1、第一章 信息技术概述本章学习目标与要求1.了解什么是信息，什么是信息处理，什么是信息技术2.了解什么是微电子技术，它的作用和意义3.描述通信技术的分类和通信技术的发展前景4.描述计算机信息处理的特点5.解释什么是信息化，信息化建设有哪些主要内容6.了解信息化指标体系的内容与意义1.1 信息与信息技术1.1.1 信息与信息处理信息定义 信息就是信息，它既不是物质也不是能量。N.Wiener（控制论创始人）事物运动的状态及状态变化的方式。客观事物立场 认识主体所感知或所表述的事物运动及其变化方式的形式、内容和效用。认识主体立场 “信息信息”和“数据数据”，这2个术语的概念在计算机信息处理中是既有区
2、别又有联系的。计算机是一种基于二进制运算的信息处理机器，任何需要由计算机进行处理的信息，都必须进行一定程度的形式化，并表示成二进制编码的形式。这就引进了数据的概念。国际标准化组织ISO：“数据是计算机中对事实、概念或指令进行描述的一种特殊格式，这种（特殊）格式适合于使用计算机及其相关设备自动地进行传输、翻译（转换）或加工处理。”在这个定义中，首先强调的是数据表达了一定的内容，即“事实、概念或指令”，这就是数据的语义；其次，数据具有一定的格式（即数据的语法），其目的是使计算机能自动进行加工处理、通信传递以及翻译转换。数据的定义与信息处理相关的行为和活动 信息收集感知、测量、识别、获取、输入等 信
3、息加工分类、计算、分析、综合、转换、检索、管理等 信息存储 信息传递 信息施用控制、显示等1.1.2 信息技术信息技术信息技术：用来扩展人的信息器官功能、协助人们进行信息处理的一类技术。人的信息器官及功能：感觉器官（眼耳鼻舌身）获取信息 神经网络传递信息 思维器官（大脑）处理信息并再生信息 效应器官（手脚）施用信息基本信息技术 感知与识别技术扩展感觉器官功能,提高人们的感知范围、感知精度和灵敏度 通信技术与存储技术扩展神经网络功能,消除人们交流信息的空间和时间障碍 计算处理技术扩展思维器官功能,增强人们的信息加工处理能力 控制与显示技术扩展效应器官功能，增强人们的信息控制能力1.1.3 信息处
4、理系统信息处理系统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。信息加工通信/存储控制与显示通信/存储感知与识别信息处理信息处理系统结构系统结构信息处理系统分类依据自动化程度人工的、半自动的、全自动的依据技术手段机械的、电子的、光学的依据通用性专用的、通用的信息处理系统实例雷达是一种以感知与识别为主要目的的系统电视/广播系统是一种单向的、点到多点（面）的以信息传递为主要目的的系统电话是一种双向的、点到点的以信息交互为主要目的的系统银行是一种以处理金融业务为主的系统图书馆是一种以信息收藏和检索为主的系统Internet是一种跨越全球的多功能信息处理系统
5、1.2 电子信息技术简介概述 现代信息技术的特点：采用电(光)子技术：进行信息的收集、传递、加工、存储、显示与控制以计算机为基础（computer_based）以软件为核心（software_centric）现代信息技术领域：微电子、通信、广播、计算机、遥感遥测、自动控制、机器人等1.2.1 微电子技术微电子技术与集成电路微电子技术：以集成电路为核心的电子技术 是在电子电路和系统的超小型化和微型化过程中逐渐形成和发展起来的。电子线路使用的基础元件的演变真空电子管 晶体管 中小规模集成电路 大规模超大规模集成电路电子线路使用的基础元件的演变 真空电子管 在这个阶段产生了广播、电视、无线电通信、仪
6、器仪表、自动化技术和第一代电子计算机 晶体管 1948年发明，再加上印制电路组装技术的使用，使电子电路在小型化方面前进了一大步，产生了第二代计算机电子线路使用的基础元件的演变 集成电路(Integrated Circuit，简称IC)20世纪50年代出现，以半导体单晶片作为材料，经平面工艺加工制造，将大量晶体管、电阻等元器件及互连线构成的电子线路集成在基片上，构成一个微型化的电路或系统。现代集成电路使用的半导体材料通常是硅(Si)，也可以是化合物半导体如砷化镓(GaAs)等 超大规模集成电路超大规模集成电路小规模集成电路小规模集成电路集成电路的规模根据所包含的晶体管数目分为：集成电路规模集成度
