1、大学信息技术导论大学信息技术导论2022-10-14大学信息技术导论 在漫长的人类社会发展的历史长河中，曾经历了四在漫长的人类社会发展的历史长河中，曾经历了四次信息技术革命：语言的形成，文字的创造，造纸术和次信息技术革命：语言的形成，文字的创造，造纸术和印刷技术的发明，电报电话、广播电视的普及应用。以印刷技术的发明，电报电话、广播电视的普及应用。以电子计算机的普及应用和计算机与现代通信技术有机结电子计算机的普及应用和计算机与现代通信技术有机结合而产生的因特网为主要特征的信息处理技术，则被人合而产生的因特网为主要特征的信息处理技术，则被人们称之为们称之为“第五次信息技术革命第五次信息技术革命”。
2、从。从19461946年年2 2月月1414日日正式启用的第一台电子数字计算机正式启用的第一台电子数字计算机ENIACENIAC至今，谁也没至今，谁也没有料到，时隔不到有料到，时隔不到6060年，这硕大无比的年，这硕大无比的“怪物怪物”竟经历竟经历了从主机、微机到网络三个时期的飞跃，并且开创了一了从主机、微机到网络三个时期的飞跃，并且开创了一个人类文明的新时代个人类文明的新时代信息时代。本篇将介绍以计算信息时代。本篇将介绍以计算机技术、多媒体技术和网络通信技术为代表的信息技术机技术、多媒体技术和网络通信技术为代表的信息技术的发展历程、计算机系统构成等内容。的发展历程、计算机系统构成等内容。第一
3、部分第一部分 信息技术基础篇信息技术基础篇大学信息技术导论以高新技术为主导的信息化社会也有其“三个代表”以因特网为代表的网络技术以因特网为代表的网络技术以纳米为代表的新型材料技术以纳米为代表的新型材料技术以基因（基因工程、人类基因以基因（基因工程、人类基因组图谱）为代表的生命科学和组图谱）为代表的生命科学和生物技术生物技术第第1 1章章 信息资源与信息技术的发展信息资源与信息技术的发展大学信息技术导论1.1 信息资源与信息科学信息资源与信息科学 1.1.1 信息及其主要特征信息及其主要特征 1.1.2 信息科学与信息技术信息科学与信息技术 1.1.3 信息科学理论发展的百年历史信息科学理论发展
4、的百年历史1.2 信息理论的奠基人与信息理论的奠基人与ACM图灵奖图灵奖 1.2.1 信息论之父信息论之父香农香农 1.2.2 图灵与图灵机图灵与图灵机 1.2.3 冯冯诺伊曼与冯氏结构计算机诺伊曼与冯氏结构计算机 1.2.4 计算机界的诺贝尔奖计算机界的诺贝尔奖ACM图灵奖图灵奖 1.ACM图灵奖图灵奖 2.1997年图灵奖获得者年图灵奖获得者道格拉斯道格拉斯恩格尔巴特恩格尔巴特 3.2000年图灵奖获得者年图灵奖获得者姚期智姚期智第第1 1章章 信息资源与信息技术的发展信息资源与信息技术的发展大学信息技术导论信息社会信息社会是以信息活动为社会发展的基本活动，以信息技术为技是以信息活动为社会
5、发展的基本活动，以信息技术为技术基础，以信息经济为主术基础，以信息经济为主导经济，以信息产业为主导产业，以信息文化改变人类教育、生活导经济，以信息产业为主导产业，以信息文化改变人类教育、生活和工作方式以及价值观念的新型社会形态。和工作方式以及价值观念的新型社会形态。9090年代初，世界十大富翁的头衔被石油大王、船舶大王等所垄断年代初，世界十大富翁的头衔被石油大王、船舶大王等所垄断而而20002000年，微软总裁比尔年，微软总裁比尔盖茨以盖茨以770770亿美元的资产赫然名列前茅亿美元的资产赫然名列前茅微软公司微软公司19751975年以两千美元注册资金成立年以两千美元注册资金成立具有具有200
6、200年发展历史的美国洛克菲勒公司才仅有年发展历史的美国洛克菲勒公司才仅有5050亿美元的资产亿美元的资产印度，竟然演绎了一出现代无烟工业的奇迹印度，竟然演绎了一出现代无烟工业的奇迹信息经济信息经济（或称知识经济）就是在充分知识化的社会中以信息智（或称知识经济）就是在充分知识化的社会中以信息智力资源的占有、投入和配置，知识产品的生产、分配（传播）和力资源的占有、投入和配置，知识产品的生产、分配（传播）和消费（使用）为最重要因素的经济。消费（使用）为最重要因素的经济。1.1 1.1 信息资源与信息科学信息资源与信息科学大学信息技术导论信息产业信息产业2121世纪的朝阳产业世纪的朝阳产业信息产业2
