计算机文化基础教程第一章课件.ppt

1、 热烈欢迎各位来热烈欢迎各位来自生产一线的职工来自生产一线的职工来我基地学习，预祝各我基地学习，预祝各位生活、学习愉快！位生活、学习愉快！郑州铁路局职工培训基地郑州铁路局职工培训基地 蓝晓光蓝晓光E-mail:HNZZLXGSINA.COM第一章计算机文化与信息化社会计算机计算机发展史发展史1.1.1 近代计算机的发展史1.1 计算机的发展、应用与展望计算计算机机发展发展史史计算的工具的发展史 我国唐代末出现算盘，是人类经过加工研制出来的第一种计算工具。加法器 1642年法国物理学家帕斯卡发明了凸轮式加法器1822 差分机差分机计算的工具的发展史 近代的计算机发展中，起奠基作用的是英国数学家查

2、尔斯巴贝奇，他于1822年、1834年先后设计了差分机和分析机。但分析机具有输入、处理、存储、输出及控制五个基本装置。1833 分析机分析机MARK I计算的工具的发展史 1936年美国霍华德艾肯提出用机电方法而不是机械的方法来实现巴贝厅分析机的想法，并在1944年制造成功Mark计算机，所以国际计算机界称巴贝奇为“计算机之父”1.1.2 现代计算机的发展史现代计算机的发展史 现代计算机也称为电脑或电子数字计算机，是一种能存储程序和数据、自动执行程序、快速而高效地自动完成对各种数字化信息处理的电子设备。计算机孕育于英国、诞生于美国、应用于全世界。计算机的特点是：运算速度快，计算精确度高，可靠性

3、好，记忆和逻辑判断能力强，存储容量大而且不易损失，可以实现多媒体以及网络功能等。在现代计算机的发展中，最杰出的代表人物是英国的图灵（1912年至1954年）和美籍匈牙利人冯诺依曼（l903年至1957年）。图灵的主要贡献：一是建立了图灵机的理论模型，对数字计算机的一般结构、可实现性和局限性产生了意义深远的影响；二是提出了定义机器智能的图灵测试，奠定了“人工智能”的理论基础。为纪念图灵的理论成就，美国计算机协会在1966年开始设立了奖励目前世界计算机学术界最高成就的图灵奖。冯诺依曼是在纯粹数学、应用数学、量子物理学、逻辑学、气象学、军事学、计算机理论及应用、对策论和经济学诸领域都有重要建树和贡献

4、的伟大学者。是他首先提出了在计算机内存储程序的概念，并使用单一处理部件来完成计算、存储及通信工作。有着“存储程序”的计算机成了现代计算机的重要标志。ENIAC计算机计算机 时代时代计算计算机机发展发展史史 美国于美国于1946年年2月月14日正式通过验收名日正式通过验收名为为ENIAC的电子数值积分计算机宣告了人类的电子数值积分计算机宣告了人类第一台电子计算机的诞生。第一台电子计算机的诞生。ENIAC(1946)计算机18000个电子管占地170平方米重达30吨耗电150千瓦保存80个字节每秒5千次加、减法运算价值40万美元 人类第一台具有内部存储程序功能的计算机EDVAC，电子离散变量自动计

5、算机，是根据冯诺依曼的构想制造成功的，并于1952年正式投入运行。EDVAC采用了二进制编码和存储器，其硬件系统由运算器、逻辑控制装置、存储器、输入和输出设备五部分组成。程序存储工作原理也被称为冯诺依曼原理。因此常把发展到今天的整个四代计算机习惯地统称为“冯氏计算机”或“冯诺依曼式计算机”。第一代：电子管计算机（4657)n逻辑元件 电子管n内 存 延迟线或磁芯n外 存 纸带、卡片或磁带n工作速度 几千几万次秒n软 件 机器语言或汇编语言n应 用 科学计算n代表机型 ENIACn特 点 体积庞大，运算速度低，成本高第二代：晶体管计算机(5864)n逻辑元件 晶体管n内 存 磁芯n外 存 磁带或