7、（个电子元件）小规模集成电路（SSI）100中规模集成电路（MSI）1003000大规模集成电路（LSI）300010万超大规模集成电路（VLSI）10万100万极大规模集成电路（ULSI）100万集成电路分类根据所用晶体管结构、电路和工艺分为：双极型（Bipolar）集成电路、金属-氧化物-半导体(MOS)集成电路 双极金属-氧化物-半导体集成电路（Bi-MOS）等集成电路分类 根据集成电路的功能分为：数字集成电路（如逻辑电路、存储器、微处理器、微控制器、数字信号处理器等）模拟集成电路（又称为线性电路，如信号放大器、功率放大器等）集成电路分类 根据用途分为：通用集成电路 专用集成电路（ASI
8、C）微电子技术与集成电路集成电路芯片是微电子技术的结晶，它们是计算机的核心。先进的微电子技术高集成度芯片高性能的计算机利用计算机进行集成电路的设计、生产过程控制及自动测试，又能制造出性能高、成本更低的集成电路芯片集成电路的发展趋势集成电路的工作速度 主要取决于组成逻辑门电路的晶体管的尺寸，晶体管的尺寸越小，其极限工作频率越高，门电路的开关速度就越快。芯片上电路元件的线条越细，相同面积的晶片可容纳的晶体管就越多，功能就越强，速度也越快。集成电路的发展趋势 提高集成度，关键在缩小门电路面积 集成电路特点：体积小、重量轻、可靠性高 Moore定律单块集成电路的集成度平均每1824个月翻一番 Gord
9、on E.Moore,1965年Intel公司创始人集成电路的发展趋势 Intel公司微处理器集成度的发展19701975198019851990199520001,00010,000100,0001,000,00010,000,000100,000,0004004800880808086802868038680486PentiumPentium IIPentium IIIPentium 4晶体管数集成电路的发展趋势u光子计算机光能够像电一样来传递信息，甚至效果更好。而且，更重要的一个特点在于它不会和周围环境发生相互干扰的作用。因为当电子计算机芯片越来越趋向于0.18m时，就会产生很多的问题,
10、而光子计算机就可以避免。集成电路的发展趋势u量子计算机是运用量子力学来设计的，它们的特点是其潜在的运算速度将更大于电子计算机。从理论上说，它们的速度提高可以说是没有止境的，因为量子计算技术可以在同一时间内执行各种操作，同时有足够的能力来完成现在电子计算机还很难完成的任务，比如说完成密码的破译和语音的识别等等。因此，欧洲已经成立了量子计算机研究所，现在估计，量子计算机可能会在今后的十五年左右出现。图为一种可瞬间进行图像数据计算的光电计算机集成电路的发展趋势u分子计算机现在已经开发出来一种能够由氮气和二氯化碳来开动和闭关的分子计算机，这种超高速的微型计算机离现实已经很近了。这种技术将会导致只需要利
11、用立体和光线就能够产生新的、甚至能够思考的计算机来解决目前晶体管的物理局限，使得未来的计算机的功能大大的增加，尺寸大大的缩小。集成电路的发展趋势u生物计算机实际上就是随着生物技术的发展，人们将模仿人的大脑制造一种用基因学的机制来开发的新一代计算机。现在生物计算机的模型已经出来。以色列的科学家制造了一个有可能会比单个活细胞还要小的计算机的模型。这么微小的计算机也可能将在我们的体内漫游，监视我们的健康。也许会纠正它所发现人体内哪个地方脂肪的堆积，帮助解决问题。其实每一个细胞实际上都是一个复杂的生物机件，一个系统。用这么一种仿生技术来制造生物计算机。集成电路的发展趋势 阅读文献：奋起迎接纳米科技争夺
12、战网址：http:/ 通信技术概述 通信：各种信息的传递 现代通信：使用电波或光波双向传递信息的技术（电信）概述 通信三要素：信源（信息的发送者）信宿（信息的接收者）信道（信息的载体与传播媒介）通信系统模型：信源（宿）编码器（解码器）复用（分路）信道复用（分路）编码器（解码器）信源（宿）产生和发送信息的一端信源信宿通信线路信道噪声外界的干扰接收信息的一端概述 通信系统（电信网）组成：终端设备（例如：电话机）传输设备（例如：电话线）交换设备（例如：程控交换机）通信系统（电信网）分类 按业务种类：电话网、电报网、数据通信网、传真通信网、图像通信网等 按服务区域范围：本地电信网、农村电信网、长途电信
