第１章從原始的計(jì)算工具到現(xiàn)代計(jì)算機(jī)問(wèn)題引出當(dāng)今社會(huì)是一個(gè)信息社會(huì)，其主要特征表現(xiàn)在微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及其網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，改變了人們的生產(chǎn)和生活方式。那么，計(jì)算機(jī)是怎樣形成的？有哪些特點(diǎn)和應(yīng)用？計(jì)算機(jī)與信息化有何關(guān)系？等等，這些都市本章所要討論的問(wèn)題。本章主要介紹人類計(jì)算工具的進(jìn)步、現(xiàn)代計(jì)算機(jī)體系的形成、現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的基本概況、計(jì)算機(jī)與信息化等。教學(xué)重點(diǎn)教學(xué)要求了解：計(jì)算工具的發(fā)展過(guò)程與現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)；

計(jì)算機(jī)的類型與發(fā)展。熟悉:信息化與計(jì)算機(jī)的關(guān)系和信息化的相關(guān)概念.掌握:

馮.諾依曼計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和組成原理。

§1.1

人類計(jì)算工具的進(jìn)步

§1.4計(jì)算機(jī)與信息化

§1.3現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的基本概況

§1.2現(xiàn)代計(jì)算機(jī)體系的形成本章教學(xué)內(nèi)容從原始的計(jì)算工具到現(xiàn)代計(jì)算機(jī)§1.1

計(jì)算機(jī)的形成與發(fā)展

從原始的計(jì)算工具到現(xiàn)代的電子計(jì)算機(jī)，人類在計(jì)算領(lǐng)域經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的發(fā)展階段,并在各個(gè)歷史時(shí)期發(fā)明和創(chuàng)造了多種計(jì)算工具。晶體管機(jī)電機(jī)械手工大規(guī)模集成電路電子管集成電路人類計(jì)算工具的發(fā)展歷程1.1.1

手工時(shí)代

手工時(shí)代——人類最原始的時(shí)代。處在當(dāng)今信息時(shí)代的人們很難想象原始人類的生活情景。我們今天擁有的一切，是隨著人類生活的需要、生產(chǎn)實(shí)踐的需求逐步發(fā)展起來(lái)的。需求是發(fā)明之母，人類計(jì)算工具也不例外。手工時(shí)代的計(jì)算工具，其發(fā)展過(guò)程大致可分為以下3個(gè)階段。

1、十指與繩結(jié)遠(yuǎn)古時(shí)代，為記載發(fā)生過(guò)的事件，使用的十個(gè)手指來(lái)進(jìn)行比較和量度，從而形成了“數(shù)”的概念和“十進(jìn)制”計(jì)數(shù)法。為了表示更多的數(shù)，祖先們用石子、貝殼、結(jié)繩等作為計(jì)數(shù)工具來(lái)統(tǒng)計(jì)人數(shù)和獵物的數(shù)目。最早，記事與記數(shù)是聯(lián)系在一起的。為了要記住一件事，就在繩子上打一個(gè)結(jié)(knot),“事大,大結(jié)其繩；事小，小結(jié)其繩；結(jié)之多少，隨物眾寡?！?/p>

1.1.1

手工時(shí)代2、算籌

隨著人類社會(huì)活動(dòng)范圍的擴(kuò)大，計(jì)算越來(lái)越復(fù)雜，要求數(shù)值計(jì)算的能力也越來(lái)越高。我國(guó)古代勞動(dòng)人民最先創(chuàng)造和使用了簡(jiǎn)單的計(jì)算工具——算籌。我國(guó)古代數(shù)學(xué)家使用算籌這種計(jì)算工具，使我國(guó)的計(jì)算數(shù)學(xué)在世界上處于遙遙領(lǐng)先的地位，創(chuàng)造出了杰出的數(shù)學(xué)成果。例如，祖沖之的圓周率、解方程和方程組的天元術(shù)、四元術(shù)、著名的中國(guó)剩余定理、秦九韶算法，以及我國(guó)精密的天文歷法等都是借助算籌取得的。

