《计算机与信息》PPT课件.ppt

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1、input硬件硬件&软件软件output1计算机的发展信息与信息技术计算机中的计数制重点重点 2计算机的特点本节要点微电子技术计算机的发展计算机的应用3 是是现代电子科学与技术的基础现代电子科学与技术的基础是是信息技术领域中的关键技术信息技术领域中的关键技术 是是信息产业和各项高技术的基础信息产业和各项高技术的基础是是实现电子电路和电子系统的超小型化和微型化实现电子电路和电子系统的超小型化和微型化的技术，它以集成电路为核心。的技术，它以集成电路为核心。1.1.1 微电子技术微电子技术现代信息技术中的三大核心技术：现代信息技术中的三大核心技术：微电子技术微电子技术通信技术通信技术 计算机技术计算

2、机技术4嫦娥二号卫星（简称：嫦娥二号，也称为嫦娥二号卫星（简称：嫦娥二号，也称为“二号星二号星”）是嫦娥一号卫）是嫦娥一号卫星的姐妹星，由长三丙火箭发射。但是嫦娥二号卫星上搭载的星的姐妹星，由长三丙火箭发射。但是嫦娥二号卫星上搭载的CCDCCD相相机机的的分辨率分辨率将更高，其它探测设备也将有所改进，所探测到的有关月将更高，其它探测设备也将有所改进，所探测到的有关月球的数据将更加翔实，球的数据将更加翔实，“嫦娥二号嫦娥二号”于于20102010年年1010月月1 1日日1818时时5959分分5757秒在秒在西昌卫星发射中心西昌卫星发射中心发射升空，并获得了圆满成功发射升空，并获得了圆满成功

3、5电子电路中元器件的发展演变电子电路中元器件的发展演变晶体管晶体管(1948)中中/小规模小规模集成电路集成电路(1950s)微电子技术是以微电子技术是以集成电路集成电路为核心的电子技术，它为核心的电子技术，它是在电子元器件小型化、微型化的过程中发展起是在电子元器件小型化、微型化的过程中发展起来的。来的。大规模大规模/超大规模超大规模集成电路集成电路(1970s)电子管电子管(1904)6什么是集成电路？什么是集成电路？集成电路集成电路(IntegratedCircuit(IntegratedCircuit，简称，简称IC)IC)：以半导体单晶片作为基片以半导体单晶片作为基片,采用平面工艺，将

4、采用平面工艺，将晶体管、电阻、电容等元器件及其连线所构成晶体管、电阻、电容等元器件及其连线所构成的电路制作在基片上所构成的一个微型化的电的电路制作在基片上所构成的一个微型化的电路或系统路或系统集成电路的优点：集成电路的优点：w w体积小、重量轻体积小、重量轻体积小、重量轻体积小、重量轻w w功耗小、成本低功耗小、成本低功耗小、成本低功耗小、成本低w w速度快、可靠性高速度快、可靠性高速度快、可靠性高速度快、可靠性高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7集成电路的规模集成电路的规模根据所包含的晶体管数目分为：集成电路规模集成电路规模集成度（个电子元件）集成度（个电子元件）

5、小规模集成电路（小规模集成电路（SSISSI）100100中规模集成电路（中规模集成电路（MSIMSI）10030001003000大规模集成电路（大规模集成电路（LSILSI）300010300010万万超大规模集成电路（超大规模集成电路（VLSIVLSI）1010万万100100万万极大规模集成电路（极大规模集成电路（ULSIULSI）100100万万8 按功能分按功能分按功能分按功能分 数字集成电路数字集成电路数字集成电路数字集成电路 模拟集成电路模拟集成电路模拟集成电路模拟集成电路集成电路的分类集成电路的分类按结构、工艺分按结构、工艺分按结构、工艺分按结构、工艺分 双极型双极型双极型双

6、极型 MOSMOS型型型型 双极双极双极双极-MOS-MOS型型型型 按用途分按用途分按用途分按用途分 通用集成电路通用集成电路通用集成电路通用集成电路 专用集成电路专用集成电路专用集成电路专用集成电路 按晶体管数目分按晶体管数目分按晶体管数目分按晶体管数目分 小规模小规模小规模小规模(SSI)(SSI)中规模中规模中规模中规模(MSI)(MSI)大规模大规模大规模大规模(LSI)(LSI)超大规模超大规模超大规模超大规模(VLSI)(VLSI)极大规模极大规模极大规模极大规模(ULSI)(ULSI)9集成电路的制造流程集成电路的制造流程(自学自学)硅抛光片硅抛光片单单晶晶硅硅锭锭单晶硅锭经切