13、网、移动通信网、国际电信网等 按信息信号形式：模拟通信网、数字通信网、数字模拟混合网等通信系统（电信网）分类 按传输媒体分类：电缆通信网 光缆通信网 短波通信网 微波通信网 卫星通信网 低轨道卫星移动通信网 通信系统（电信网）分类 数据通信模型及有关的基本概念 信道 调制解调（编码器：调制，解码器：解调）多路复用（主干信道）交换信源（宿）编码器（解码器）复用（分路）信道复用（分路）编码器（解码器）信源（宿）信道的基本概念 信道的定义：向某个方向传输信息的媒体。一条通信线路通常包含一个发送信道和一个接收信道。信道的基本概念 根据信号在信道上的传输方向单工通信半双工通信全双工通信信道的基本概念 单
14、工通信（单向通信）发送端接收端信道数据监视信号信道的基本概念 半双工通信（双向交替通信）发送端信道数据监视信号接收端发送端接收端开关开关信道的基本概念 全双工通信（双向同时通信）信道数据监视信号发送端接收端发送端接收端信道数据监视信号信道的种类 按传输的信号类型可将信道分为：模拟信道：传输连续的模拟信号的信道特点：频带窄，信道利用率高；受噪声干扰大例如：传输语音信号的架空明线、双绞线，传输广播电视信号的宽带同轴电缆 数字信道：传输离散的数字信号特点：信号不失真，准确性高；数字设备可大规模集成，价格便宜；易于加密；要求频带宽，信道利用率低例如：传输计算机通信所用的信号的基带 同轴电缆、光缆等信道
15、 两类数字信号：基带信号：用两种不同的电压值表示数字1和0的信号，需在数字信道上传输。宽带信号：将基带信号进行调制，将其频谱搬移到较高的频率处而形成的模拟信号，这种模拟信号可以采用频分复用技术在模拟信道上传输。按信号的传输媒体分类：有线信道：电缆、光缆 无线信道：自由空间调制解调基本概念 调制（Modulation）将基带数字信号的波形变换为适合于模拟信道传输的模拟信号波形。（将数字信号转换成模拟信号）解调（Demodulation）将由调制器变换过的模拟信号波形恢复成原来的基带数字信号波形。（将模拟信号转换成数字信号）基本调制方法：调幅，调频，调相 幅移键控法ASK调幅 频移键控法FSK调频
16、 相移键控法PSK调相数据010010（1）AM调幅（2）FM调频（3）phM调相F1F2 F1 F2 F10相起始 相起始 0相起始 相起始 0相起始各种调制方法的调制波形多路复用基本概念多路复用为了提高线路利用率，总是设法在一条传输线路上，传输多个模拟信号（例如，话路信息）或数字信号，这就是多路复用。多路复用技术通常有：频分复用，时分复用，码分复用，波分复用 信道多路复用器多路复用器终端终端终端终端终端终端终端终端多路复用基本概念 频分多路复用 将传输线路的频带分成N部分，每一个部分均可作为一个独立的传输信道使用。这样在一对传输线路上可有N对话路信息传送，而每一对话路所占用的只是其中的一个
17、频段。频分制通信又称载波通信，它是模拟通信的主要手段。多路复用基本概念 传输多路模拟信号 将各路模拟信号按不同数值升频，使每个通道占用的频带都不相同，它们便可以合并在一个信道上被传输 传输多路数字信号 每一路基带数字信号的频谱可以搬移到不同频段，合在一起时互相不会干扰，可以在同一传输媒体上同时传输多路这样的信号多路复用基本概念 时分多路复用 把一个传输通道进行时间分割以传送若干话路的信息。把N个话路设备接到一条公共的通道上，按一定的次序轮流的给各个设备分配一段使用通道的时间。当轮到某个设备时，这个设备与通道接通，执行操作。与此同时，其它设备与通道的联系均被切断。待指定的使用时间间隔一到，则通过
18、时分多路转换开关把通道联接到下一个要连接的设备上去。时分制通信也称时间分割通信，它是数字电话多路通信的主要方法，因而PCM通信常称为时分多路通信。多路复用基本概念 码分多路复用 用于无线移动通信。所有移动站点（例如手机）在整个频段上进行传输，多路信号同时传输时采用不同的编码原理加以区分。例如，每个站点有一个唯一的m位代码（芯片序列），当需要发送比特1时，站点发送其芯片序列；当需要发送比特0时，站点发送其芯片序列的补码。多路复用基本概念 信道使用的鸡尾酒会原理 在一个大房间里（一个信道），有许多对人在交谈（多路信号传输）：时分复用 不同对的人轮流交谈，一对交谈结束后另一对再接上。频分复用 不同对