6、磁盘n工作速度 几十万次秒n软 件 高级算法语言n应 用 事务管理及工业控制n代表机型 IBM 7000 系列n优 点 体积小，寿命长，速度快，能耗少，可靠性高第三代：集成电路计算机(6470)n逻辑元件 中小规模集成电路（硅）n内 存 半导体存储器n外 存 磁带或磁盘n工作速度 几十万几千万次/秒n软 件 高级算法语言、操作 系统n应 用 计算、管理及控制n代表机型 IBM System/360n优 点 体积更小、速度更快、能耗更小、寿命更长n发展特点 计算机设计出现了标准化、通用化、系列化的局面第四代：大规模集成电路计算机n逻辑元件 （超）大规模集成电路n内 存 半导体存储器n外 存 磁盘

7、和光盘n工作速度 几百万几千万次秒n软 件 操作系统和应用软件n应 用 以计算机网络为特征n微型计算机属于第四代计算机 IntelPENTIUM7171年年-现在现在计算机的发展史第五代：智能化计算机主攻目标主攻目标让计算机具有人的听、让计算机具有人的听、说、读、写和思维推理能力说、读、写和思维推理能力神经网络计算机神经网络计算机 用数据单元模拟用数据单元模拟人脑的神经元，并利人脑的神经元，并利用神经元结点的分布用神经元结点的分布式存储和相互关联来式存储和相互关联来模拟人脑活动模拟人脑活动生物计算机生物计算机 使用蛋白分子为主使用蛋白分子为主要原料制成的生物芯要原料制成的生物芯片构成，存储能力

8、巨片构成，存储能力巨大，而且以波的形式大，而且以波的形式来传播信息来传播信息将电脑浓缩在一颗芯片上8008晶晶体体管管数数目目4004(1971年）年）奔腾奔腾PentiumPentium2,3007。2亿亿26 年年摩尔定律每每1818个月芯片能力增长一倍个月芯片能力增长一倍晶晶体体管管数数10K100K1M10M100M19751980198519951990200722亿亿每每秒秒百百万万条条指指令令数数0.11102580808088802868038680486400420072007年的年的微处理器微处理器Pentium微处理器（CPU）改进微处理器改进微处理器 的两种方法：的两种

9、方法：1.提高工作速度提高工作速度2.同时处理同时处理更多的数据更多的数据Intel8088Intel80486Pentium4.7 MHz100 MHz1GB以上以上8 8 位位32 32 位位64 64 位位1.1.3 现代计算机 的分类巨型化巨型化微型化微型化网络化网络化智能化智能化多媒体多媒体多极化多极化PDP-11CRAY-Altair 8800 根据美国电气和电子工程师协会（IEEE）的一个委员会于1989年11月提出的标准来划分的，即把计算机划分为巨型机、小巨型机，大型主机、小型机、工作站和个人计算机等6类。按规模分类计算机按规模分类计算机国外较流行的分法：国外较流行的分法：巨型

10、机、小巨型机、大巨型机、小巨型机、大型机、小型机、工作站和个人计算机（型机、小型机、工作站和个人计算机（PC）六大类。）六大类。随着计算技术和超大规模集成电路技随着计算技术和超大规模集成电路技术的飞速发展，不管那种分类方法都是相对术的飞速发展，不管那种分类方法都是相对而言。而言。我国的分法：我国的分法：巨型机、大型机、中型机、小巨型机、大型机、中型机、小型机、单片机和微型机六大类型机、单片机和微型机六大类计算机的特点和分类1.计算机的主要特点计算机的主要特点 运算速度快运算速度快每秒几百亿次几千亿次每秒几百亿次几千亿次 计算精度高计算精度高可使用足够多的二进制位数来获得所要求可使用足够多的二进

