计算机与信息技术概述.ppt

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第1章计算机与信息技术概述,本章主要内容,1.1计算机发展概述1.2计算机的分类1.3计算机的应用1.4信息技术的基本概念1.5信息在计算机中的表示,什么是计算机？

计算机是一种能够高速地、自动地进行信息处理的电子设备。

计算机处理信息的过程包括信息收集、存储、传递、加工处理和使用。

什么是计算机？

（续）,从本质上讲，计算机是一种工具不是交通运输工具不是机械加工工具不是工具计算机是一种信息处理工具,什么是计算机？

（续）,计算机是20世纪人类历史上最伟大的发明之一。

在短暂的半个多世纪里，计算机技术取得了迅猛的发展。

如今，计算机的应用领域已经渗透到各行各业，成为当今社会不可缺少的信息处理工具。

1.1计算机发展概述,1.1.1计算机的产生和发展,1、第一台计算机的诞生,1946年ENIAC（电子数字积分机与计算机）计算机公布：

研制单位：

美国宾夕法尼亚大学用途：

军事计算运算速度：

5000次/秒体积价格：

170平方米，30吨，140千瓦，40万美元,1937年至1941年美国爱荷华州立大学的阿塔纳索夫教授研制了世界上第一台计算机“阿塔纳索夫-贝瑞计算机”，简称ABC,但最负盛名的是1946年在美国宾夕法尼亚大学研制的ENIAC计算机。

2、计算机发展的四个阶段,根据计算机所使用的电子器件的不同，人们将计算机的发展过程划分为四个阶段。

2、计算机发展的四个阶段（续）,

（1）第一代（约1946-1957）电子管计算机速度：

几十几万次/秒内存：

磁鼓，千字外设：

磁带机器语言或汇编语言编程主要用于科学计算,第一代电子计算机中使用的磁鼓存储器,电子管,

（2）第二代（约1957-1964）晶体管计算机速度：

几十万次/秒内存：

磁芯，十万字外设：

磁盘使用FORTRAN等高级语言编程开始用于数据处理领域,晶体管,2、计算机发展的四个阶段（续）,（3）第三代（约1965-1973）中小规模集成电路（SSI,MSI）计算机速度：

几十万次几百万次/秒内存：

半导体存储器高级语言,开始使用操作系统广泛用于科学计算、数据处理、工业控制领域,2、计算机发展的四个阶段（续）,（4）第四代（1974年起）大规模（LSI）和超大规模（VLSI）计算机速度：

几百万次亿次/秒内存：

半导体存储器出现了微型计算机广泛应用于各行各业,2、计算机发展的四个阶段（续）,第14代计算机的对比,1.1.2微电子技术,1、什么是微电子技术,微电子技术是指将尺寸在微米数量级，甚至是纳米数量级的晶体管等基础元件集成在一块半导体芯片上的电路集成技术。

微电子技术的核心技术是集成电路技术。

集成电路具有体积小、重量轻、功耗小、成本低、速度快、可靠性高等优点。

微电子技术是现代信息技术的核心，是发展电子信息产业和各项高技术的基础,2、纳米世界,1纳米=10-9米=10亿分之一米=1nm人的头发丝的直径一般为70008000nm，人体红细胞的直径一般为30005000nm一根头发宽度可以摆放2000多个45纳米晶体管一个45纳米晶体管可在1秒钟内切换34亿次一个45纳米晶体管开关一次所需时间仅相当于以光速（30万公里/秒）穿行0.1英寸所需的时间,3、微电子技术与计算机的关系,微电子技术最重要的应用领域是计算机领域。

微型计算机的各个组成部分都离不开微电子技术。

集成电路技术的飞速发展加快了计算机更新换代的速度。

一代一代经典的CPU,4、集成电路的发展规律,集成电路的工作速度主要取决于晶体管的尺寸。

晶体管的尺寸越小，其工作的速度就越快，相同面积的晶片可容纳的晶体管数目就越多。

所以从集成电路问世以来，人们就一直在缩小晶体管、电阻、电容、连接线的尺寸上下功夫。

4、集成电路的发展规律（续）,1965年美国Intel公司的创始人之一戈登摩尔（GordonE.Moore）根据1958年以来集成电路的发展情况，预测每18个月同样硅片面积上的晶体管数目将翻一番。