7、单晶硅锭经切割、研磨和抛割、研磨和抛光后制成镜面光后制成镜面一样光滑的圆一样光滑的圆形薄片，称为形薄片，称为“硅抛光片硅抛光片”晶圆晶圆晶圆晶圆硅平面工硅平面工硅平面工硅平面工艺艺艺艺硅平面工艺包括氧化、光刻、硅平面工艺包括氧化、光刻、掺杂和互连等工序，最终在掺杂和互连等工序，最终在硅片上制成包含多层电路及硅片上制成包含多层电路及电子元件的集成电路。通常电子元件的集成电路。通常每一硅抛光片上可制作成百每一硅抛光片上可制作成百上千个独立的集成电路，这上千个独立的集成电路，这种整整齐齐排满了集成电路种整整齐齐排满了集成电路的硅片称作的硅片称作“晶圆晶圆”芯片芯片芯片芯片检测、分检测、分检测、分检测

8、、分类类类类集成电路集成电路集成电路集成电路封装封装封装封装对晶圆上的每个对晶圆上的每个电路进行检测，电路进行检测，然后将晶圆切开然后将晶圆切开成小片，把合格成小片，把合格的电路分类，再的电路分类，再封装成一个个独封装成一个个独立的集成电路立的集成电路成品测试成品测试成品测试成品测试成品成品成品成品进行成品测试，进行成品测试，按其性能参数按其性能参数分为不同等级，分为不同等级，贴上规格型号贴上规格型号及出厂日期等及出厂日期等标签，成品即标签，成品即可出厂可出厂10集成电路的封装集成电路的封装 集成电路封装目的：集成电路封装目的：电功能、散热功能、机械与化学保护功能电功能、散热功能、机械与化学保

9、护功能 常见的封装方式：常见的封装方式：w w 单列直插式（单列直插式（单列直插式（单列直插式（SIPSIP）w w 双列直插式双列直插式双列直插式双列直插式 （DIPDIP）w w 阵列式（阵列式（阵列式（阵列式（PGAPGA）w w 塑料有引线芯片载体（塑料有引线芯片载体（塑料有引线芯片载体（塑料有引线芯片载体（PLCCPLCC）w w 扁平贴片式扁平贴片式扁平贴片式扁平贴片式(PQFP)(PQFP)w w 球栅阵列封装球栅阵列封装球栅阵列封装球栅阵列封装(BGA)(BGA)w w 小外形封装（小外形封装（小外形封装（小外形封装（SOPSOP）11FC-PGA2 FC-PGA2 封装方式封

10、装方式（Pentium 4 Pentium 4 处理器）处理器）集成电路插座集成电路插座集成电路插座集成电路插座集成电路的封装形式集成电路的封装形式12进一步提高集成度的问题与出路进一步提高集成度的问题与出路(自学自学)问题：问题：w w线线线线宽宽宽宽进进进进一一一一步步步步缩缩缩缩小小小小后后后后，晶晶晶晶体体体体管管管管线线线线条条条条小小小小到到到到纳纳纳纳米米米米级级级级时时时时，其其其其电电电电流流流流微微微微弱弱弱弱到到到到仅仅仅仅有有有有几几几几十十十十个个个个甚甚甚甚至至至至几几几几个个个个电电电电子子子子流流流流动动动动，晶晶晶晶体体体体管管管管将将将将逼逼逼逼近其物理极限

11、而无法正常工作近其物理极限而无法正常工作近其物理极限而无法正常工作近其物理极限而无法正常工作.出路：出路：w w在在在在纳纳纳纳米米米米尺尺尺尺寸寸寸寸下下下下，纳纳纳纳米米米米结结结结构构构构会会会会表表表表现现现现出出出出一一一一些些些些新新新新的的的的量量量量子子子子现现现现象象象象和和和和效效效效应应应应，人人人人们们们们正正正正在在在在利利利利用用用用这这这这些些些些量量量量子子子子效效效效应应应应研研研研制制制制具具具具有有有有全全全全新新新新功功功功能能能能的的的的量量量量子子子子器器器器件件件件，使使使使能能能能开开开开发发发发出出出出新新新新的的的的纳纳纳纳米米米米芯芯芯芯片

12、片片片和和和和量量量量子子子子计计计计算算算算机机机机w w同同同同时时时时，正正正正在在在在研研研研究究究究将将将将光光光光作作作作为为为为信信信信息息息息的的的的载载载载体体体体，发发发发展展展展光光光光子子子子学学学学，研研研研制制制制集集集集成成成成光光光光路路路路，或或或或把把把把电电电电子子子子与与与与光光光光子子子子并并并并用用用用，实实实实现现现现光光光光电电电电子子子子集集集集成成成成.13IC卡卡IC卡(chipcard、smartcard)，又称为集成电路卡，它是把集成电路芯片密封在塑料卡基片内，使其成为能存储信息、处理和传递数据的载体特点：w存储信息量大存储信息量大存储