11、制位数来获得所要求 的的数据精度数据精度 具有逻辑判断能力具有逻辑判断能力这是区别于其它任何机器的一个特点这是区别于其它任何机器的一个特点 存储容量大存储容量大提供大容量的存储器来存储程序和数据提供大容量的存储器来存储程序和数据 自动化程度高自动化程度高可以按照人们事先编制好的程序自动连续可以按照人们事先编制好的程序自动连续地进行各种操作地进行各种操作1.1.4 计算机的应用领域1.3.1 计算机的传统应用领域 1科学计算，也称数值运算。它是指用计算机来解决科学研究和工程技术中所提出的复杂的数学问题。这是计算机最早最重要的应用领域。在整个计算机的应用中，其比重虽已不足10，但其重要性依然存在。

12、2事务数据处理，也称信息处理。利用计算机对所获取的信息进行记录、整理、加工、存储和传输等。这是计算机应用最广泛的领域，包括管理信息系统（MIS）和办公自动化（OA）等。计算机机时的80是从事于这样或那样的非数值数据处理。3 计算机控制，也称实时控制或过程控制。利用计算机对动态过程（如控制配料、温度、阀门的开闭，乃至人造卫星、航天飞机、巡航导弹等）进行控制、指挥和协调。4 生产自动化。生产自动化（Production Automation，PA）在这里是指利用计算机辅助设计、辅助制造产品，如集成制造系统等内容。5 数据库应用，数据库应用（database applications）是计算机应用的

13、基本内容之一。任何一个发达国家，从国民经济信息系统和跨国科技情报网到个人的亲友通信、银行储蓄账户，均与数据库打交道。办公自动化与生产自动化，也需要有数据库的支持。6 人工智能。人工智能（artificial intelligence）也称智能模拟，是指利用计算机来模仿人类的智力活动。主要应用在机器人（robots）、专家系统、模拟识别（pattern recognition）、智能检索（intelligent retrieval）、自然语言处理、机器翻译、定理证明等方面。7 网络应用。利用计算机网络。使一个地区、一个国家、甚至在世界范围内的计算机与计算机之间实现信息、软硬件资源和数据共享，可以

14、大大促进地区间、国际间的通信与各种数据的传输与处理，改变了人的时空的概念。现代计算机的应用已离不开计算机网络。8 计算机模拟。计算机模拟是用计算机程序代替实物模型来做模拟试验，可广泛应用于工业部门和社会科学领域。在20世纪80年代末还出现了“虚拟现实”的新技术，这将是21世纪初期最有前景的新技术之一。9 计算机辅助教学。计算机辅助教育包括CAI（计算机辅助教学）和CMI（计算机管理教学）两部分。平时所说的计算机辅助教学主要指CAI。1.1.5 现代计算机发展的趋向现代计算机发展的趋向 现代计算机的发展表现为两个方面：一是巨（型化）、微（型化）、多（媒体化）、网（络化）和智（能化）5种趋向；二是

15、朝着非冯诺依曼结构模式发展。1五种趋向 （1）巨型化。这是指高速、大存储容量和强功能的超大型计算机。（2）微型化。微型机可渗透到诸如仪表、家用电器、导弹弹头等中、小型机无法进入的领地，所以发展异常迅速。当前微型机的标志是运算器和控制器集成在一起，今后将逐步发展到对存储器、通道处理机、高速运算部件、图形卡、声卡的集成，进一步将系统的软件固化，达到整个微型机系统的集成。（3）多媒体化。多媒体是指“以数字技术为核心的图像、声音与计算机、通信等融为一体的信息环境”。多媒体技术的目标是无论在何地，只需要简单的设备就能自由自在地以交互和对话方式收发所需要的信息。实质就是使人们利用计算机以更接近自然方式交换