3、算盤

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，要求進(jìn)一步提高計(jì)算速度，我國(guó)公元前500年發(fā)明了算盤，迄今已有2600多年的歷史。隨著算盤的普及應(yīng)用，并經(jīng)過(guò)不斷地改進(jìn)，在元代中后期取代了算籌。1.1.2

機(jī)械時(shí)代

16世紀(jì)中葉之前，歐洲的數(shù)學(xué)和計(jì)算工具的發(fā)展落后于當(dāng)時(shí)的中國(guó)、印度、埃及等國(guó)。進(jìn)入17世紀(jì)，隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，歐洲的計(jì)算工具得到迅速發(fā)展。這一時(shí)期典型的計(jì)算工具主要有以下5種。

1、計(jì)算尺

蘇格蘭數(shù)學(xué)家約翰·耐普爾以發(fā)明對(duì)數(shù)而聞名。1614年他創(chuàng)造了一種能幫助乘法計(jì)算的骨質(zhì)拼條，稱為耐普爾骨條。1621年英國(guó)數(shù)學(xué)家威廉·奧特雷德根據(jù)對(duì)數(shù)原理發(fā)明了圓形計(jì)算尺，這是最早的模擬計(jì)算工具。

2、帕斯卡加法器

1642年，著名的法國(guó)數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家帕斯卡設(shè)計(jì)了一臺(tái)機(jī)械式加法器，它是世界上的第一臺(tái)機(jī)械計(jì)算機(jī)。1.1.2

機(jī)械時(shí)代

為了紀(jì)念帕斯卡在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域開(kāi)拓性的貢獻(xiàn)，1971年尼可萊斯·沃思(NiklausWirth）教授將自己發(fā)明的一種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言命名為“Pascal語(yǔ)言”。3、萊布尼茲乘法器1673年著名的德國(guó)哲學(xué)家、數(shù)學(xué)家萊布尼茲在Pascal加法器的基礎(chǔ)上，增加了乘、除功能，研制了一臺(tái)能進(jìn)行四則運(yùn)算的機(jī)械式計(jì)算器，稱為萊布尼茲四則運(yùn)算器。4、雅克特提花編織機(jī)1801年法國(guó)工程師約琵?雅克特發(fā)明了一種提花織布機(jī),在織布過(guò)程中，執(zhí)行步驟由紙帶上穿孔的方式控制，這對(duì)后來(lái)計(jì)算機(jī)信息的輸入輸出和控制操作的研制起了重要作用，否則，機(jī)械計(jì)算機(jī)是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。1.1.2

機(jī)械時(shí)代

5、巴貝奇差分機(jī)與分析機(jī)

帕斯卡、萊布尼茲設(shè)計(jì)的機(jī)械計(jì)算機(jī)都沒(méi)有自動(dòng)計(jì)算的功能。雅克特提花編織機(jī)蘊(yùn)涵的程序控制的自動(dòng)化思想，啟發(fā)了英國(guó)劍橋大學(xué)數(shù)學(xué)家查爾斯·巴貝奇。1812年,巴貝奇提出了自動(dòng)計(jì)算機(jī)的基本概念：要使計(jì)算機(jī)能自動(dòng)地工作，必須把計(jì)算步驟和原始數(shù)據(jù)預(yù)先存放在機(jī)器內(nèi)，使機(jī)器能夠自動(dòng)地取出這些數(shù)據(jù)，在必要時(shí)能進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的判斷，決定下一步的計(jì)算順序。1822年巴貝奇研制出了第一臺(tái)差分機(jī)。

在巴貝奇分析機(jī)艱難的研制過(guò)程中，必然要提及到計(jì)算領(lǐng)域著名的女程序員—阿達(dá)。由于阿達(dá)在程序設(shè)計(jì)上開(kāi)創(chuàng)性的工作，被譽(yù)為是世界上第一位軟件工程師和程序員。1979年美國(guó)國(guó)防部研制的通用高級(jí)語(yǔ)言就是以阿達(dá)命名的，稱為Ada語(yǔ)言，以寄托人們對(duì)她的紀(jì)念。1.1.2