13、信息量大存储信息量大w保密性能强保密性能强保密性能强保密性能强w可以防止伪造和窃用可以防止伪造和窃用可以防止伪造和窃用可以防止伪造和窃用w抗干扰能力强抗干扰能力强抗干扰能力强抗干扰能力强w可靠性高可靠性高可靠性高可靠性高14IC卡的类型卡的类型(按芯片分类按芯片分类)存储器卡：存储器卡：封封装装的的集集成成电电路路为为存存储储器器，信信息息可可长长期期保保存存，也也可可通通过过读读卡卡器器改改写写。结结构构简简单单，使使用用方方便便。用用于于安安全全性性要要求求不不高高的的场场合合，如如电电话话卡卡、水水电电费费卡卡、公公交交卡卡、医医疗疗卡卡等等（带带加加密密逻辑的存储器卡增加了加密电路）逻

14、辑的存储器卡增加了加密电路）CPUCPU卡：卡：封封装装的的集集成成电电路路为为中中央央处处理理器器（CPUCPU）和和存存储储器器，还还配配有有操操作作系系统统(Chip(ChipOperatingOperatingSystem)System)，处处理理能能力力强强，保保密密性性更更好好，常常用用作作证证件件和和信信用用卡卡使使用用。手手机机中中使使用用的的SIMSIM卡卡就就是一种特殊的是一种特殊的CPUCPU卡。卡。15IC卡的类型卡的类型(按使用方式分类按使用方式分类)接触式接触式ICIC卡卡(如电话如电话ICIC卡卡)w w表表表表面面面面有有有有方方方方型型型型镀镀镀镀金金金金接接

15、接接口口口口，共共共共8 8个个个个或或或或6 6个个个个镀镀镀镀金金金金触触触触点点点点。使使使使用用用用时时时时必须将必须将必须将必须将ICIC卡插入读卡机，通过金属触点传输数据。卡插入读卡机，通过金属触点传输数据。卡插入读卡机，通过金属触点传输数据。卡插入读卡机，通过金属触点传输数据。w w用用用用于于于于信信信信息息息息量量量量大大大大、读读读读写写写写操操操操作作作作比比比比较较较较复复复复杂杂杂杂的的的的场场场场合合合合,但但但但易易易易磨磨磨磨损损损损、怕脏、寿命短怕脏、寿命短怕脏、寿命短怕脏、寿命短非接触式非接触式ICIC卡卡(射频卡、感应卡射频卡、感应卡)w w采采采采用用用

16、用电电电电磁磁磁磁感感感感应应应应方方方方式式式式无无无无线线线线传传传传输输输输数数数数据据据据，解解解解决决决决了了了了无无无无源源源源（卡卡卡卡中中中中无电源）和免接触问题无电源）和免接触问题无电源）和免接触问题无电源）和免接触问题w w操操操操作作作作方方方方便便便便，快快快快捷捷捷捷，采采采采用用用用全全全全密密密密封封封封胶胶胶胶固固固固化化化化，防防防防水水水水、防防防防污污污污，使用寿命长使用寿命长使用寿命长使用寿命长w w用于读写信息较简单的场合，如身份验证等用于读写信息较简单的场合，如身份验证等用于读写信息较简单的场合，如身份验证等用于读写信息较简单的场合，如身份验证等接触

17、式接触式IC卡卡接触式接触式IC卡的结构卡的结构非接触式非接触式IC卡卡16非接触式非接触式IC卡的工作原理（选学）卡的工作原理（选学）读卡器发出一组固定读卡器发出一组固定频率的无线电波频率的无线电波(射频射频信号信号)，通过天线向外，通过天线向外发射发射IC卡激活后，通过辐射电卡激活后，通过辐射电磁信号将卡内数据发射出磁信号将卡内数据发射出去去(或接收读卡器送来的数或接收读卡器送来的数据据)当当IC卡处在读卡器有效范围卡处在读卡器有效范围(一般为一般为510cm)内时，卡内的一个内时，卡内的一个LC串联谐串联谐振电路振电路(谐振频率相同的谐振频率相同的)便产生电磁便产生电磁共振，使电容充电，

18、从而为卡内其它共振，使电容充电，从而为卡内其它电路提供电路提供2V的工作电压的工作电压读卡器收到数据后，通过接口将读卡器收到数据后，通过接口将IC卡数据传送给卡数据传送给PC，PC将判断该卡将判断该卡的合法性，作出相应处理的合法性，作出相应处理17非接触式非接触式IC卡在身份证中的使用卡在身份证中的使用第二代身份证使用非接触式CPU卡，可实现“电子防伪”和“数字管理”两大功能：w w电子防伪措施：个人数据和人脸图像经过加密后存储在芯电子防伪措施：个人数据和人脸图像经过加密后存储在芯电子防伪措施：个人数据和人脸图像经过加密后存储在芯电子防伪措施：个人数据和人脸图像经过加密后存储在芯片中，需要时可