7、1世纪的朝阳产业 农业社会资源经济 工业社会资本经济 信息社会知识经济美国正投巨资开发运算速度为每秒百万亿次的巨型机,用于模拟核试验1996年美国进入全球500强的162家公司中，70%以上都与信息业密切相关大学信息技术导论 全球各主要软件国产值对比表全球各主要软件国产值对比表 （单位：亿美元）（单位：亿美元）国内外软件产业发展概况及中国软件市场的分析大学信息技术导论19961996年美国进入全球年美国进入全球500500强的强的162162家公司中，家公司中，70%70%以上都是与信息以上都是与信息业密切相关业密切相关20022002年年1 1月，比尔月，比尔盖茨以盖茨以582582亿美元的
8、资产第亿美元的资产第8 8次蝉联次蝉联“世界首世界首富富”榜首榜首微软公司从微软公司从19751975年以两千美元注册资金成立到今天已成为美国第年以两千美元注册资金成立到今天已成为美国第一赢利公司一赢利公司进入进入9090年代以来，美国软件产业每年以年代以来，美国软件产业每年以12.512.5的速度增长。的速度增长。20012001年美国的软件产值仍然占全球产值的年美国的软件产值仍然占全球产值的4040强强20002000年，将软件业列入制造业，将成为美国规模最大的产业。美年，将软件业列入制造业，将成为美国规模最大的产业。美国是世界上最大的软件生产国和消费国，占有全球软件销售总额国是世界上最大
9、的软件生产国和消费国，占有全球软件销售总额的的6060以上以上美国软件业的贸易盈余达到美国软件业的贸易盈余达到200200亿美元亿美元软件大国美国大学信息技术导论我们的邻邦印度，成为仅次于美国的软件大国我们的邻邦印度，成为仅次于美国的软件大国其软件产品出口其软件产品出口7575个国家个国家印度软件产业始于印度软件产业始于19861986年年经过十年努力，取得了高速、稳定的发展经过十年努力，取得了高速、稳定的发展20002000年年9 9月，微软比尔月，微软比尔.盖茨访问印度后说：盖茨访问印度后说：印度已成为一个软件超级大国印度已成为一个软件超级大国印度国内目前有大大小小印度国内目前有大大小小2
10、4672467家计算机培训中心家计算机培训中心从事软件业的专业技术人员已达到从事软件业的专业技术人员已达到4141万人，软件企业万人，软件企业75007500家家其中其中50005000人以上的公司有人以上的公司有1616家，万人以上的公司有家，万人以上的公司有6 6家家国家级软件技术园区国家级软件技术园区(STD)(STD)有有1717个个已通过已通过CMM 5CMM 5级认证的公司级认证的公司20012001年年3 3月达到了月达到了2727家家印度人的故事印度人的故事大学信息技术导论国内外软件产业发展概况及中国软件市场的分析大学信息技术导论1.1.1 1.1.1 信息及其主要特征信息及其
11、主要特征1 1信息的定义信息的定义信息信息的含义与特征的含义与特征：信息是用数据作为载体来描述和表信息是用数据作为载体来描述和表示的客观现象；信息可以用数值、文字、声音、图像等多种形式表示的客观现象；信息可以用数值、文字、声音、图像等多种形式表示；信息是对数据加工提炼的结果，是对人类有用的知识；信息是示；信息是对数据加工提炼的结果，是对人类有用的知识；信息是具有含义的符号或消息，而数据是计算机内信息的载体。显而易见，具有含义的符号或消息，而数据是计算机内信息的载体。显而易见，若想得到信息，必须要将客观世界中的现象和问题通过数据这种媒若想得到信息，必须要将客观世界中的现象和问题通过数据这种媒体记
12、载下来。通常把对各种数据经过加工转换而得到信息的过程称体记载下来。通常把对各种数据经过加工转换而得到信息的过程称为为信息处理信息处理（或称数据处理）。（或称数据处理）。数据数据含义与特征：数据应该是原始的、广义的、可鉴别的抽象符号；含义与特征：数据应该是原始的、广义的、可鉴别的抽象符号；数据可以用来描述事物的属性、状态、程度、方式等等；数据符号数据可以用来描述事物的属性、状态、程度、方式等等；数据符号单独表示时没有任何含义，只有把它们放入特定的场合进行解释和单独表示时没有任何含义，只有把它们放入特定的场合进行解释和加工，才能使其具有意义并升华为信息。加工，才能使其具有意义并升华为信息。大学信息
13、技术导论1.1.1 1.1.1 信息及其主要特征信息及其主要特征2 2信息的传递与应用信息的传递与应用信息的传递信息的传递目前主要有两种方式：通信和广播。目前主要有两种方式：通信和广播。通信包括交换、传输，广播包括发射、接收。通信包括交换、传输，广播包括发射、接收。信息传递方式包括点到点（专线）、一点到信息传递方式包括点到点（专线）、一点到多点（组播）、点到面（广播）和可选择的多点（组播）、点到面（广播）和可选择的点到点（交换）等。点到点（交换）等。信息的应用信息的应用非常广阔。认知、科学探索、知识非常广阔。认知、科学探索、知识传播、生产流程的控制、管理（宏观管理、传播、生产流程的控制、管理（