19、的人分成不同的组，每组独立占用房间内的一小块区域，各组人同时进行自己的交谈，互不干扰。码分复用不同对的人分别用不同语言进行交谈，其它语言只当作噪音不予理会。多路复用基本概念 波分多路复用 在单一光纤内同步传输多个不同波长的光波，使得数据传输速度和容量获得倍增交换的基本概念交换：在广域网的情况下，网络节点是部分连接，没有直接互联的节点间的通信，必须经过中转节点的转换才能实现。这种由中转节点参与的通信和电话系统中两个电话用户间的通话必须经由电话交换机的现象类似，也称为交换。中转的节点称为交换节点。交换技术能为需要通信的计算机建立一个临时的通信链路，通信结束后再拆除链路。交换的基本概念 电路交换（线
20、路交换）为发送端和接收端建立一条临时的实际物理通道，供通信双方使用，通信完毕后，交换机内的连线被拆除。例如：电话交换机优点：交换方式简单，适合远距离成批数据传输，建立一次连接可传送大量数据。缺点：线路利用率低，通信成本高交换的基本概念 分组交换（包交换）把需要传输的数据块分割成若干小块，然后为每个小块数据加上有关的地址信息及分组信息，组成一个数据包（也称为“分组”）。数据包的长度通常为几十到几百个字节。这些数据包按照类似于流水线的方式在网络中经过缓冲、转发而到达目的地。通信网络中每个结点为其相连的每条链路准备了一个缓冲区，每个数据包按照去向不同送入各个缓冲区排队，当某一条链路空闲时，就从相应的
21、缓冲区中取出一个数据包发送到下一结点，下一结点再进行转发，直至数据包到达接收端。接收端的计算机按照数据包的编号，将它们重新组装成为原来形式的数据块。交换的基本概念 分组交换（包交换）优点：线路利用率高；收发双方不需同时工作，当接收方忙碌时，整个网络都可以作为它的缓冲；可以给数据包建立优先级，使得一些重要应用的数据包能优先传递。缺点：延时长，不宜用于实时通信或交互通信。交换的基本概念 异步传输模式（ATM，信元中继交换）吸收了电路交换和分组交换的优点，是一种快速分组交换技术。由于使用了固定长度（53个字节）的短信元作为分组单位，一方面保持了信道利用率高的优点，另一方面由于固定长度短信元便于采用高
22、速硬件对信头进行识别和交换处理，因而使传输控制大大简化，形成了一种崭新的高速交换技术，比较适合于声音、视频等多媒体数据的通信。几种通信系统 有线载波通信 光纤通信 微波通信 卫星通信 移动通信有线传输有线传输无线传输无线传输有线载波通信有线载波通信：主要传输电话，电报、传真、数据 也可传输广播、可视电话、电视节目依据所用的传输介质，有线载波通信可分为：明线载波系统 对称电缆载波系统 同轴电缆载波系统有线载波通信采用的传输介质：架空明线，对称电缆，同轴电缆传输的信号：电信号（模拟信号，数字信号）特点 传输信号种类：模拟信号(例如，话音)频带窄(300Hz 3400Hz)，传输容量有限 （312路
23、电话）易受气候变化的影响，通信质量不稳定，因而多用于业务量较小的次要传输线路。常见应用 电话系统架空明线（2线制标准电话线路）有屏蔽双绞线（STP）无屏蔽双绞线（UTP）种类与传输速率 三类线：10 Mb/s 五类线：100 Mb/s 六类线：200 Mb/sRJ45RJ45接头接头对称电缆（4对双绞线）对称电缆（4对双绞线）特点：数字信号、模拟信号均可传输各线对采用双扭线，减少了线对之间的串扰频带较电话线宽，每对线可传输60路电话信号，多线对能提供上千个话路，适用于干线通信 缺点：容易受到外部高频电磁波干扰，且线路本身会产生一定噪声，误码率较高如用作数据通信网络的传输介质，每隔一定距离需要使
24、用中继器或放大器 常见应用电话系统（模拟信号）局域网（数字信号）同轴电缆具有良好的传输特性和屏蔽特性可以构成大容量的载波通信系统 一对小同轴管可提供数千个话路 一对中同轴管可提供上万个话路 多管同轴电缆电路则能提供相当大的传输容量用于主要传输干线同轴电缆种类：基带同轴电缆（50）：传输数字信号宽带同轴电缆（75）：传输模拟信号同轴电缆 传输速率：取决于电缆长度 例如：1km 的同轴电缆其数据传输速率可达到：1 Gb/s 2 Gb/s 常见应用有线电视系统（模拟信号）局域网（数字信号）同轴电缆 利用频率分割原理，实现在有线信道上的多路复用 过程：发信端的各路信号对不同载波频率进行调制，分别搬移到
