、Symbian、WP7、iPhoneIOS、Linux)和芯片。通訊錄、音樂鈴聲、手寫輸入……都是計算機嵌入式多媒體和智能處理的結果。數碼照相機、攝像機功能的極大豐富：色彩處理、面孔識別、感光度控制、防抖功能……已經變成可以照相的計算機。第31頁，課件共56頁，創作于2023年2月深化趨勢之四：計算嵌入化SOC芯片上的系統嵌入式計算：計算機無處不在

人臉識別局部人體特征分析圖形/神經識別算法2012年8月10日上午9點半，重慶沙坪壩一家儲蓄所門前發生一起持槍搶劫殺人案——周克華曾在南京作案清華大學蘇光大教授第32頁，課件共56頁，創作于2023年2月深化趨勢之四：計算嵌入化（二）微型計算：從上世紀80年代的盒式錄音機Walkman到今天的ipod第33頁，課件共56頁，創作于2023年2月深化趨勢之四：計算嵌入化微型化的未來：戴在手腕上掛在胸前的徽章做成或內嵌入扣子做成或內嵌入戒指做成或內嵌入耳環做成或內嵌入眼鏡內嵌入假牙？附在指甲上？浮在空氣中？第34頁，課件共56頁，創作于2023年2月深化趨勢之四：計算嵌入化多媒體智能的未來：學習方式的多元化、隨機化、無限化，催化了人類認知世界、變革世界的能力……人們可以使用手機、iPod、iPad、移動式計算機等工具進行隨時隨地的學習大量優秀學校的教學視頻可供各個國家的人們來自由的選擇學習學習不再受空間、時間、年齡的限制……

第35頁，課件共56頁，創作于2023年2月深化趨勢之五：智能走向2.0社會在經歷數字化、網絡化之后的一個高級階段是更加智能化智能問題的研究已有半個多世紀，科學家們至少開辟了三個戰場：信息科學：人工智能（AI），讓計算機更聰明心理學：認知科學（模仿人在感知、記憶、學習等行為中的過程）腦科學：腦和神經系統的工作機理其中，AI取得了大批實用性成果，如專家系統、圖像識別、機器學習、機器翻譯、智能CAD、機器人……主要成果都在20世紀取得，可以稱之為智能的第一層次，即智能1.0。第36頁，課件共56頁，創作于2023年2月深化趨勢之五：智能走向2.0但AI的難點是知識表達。一是如何統一表達？二是誰來表達？在上世紀80年代，美國科學家曾決心籌集數十億美元建立一個數千萬條知識的知識庫，但不久便證明這是黃粱一夢。日本也曾雄心勃勃的要造“智能計算機”，實踐證明此路不通。出乎意料的是，在21世紀初，“搜索引擎”可在網上獲得信息的行為大獲全勝。本世紀的AI將在網絡化和數據海量的基礎上發展，這可稱為智能2.0。從目前的趨勢看，智能2.0的特點將是：建立在海量數據基礎之上從事“搜索、挖掘、打通、創造”第37頁，課件共56頁，創作于2023年2月深化趨勢之五：智能走向2.0例如

超市里購物：面包、香腸、可口可樂、冰激凌、牛奶、紅葡萄酒、黃油、蛋糕、蘋果、尿布、牙膏、面巾紙、啤酒、爽身粉、胡椒粉……

數據挖掘從大量的、不完全的、有噪聲的、模糊的、隨機的實際應用數據中，提取隱含在其中的、人們事先不知道的、但又是潛在有用的信息和知識的過程。海量數據數據挖掘第38頁，課件共56頁，創作于2023年2月數字技術的出現導致行業之間的相互交叉例如

20世紀70年代的通訊技術革新(光纜、無線通訊、宇宙衛星的利用和普及)和信息處理技術的革新及迅速發展，推動了通訊、郵政、廣播、報刊等傳媒間的相互融合，產業融合發展的趨勢初見端倪。