19、通过非接触式读卡器读出进行验证。需要片中，需要时可通过非接触式读卡器读出进行验证。需要片中，需要时可通过非接触式读卡器读出进行验证。需要片中，需要时可通过非接触式读卡器读出进行验证。需要时还可以将人体生物特征如指纹等保存在芯片中，以进一时还可以将人体生物特征如指纹等保存在芯片中，以进一时还可以将人体生物特征如指纹等保存在芯片中，以进一时还可以将人体生物特征如指纹等保存在芯片中，以进一步提高防伪性能步提高防伪性能步提高防伪性能步提高防伪性能w w数字管理功能：数字管理功能：数字管理功能：数字管理功能：l l存储器能储存多达几兆字节的信息，采用分区存储，按不同安全存储器能储存多达几兆字节的信息，采

20、用分区存储，按不同安全存储器能储存多达几兆字节的信息，采用分区存储，按不同安全存储器能储存多达几兆字节的信息，采用分区存储，按不同安全等级授权读写等级授权读写等级授权读写等级授权读写l l采用数据库和网络技术，实现全国联网快速查询和身份识别，将采用数据库和网络技术，实现全国联网快速查询和身份识别，将采用数据库和网络技术，实现全国联网快速查询和身份识别，将采用数据库和网络技术，实现全国联网快速查询和身份识别，将使二代证在公共安全、社会管理、电子政务、电子商务等方面发使二代证在公共安全、社会管理、电子政务、电子商务等方面发使二代证在公共安全、社会管理、电子政务、电子商务等方面发使二代证在公共安全、

21、社会管理、电子政务、电子商务等方面发挥重要作用挥重要作用挥重要作用挥重要作用 181642 Blaise Pascal加法器加法器加法器加法器Charles BabbageCharles Babbage1822 1822 差分机差分机1833 1833 分析机分析机ENIACENIAC电子计算机时代电子计算机时代 计算机的发展计算机的发展19 第一台电子计算机（第一台电子计算机（ENIAC）5000次加法次加法/秒秒重约重约30吨吨占地占地170m218800只电子管只电子管1500个继电器个继电器功率功率150KW 世界上第一台计算机于1946年诞生在美国，并命名为ENIAC（Electro

22、nicNumericalIntegratorAndCalculator）由美国宾夕法尼亚大学美国宾夕法尼亚大学研制成功。20第一代第一代（19461958）电子管电子管5千千4万（次万（次/秒）秒）第二代第二代（19591964）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（19651971）集成电路集成电路百万百万几百万（次几百万（次/秒）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）计算机发展四阶段计算机发展四阶段21阶段阶段阶段阶段年代年代年代年代 主要元件主要元件主要元件主要元件特特特特 点点点点第一代第一代1946-

23、1946-19581958电子管电子管速度底，功耗大，价格昂贵，可靠性速度底，功耗大，价格昂贵，可靠性差，用机器语言编程，应用难度大，差，用机器语言编程，应用难度大，仅应用于数值计算仅应用于数值计算第二代第二代1959-1959-19641964晶体管晶体管体积缩小，功耗降低，速度增快，价体积缩小，功耗降低，速度增快，价格比较便宜，可以使用高级语言编程，格比较便宜，可以使用高级语言编程，形成软件控制，应用于数据处理和实形成软件控制，应用于数据处理和实时控制。时控制。第三代第三代1965-1965-19711971小规模集成电路小规模集成电路（SSISSI）中规模集成电路中规模集成电路（MSIM

24、SI）体积进一步缩小，速度进一步提高，价格体积进一步缩小，速度进一步提高，价格进一步降低，可以使用多种高级语言编程，进一步降低，可以使用多种高级语言编程，软件逐步完善，操作系统形成并复杂程度软件逐步完善，操作系统形成并复杂程度高、功能强大，应用领域迅速扩大高、功能强大，应用领域迅速扩大第四代第四代1972-1972-19901990大规模集成电路大规模集成电路(LSI(LSI）超大规模集成电超大规模集成电路路（VLSIVLSI）微型计算机出现，性能大大提高，价微型计算机出现，性能大大提高，价格大大下降，软件更加丰富，应用领格大大下降，软件更加丰富，应用领域更加扩大，计算机网络普及，小巨域更加扩