14、宏观管理、微观管理）、娱乐（与声像设备结合）以及微观管理）、娱乐（与声像设备结合）以及人与人之间的交流等，发展都很迅速。人与人之间的交流等，发展都很迅速。大学信息技术导论人类各种传载信息的手段 古代：烽火台、指南针、语言、文字、古代：烽火台、指南针、语言、文字、纸张、印刷术、风标、号角、邮传驿纸张、印刷术、风标、号角、邮传驿站、了望塔楼等。站、了望塔楼等。近代：望远镜、显微镜、算盘、手摇近代：望远镜、显微镜、算盘、手摇机械计算器。机械计算器。现代：现代：计算机、人造卫星、计算机、人造卫星、C C4 4IRSIRS系系统、机器人、无人驾驶系统。统、机器人、无人驾驶系统。1.1.1 1.1.1 信
15、息及其主要特征信息及其主要特征大学信息技术导论3.3.信息的主要特征信息的主要特征（1 1）信息具有不灭性）信息具有不灭性（2 2）可传递性和共享性）可传递性和共享性（3 3）信息的可处理性）信息的可处理性1.1.1 1.1.1 信息及其主要特征信息及其主要特征大学信息技术导论1 1关于信息科学的定义关于信息科学的定义 信息科学信息科学是研究信息的获取、表述、存储、识别、编码、处是研究信息的获取、表述、存储、识别、编码、处理等传输过程和处理阶段中各种信息问题的科学。信息科学理等传输过程和处理阶段中各种信息问题的科学。信息科学由计算机科学、电子与信息系统科学、半导体、光学和自动由计算机科学、电子
16、与信息系统科学、半导体、光学和自动化科学等学科组成。化科学等学科组成。学者们提出：学者们提出：“信息科学信息科学”中的信息范围不应该再局限中的信息范围不应该再局限于某些特定领域，而应该是多元化的，只有统一的信息科学于某些特定领域，而应该是多元化的，只有统一的信息科学才是真正的信息科学。但建立统一信息科学理论是项艰巨复才是真正的信息科学。但建立统一信息科学理论是项艰巨复杂的工作，它代表着人类对纷繁信息世界的了解，并在理论杂的工作，它代表着人类对纷繁信息世界的了解，并在理论上有了进一步的升华。信息科学涵盖着从电子学到哲学的许上有了进一步的升华。信息科学涵盖着从电子学到哲学的许多基本问题，涉猎自然科
17、学、技术科学、人文科学、社会科多基本问题，涉猎自然科学、技术科学、人文科学、社会科学。由于统一信息科学关注的信息对象分布在不同领域里，学。由于统一信息科学关注的信息对象分布在不同领域里，所以，要发现不同领域里信息现象的共同规律是很困难的。所以，要发现不同领域里信息现象的共同规律是很困难的。所有部门信息科学所涉及的信息问题和人类的生产实践直接所有部门信息科学所涉及的信息问题和人类的生产实践直接相关。而生产实践，也只有生产实践才是推动科学发展的真相关。而生产实践，也只有生产实践才是推动科学发展的真正动力。正动力。1.1.2 1.1.2 信息科学与信息技术信息科学与信息技术大学信息技术导论2 2信息
18、技术信息技术 信息技术信息技术是指对信息的搜集、存储、传递、是指对信息的搜集、存储、传递、分析、使用等的处理技术和智能技术。具体地分析、使用等的处理技术和智能技术。具体地讲，包括软件开发技术、通讯网络技术、微电讲，包括软件开发技术、通讯网络技术、微电子技术、信息处理技术和多媒体技术，而传感、子技术、信息处理技术和多媒体技术，而传感、自控和新材料技术等是信息技术的相关技术。自控和新材料技术等是信息技术的相关技术。信息技术是目前各领域高新技术的关键和核心，信息技术是目前各领域高新技术的关键和核心，更是信息产业的基础。更是信息产业的基础。1.1.2 1.1.2 信息科学与信息技术信息科学与信息技术大
19、学信息技术导论1.1.2 1.1.2 信息科学与信息技术信息科学与信息技术 现代信息技术 电子信息技术电子信息技术:电子感测技术、电子通信技术、电子感测技术、电子通信技术、电子计算机技术、电子控制技术电子计算机技术、电子控制技术 量子信息技术量子信息技术:量子计算机量子计算机 激光信息技术激光信息技术:激光遥感、光导纤维通讯、激光激光遥感、光导纤维通讯、激光 全息存贮、激光控制全息存贮、激光控制 技术、激光计算机技术、激光计算机 生物信息技术生物信息技术:生物开关器件、生物存贮器件、生物开关器件、生物存贮器件、生物逻辑器件、生物计算机生物逻辑器件、生物计算机大学信息技术导论1.1.3 1.1.