25、不同频带后，同时在同一线路上传输。收信端对线路信号放大后，按上述相反顺序用滤波器分开各路信号，经过解调恢复原来的信息。例如：有线电视信号，它通过同轴电缆入户，这个电缆同时承载有多个电视台的信号，家里的多个电视机可以接受相同的或者不相同电视台信号，每台电视机接受什么信号由该台电视机的选台器决定。在同轴电缆中，不同的电视信号占用不同的频率，互不干扰。有线载波通信又如 我们把房子的地基看承载体，房子的高度就可以看作频率，楼层的高度就是频道，每一楼层（频道）都可以承载人或者物，在它的空间中（频率范围内）也可以进行各种活动。又如 多层集装箱车在公路行驶光纤通信传输介质：光纤（光缆）传输的信号：光信号（数
26、字信号，有光脉冲相当于1，无光脉冲相当于0）传输速率：1 Gb/s 以上光纤通信光纤通信 光波在纤芯中的传输原理 当光线的入射角足够大时，就会出现全反射，重复此过程，光就沿着光纤传播下去 光纤种类 多模：纤芯直径为 50 或 62.5m，可以存在许多条入射角不同的光线，各自以不同的反射角全反射传播下去（即：每一个光线有一个不同的模式）。单模：纤芯直径为 810 m（一个光波波长），光线不出现反射，直接向前传输。衰耗小，在 2.5 Gb/s 的高速率下传输数十公里而不必采用中继器。光纤通信 光纤通信系统调制器发信电路激励电路信息解调器收信电路放大电路信息光缆中继器发信设备收信设备电光变换器光电变
27、换器光纤通信 光纤通信优点 传输频带非常宽，通信容量大 抗雷电和电磁干扰、抗辐射能力强 无串音干扰，保密性强，不易被窃听或截取数据 传输损耗小，通讯距离长数据速率为420Mbps、距离为119km、无中继器时，误码率为10-8 重量轻，便于运输和铺设 光纤通信缺点 精确连接两根光纤比较困难光纤通信光纤通信的瓶颈之一是光信号的传输距离。焦点在“信号放大”。普通光纤网络中的信息在传输时每隔200km500km间需加入电放大器，将光信号还原成电信号进行放大，然后再转换成光信号继续传输。这不仅增加成本，还使进一步提高带宽变得越来越困难，超高速传输所带来的经济效益将被昂贵的光/电和电/光转换所抵消。全光
28、网（All Optical Network）：光信息流在通信网络中的传输及交换时始终以光的形式存在，不需要经过光/电、电/光转换。全光网技术是光纤通讯领域的前沿技术，是21世纪真正的高速公路。微波通信微波：一种具有较高频率(300MHz300GHz)的电磁波。波长很短，通常为1米至1毫米。微波通信是众多无线通信形式中的一种。有人认为未来只有两种通信手段：光纤：用于所有固定设备（电话、传真机、计算机）通信无线通信：用于所有移动通信。无线通信 无线通信原理 利用电磁波可以在空间自由传播的特性，通过调节电磁波的振幅、频率或相位实现远距离传输信息。电磁波的种类与频率范围：无线电波：104 108(Hz
29、)微波：108 1011(Hz)红外线：1011 1014(Hz)可见光：1014 (Hz)紫外线：1014 1016(Hz)X射线：1016 1022(Hz)伽玛射线：1022 1024(Hz)微波通信 微波通信方式：地面微波接力通信 卫星通信 对流层散射通信微波通信地面微波接力通信 如终端站 A，通过地面中继站C，D，E,F，.，与另一终端站 B 进行通信。中继站之间的距离大致与塔高平方成正比。一般为50公里左右。卫星通信 地球站 G 经通信卫星（空中微波中继站）与另一地球站 H 进行通信。是微波接力通信向太空的延伸。对流层散射通信 终端站X发出的微波信号经对流层散射传到另一终端站Y进行通
30、信。微波通信 微波通信优点：容量大 可靠性高 建设费用低 抗灾能力强卫星通信利用人造地球卫星作为中继站转发无线电信号，实现两或多个地球站之间的通信。是微波接力通信技术与空间技术相结合的产物。卫星通信 通信卫星工作原理 从地面站1发出的无线电信号，被卫星通信天线接收后，首先在通信转发器中进行放大、变频和功率放大，然后由卫星的通信天线把放大后的信号重新发向地面站2，从而实现两个地面站或多个地面站的远距离通信。卫星通信 同步轨道 卫星卫星(地球同步地球同步卫星卫星)赤道上方高度为36 000公里的地方，卫星的运行周期与地球自转一圈的周期相同，因此在地面上看这种卫星好似静止不动。三颗同步定点轨道 卫星