機(jī)械時(shí)代

圖1-5差分機(jī)圖1-6分析機(jī)1.1.3

機(jī)電時(shí)代

20世紀(jì)初，電子管的誕生，開(kāi)辟了電子技術(shù)與計(jì)算技術(shù)相結(jié)合的道路。1919年，W.H.Ecclers和F.W.Jordan用兩只三極電子管接成了E-J雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,這一關(guān)鍵技術(shù)的研制成功，引起了人們極大的重視，它使人們聯(lián)想到使用電子管來(lái)作為計(jì)算工具的元件，即用電子元件表示二進(jìn)制數(shù)，從而可以極大地提高計(jì)算速度。這一時(shí)期典型的計(jì)算工具主要有以下3種。

1、工業(yè)通用計(jì)算機(jī)1937年，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的GeorgeStibitz和哈佛大學(xué)的HowardAiken等人開(kāi)發(fā)了工業(yè)通用機(jī)電式計(jì)算機(jī)。隨后，1938年美國(guó)的V.Bush為解線性微分方程而設(shè)計(jì)了微分器，它是世界上第一臺(tái)電子模擬計(jì)算機(jī)。1.1.3

機(jī)電時(shí)代

2、阿塔納索夫計(jì)算機(jī)1939年12月，美國(guó)依華州立大學(xué)物理學(xué)教授阿塔納索夫首次試用電子元件按二進(jìn)制邏輯制造了電子管數(shù)字計(jì)算機(jī)。從此，拉開(kāi)了用電子器件制作計(jì)算工具的序幕。3、Mark計(jì)算機(jī)1944年，在IBM公司提供100萬(wàn)美元資助下，艾肯研制出了著名的“馬克1號(hào)”機(jī)電式計(jì)算機(jī)。

在參與Mark系列機(jī)研制的人員中，有一位杰出女性—格雷斯·霍普?；羝赵诎l(fā)生故障的計(jì)算機(jī)里找到了一只飛蛾，這只小蟲(chóng)被夾扁在繼電器的觸點(diǎn)里，影響了機(jī)器的正常運(yùn)行。于是，霍普詼諧地把程序故障統(tǒng)稱為“臭蟲(chóng)”(Bug)，這一奇妙的稱呼后來(lái)竟成為計(jì)算機(jī)故障的代名詞，而“Debug”則成為調(diào)試程序、排除故障的專業(yè)術(shù)語(yǔ)。

1.1.4

ENIAC的誕生

1943年4月，正值第二次世界大戰(zhàn)期間，美國(guó)陸軍軍械部為提高火炮彈道表的精確性和計(jì)算速度，急需研制一臺(tái)運(yùn)算速度更快的計(jì)算機(jī)。36歲的物理學(xué)教授約翰·莫齊利和他的學(xué)生——24歲的電氣工程師雷斯帕·?？颂兀讷@得美國(guó)軍械部15萬(wàn)美元(大約現(xiàn)在的300萬(wàn)美元)的資助下，1946年2月15日舉行了人類歷史上第一臺(tái)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)的揭幕典禮。這臺(tái)機(jī)器名為電子數(shù)字積分器和計(jì)算機(jī)(ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator，ENIAC)。盡管ENIAC的結(jié)構(gòu)和原理繼承于機(jī)電式計(jì)算機(jī)，還不具備Babbage所預(yù)見(jiàn)的自動(dòng)通用機(jī)的特征，但由于它是世界上最早問(wèn)世的第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)，所以被認(rèn)為是電子計(jì)算機(jī)的始祖。它的誕生，是計(jì)算機(jī)科學(xué)發(fā)展史上的一個(gè)里程碑，是20世紀(jì)最偉大的科技成就。