20、3 信息科学理论发展的百年历史信息科学理论发展的百年历史 18541854年，英国数学家乔治年，英国数学家乔治 布尔创建了逻辑代数理论布尔创建了逻辑代数理论19241924年，尼奎斯特发表了题为年，尼奎斯特发表了题为“影响电报速率因素的确定影响电报速率因素的确定”的文章的文章19281928年，哈特莱又发表了题为年，哈特莱又发表了题为“信息传输信息传输”的文章的文章19361936年，年，图灵图灵发表了发表了“论可计算数及其在判定问题中的应用论可计算数及其在判定问题中的应用”论文，论文，提出了著名的理论计算机模型提出了著名的理论计算机模型图灵机。图灵机。19451945年，冯年，冯 诺伊曼首次
21、发表题为诺伊曼首次发表题为“电子计算机逻辑结构初探电子计算机逻辑结构初探”的报告的报告19471947年，美国计算机协会年，美国计算机协会 ACM ACM 在华盛顿哥伦比亚大学成立在华盛顿哥伦比亚大学成立19501950年，图灵在年，图灵在 Mind Mind 杂志发表文章，提出了测试机器智能的杂志发表文章，提出了测试机器智能的TuringTuring 规范。规范。19511951年，莫里斯年，莫里斯 威尔克斯提出微程序的设计概念威尔克斯提出微程序的设计概念19521952年，无线电工程师协会创办了电子计算机方面的年，无线电工程师协会创办了电子计算机方面的I.R.EI.R.E学报学报大学信息技
22、术导论信息理论的奠基人信息理论的奠基人1.2 1.2 信息理论的奠基人与信息理论的奠基人与ACMACM图灵奖图灵奖大学信息技术导论1.2 1.2 信息理论的奠基人与信息理论的奠基人与ACMACM图灵奖图灵奖香农博士其人香农博士其人香农的硕士论文是关于布尔代数在逻辑开关理论中的应用并证明布尔代数的逻辑运算，可以通过继电器电路来实现1941年加入贝尔实验室数学部，在此工作了15年1948年6月贝尔系统技术发表了通信的数学原理香农在该文中用数理统计方法来研究通信系统定义了信息时代的基本概念：熵和信道容量无失真通讯的传输速率的极限，被称为香农极限香农极限图灵其人图灵其人论可计算数及其在判定问题中的应用
23、(1936)获史密斯奖提出了著名的理论计算机的抽象模型图灵机1938年，图灵取得美国普林斯顿大学博士学位他的博士论文题目是“基于序数的逻辑系统”1951年他被选为英国皇家学会院士。1950年10月发表论文“计算机和智能”提出了测试机器是否有智能的方法图灵测试大学信息技术导论1.2 1.2 信息理论的奠基人与信息理论的奠基人与ACMACM图灵奖图灵奖冯冯诺伊曼诺伊曼冯冯诺伊曼在普林斯顿大学任教，对图灵十分欣赏并曾邀请他到他那里工作诺伊曼在普林斯顿大学任教，对图灵十分欣赏并曾邀请他到他那里工作19451945年冯年冯诺伊曼首次发表了题为诺伊曼首次发表了题为“电子计算机逻辑结构初探电子计算机逻辑结构
24、初探”的报告的报告将将“存储程序存储程序”的设想确立为冯氏结构机的设计体系，开始研制的设想确立为冯氏结构机的设计体系，开始研制EDVACEDVAC计算计算机机“存储程序存储程序”(stored program)”(stored program)的概念，是现代电子计算机的最基本概念之的概念，是现代电子计算机的最基本概念之一一19451945年年6 6月月3030日，发表了关于离散变量自动电子计算机的草案长文日，发表了关于离散变量自动电子计算机的草案长文 EDVAC EDVAC突出的优点在于：突出的优点在于：（1 1）把计算机要执行的指令和要处理的数据都用二进制数表示；）把计算机要执行的指令和要处
25、理的数据都用二进制数表示；（2 2）把执行指令和处理的数据均按照顺序编成程序存储到计算机内部让它）把执行指令和处理的数据均按照顺序编成程序存储到计算机内部让它自自 动执行。动执行。大学信息技术导论1.2 1.2 信息理论的奠基人与信息理论的奠基人与ACMACM图灵奖图灵奖计算机界的诺贝尔奖计算机界的诺贝尔奖ACMACM图灵奖图灵奖1.ACM1.ACM图灵奖图灵奖19661966年，年，ACMACM在纪念电子计算机诞生在纪念电子计算机诞生2020周年时周年时(亦即图亦即图灵逝世灵逝世1212周年周年)，决定设立计算机世界的第一个奖项，决定设立计算机世界的第一个奖项“图灵奖图灵奖”。到。到2003