25、大，计算机网络普及，小巨型机开始产生。型机开始产生。22早期发展较慢，大约早期发展较慢，大约8-108-10年更新一代，速度提高年更新一代，速度提高1010倍，成本和体积降为原来的倍，成本和体积降为原来的1/101/10。8080年代以后，大约年代以后，大约3-43-4年计算机性能提高年计算机性能提高4 4倍，成倍，成本下降本下降50%50%体积相应减小。体积相应减小。现在每年都要推出更高性能的计算机，重量仅有现在每年都要推出更高性能的计算机，重量仅有10KG10KG左右，甚至笔记本仅有几左右，甚至笔记本仅有几KG.KG.计算机具有以下一些特点：计算机具有以下一些特点：速度快、精确高、通用性强

26、。速度快、精确高、通用性强。能够处理文字、图像和声音等多种媒体信息。能够处理文字、图像和声音等多种媒体信息。具有强大、高速的存储能力和准确的逻辑判断能力及网具有强大、高速的存储能力和准确的逻辑判断能力及网络功能络功能。计算机发展的特点计算机发展的特点23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百百万万条条/每每秒秒每每1824个月芯片能力增长一倍个月芯片能力增长一倍 计算机第一定律计算机第一定律摩尔定律摩尔定律集成度是有极限的，因此，集成度是有极限的，因此，MooreMoore定律不可能永远成立。定律不可能永远成立。MIPMIPS S241.按内部逻辑结构分为单处理机、多处理机

27、单处理机、多处理机单处理机、多处理机单处理机、多处理机(并行机并行机并行机并行机)2.按字长分为16161616位机、位机、位机、位机、32323232位机或位机或位机或位机或64646464位计算机等位计算机等位计算机等位计算机等3.按计算机的性能、用途和价格分为巨型计算机（巨型计算机（巨型计算机（巨型计算机（SupercomputerSupercomputerSupercomputerSupercomputer）大型计算机（大型计算机（大型计算机（大型计算机（MainframeMainframeMainframeMainframe）小型计算机（小型计算机（小型计算机（小型计算机（Minic

28、omputerMinicomputerMinicomputerMinicomputer）个人计算机个人计算机个人计算机个人计算机（Personal ComputerPersonal ComputerPersonal ComputerPersonal Computer）计算机的分类计算机的分类25 采用大规模并行处理的体系结采用大规模并行处理的体系结构，构，CPUCPU由数以百计、千计、由数以百计、千计、万计的处理器组成，有极强的万计的处理器组成，有极强的运算处理能力，运算处理能力，速度达到速度达到每秒每秒万亿次万亿次以上。以上。多用在军事、科研、气象、多用在军事、科研、气象、石油勘探等领域。石

29、油勘探等领域。我国的联想我国的联想 深腾深腾.NECSX-6/64MBNECSX-6/64MB巨型计算机外形巨型计算机外形(1)巨型计算机巨型计算机（Supercomputer）26运运算算速速度度快快、存存储储容容量量大大、通通信信联联网网功功能能完完善善、可可靠靠性性高高、安安全全性性好好、有有丰丰富富的的系系统统软软件和应用软件的计算机件和应用软件的计算机 CPU通通常常有有4、8、16、32个个甚甚至至更更多多处处理理器器;为为企企业业或或政政府府的的数数据据提提供供集集中中的的存存储储、管管理理和处理，作为主服务器（企业级服务器）和处理，作为主服务器（企业级服务器）(2)大型计算机（

30、大型计算机（Mainframe）27供供供供部部部部门门门门使使使使用用用用的的的的计计计计算算算算机机机机，以以以以IBMIBM公公公公司司司司的的的的AS/400AS/400为为为为代代代代表表表表。近近近近年年年年来来来来，小小小小型型型型机机机机逐步为高性能的服务器所取代。逐步为高性能的服务器所取代。逐步为高性能的服务器所取代。逐步为高性能的服务器所取代。功能功能功能功能：为为为为多多多多个个个个用用用用户户户户执执执执行行行行任任任任务务务务，但但但但它它它它没没没没有有有有大型机的高性能，大型机的高性能，大型机的高性能，大型机的高性能，支持的用户较少。支持的用户较少。支持的用户较少

31、。支持的用户较少。小小小小型型型型机机机机的的的的典典典典型型型型应应应应用用用用是是是是帮帮帮帮助助助助中中中中小小小小企企企企业业业业 完成信息处理任务，如完成信息处理任务，如完成信息处理任务，如完成信息处理任务，如库存管理、库存管理、库存管理、库存管理、销售管理、文档管理等。销售管理、文档管理等。销售管理、文档管理等。销售管理、文档管理等。小型机(3)小型计算机（小型计算机（Minicomputer）28个个个个人人人人计计计计算算算算机机机机（Personal Personal ComputerComputer，也也也也称称称称个个个个人人人人电电电电脑脑脑脑、微微微微机机机机）特特特