1.1.4

ENIAC的誕生

圖1-8ENIAC計(jì)算機(jī)§1.2

現(xiàn)代計(jì)算機(jī)體系的形成

ENIAC是一臺(tái)重28噸、占地面積170平方的龐然大物。它使用了18000多只電子管,70000個(gè)電阻，18000個(gè)電容，耗電量約150千瓦，每秒可進(jìn)行5000次運(yùn)算。但由于ENIAC是一臺(tái)按十進(jìn)制表示數(shù)字和進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算，僅能進(jìn)行一些特定運(yùn)算的機(jī)器。其內(nèi)部只有20個(gè)寄存器,沒(méi)有真正稱得上存儲(chǔ)器的部件。編制程序是在控制面板上用開(kāi)關(guān)進(jìn)行的，所有操作都只能通過(guò)設(shè)置開(kāi)關(guān)和改接線路來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，ENIAC的操作復(fù)雜，自動(dòng)化程度低，沒(méi)有最大限度發(fā)揮電子技術(shù)所具有的巨大潛力。ENIAC及其以前的計(jì)算機(jī)由于缺乏最合理的體系結(jié)構(gòu)與理論依據(jù)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)重大突破。19世紀(jì)中期至20世紀(jì)中期，是布爾、香農(nóng)、諾伯特·維納、圖靈和馮·諾依曼等人在計(jì)算機(jī)相關(guān)理論上的突破和概念上的創(chuàng)新，以致形成了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)科學(xué)的理論基礎(chǔ)，構(gòu)成了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的科學(xué)體系。1.2.1

布爾及其布爾代數(shù)

1、布爾喬治·布爾英國(guó)著名數(shù)學(xué)家和邏輯學(xué)家。邏輯是一門探索、闡述和確立有效推理原則的學(xué)科，它利用計(jì)算的方法來(lái)代替人們思維中的邏輯推理過(guò)程,最早是由古希臘學(xué)者亞里斯多德(公元前384～322)創(chuàng)立的。亞里斯多德邏輯學(xué)的基本特點(diǎn)是使用自然語(yǔ)言來(lái)描述邏輯的研究，稱之為古典邏輯學(xué)。

2、布爾代數(shù)1847年，布爾在發(fā)表的《邏輯的數(shù)學(xué)分析》和1854年發(fā)表的《思維規(guī)律研究》兩部著作中，首先提出了“邏輯代數(shù)”的基本概念和性質(zhì)，建立了一套符號(hào)系統(tǒng)，利用符號(hào)來(lái)表示邏輯中的各種概念（邏輯判斷符號(hào)化），并從一組邏輯公理出發(fā)，像推導(dǎo)代數(shù)公式那樣來(lái)推導(dǎo)邏輯定理。人們?yōu)榱思o(jì)念這位偉大的邏輯學(xué)家，將“邏輯代數(shù)”稱為“布爾代數(shù)”。1.2.1

布爾及其布爾代數(shù)布爾代數(shù)是以形式邏輯為基礎(chǔ)，以文字符號(hào)為工具，以數(shù)學(xué)形式來(lái)分析、研究邏輯問(wèn)題的理論。布爾代數(shù)雖為數(shù)學(xué)，但與普通數(shù)學(xué)有著本質(zhì)的區(qū)別。它研究的對(duì)象只有“0”和“1”兩個(gè)數(shù)碼，并定義了“與”(and)、“或”(or)、“非”(not)三種運(yùn)算。盡管布爾代數(shù)也用文字符號(hào)代替數(shù)碼，以表示變量，但這種變量的取值范圍僅限于“0”和“1”，所以邏輯變量是二值的，因此又把它稱為二值邏輯。這種簡(jiǎn)化的二值邏輯為計(jì)算機(jī)的二進(jìn)制、開(kāi)關(guān)邏輯電路的設(shè)計(jì)鋪平了道路，并最終為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的發(fā)明奠定了數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。事實(shí)上，作為現(xiàn)代數(shù)學(xué)中一個(gè)重要分支的布爾代數(shù)，被數(shù)學(xué)家們應(yīng)用于很多領(lǐng)域的研究,如人工智能、概率論、信息論、圖論、開(kāi)關(guān)理論及計(jì)算科學(xué)等。

1.2.2

香農(nóng)等人對(duì)布爾代數(shù)的研究

1、杰文斯威廉·杰文斯認(rèn)為布爾代數(shù)是自亞里士多德以來(lái)邏輯學(xué)中最偉大的進(jìn)展，1869年杰文斯發(fā)明了一臺(tái)邏輯機(jī)，使用四個(gè)邏輯字母來(lái)進(jìn)行布爾運(yùn)算比不用邏輯的機(jī)器更快地解決復(fù)雜問(wèn)題。