16、信息。（4）网络化。计算机网络是现代通信技术与计算机技术结合的产物。从单机走向联网，是计算机应用发展的必然结果。把国家、地区、单位和个人联成一体，影响到普通人家的生活。（5）智能化。智能化是建立在现代化科学基础之上、综合性很强的边缘学科。它是让计算机来模拟人的感觉、行为、思维过程的机理，使它具备视觉、听觉、语言、行为、思维、逻辑推理、学习、证明等能力，形成智能型、超智能型计算机。智能化的研究包括模式识别、物形分析、自然语言的生成和理解、定理的自动证明、自动程序设计、专家系统、学习系统、智能机器人，等等。其基本方法和技术是通过对知识的组织和推理求得问题的解答，所以涉及的内容很广，需要对数学、信息

17、论、控制论、计算机逻辑、神经心理学、生理学、教育学、哲学、法律等多方面知识进行综合。人工智能的研究更使计算机突破了“计算”这一初级含义，从本质上拓宽了计算机的能力，可以越来越多地代替或超越人类某些方面的脑力劳动。2发展非冯发展非冯诺依曼结构模式诺依曼结构模式 从第一台计算机诞生到现在，各种类型计算机都以存储程序方式进行工作，仍然属于冯诺依曼型计算机。随着计算机应用领域的开拓更新，冯诺依曼型的工作方式已不能满足需要，所以提出了制造非冯诺依曼式计算机的想法。自20世纪60年代开始从两个大方向努力，一是创建新的程序设计语言，即所谓的“非冯诺依曼语言”；二是从计算机元件方面，比如提出与人脑神经网络相类

18、似的新型超大规模集成电路的设想，即“分子芯片”。微型计算机系统组成微型计算机系统组成 什么是微型计算机？什么是微型计算机？这里说的微机指的是这里说的微机指的是PC机，就是我们通常所说机，就是我们通常所说的电脑。其组成包括硬件系统和软件系统两大部分。的电脑。其组成包括硬件系统和软件系统两大部分。微机系统硬件结构的特点是计算机的中央处理器微机系统硬件结构的特点是计算机的中央处理器（Central Processing Unit，缩写为，缩写为CPU，又称为，又称为中央处理单元）。微处理器（微机处理器）的出现开中央处理单元）。微处理器（微机处理器）的出现开辟了计算机的新纪元。微机的发展阶段，就是由微

19、处辟了计算机的新纪元。微机的发展阶段，就是由微处理器的发展决定的。在理器的发展决定的。在20多年里，微机已经发展到多年里，微机已经发展到了第六代。了第六代。微机的发展阶段n第一代，第一代，1971-1972年。年。Intel公司于公司于1971年利用年利用4位微处理器位微处理器Intel4004，组成了世界上第一台微型机，组成了世界上第一台微型机MCS-4。1972年年Intel公司又利用公司又利用Intel8008组成了第一代组成了第一代8位微处理器。位微处理器。n 第二代，第二代，1973-1977年。这是由第二代年。这是由第二代8位微处理器（代表性产位微处理器（代表性产品有品有Intel

20、公司的公司的Intel8008等）构成的计算机。等）构成的计算机。n 第三代，第三代，1978-1980年。这是由年。这是由16位微处理器（代表性的产品位微处理器（代表性的产品有有Intel公司的公司的Intel8086等）构成的计算机。我们称之为第三代等）构成的计算机。我们称之为第三代微型机。微型机。n 第四代，第四代，1981-1992年。这是由年。这是由32位微处理器（代表性的产品位微处理器（代表性的产品有有Intel公司的公司的Intel80386、80486等）构成的计算机。我们称等）构成的计算机。我们称之为第四代微型机。像之为第四代微型机。像Pentium这类微型机的性能可与这类微

21、型机的性能可与20世纪世纪80年代的大型计算机相媲美。年代的大型计算机相媲美。n 第五代，第五代，1993-1998年。这是由年。这是由64位微处理器构成的计算机。位微处理器构成的计算机。代表性的产品有代表性的产品有Intel公司的公司的Intel80586，即，即Pentium系列以及系列以及80686的的Pentium Pro和和Pentium，内存为，内存为16MB，32MB，64MB，可扩充到，可扩充到128MB以上，配备以上，配备1.44MB的英寸软驱、光驱的英寸软驱、光驱和几个和几个G的硬驱。主频为的硬驱。主频为60MHz-400MHz。n 第六代，第六代，1999年至现在。以年至