32、特点点点点：以以以以微微微微处处处处理理理理器器器器为为为为中中中中心心心心的的的的一一一一个个个个独独独独立立立立完完完完整整整整的的的的计计计计算算算算机机机机系系系系统统统统。价价价价格格格格便便便便宜宜宜宜，使使使使用用用用方方方方便便便便，软软软软件件件件丰丰丰丰富富富富，适适适适合合合合办办办办公公公公或或或或家家家家庭庭庭庭使使使使用用用用。通通通通常常常常只只只只用用用用来来来来处处处处理理理理一一一一个个个个用用用用户户户户的的的的任任任任务务务务，可可可可独立使用，也可与其他计算机互连。独立使用，也可与其他计算机互连。独立使用，也可与其他计算机互连。独立使用，也可与其他计算

33、机互连。(4)个人计算机个人计算机(PC)PC的类别的类别台式机台式机台式机台式机便携机便携机便携机便携机笔记本（膝上机）笔记本（膝上机）手持式计算机（掌上手持式计算机（掌上机）机）29 是一种把是一种把是一种把是一种把处理器、存储器、输入输出接口电路处理器、存储器、输入输出接口电路处理器、存储器、输入输出接口电路处理器、存储器、输入输出接口电路等都集成等都集成等都集成等都集成在单块芯片上的大规模集成电路芯片。在单块芯片上的大规模集成电路芯片。在单块芯片上的大规模集成电路芯片。在单块芯片上的大规模集成电路芯片。(5)微控制器（单片机）微控制器（单片机）30阿塔纳索夫阿塔纳索夫阿塔纳索夫阿塔纳索

34、夫提出了计算机的三条原则：提出了计算机的三条原则：1）以二进制的逻辑基础来实现数字运算，）以二进制的逻辑基础来实现数字运算，以保证精度；以保证精度；2）利用电子技术来实现控制、逻辑运算和算术运）利用电子技术来实现控制、逻辑运算和算术运 算，以保证算，以保证计算速度；计算速度；3）采用把计算功能和二进制数更新存储功能相分离的结构。）采用把计算功能和二进制数更新存储功能相分离的结构。Claude ShannonClaude Shannon奠定计算机发展的重要人物和思想奠定计算机发展的重要人物和思想(自学自学)香侬香侬香侬香侬是现代信息论的著名创始人。是现代信息论的著名创始人。1938年，香侬在发表

35、的论文中，年，香侬在发表的论文中，首次用布尔代数进行开关电路分析，首次用布尔代数进行开关电路分析，并证明布尔代数的逻辑运算可并证明布尔代数的逻辑运算可以通过继电器电路来实现。以通过继电器电路来实现。31 为纪念图灵对计算机的贡献，为纪念图灵对计算机的贡献，美国计算机博物馆于美国计算机博物馆于1966年年 设立了设立了“图灵奖图灵奖”计算机是使用相应的程序来完成任何设定好的任务。计算机是使用相应的程序来完成任何设定好的任务。图灵机是一种思想模型，图灵机是一种思想模型，它由三部分组成：它由三部分组成：一个控制器，一条可以无限延伸的一个控制器，一条可以无限延伸的带子和一个在带子上左右移动的读带子和一

36、个在带子上左右移动的读写头。写头。图灵与图灵机图灵与图灵机32John von NeumannJohn von Neumann冯冯 诺依曼诺依曼 计算机奠基人冯诺依曼存储程序工作原理存储程序工作原理存储程序工作原理存储程序工作原理 计算机的两个基本能力：一是能够计算机的两个基本能力：一是能够计算机的两个基本能力：一是能够计算机的两个基本能力：一是能够存储存储存储存储程序程序程序程序，二是能够，二是能够，二是能够，二是能够自动地执行自动地执行自动地执行自动地执行程序。程序。程序。程序。计算机是利用计算机是利用计算机是利用计算机是利用“存储器存储器存储器存储器”（内存）来存（内存）来存（内存）来存

37、（内存）来存放所要执行的程序的，而称之为放所要执行的程序的，而称之为放所要执行的程序的，而称之为放所要执行的程序的，而称之为CPUCPUCPUCPU的部的部的部的部件可以依次从存储器中取出程序中的每一件可以依次从存储器中取出程序中的每一件可以依次从存储器中取出程序中的每一件可以依次从存储器中取出程序中的每一条指令，并加以分析和执行，直至完成全条指令，并加以分析和执行，直至完成全条指令，并加以分析和执行，直至完成全条指令，并加以分析和执行，直至完成全部指令任务为止。部指令任务为止。部指令任务为止。部指令任务为止。冯冯 诺依曼计算机诺依曼计算机33数据处理数据处理 科学计算科学计算 过程控制过程控