31、就可以覆盖地球的几乎全部面积，可以进行二十四小时的全天候通信。天空中最多只能有180颗地球同步通信卫星。卫星通信 中、低轨道卫星运行周期小于相对于地面是运动的，卫星天线覆盖的区域小，地面天线必须随时跟踪卫星。优点：高度仅是同步轨道的二十分之一至八十分之一，路径损耗低，传播时延时大大缩短，对于手执通信终端和话音通信非常有利。例如，摩托罗拉公司的一项计划：发射66颗低轨道卫星（高度750km）覆盖整个地球，利用直接与卫星通信的手持设备实现世界范围内的电信服务。卫星通信 卫星通信特点：优点：通信距离远、频带宽、容量大、抗干扰强、通信稳定缺点：造价高（卫星本身，发射卫星的火箭）、技术复杂、通信天线口径
32、大、有较大延时、同步轨道卫星数目有限移动通信移动通信 处于移动状态的对象之间的通信，包括寻呼系统，蜂窝移动电话（俗称手机），集群调度，无绳电话和卫星系统。移动通信 蜂窝移动通信系统组成 移动台、基站、移动电话交换中心移动通信 移动台：是移动的通信终端，它是接收无线信号的接收机，包括手机，呼机，无绳电话等。基站：是与移动台联系的一个固定收发机，它接收移动台的无线信号，每个基站负责与一个特定区域（10km 20km的区域）的所有的移动台进行通信。移动交换中心：与基站之间通过无线微波、电缆或光缆交换信息，移动交换中心再与公共电话网进行连接。每个基站的有效区域既相互分割，又彼此有所交叠，整个移动通信网
33、就像是蜂窝，所以也称为“蜂窝式移动通信”。移动通信 地理上每10km 20km的区域（单元,形似蜂窝）内的中央有一个基站，该单元内所有移动电话都向其基站发送信号。所有基站都通过微波或电缆、光缆与一个移动交换中心通信。每个移动电话每一时刻处于一个特定单元，即在该单元的基站控制之下。每个单元使用一套信号传送频率，每个通话使用两个频率（双向传输），不同的通话使用不同的频率。移动通信 相邻单元不允许使用相同的频率，但允许重用附近（不相邻）单元的频率。因此，在100个相邻的10km单元的地域内，每个频率上可以有510个通话。移动通信 TDMA时分多址 CDPD蜂窝数字分组数据 CDMA码分多址1.2.3
34、 计算机技术计算机的诞生与发展 对计算机的诞生和发展做出重大贡献的两个人：阿伦图灵（Alan Turing）冯诺依曼（John Von Neumman）计算机的诞生与发展Blaise Pascal 1623-1662年设计了加法器 中国的算盘加法器计算机的诞生与发展现代计算机已成为信息处理系统中最重要的一种工具，承担着信息加工、信息存储、信息传递、信息感测、信息识别、控制和显示等任务。电驱动计算机 COLOSSUS：二次大战时英国人为破译德国的密码而设计，英国数学家Turing协助设计，1934年开始使用。由于属于军事秘密，三十年后才公开。图为Alan Turing计算机的诞生与发展 阿伦.图
35、灵 英国数学家、哲学家、密码破译家 30年代初，发表了一篇著名的论文论数字计算在决断难题中的应用，他提出了一种十分简单但运算能力极强的理想计算装置，用它来计算所有能想象得到的可计算函数。图灵的思想奠定了现代计算机科学的理论基础。图灵机有限状态自动机http:/www.turing.org.uk/turing/http:/www.longen.org/S-Z/detailsz/Turning.htm计算机的诞生与发展MARK1：1944年，美国哈佛大学的Aiken教授完成，大部分学者认为它是第一台电脑。计算机的诞生与发展第一台电子计算机诞生ENIAC：电子数字积分机与计算机（Electronic
36、 Numerical Integrator And Computer）时 间：1946年2月 地 点：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1943年由 John Brainered领导ENIAC开始研究。图为 John Mauchly 及J.Presper Eckert负责这计划的执行者计算机的诞生与发展u1945年Von Neuuman、H.H.Goldstin、A.W.Burks发表了一篇论文电子计算机装置逻辑结构初探提出了两个主要论点:*使用二进制*存储程序和程序控制奠定了当代计算机硬件由控制器、运算器、存