22、现在。以Pentium为代表，带有更强的多为代表，带有更强的多媒体效果和更贴近现实的体验。其主频为媒体效果和更贴近现实的体验。其主频为450MHz-3.0G以上。以上。微机系统组成微机硬件基本组成n1.1.系统主板系统主板n2.2.微处理器（微处理器（CPU)CPU)n3.3.主存储器（内存）主存储器（内存）n4.I/O4.I/O总线和扩展槽总线和扩展槽n5.5.外设（输入输出设备、外部存储器等）外设（输入输出设备、外部存储器等）系统主板微处理器（CPU）n运算器、控制器和一组寄存器，合在一个芯片上运算器、控制器和一组寄存器，合在一个芯片上称之为称之为CPU(Central Processin

23、g Unit)CPU(Central Processing Unit)n世界上主要的微处理器厂商是世界上主要的微处理器厂商是:Intel Intel公司公司 AMDAMD公司公司n 微处理器的性能指标n1.1.字长字长 字长是指计算机运算部件能够同时处理二进制数字长是指计算机运算部件能够同时处理二进制数据的位数。据的位数。n2.2.主频主频 主频是指主频是指CPUCPU的时钟频率，通常以时钟频率表示的时钟频率，通常以时钟频率表示系统运算速度。系统运算速度。n3.3.运算速度运算速度 运算速度指运算速度指CPUCPU每秒执行的指令条数。每秒执行的指令条数。Intel公司 CPU 的主要性能指标C

24、PU提出时间主频/MHz808619784.77-8字长16位，系统总线16位8028619828-2080386DX198516-66字长32位，系统总线32位80486198933-100字长32位，系统总线32位Pentium(586)199360-233字长32 80位，系统总线64位Pentium 1997233-450字长32 80位，系统总线64位Pentium 1999450-1130字长32 80位，系统总线64位Pentium 20001.3G-3.0G 字长32 80位，系统总线64位主存储器（内存）n什么是内存？什么是内存？n直接于直接于CPUCPU相连接，用来存放电脑

25、运行时的程序和相连接，用来存放电脑运行时的程序和指令的一种随机存储元件。指令的一种随机存储元件。n 内存的主要性能指标n1.1.容量容量 指一条内存可容纳的字节（指一条内存可容纳的字节（8 8位二进制）数，通常位二进制）数，通常有有32MB32MB、64MB64MB、128MB128MB等等。等等。n2.2.存取时间：内存条芯片存取数据的速度存取时间：内存条芯片存取数据的速度n3.3.奇偶校验位奇偶校验位n4.4.接口类型：包括接口类型：包括SIMMSIMM和和DIMMDIMM类型接口类型接口I/O总线和扩展槽nI/O总线是外围设备访问内存和CPU的数据通道nI/OI/O总线有：总线有：ISA

26、ISA（工业标准体系结构）（工业标准体系结构）1616位位 PIC 32PIC 32位或位或6464位位n扩展槽和系统接口扩展槽和系统接口 ISA/PCI/AGPISA/PCI/AGP等扩展槽等扩展槽n系统接口有：系统接口有：USBUSB接口、串行通讯适配器（接口、串行通讯适配器（COM1COM1和和COM2COM2）接口）接口 并行打印机适配器（并行打印机适配器（LPT1LPT1和和LPT2)LPT2)接口接口PCI槽槽内存槽内存槽AGP槽槽CPU接口接口打印机接口打印机接口USB接口接口计算机外部设备一、外部存储器n外部存储器一般包括存储介质和驱动器n1.磁存储器（1）软盘（2）硬磁盘n2