38、制 CADCAM 智能模拟智能模拟 计算机的应用计算机的应用（自学）（自学）计算机在军事领域的应用计算机在军事领域的应用34个人计算机时代网络计算时代网格计算时代要在信息化的背景下来理解现在要在信息化的背景下来理解现在要在信息化的背景下来理解现在要在信息化的背景下来理解现在和未来的计算机技术和未来的计算机技术和未来的计算机技术和未来的计算机技术对计算机技术提出的要求和挑战对计算机技术提出的要求和挑战35计算机引发的社会问题和某些潜在的危机：w计算机系统崩溃给社会带来不可预测的严重后果计算机系统崩溃给社会带来不可预测的严重后果计算机系统崩溃给社会带来不可预测的严重后果计算机系统崩溃给社会带来不可

39、预测的严重后果w信息欺骗和计算机犯罪增加信息欺骗和计算机犯罪增加信息欺骗和计算机犯罪增加信息欺骗和计算机犯罪增加w知识产权保护更加困难知识产权保护更加困难知识产权保护更加困难知识产权保护更加困难w个人隐私受到威胁个人隐私受到威胁个人隐私受到威胁个人隐私受到威胁w不良和有害信息肆意传播和泛滥不良和有害信息肆意传播和泛滥不良和有害信息肆意传播和泛滥不良和有害信息肆意传播和泛滥w大量电子垃圾污染环境、破坏生态大量电子垃圾污染环境、破坏生态大量电子垃圾污染环境、破坏生态大量电子垃圾污染环境、破坏生态w长期沉迷于计算机游戏、网络聊天等给青少年生长期沉迷于计算机游戏、网络聊天等给青少年生长期沉迷于计算机游

40、戏、网络聊天等给青少年生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理和心理带来严重危害理和心理带来严重危害理和心理带来严重危害 计算机有什么负面影响？计算机有什么负面影响？36信息处理系统本节要点信息的概念信息技术37关于信息至今并没有统一的定义。关于信息至今并没有统一的定义。中国大百科全书的解释：从认识论层次来看，信中国大百科全书的解释：从认识论层次来看，信息是指认识主体所感知或主体所表述的息是指认识主体所感知或主体所表述的“事物运事物运动的状态及状态变化的方式动的状态及状态变化的方式”日常生活中比较笼日常生活中比较笼统和模糊的几种解释是：统和模糊的几种解释是：w w语言

41、、文字、图画、照片等表示的内容（新闻、消息或语言、文字、图画、照片等表示的内容（新闻、消息或语言、文字、图画、照片等表示的内容（新闻、消息或语言、文字、图画、照片等表示的内容（新闻、消息或知识）知识）知识）知识）w w读书、上课、交谈等所学习和了解的知识、方法、事实读书、上课、交谈等所学习和了解的知识、方法、事实读书、上课、交谈等所学习和了解的知识、方法、事实读书、上课、交谈等所学习和了解的知识、方法、事实和情况和情况和情况和情况w w1.2.1 信息的概念信息的概念38信息处理信息处理信息处理指的是与下列内容相关的行为和活动：信息处理指的是与下列内容相关的行为和活动：w信息的收集信息的收集(

42、如信息的感知、测量、获取、输入等如信息的感知、测量、获取、输入等)w信息的加工信息的加工(如信息的分类、计算、分析、转换等如信息的分类、计算、分析、转换等)w信息的存储信息的存储(如书写、摄影、录音、录像等如书写、摄影、录音、录像等)w信息的传递信息的传递(如邮寄、电报、电话等如邮寄、电报、电话等)w信息的施用信息的施用(如控制、显示等如控制、显示等)39人工进行信息处理的过程人工进行信息处理的过程 人工信息处理的不足：人工信息处理的不足：w w 算不快算不快算不快算不快w w 记不住记不住记不住记不住w w 传不远传不远传不远传不远w 看（听）不清看（听）不清看（听）不清看（听）不清事物事物

43、客体客体信息获取信息获取(感觉器官感觉器官)信息加工与信息加工与存储存储(大脑大脑)信息传递信息传递(神经系统神经系统)信息施用信息施用(效应器官效应器官)信息传递信息传递(神经系统神经系统)信息技术信息技术（IT）手手/脚脚/身身眼眼/耳耳/鼻鼻/舌舌/身身40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。信息技术包括：w w扩展感觉器官功能的扩展感觉器官功能的 感测感测感测感测(获取获取获取获取)与识别技术与识别技术与识别技术与识别技术w w扩展神经系统功能的扩展神经系统功能的 通信技术通信技术通信技

44、术通信技术w w扩展大脑功能的扩展大脑功能的 计算计算计算计算(处理处理处理处理)与存储技术与存储技术与存储技术与存储技术w w扩展效应器官功能的扩展效应器官功能的 控制与显示技术控制与显示技术控制与显示技术控制与显示技术 信息技术信息技术41信息技术的发展历史信息技术的发展历史(自学自学)语言的形成和使用文字的创造印刷技术的发明望远镜、显微镜电报和电话通信广播、电视雷达、卫星（遥感感测）计算机、机器人因特网（Internet）42现代信息技术现代信息技术3大特征：w采用电子技术（包括激光技术）采用电子技术（包括激光技术）采用电子技术（包括激光技术）采用电子技术（包括激光技术）w以数字技术（计