这一预测在后来的几十年中基本得到验证。

这就是闻名于信息领域的“摩尔定律”。

4、集成电路的发展规律（续）,计算机第一定律摩尔（Moore）定律：

单块集成电路的集成度平均每1824个月翻一番（GordonE.Moore,1965年）,4、集成电路的发展规律（续）,“摩尔定律”带动了芯片产业白热化的竞争。

在纪念这一定律发表周年之时，作为英特尔公司名誉主席的摩尔说：

“如果你期望在半导体行业处于领先地位，你无法承担落后于摩尔定律的后果。

”从昔日的仙童公司到今天的英特尔、摩托罗拉、AMD公司等，半导体产业围绕“摩尔定律”的竞争像大浪淘沙一样激烈。

4、集成电路的发展规律（续）,目前最先进的集成电路已超过亿个晶体管。

4、集成电路的发展规律（续）,目前65纳米已成为主流工艺INTEL，AMD公司生产的45纳米的处理器也已上世,4、集成电路的发展规律（续）,问题：

摩尔定律问世40年了。

人们不无惊奇地看到半导体芯片制造工艺水平以一种令人目眩的速度提高。

人们不禁要问：

这种令人难以置信的发展速度会无止境地持续下去吗？

不需要复杂的逻辑推理就可以知道：

芯片上元件的几何尺寸不可能无限制地缩小下去，因为线宽进一步缩小后，晶体管线条小到纳米级时，其电流微弱到仅有几十个甚至几个电子流动，晶体管将逼近其物理极限而无法正常工作。

因此，有人得出一个结论：

“摩尔定律是关于人类创造力的定律，而不是物理学定律”,4、集成电路的发展规律（续）,出路：

在纳米尺寸下，纳米结构会表现出一些新的量子现象和效应，人们正在利用这些量子效应研制具有全新功能的量子器件，使能开发出新的纳米芯片和量子计算机。

同时，正在研究将光作为信息的载体，发展光子学，研制集成光路，或把电子与光子并用，实现光电子集成。

5、集成电路的分类,按集成电路的规模，可以将集成电路分为六大类：

1.1.3计算机的特点,1.1.3计算机的特点,工作自动化：

计算机由程序控制其运行过程，只要根据需要，事先将程序编好并存储到计算机中，则运行程序时计算机就能自动完成预定的处理任务。

处理速度快：

计算机运算速度远远超过普通的计算工具，目前世界上最快的计算机每秒可运算万亿次，普通的微型计算机运算速度也达到每秒上百万次。

计算精度高：

可根据需要获得千分之一到几百万分之一甚至更高的精度。

1.1.3计算机的特点（续）,记忆能力强：

计算机的存储器类似于人的大脑，能记忆大量的数据和程序，可随时提供信息查询和处理等服务。

逻辑判断能力可靠：

具有可靠的逻辑判断能力是计算机能够实现信息处理自动化的重要原因。

通用性强：

同一台计算机只要安装不同的软件或连接到不同的设备上，就可以完成不同的任务。

因此，计算机可以被用在各个行业。

支持人机交互：

计算机具有多种输入输出设备，可支持用户与机器进行交互。

如用户只要轻轻点击鼠标，计算机就可以完成某项操作功能。

计算机的计算能力、逻辑判断能力和记忆能力三者相结合，使得计算机的能力远远超过任何一种工具，而成为人类脑力延伸的有力助手。

1.1.4计算机的发展趋势,60年来发展速度之快大大超出人们的预料：

性能、体积、价格、应用领域、软件技术和软件产品计算机的发展呈现出以下趋势：

巨型化微型化网络化智能化,1.2计算机的分类,按性能和价格分类巨型计算机大型计算机小型计算机个人计算机笔记本台式机工作站,曙光4000A巨型计算机,1.3计算机的应用,科学计算指利用计算机来完成科学研究和工程技术中提出的数学问题的计算。

信息处理信息处理指对各种数据进行收集、存储、整理、分类、统计、加工、利用、传播等一系列活动。

80%以上的计算机主要用于信息处理。

计算机辅助技术包括：

计算机辅助设计CAD，计算机辅助制造CAM，计算机辅助教学CAI,1.3计算机的应用（续）,过程控制也称为实时控制，是使用计算机对连续工作的控制对象实行自动控制。