27、.2.光存储器光存储器 CD/VCD/DVDCD/VCD/DVDn3.U3.U盘存储器盘存储器 1.2 计算机文化与信息化社会1.2.1 人类社会的四种社会技术社会技术，一般应具有三个条件，即:（1）以某些创新技术为核心与其他新技术相结合，形成具有时代特征的综合技术。（2）这些具有时代特征的综合技术普及到人类社会的各个角落，并在那里扎根成长。（3）其结果是产生了空前的生产力。狩猎技术、农业技术、工业技术，信息技术 狩猎技术的核心是石器和语言，其本质是人类从被动地适应环境（觅食活动）转变为能动的改造环境（劳动），这是人类的进步中巨大的质的变化。农业技术的核心是以锄为代表的农具和文字。文字的产生，

28、有助于人类智慧的记忆、保存和交流，使得智慧的保存和交流冲破了时间和空间的限制。工业技术的核心是蒸汽机为象征的动力机械，人以机器生产来代替手工劳动。利用蒸汽机，人类第一次实现了热能到机械能的转换，成为人类征服和改造自然的强大的物质力量。产业革命的实质是能源的利用。信息技术的核心是计算机和远程通信技术的结合。以往，人们把能源和物质材料看成是人类赖以生存的两大要素。而今，人们愈来愈认识到组成社会物质文明的要素除了能源和材料，还有信息。信息技术从生产力变革和智力开发这两个方面推动着社会文明的进步，对人类社会的冲击比以往的更为猛烈，影响也更深远。1.2.2 人类社会的五次信息革命人类社会的五次信息革命

29、人类在认识世界的过程中，逐步认识到信息、物质材料和能源是构成世界的三大要素。人类历史上曾经历了四次革命，第一次是语言的使用，第二次是文字的使用，第三次是印刷术的发明，第四次是电话、广播、电视的使用。而从20世纪60年代开始第五次信息革命新产生的信息技术，则是计算机与电子通信技术相结合的技术。从此人类开始迈入信息化社会。n 文化是一个包容甚广的概念。关于文化，世人大多各执一词，据统计有着200多种定义。在中国，比较多的提法为文化是人类在社会历史发展中所创造的物质财富和精神财富的总和。文化分为广义文化和狭义文化。广义文化是指人类创造的与自然界相区别的一切，既包括物质和意识的活动及其成果，也包括各种

30、社会现象和意识成果。狭义文化把文化只归结为与意识产生直接有关的意识活动和意识成果。从构成来看，文化可分为物质文化与精神文化，或者细分为物质生活、精神文化、政治文化、行为文化等。显然，上层建筑涵盖不了文化，文化也不是经济基础的简单反映。n 文化离不开语言，所以当技术触动了语言，也就动摇了文化本身。1.2.3 计算机文化的出现计算机文化的出现 计算机技术使语言和知识，以及语言和知识的相互交流发生了根本性变化，因此引起了思维概念和推理的改变。人类文化的创造是在人类自觉意识控制下的一种创造性实践活动，它起源于人的创造性思维。计算机技术引起了语言的重构和人类记忆系统的更新。这就是说，在人类谋求生存和发展

31、的过程中，创造方式、方法、过程和结果都发生了根本变化，不仅精神文明发生了变化，物质文明也发生了变化；不仅创造这些精神文明和物质文明的过程发生了变化，而且产生了更有益于人类的成果。也就是说，计算机技术冲击着人类创造的基础、思维和信息交流，冲击着人类社会的各个领域，改变着人的观念和社会结构，这就导致了一种全新的文化模式计算机文化（信息时代的文化）的出现（computer literacy最初出现在1981年召开的第三次世界计算机教育会议上）。n文化是一种历史现象，也是一定社会阶段政治和经济的反映。n可以指某一社会的意识形态，如：、；文化发展的四个里程碑n语言的产生第一文化与第二文化的特征传统文化（第一文化）的特征：计算机文化（第二文化）的特征：