26、2003年，被誉为年，被誉为“计算机界的诺贝尔奖计算机界的诺贝尔奖”的图灵奖已经颁发了的图灵奖已经颁发了3838届，共有届，共有4545位计算机科学家获此殊荣。位计算机科学家获此殊荣。2.19972.1997年图灵奖获得者年图灵奖获得者道格拉斯道格拉斯恩格尔巴特恩格尔巴特鼠标器的发明人鼠标器的发明人和超文本研究的先驱。和超文本研究的先驱。3.20003.2000年图灵奖获得者年图灵奖获得者姚期智姚期智对计算理论有众多贡献，其中包对计算理论有众多贡献，其中包括伪随机数生成理论的复杂性、密码学、通信复杂性等。近百篇学术论文括伪随机数生成理论的复杂性、密码学、通信复杂性等。近百篇学术论文几乎覆盖了计
27、算复杂性的所有方面；也涉及算法设计与分析的许多重要问几乎覆盖了计算复杂性的所有方面；也涉及算法设计与分析的许多重要问题；他的研究结果和所采用的证明方法，常常使一些核心课题的认识和理题；他的研究结果和所采用的证明方法，常常使一些核心课题的认识和理解产生飞跃。他近期的研究集中于量子通信、量子计算和量子密码学上。解产生飞跃。他近期的研究集中于量子通信、量子计算和量子密码学上。在荣获图灵奖之前，在在荣获图灵奖之前，在19871987年获得波利亚奖，在年获得波利亚奖，在19961996年获得首届克努斯奖年获得首届克努斯奖，20002000年年4 4月当选为美国艺术和科学院数学部院士。现已在清华大学执教月
28、当选为美国艺术和科学院数学部院士。现已在清华大学执教。大学信息技术导论50多年的光辉历程，开创了人类信息社会发展史的三个新纪元：4040年代年代ENIACENIAC为代表为代表开创了人类开始用机器代开创了人类开始用机器代替部分脑力劳动的新纪元替部分脑力劳动的新纪元8080年代年代微型机为代表微型机为代表开创了计算机不再为少数开创了计算机不再为少数专业人员所拥有和使用并走向普及化的新纪元专业人员所拥有和使用并走向普及化的新纪元9090年代年代因特网为代表因特网为代表开创了把许多微机连接起开创了把许多微机连接起来最大限度实现资源共享的新纪元来最大限度实现资源共享的新纪元 1.3 1.3 计算工具的
29、演变和计算机的发展计算工具的演变和计算机的发展 大学信息技术导论1.3.1 古算史上的古算史上的“哥德巴赫猜想哥德巴赫猜想”数术记遗系中国古算书，位列我国算术的数术记遗系中国古算书，位列我国算术的“十经十经”之一，介绍了我国古代之一，介绍了我国古代1414种算法，除第种算法，除第1414种种“计数计数”为心算无须计算工具外，其余为心算无须计算工具外，其余1313种均有计算工具，分种均有计算工具，分别是：积算别是：积算(即筹算即筹算)、太乙算、两仪算、三才算、五行算、八卦算、九宫算、运、太乙算、两仪算、三才算、五行算、八卦算、九宫算、运筹算、了知算、成数算、把头算、龟算和珠算。筹算、了知算、成数
30、算、把头算、龟算和珠算。“珠算珠算”之名，首见于此。珠算被之名，首见于此。珠算被称为我国称为我国“第五大发明第五大发明”，至今仍在加减运算和教育启智领域发挥着电子计算机无，至今仍在加减运算和教育启智领域发挥着电子计算机无法替代的作用。唐宋以后，数术记遗中所述法替代的作用。唐宋以后，数术记遗中所述1313种算具，除珠算沿用至今外，种算具，除珠算沿用至今外，所有算具均相继失传。由于此书有文无图，且唐宋后绝大多数算具湮没失传，因所有算具均相继失传。由于此书有文无图，且唐宋后绝大多数算具湮没失传，因而，就这些算具的而，就这些算具的“模样模样”，中外学者纷纷提出了各自的，中外学者纷纷提出了各自的“猜想猜
31、想”。日本数学史家三。日本数学史家三上义夫上义夫(1875-1950(1875-1950年年)、户谷清一，英国著名科学史家李约瑟，中国学者许莼舫、户谷清一，英国著名科学史家李约瑟，中国学者许莼舫、余介石、李迪、周全中、李培业（青海乐都人，著名数学史和珠算史家）等均抱余介石、李迪、周全中、李培业（青海乐都人，著名数学史和珠算史家）等均抱着科学缜密的态度，绘制出了各自的着科学缜密的态度，绘制出了各自的“推想图推想图”，试图破译，试图破译1313种古代算具之谜，而种古代算具之谜，而“李培业推想图李培业推想图”则是我国学者在研究这一课题中取得的最重要的成果之一。则是我国学者在研究这一课题中取得的最重要