2、愛(ài)倫費(fèi)斯特

1910年，愛(ài)倫費(fèi)斯特首次提出用布爾代數(shù)作為分析和綜合繼電器線路的數(shù)學(xué)方法。1923年，前蘇聯(lián)水利工程建筑專家戈?duì)柸咧Z夫指出，可以用布爾代數(shù)方法進(jìn)行建筑物的計(jì)算。

3、香農(nóng)30年代美國(guó)學(xué)者克勞德·香農(nóng)1936年在碩士論文中將布爾代數(shù)引入了計(jì)算科學(xué)領(lǐng)域，該論文系統(tǒng)地提出了二進(jìn)制的概念：能夠用二進(jìn)制系統(tǒng)表達(dá)布爾代數(shù)中的邏輯關(guān)系,使用“1”代表“TRUE”,使用“0”代表“FALSE”。二進(jìn)制概念的提出有很重要的意義，可以說(shuō)是以后幾十年里計(jì)算科學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)。1.2.3

維納提出計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的原則美國(guó)數(shù)學(xué)諾伯特·維納是控制論學(xué)科的創(chuàng)始人，對(duì)控制論的創(chuàng)立和發(fā)展作出了重大貢獻(xiàn)。他認(rèn)為計(jì)算機(jī)是一個(gè)進(jìn)行信息處理和信息轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)，只要這個(gè)系統(tǒng)能得到數(shù)據(jù)，機(jī)器本身就應(yīng)該能做幾乎任何事情。1940年，維納提出了設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)的一些原則：①計(jì)算機(jī)中的加法裝置和乘法裝置應(yīng)該是數(shù)字式的，而不是模擬式的；②計(jì)算機(jī)由電子元件構(gòu)成，盡量減少機(jī)械部件；③采用二進(jìn)制運(yùn)算；④全部運(yùn)算在機(jī)器上自動(dòng)進(jìn)行；⑤內(nèi)部存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。這些原則對(duì)新一代計(jì)算機(jī)的研制具有較大的指導(dǎo)意義，在計(jì)算機(jī)發(fā)展史上，為計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)理論作出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。1.2.4

圖靈及其TM和TT阿蘭·圖靈是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)思想的創(chuàng)始人，被譽(yù)為“計(jì)算機(jī)科學(xué)之父”和“人工智能之父”。正如被尊為計(jì)算機(jī)之父的馮?諾依曼一再?gòu)?qiáng)調(diào)的：如果不考慮巴貝奇等人的工作和他們?cè)缦忍岢龅挠嘘P(guān)計(jì)算機(jī)和程序設(shè)計(jì)的一些概念，計(jì)算機(jī)的基本思想來(lái)源于圖靈。圖靈對(duì)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的主要貢獻(xiàn)主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是建立了圖靈機(jī)理論模型；二是提出了定義機(jī)器智能的圖靈測(cè)試。

1、圖靈機(jī)（TM）1936年，圖靈在他發(fā)表的《論可計(jì)算數(shù)及其在判定問(wèn)題中的應(yīng)用》一文中，以布爾代數(shù)為基礎(chǔ)，能否將推理過(guò)程由一種通用的機(jī)器來(lái)完成呢？就此問(wèn)題進(jìn)行了探索。在這篇被譽(yù)為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)原理開(kāi)山之作的論文中，描述了一種“圖靈機(jī)”模型，并給“可計(jì)算性”下了一個(gè)嚴(yán)格的數(shù)學(xué)定義。1.2.4

圖靈及其TM和TT

2、圖靈測(cè)試（TT）

1950年，圖靈發(fā)表了一篇里程碑式的論文《計(jì)算機(jī)器與智能》，第一次提出“機(jī)器思維”的概念。圖靈提出一個(gè)假想：

一個(gè)人在不知情的條件下，通過(guò)一種特殊的方式和一臺(tái)機(jī)器進(jìn)行問(wèn)答，如果在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，他分辨不出與他交流的對(duì)象是人還是機(jī)器，那么，這臺(tái)機(jī)器就可以認(rèn)為是能思維的。這就是著名的“圖靈測(cè)試”（TuringTesting）。當(dāng)時(shí)全世界只有幾臺(tái)計(jì)算機(jī)，無(wú)法通過(guò)這一測(cè)試，但圖靈預(yù)言，在20世紀(jì)末，一定會(huì)有計(jì)算機(jī)通過(guò)“圖靈測(cè)試”，計(jì)算機(jī)能做我們想像不到的事情。1.2.4