37、储器、输入设备、输出设备等组成的结构体系冯诺依曼教授（John Von Neumman）和他设计的“存储程序式”计算机EDVAC（埃德瓦克）计算机的诞生与发展 此后，计算机速度提高、功能增加、体积缩小、成本降低、应用扩大，其发展之快，不断改写预测。早期，810年其运算速度就提高十倍，而成本和体积却是原来的1/10。1980s开始，几乎每三年计算机的性能就提高近四倍，成本却下降一半。推动力：微电子技术的进展和计算机应用需求 为计算机划代：按主机所使用的元器件 计算机的诞生与发展u以计算机使用的基本电子元件作为划分依据，计算机的发展经历了四个阶段。u基本电子元件的演变：u集成电路（IC）计算机的诞
38、生与发展按主要元器件分代u第一代（约1946-1957）电子管计算机 几十次/秒几万次/秒，水银延迟线内存，千字 外设：磁鼓、纸带、卡片、磁带 机器语言编程u第二代（约1957-1964）晶体管计算机 几十万次/秒，汇编语言或高级语言编程 1948年Bell发明晶体管，磁芯十万字，磁盘图为美国于20世纪50年代生产的IBM704型采用电子管的第一代电子计算机图为在第一代电子计算机中使用的磁鼓图为晶体管图为第一代电子计算机计算机的诞生与发展第三代（约1965-1972）中小规模集成电路计算机(SSI,MSI-Medium Scale Integration)几十万次/秒几百万次/秒 半导体存储器
39、 汇编语言或高级语言编程第四代（1971年起）是大规模(LSI)和超大规模集成电路计算机(Very Large Scale Integration)几百万次/秒亿次/秒 汇编语言或高级语言编程计算机的诞生与发展 过去很长时间人们都按照计算机主机所使用的元器件，为计算机划代。代 别年 代主要元器件配置的软件主要应用第1代20世纪40年代中期50年代末期CPU：电子管内存：磁鼓 使用机器语言和汇编语言编写程序科学计算和工程计算第2代50年代中后期60年代中期CPU：晶体管内存：磁芯 使用FORTRAN等高级程序设计语言开始广泛应用于数据处理领域第3代6 0 年 代 中期70年代初期CPU：SSI，
40、MSI内存：SSI，MSI半导体存储器 操作系统，数据库管理系统等开始使用在科学计算、数据处理、工业控制等领域得到广泛应用第4代20世纪70年代中期以来CPU：LSI、VLSI内存：LSI、VLSI的半导体存储器 软件工程、分布式计算、网络软件等开始广泛使用深入到各行各业，家庭和个人开始使用计算机计算机信息处理的特点（1）通用性强、速度高（2）提供友善的使用方式和多种多样的信息输出形式（3）具有庞大的信息存储能力和极快的信息存取速度（4）打破时空限制，实现信息的共享与交流（5）计算机在辅助开发新的信息处理应用方面能提供有力的支持计算机的巨大作用（1）开拓了人类认识自然、改造自然的新资源（2）增
41、添了人类发展科学技术的新手段（3）提供了人类创造文化的新工具（4）引起了人类的工作与生活方式的变化 计算机的应用模式 集中计算模式 分散计算模式 网络计算模式1.3 信息化与信息社会1.3.1 什么是信息化信息化工业社会向信息社会前进的过程，亦即加快信息高科技发展及其产业化，提高信息技术在经济和社会各领域的推广应用水平并推动经济和社会发展的过程。信息化建设的主要目标在经济和社会活动中，通过普遍采用现代信息技术、有效地开发和利用信息资源，推动经济发展和社会进步，逐步使信息产业以及由于利用了信息技术和信息资源而创造的劳动价值在国民生产总值中的比重不断上升直至占主导地位。信息化成为经济和社会发展趋势
42、 信息技术突飞猛进，成为新技术革命的领头羊 信息产业（IT）高速发展，成为经济发展强大推动力 信息网络迅速崛起，成为社会和经济活动的重要依托 世界各国正在积极应对信息化的挑战和机遇1.3.2 信息化建设的内容三个层面和六个要素 三个层面：1.信息基础设施与信息资源的开发、建设，这是信息化建设的基础 2.信息技术与信息资源的应用，这是信息化建设的核心与关键 3.信息产品制造业的不断发展，这是信息化建设的重要支撑 六个要素：1.信息基础设施2.信息资源 3.信息技术与应用4.信息产业 5.信息化法规6.信息科技人才 信息化建设的内容 信息基础设施：1993年，美国政府发表“国家信息基础设施：行动计