32、的成果之一。1992 1992年，曾长期师从李培业教授进行珠算研究的经济师程文茂，率先破译年，曾长期师从李培业教授进行珠算研究的经济师程文茂，率先破译了失传一千多年的了失传一千多年的“太乙算太乙算”，并发明出，并发明出“太乙算棋太乙算棋”。19991999年，程文茂又发明了年，程文茂又发明了“世界算盘世界算盘”，“世界算盘世界算盘”不仅能随意拆卸拼装俄罗斯、日本及中国的不仅能随意拆卸拼装俄罗斯、日本及中国的1010珠、珠、5 5珠珠和和7 7珠算盘，而且可将失传的珠算盘，而且可将失传的“太乙算、两仪算、三才算和珠算太乙算、两仪算、三才算和珠算”四种古算具一一四种古算具一一再现。再现。20022
33、002年年5 5月下旬，程文茂受汉中石门十三品的启发，依据李培业的汉中月下旬，程文茂受汉中石门十三品的启发，依据李培业的汉中甄鸾古算十三品草图，历经甄鸾古算十三品草图，历经1010年时间潜心研究，制作完成了国内第一个完整、年时间潜心研究，制作完成了国内第一个完整、系统、科学地将我国古代系统、科学地将我国古代1313种计算工具恢复旧制的种计算工具恢复旧制的“古算十三品古算十三品”。1313种算具中，种算具中，最令程文茂兴奋的是最令程文茂兴奋的是“九宫算九宫算”。因为以往人们所熟悉的所有计算方法，均为。因为以往人们所熟悉的所有计算方法，均为“数数动位不动动位不动”的位置制，而的位置制，而“九宫算九
34、宫算”则为位动数不动。则为位动数不动。大学信息技术导论1.3.2 信息技术及计算工具发展之大事记信息技术及计算工具发展之大事记 人类在同大自然斗争中，创造并逐步发展了计算工具人类在同大自然斗争中，创造并逐步发展了计算工具 早在公元前早在公元前30003000年，中国人就发明了算筹和竹筹计数年，中国人就发明了算筹和竹筹计数 唐末创造出算盘，南宋唐末创造出算盘，南宋12741274年已有算盘和歌诀的记载年已有算盘和歌诀的记载 16331633年，奥芙特德（年，奥芙特德（OughtredOughtred）发明了计算尺。）发明了计算尺。16421642年，法国数学家帕斯卡制成第一台机械计算机年，法国数
35、学家帕斯卡制成第一台机械计算机 16711671年，德国数学家莱布尼茨发明了自动四则运算器年，德国数学家莱布尼茨发明了自动四则运算器 17461746年，英国工程师沃森在电线上传递了电信号年，英国工程师沃森在电线上传递了电信号大学信息技术导论1.3.2 信息技术及计算工具发展之大事记信息技术及计算工具发展之大事记 计算机之父巴贝奇与世界上第一位程序员爱达计算机之父巴贝奇与世界上第一位程序员爱达 18221822年，英国著名数学家年，英国著名数学家查尔斯查尔斯巴贝奇设计成功了差分机巴贝奇设计成功了差分机他从他从18121812年开始设计，可用来制作对数和三角函数表年开始设计，可用来制作对数和三角
36、函数表其精度可达其精度可达6 6位小数。该差分机利用卡片输入程序和数据位小数。该差分机利用卡片输入程序和数据18341834年年,巴贝奇设计完成了一台更高级的分析机巴贝奇设计完成了一台更高级的分析机为巴贝奇工作的一位女性为巴贝奇工作的一位女性爱达爱达奥古斯塔奥古斯塔拉芙拉斯拉芙拉斯英国诗人拜伦的女儿，誉为世界上第一位程序员英国诗人拜伦的女儿，誉为世界上第一位程序员她比世界上第一台电子计算机早了她比世界上第一台电子计算机早了100100年年爱达爱达的主要贡献是：的主要贡献是：指出分析机可以编程指出分析机可以编程发现发现了了编程的基本要素（如循环、子程序）编程的基本要素（如循环、子程序）建议分析机
37、用二进制存储建议分析机用二进制存储大学信息技术导论计算机之父巴贝奇与世界上第一位程序员爱达计算机之父巴贝奇与世界上第一位程序员爱达 1.3.2 信息技术及计算工具发展之大事记信息技术及计算工具发展之大事记 大学信息技术导论大学信息技术导论人类追求的计算工具人类追求的计算工具1642 Blaise Pascal 1822 1822 差分机差分机1833 1833 分析机分析机电子计算机时代电子计算机时代大学信息技术导论2001年q2001年年3月月9日，中科院计算所研制成功日，中科院计算所研制成功“曙光曙光3000超级服务器超级服务器”q2001年年7月月13日，北京申奥成功日，北京申奥成功q2
38、001年年8月月28日，日，Inter公司经过公司经过18个月的努力推出个月的努力推出2GHz的的 Pentium 4处理器处理器q2001年年9月月4日，美国日，美国IT业的两大公司业的两大公司HP和和Compaq以以220亿美亿美 元的价格合并元的价格合并q2001年年9月月11日，日，“9.11”事件事件3500亿美元的损失，亿美元的损失，Nasdaq股市股市 指数一路下跌指数一路下跌q2001年年10月月13日，我国第一款通用日，我国第一款通用CPU芯片芯片“龙芯龙芯”诞生诞生q2001年年10月月25日，微软公司在全球发布了日，微软公司在全球发布了Windows XPq2001年年1