“打通”也可以稱作產業融合（跨界），是一種經濟現象。打通創造第39頁，課件共56頁，創作于2023年2月數字技術的出現導致行業之間的相互交叉20世紀90年代以來，由于通訊技術的進一步革新(數字通訊網的發展)和個人電腦的普及所帶來的互聯網的廣泛應用，又推進了出版、電視、音樂、廣告、教育等產業的融合浪潮。2000年1月10日，世界上最大的互聯網服務公司——美國在線公司和世界上最大的傳媒公司——時代華納公司宣布合并。合并后的美國在線——時代華納公司成為融媒體、娛樂和通訊為一體的世界巨頭，公司市值為3500億美元，年銷售額為300億美元，交易額達1840億美元第40頁，課件共56頁，創作于2023年2月它代表著傳統媒體產業和網絡產業的融合，成為了國際產業融合發展的標志性事件，也拉開了產業融合與產業革命的序曲。2001年6月，聯想和西門子簽署進軍手機技術領域的戰略協議，將電腦技術與無線通訊技術相結合，融合出集無線通信于一體的筆記本電腦新產品。

2001年10月，世界著名的家電生產企業索尼公司與從事手機生產的愛立信公司聯合成立手機公司，通信產業向傳統家電產業滲透，實現了產業融合。第41頁，課件共56頁，創作于2023年2月中國的產業融合（跨界）…在制造業面臨全面產能過剩的今天，企業尋求突圍必須要找到新的增長點——靠多元化實現第42頁，課件共56頁，創作于2023年2月2013年5月13日——“佳沃”藍莓上市企業的產品理念是：“全程可追溯”，“好產品從種植開始”。從選育、種植開始，到采摘、篩選、品控，再到物流、終端等產業鏈每個環節都進行有效的運營和管控，為此打造出一套水果全程可追溯系統。第43頁，課件共56頁，創作于2023年2月3D投影技術 2013年，美國利用3D投影技術來快速組裝戰機：3D投影系統可以將裝配復雜機械部件的說明直接投影到零部件的表面，從而為裝配提供了一分清晰的數字路線圖。第44頁，課件共56頁，創作于2023年2月3D打印技術——呈現真實的你……3D打印如今正越來越多的在生活中進行商業化應用的嘗試

，從打印玩具到打印物體模型，再到打印金屬零件。而如今，技術的進步已經讓我們可以打印真人了。德國漢堡有一家創業公司Twinkind可以實現這個愿景，專門打印個人雕塑，將mini版的你栩栩如生地還原出來。第45頁，課件共56頁，創作于2023年2月3D打印技術——帶來醫學的創造2013年1月20日在《公共科學圖書館統合卷》上有一篇報告：美國康奈爾大學的研究人員利用快速旋轉的3D相機拍攝數名兒童現有耳朵的三維信息，然后將其輸入到計算機中，3D打印機會據此打印出耳朵模子。隨后，研究人員在模子中注入特殊的膠原蛋白凝膠，這種凝膠含有能生成軟骨的牛耳細胞。此后數周內，軟骨逐漸增多并取代凝膠。3個月后，模子內出現一個具有柔韌性的人造外耳，其功能和外表均與正常人耳相似。將用于先天畸形兒童的器官移植第46頁，課件共56頁，創作于2023年2月深化趨勢之五：云計算隨著計算機應用的廣度發展，各個行業領域都在應用計算機。計算機的更新換代、計算機設備重組、網絡環境創建、重組、維護、更新、擴充等越來越成為企業、事業單位投入資金、技術、人力的大頭；信息共享、信息快速更新也成為社會成長效率的標志。（CloudComputing）催生了云計算第47頁，課件共56頁，創作于2023年2月深化趨勢之五：云計算云計算由一系列可以動態升級和被虛擬化的資源組成，這些資源被所有云計算的用戶共享并且可以方便地通過網絡訪問，用戶無需掌握云計算的技術，只需要按照個人或者團體的需要租賃云計算的資源。云計算是一種按使用量付費的模式，這種模式提供可用的、便捷的、按需的網絡訪問，進入可配置的計算資源共享池（包括網絡，服務器，存儲，應用軟件，服務），這些資源能夠被快速提供，只需投入很少的管理工作，或與服務供應商進行很少的交互。第48頁，課件共56頁，創作于2023年2月云計算（CloudComputing）云計算是分布式計算（DistributedComputing）、并行計算（ParallelComputing）、效用計算（UtilityComputing）、網絡存儲（NetworkStorageTechnologies）、虛擬化（Virtualization）、負載均衡（LoadBalance）等傳統計算機和網絡技術發展融合的產物。虛擬化的桌面第49頁，課件共56頁，創作于2023年2月大數據時代已經