43、划”（The National Information Infrastructure:Agenda for Action）NII的组成：信息资源系统 用户信息设备 本地网络和长途网络 NII信息高速公路（Information Superhighways）信息高速公路只是高水准NII的一个主要组成部分，而NII涉及的是信息活动的全过程与全部环节。信息化建设的内容 信息基础设施（Information Infrastructure）数字地球（Digital Earth）数字图书馆（Digital Library）电子政务（E-government）电子商务（E-business或E-commer
44、ce）信息化建设的内容 数字地球（Digital Earth）以地球作为对象的、以地理坐标为依据，具有多分辨力、海量的和多种数据融合的、并可用多媒体和虚拟现实技术进行多维（立体的和动态的）表达的、具有空间化、数字化、网络化、智能化和可视化特征的技术系统。即实现地球数字化或信息化的技术系统，数字地球就是要求地理上的信息全部实现数字化。这是一个意义深远的信息基础设施。信息化建设的内容 数字图书馆（Digital Library）一种超大规模的、分布的、可以跨库检索的海量数字化信息资源库。功能：所有人在任何时间、任何地点都可以用任何连接互联网的数字设备来访问人类的所有知识。生产者：传统的图书馆、博物
45、馆、档案馆、大学、政府部门、专业组织，也可能是世界上的任何个人。资源形式：文本、图像、音频和视频信息化建设的内容 电子政务（E-government）指政府机构在其管理和服务职能中运用现代信息技术，实现政府组织结构和工作流程的重组优化，超越时间、空间和部门分隔的制约，建设精简、高效、廉洁、公平的政府运作模式。电子政务模型可简单概括为两个方面：政府部门内部利用先进的网络信息技术实现办公自动化、管理信息化、决策科学化 政府部门与社会各界利用网络信息平台充分进行信息共享与服务，加强群众监督，提高办事效率及促进政务公开等信息化建设的内容 电子商务(e-business或e-commerce)通过电子手
46、段来完成整个商业贸易活动。从最初的电话、电报到电子邮件，都可以说是电子商务的某种形式，而发展到今天，人们已提出了通过网络来实现从原材料的询价、采购，产品的展示、定购到出货、储运以及电子支付等包括一系列贸易活动在内的完整电子商务的概念。1.3.3 信息化推动工业化信息化推动工业化 信息化与工业化的关系既有本质差别又有一定联系 信息化内容信息技术、信息基础设施和信息产业本身的快速发展在经济和社会的各个方面应用信息和信息技术来提高效率和效益，以加速传统工业的发展步伐和提高人们的生活质量 1.3.4 信息化指标体系信息化指标体系 信息化是一个综合指标，它由一系列指标构成，主要是在信息化的六个要素中，选
47、择能反映信息化水平的项目所成。我国信息产业部于2001年7月公布了国家信息化指标构成方案，作为当前进行国家和地区信息化水平量化分析和管理的依据和手段。方案共由20个项目组成。计算机中单位换算基础计算机中单位换算基础 位（bit，比特）：表示信息的最小单位。1bit简写为1b(注意是小写英文字母b)。字节（Byte）：最常用的信息基本单位。1Byte简写为1B（注意是大写英文字母B）字长：计算机一次能处理的二进制的位数，或指运算器和寄存器的宽度，如字长是32位的CPU所在的计算机又称为32位机，这里的32位就是字长，通常也可称为双字。掌握以下基本换算：1B=8b 1字=2字节 字节（B）（Byt
48、e）1B =8bit 千字节(KB)（千，KiloByte）字节 1KB=1024 Byte=210 Byte 兆字节(MB)（兆，MegaByte)字节 1MB=1024 KB =220 Byte 千兆字节(GB)（京，GigaByte）字节 1GB=1024 MB =230 Byte 兆兆字节(TB)（垓，TeraByte）字节 1TB=1024 GB =240 Byte 1kb=1000b 1KB=8Kb 1B/s=8bps（b/s）1KB/s=8Kbps（Kb/s）1MB/s=8Mbps（Mb/s）提示：字节与位之间进行单位换算的时候，要注意K与k的大小写问题。例题：1 在一条 64kb/s 的理想信道上，传送一个 100KB的文件需要的时间是_秒。A156 B16 C125 D128