39、1月月10日，在已完成所有谈判工作之后，中国入世已定日，在已完成所有谈判工作之后，中国入世已定大学信息技术导论2002年q2002年年6月底，由中科院、北大、清华联合向国家科技部提月底，由中科院、北大、清华联合向国家科技部提 出出“虚拟中国人计划虚拟中国人计划”立项申请立项申请q2002年年6月月17日至日至25日，在日本福冈日，在日本福冈“清华风神队清华风神队”又一次荣又一次荣 获仿真组冠军获仿真组冠军q2002年年6月，月，CERNET已建成已建成2万公里主干线路，通达万公里主干线路，通达160多多 个城市，连网个城市，连网900多家，上网人数多家，上网人数800万人万人q2002年年7月
40、月23日，日，CNNIC公布公布:平均每周至少上网平均每周至少上网1小时的中小时的中 国公民人数已超过国公民人数已超过4580万，排世界第三位万，排世界第三位q2002年年7月，国家信息化指标构成体系公布，共有月，国家信息化指标构成体系公布，共有20项指标项指标q2002年年7月月12日至日至14日，来自世界各地的日，来自世界各地的2000多名黑客云集多名黑客云集 美国纽约，召开所谓的黑客年会美国纽约，召开所谓的黑客年会q2002年年8月月29日，中国联想集团在北京中关村推出联想深腾日，中国联想集团在北京中关村推出联想深腾 1800大规模计算机系统大规模计算机系统 大学信息技术导论计算机在兰大
41、计算机在兰大1958年,我校研制成功了模拟电子管计算机1973年,DJS121:第二代晶体管计算机1974年,DJS130:第三代小规模集成电路计算机1985年,M340-S:第四代大规模集成电路计算机 (FACOM)大学信息技术导论1.3.3 ENIAC的诞生与新一代计算机的诞生与新一代计算机 1 1世界上第一台电子数字计算机世界上第一台电子数字计算机ENIACENIAC 由美国宾夕法尼亚大学的莫克利和埃克特领导研制由美国宾夕法尼亚大学的莫克利和埃克特领导研制 19461946年年2 2月月1414日正式启用日正式启用ENIACENIAC（电子数值积分计算机）（电子数值积分计算机）ENIAC
42、ENIAC采用变速电子器件采用变速电子器件电子管作为基本逻辑部件电子管作为基本逻辑部件 运算速度每秒可进行运算速度每秒可进行50005000次加减运算，次加减运算，3 3毫秒一次乘法毫秒一次乘法 它约它约30003000立方英尺，重立方英尺，重3030吨，占地约吨，占地约170170平方米平方米 运行时耗电量很大，功耗运行时耗电量很大，功耗2525千瓦；存储容量小千瓦；存储容量小 ENIACENIAC仅运行了十年，仅运行了十年，19561956年它被送进了博物馆年它被送进了博物馆大学信息技术导论 第一台电子计算机（ENIAC）5000次加法次加法/秒秒体重体重28吨吨占地占地170M21880
43、0只电子管只电子管1500个继电器个继电器耗电耗电150KW大学信息技术导论1.3.3 ENIAC的诞生与新一代计算机的诞生与新一代计算机 2.2.计算机从计算机从“数字计算数字计算”到到“信息处理信息处理”的转的转变变q 信息压缩与全数字化带来了丰富多彩的多媒体技术信息压缩与全数字化带来了丰富多彩的多媒体技术q 以多媒体技术为基础的虚拟现实技术也正在向我们走来以多媒体技术为基础的虚拟现实技术也正在向我们走来q 3S(GIS3S(GIS，GPSGPS，RS)RS)技术实现的电子地图系统、卫星遥感定位技术实现的电子地图系统、卫星遥感定位跟踪监控系统跟踪监控系统q 网络技术实现的远程教育、远程医疗
44、诊断系统网络技术实现的远程教育、远程医疗诊断系统q 无线接入技术（蓝牙技术、无线接入技术（蓝牙技术、WAPWAP）实现的手机上网、无线局域）实现的手机上网、无线局域网网(WLAN)(WLAN)q 电脑卡已由早期的光电卡、条码卡、磁卡发展到今天的电脑卡已由早期的光电卡、条码卡、磁卡发展到今天的ICIC卡、卡、射频卡射频卡q 美国五角大楼美国五角大楼(DoD)(DoD)一直就是一直就是IBMIBM的第一大用户，现代军事与的第一大用户，现代军事与信息技术已密不可分信息技术已密不可分q 19981998年美国副总统戈尔提出了年美国副总统戈尔提出了“数字地球数字地球”的概念（数字化的概念（数字化智能小区