圖靈及其TM和TT1993年11月8日，美國(guó)波士頓計(jì)算機(jī)博物館舉行了一次引起各界關(guān)注的“圖靈測(cè)試”。1997年5月，IBM公司研制的計(jì)算機(jī)“深藍(lán)”與國(guó)際象棋冠軍卡斯帕羅夫進(jìn)行了舉世矚目的國(guó)際象棋大賽,可謂“世紀(jì)之戰(zhàn)”。而最終“深藍(lán)”以兩勝一負(fù)三平戰(zhàn)勝了卡斯帕羅夫。這一結(jié)果讓世界為之驚嘆！再一次掀起了對(duì)圖靈這一偉大預(yù)言的熱烈討論。今天,圖靈測(cè)試已被公認(rèn)為是“證明機(jī)器具有智能的最佳方法”。

為了紀(jì)念這位偉大的計(jì)算機(jī)奠基人,美國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)(ACM)將其年度獎(jiǎng)命名為“圖靈獎(jiǎng)”，人們把它稱為計(jì)算機(jī)科學(xué)界的諾貝爾獎(jiǎng)。

1.2.5

馮·諾依曼結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)

1、二進(jìn)制原理

計(jì)算機(jī)雖然很復(fù)雜，但其基本元件都可看作是電子開(kāi)關(guān)，這兩種狀態(tài)分別用“1”和“0”來(lái)表示。⑴電路簡(jiǎn)單：開(kāi)關(guān)的接通與斷開(kāi)、晶體管的導(dǎo)通與截止都恰好表示“1”和“0”兩種狀態(tài)。⑵工作可靠：兩種狀態(tài)表示兩個(gè)代碼,數(shù)字傳輸處理不易錯(cuò)。⑶運(yùn)算簡(jiǎn)單：二進(jìn)制只有4種求和與求積運(yùn)算規(guī)則：求和：0＋0＝0；0＋1＝1；1＋0＝1；1＋1＝10求積：0×0＝0；0×1＝0；1×0＝0；1×1＝1

⑷邏輯性強(qiáng)：計(jì)算機(jī)的工作原理建立在邏輯運(yùn)算基礎(chǔ)上。二進(jìn)制的“1”和“0”兩種狀態(tài)，正好與邏輯命題的“是”和“否”相對(duì)應(yīng).所謂“馮·諾依曼結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)”，是指采用二進(jìn)制計(jì)算和“存儲(chǔ)程序控制”原理的計(jì)算機(jī)

2、存儲(chǔ)程序控制原理存儲(chǔ)程序控制是馮·諾依曼計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的核心,其基本思想包括了3個(gè)方面的含義：

⑴編制程序：為了使計(jì)算機(jī)能快速求解問(wèn)題,必須把要解決的問(wèn)題按照處理步驟編成程序,使計(jì)算機(jī)把復(fù)雜的控制機(jī)制變得有“序”可循。

⑵存儲(chǔ)程序：計(jì)算機(jī)要完成自動(dòng)解題任務(wù),必須能把事先設(shè)計(jì)的、用以描述計(jì)算機(jī)解題過(guò)程的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來(lái)。

⑶自動(dòng)執(zhí)行：?jiǎn)?dòng)計(jì)算機(jī)后,計(jì)算機(jī)能按程序規(guī)定的順序,自動(dòng)、連續(xù)地執(zhí)行指令。計(jì)算機(jī)連續(xù)自動(dòng)地執(zhí)行指令的過(guò)程可概括為：取指令、分析指令和執(zhí)行指令三個(gè)步驟。1.2.5

馮·諾依曼結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)

3、馮·諾依曼計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)