如：

在军事上使用计算机控制导弹的发射与导航，自动修正导弹在飞行中的航向。

过程控制还广泛用在机械、冶金、石油、航天、化工等领域。

人工智能研究、解释和模拟人类智能、行为及其规律的一门学科。

如：

用于疾病诊疗的专家系统等。

1.3计算机的应用（续）,网络应用利用计算机网络开展远程教学活动和远程医学诊疗活动等。

多媒体技术集成了数字、文字、声音、图形、图像和动画等，广泛用在电子图书、商业、影视娱乐等领域。

4、计算机的负面影响,计算机引发的社会问题和某些潜在的危机：

计算机系统崩溃给社会带来不可预测的严重后果信息欺骗和计算机犯罪增加知识产权保护更加困难个人隐私受到威胁不良和有害信息肆意传播和泛滥大量电子垃圾污染环境、破坏生态长期沉迷于计算机游戏、网络聊天等给青少年生理和心理带来严重危害,1.4信息技术的基本概念,1.4.1什么是信息,信息本身不是实体，必须通过载体才能体现，但不随载体的物理形式而变化。

信息有多种表现形式，语言、文字、声音、图片、视频等都是信息的表现形式（载体）书籍报刊上的文字、数字、符号和图形等，电视中播放的声音、图像，收音机、电话中传输的声音等都是信息的载体。

通俗地认为：

信息是对人们有用的数据，这些数据将可能影响人们的行为与决策。

信息与物质和能量同样重要，它是人们认识世界、改造世界的一种基本资源,1.4.2信息技术,信息技术（InformationTechnology，简称IT）指的是用来扩展人们信息器官功能、协助人们更有效地进行信息处理的一门技术。

1、人工进行信息处理的过程,思考：

人工处理信息有哪些不足呢？

手/脚/身,眼/耳/鼻/舌/身,算不快记不住传不远看（听）不清,2、信息技术的类型,信息技术包括：

扩展感觉器官功能的感测（获取）与识别技术，如：

雷达，卫星遥感等扩展神经系统功能的通信技术，如：

电话、电视、因特网扩展大脑功能的计算（处理）与存储技术，如：

计算器、计算机、机器人、存储器等扩展效应器官功能的控制与显示技术，如：

显示器、打印机、音箱,3、现代信息技术的特征,现代信息技术的三大特征：

采用电子技术（包括激光技术）以数字技术（计算机）为基础以软件为核心,4、什么是信息处理系统？

信息处理系统是指用于辅助人们进行信息获取、传递、存储、加工处理、控制及显示的综合使用各种信息技术的系统。

信息处理系统的结构：

信息输出,信息输入,5、信息处理系统举例,雷达、卫星、传感器、数码相机、数码摄像机、扫描仪、鼠标、键盘、触摸屏：

以感测和识别为主要目的电视、广播：

以点到面的单向信息传递为主要目的电话：

以点到点的双向的信息交互为主要目的银行、证券系统：

以处理金融信息为目的图书馆：

以信息收藏和检索为主要目的因特网：

跨越全球的多功能信息处理系统,6、信息技术的重要性,使用计算机收集、存储、整理、传输和应用信息的能力将成为现代人的基本素质。

当今世界，发展信息技术、信息产业、实现信息化已成为各国参与世界范围的政治、经济、军事竞争，进行综合国力较量的焦点。

信息能力正成为衡量一个国家综合国力的重要标志。

在信息时代，谁占有信息，谁就拥有政治、经济、军事的主动权。

1.5信息在计算机中的表示,计算机发展至今，有哪些是不变的？

计算机从诞生到现在，无论从体积、功能、性能、价格、应用领域等各个方面都发生了巨大的变化，但是计算机内部数据的表示方法、计算机的逻辑结构、计算机的工作原理都没有发生变化。

数据，不管是数字、文字、符号、图像、声音、视频等，在计算机中都是用二进制编码来表示。

计算机的基本结构仍然是冯.诺依曼结构，即计算机由中央处理器、内存、外存、输入设备、输出设备组成。

计算机的工作原理仍然是冯.诺依曼提出的存储程序控制原理。

计算机发展至今，有哪些是不变的？

（续）,1.5.1数制及转换,1、什么是二进制数？

在讨论二进制数之前先考察一下十进制计数系统。

（1）十进制数,每一位可使用十个不同数字表示（0、1、2、3、4、5、6、7、8、9）低位与高位的关系是：

逢10进1各位的权值是10的整数次幂（基数是10）标志：

尾部加“D”或缺省例：

204.96=21020101410091016102,

（2）什么是二进制数？

每一位使用两个不同数字表示（0、1），即每一位使用1个“比