45、算机）为基础以数字技术（计算机）为基础以数字技术（计算机）为基础以数字技术（计算机）为基础w以软件为核心以软件为核心以软件为核心以软件为核心内容：w计算机、微电子、通信、计算机、微电子、通信、计算机、微电子、通信、计算机、微电子、通信、广播、遥感遥测、自动广播、遥感遥测、自动广播、遥感遥测、自动广播、遥感遥测、自动控制、机器人等控制、机器人等控制、机器人等控制、机器人等43信息处理系统：用于辅助人们进行信息获取、传递、用于辅助人们进行信息获取、传递、存储、加工处理、控制及显示的存储、加工处理、控制及显示的综合使用各种信息技术综合使用各种信息技术的系统的系统。通信通信/存储存储信息加工信息加工通

46、信通信/存储存储控制与显示控制与显示感测与识别感测与识别 信息处理系统信息处理系统 信息处理系统的结构：44信息处理系统举例信息处理系统举例雷达雷达雷达雷达：以感测与识别为主要目的以感测与识别为主要目的电视电视电视电视/广播广播广播广播：以单向、点到多点的信息传递为主要以单向、点到多点的信息传递为主要目的目的电话：电话：电话：电话：以双向、点到点的信息交互为主要目的以双向、点到点的信息交互为主要目的银行：银行：银行：银行：以处理金融信息为目的以处理金融信息为目的图书馆：图书馆：图书馆：图书馆：以信息收藏和检索为主要目的以信息收藏和检索为主要目的因特网：因特网：因特网：因特网：跨越全球的多功能信

47、息处理系统跨越全球的多功能信息处理系统 4546数制间的转换本节要点比特数的进位制数的表示与处理47比特（bit-binarydigit的缩写）中文翻译为“二进位数字”、“二进位”或简称为“位”比特只有2种取值：0，1比特是组成数字信息的最小单位比特是组成数字信息的最小单位数值、文字、符号、图像、声音、命令都可以使用比特来表示，其具体的表示方法就称为“编码”或“代码”比特比特48例例 用用比比特特表表示示图图像像4964*6464*64点阵，点阵，共占共占512512字节字节00 07 00 E0 00 07 00 E0 07 00 0C 0007 00 0C 00其中的第其中的第3232行用

48、字行用字节保存后如上所示节保存后如上所示00行行63行行例例 汉字显示码汉字显示码501 10 00 01 11 10 01 10 01 11 10 00 01 11 10 00 00 00 01 10 01 10 01 11 10 01 10 01 10 00 00 01 11 10 00 01 10 01 11 10 0位位字节字节位：位：每一个二进制数每一个二进制数0 0或或1 1所占的数位所占的数位是信息存储的是信息存储的最小单位，最小单位，bit bit 比特比特 简称简称b b字节：字节：字节：字节：8个二进制位暨个二进制位暨8b8b1B1B是计量存储容量的是计量存储容量的基本基本

49、 单位单位 Byte 简称简称BK 字节字节 1KB=210B=1024BM（兆）字节（兆）字节 1MB=220B=1024KBG（吉）（吉）字节字节 1GB=230B=1024MBT（太）字节（太）字节 1TB=240B=1024GBb7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0计算机中数据的单位计算机中数据的单位51例例1：CPU内部二进位信息的表示内部二进位信息的表示CPU内部通常使用高电平表示1，低电平表示00.0V0.5V2.8V3.3V010V+3v01 052磁盘表面微小区域中，磁性材料粒子的两种不同磁盘表面微小区域中，磁性材料粒子的两种不同的磁化状态分别表示的磁化状态分别表示0

50、 0和和1 1例例2：磁盘存储器中比特的表示：磁盘存储器中比特的表示磁盘磁盘表面表面磁性材料粒子磁性材料粒子53例例3：CD/DVD盘片上比特的表示盘片上比特的表示 光盘表面的凹、凸状态用于表示和存储二进位信息光盘表面的凹、凸状态用于表示和存储二进位信息CD光盘表面光盘表面 DVD光盘表面光盘表面54比特的三种基本逻辑运算比特的三种基本逻辑运算比特的运算使用逻辑代数，逻辑数据的表示比特的运算使用逻辑代数，逻辑数据的表示比特的运算使用逻辑代数，逻辑数据的表示比特的运算使用逻辑代数，逻辑数据的表示 “真真真真”“”“假假假假”、“是是是是”“”“非非非非”、“对对对对”“”“错错错错”、“有有有有