45、、数字化图书馆）智能小区、数字化图书馆）大学信息技术导论 3.计算机发展巨型化运算速度可达每秒几百亿次运算的运算速度可达每秒几百亿次运算的1975年世界上第一台超级计算机年世界上第一台超级计算机“Cray-I”超级计算机应用：天气预报、地震机理研究、超级计算机应用：天气预报、地震机理研究、石油和地质勘探，卫星图像处理等大量科学计石油和地质勘探，卫星图像处理等大量科学计算的高科技领域。算的高科技领域。中国超级计算机：中国超级计算机：国防科技大学研制的国防科技大学研制的“银河银河1号号”、“银河银河2号号”和和“银河银河3号号”国家职能计算机中心推出的国家职能计算机中心推出的“曙光曙光1000”和
46、和“曙光曙光2000”大学信息技术导论Altair 8800 3.计算机发展微型化计算机不再是单一的计算机器，而是计算机不再是单一的计算机器，而是一种信息机器，一种个人的信息机器。一种信息机器，一种个人的信息机器。大学信息技术导论 3.计算机发展网络化计算机技术与通计算机技术与通信技术结合的产信技术结合的产物。物。使用远程资源，使用远程资源，共享程序、数据共享程序、数据和信息资源，网和信息资源，网络用户的通讯和络用户的通讯和合作。合作。大学信息技术导论 3.计算机发展智能化“总有一天，人类会造出一些举止跟人一样的总有一天，人类会造出一些举止跟人一样的没有灵魂的机械没有灵魂的机械来来”。笛卡尔（
47、笛卡尔（1637）q人类第一个人类第一个“工业机器人工业机器人”：一头在纺织机上挑纱的一头在纺织机上挑纱的“驴驴”（1742年）年）q第一代机器人第一代机器人机械手（机械手（1962年出现）年出现）q第二代机器人第二代机器人具有具有“感觉感觉”的机器人的机器人q第三代机器人第三代机器人装有启发式计算机的装有启发式计算机的“智能机器人智能机器人”大学信息技术导论第一代第一代（19461956）电子管电子管5千千4万（次万（次/秒）秒）第二代第二代（19571964）晶体管晶体管几十万几十万百万（次百万（次/秒）秒）第三代第三代（19651970）集成电路集成电路百万百万几百万（次几百万（次/秒）
48、秒）第四代第四代（197190年代）年代）集成电路集成电路几百万几百万几亿（次几亿（次/秒）秒）计算机发展的几个阶段大学信息技术导论晶晶体体管管数数目目4004奔腾奔腾4420,000,0002,300 将电脑浓缩在一颗芯片上0.18微米芯片微米芯片10微米芯片微米芯片大学信息技术导论晶晶体体管管数数单单位位时时间间执执行行的的指指令令数数百万条百万条/每秒每秒每每18个月芯片能力增长一倍。个月芯片能力增长一倍。计算机第一定律摩尔定律大学信息技术导论1.3.4 1.3.4 生物计算机生物计算机有科学家认为，有科学家认为，21世纪将是生物计算机的时代世纪将是生物计算机的时代生物技术将从根本上突破
49、电子计算机的物理极限生物技术将从根本上突破电子计算机的物理极限计算机的硅芯片将不可避免地面临耗能和散热等发展极限问题计算机的硅芯片将不可避免地面临耗能和散热等发展极限问题DNA有可能成为新一代功能更强大的计算机的基础有可能成为新一代功能更强大的计算机的基础 1生物技术为信息技术发展开辟着新的道路生物技术为信息技术发展开辟着新的道路1994年年11月，美国南加州大学的计算机科学家阿德尔曼月，美国南加州大学的计算机科学家阿德尔曼在科学杂志上公布了他的在科学杂志上公布了他的DNA计算机理论计算机理论通过通过DNA分子上碱基不同的排列次序，可表示计算机的数据分子上碱基不同的排列次序，可表示计算机的数据
50、然后酶对这些然后酶对这些DNA上的碱基链进行操作，就能实现计算功能上的碱基链进行操作，就能实现计算功能1立方分米的立方分米的DNA溶液可以存储溶液可以存储1万亿亿位二进制的数据万亿亿位二进制的数据2000年美国加利福尼亚大学洛杉矶分校研制出了分子开关年美国加利福尼亚大学洛杉矶分校研制出了分子开关2001年年11月，以色列魏茨曼研究所的科学家研制出了一种月，以色列魏茨曼研究所的科学家研制出了一种由由DNA分子和酶分子构成的世界首台分子和酶分子构成的世界首台“生物计算机生物计算机”2002年年1月月28日，日本奥林巴斯光学工业公司与东京大学联合日，日本奥林巴斯光学工业公司与东京大学联合 开发出了全