從功能模擬的角度來(lái)看，Neumann計(jì)算機(jī)由輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、存儲(chǔ)器、運(yùn)算器、控制器等5個(gè)部分組成，其邏輯結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。圖1-1典型的馮·諾依曼機(jī)邏輯結(jié)構(gòu)框圖輸入設(shè)備輸出設(shè)備存儲(chǔ)器控制器運(yùn)算器圖示說(shuō)明：控制線數(shù)據(jù)線1.2.5

馮·諾依曼結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)§1.3

現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的基本概況

計(jì)算機(jī)是一種能自動(dòng)、高速、精確地進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算和信息處理的現(xiàn)代化電子設(shè)備，所以又稱為電子計(jì)算機(jī)。

計(jì)算機(jī)是人類在長(zhǎng)期的生產(chǎn)和研究實(shí)踐中，為減輕繁重的手工勞動(dòng)和加速計(jì)算過(guò)程而努力奮斗的結(jié)果，也是人類智慧的結(jié)晶。從原始的計(jì)算工具到ENIAC誕生的前夕，計(jì)算機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段：手工時(shí)代、機(jī)械時(shí)代、機(jī)電時(shí)代。1946年ENIAC的誕生，揭開(kāi)了電子計(jì)算機(jī)的序幕?；诙M(jìn)制和存儲(chǔ)程序控制的馮·諾依曼結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)，奠定了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的理論基礎(chǔ)，為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的發(fā)展鋪平了道路。通常，人們把基于馮·諾依曼結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)稱為現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱為計(jì)算機(jī)。電子管

晶體管集成電路大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路推動(dòng)計(jì)算機(jī)發(fā)展的因素很多，其中起決定作用的是電子器件，即構(gòu)成計(jì)算機(jī)的基本部件，因此，計(jì)算機(jī)的發(fā)展與電子器件緊密相關(guān)。計(jì)算機(jī)的發(fā)展過(guò)程1.3.1

計(jì)算機(jī)的發(fā)展過(guò)程1、第一代計(jì)算機(jī)第一代為電子管計(jì)算機(jī)（1946—1958）。主要特點(diǎn)：基本邏輯部件采用電子管；體系結(jié)構(gòu)以運(yùn)算器為中心；軟件方面主要采用機(jī)器語(yǔ)言編寫程序,只能通過(guò)按鈕進(jìn)行操作；應(yīng)用方面以科學(xué)計(jì)算為主。這時(shí)期的計(jì)算機(jī)速度慢、體積大、耗電多、可靠性差、價(jià)格昂貴。圖1-2電子管圖1-3電子管計(jì)算機(jī)1.3.1

計(jì)算機(jī)的發(fā)展過(guò)程

2、第二代計(jì)算機(jī)

晶體管計(jì)算機(jī)（1959—1964）。主要特點(diǎn):基本邏輯部件采用晶體管為主元件,后期開(kāi)始使用磁盤為存儲(chǔ)器；體系結(jié)構(gòu)是以存儲(chǔ)器為中心，從而使計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度大大提高；軟件方面用管理程序替代手工操作，與第一代計(jì)算機(jī)相比,提高了速度、減小了體積、降低了功耗、增強(qiáng)了可靠性,因而，大大改善了性能/價(jià)格比。圖1-４晶體管圖1-５晶體管計(jì)算機(jī)1.3.1

計(jì)算機(jī)的發(fā)展過(guò)程

3、第三代計(jì)算機(jī)

第3代為集成電路計(jì)算機(jī)（1965—1971）。主要特點(diǎn)：基本邏輯部件采用小規(guī)模集成電路和中規(guī)模集成電路，內(nèi)存儲(chǔ)器除采用磁芯外，還出現(xiàn)了半導(dǎo)體存儲(chǔ)器；外存儲(chǔ)器有磁帶、磁盤等；軟件技術(shù)進(jìn)一步成熟，出現(xiàn)了操作系統(tǒng)、編譯系統(tǒng)等系統(tǒng)軟件，并出現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫(kù)。圖1-７世界上第一臺(tái)集成電路計(jì)算機(jī)1.3.1

計(jì)算機(jī)的發(fā)展過(guò)程圖1-６集成電路

4、第四代計(jì)算機(jī)

第四計(jì)算機(jī)為大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)（1971至今）。主要特點(diǎn)：基本邏輯部件采用大規(guī)模集成電路或超大規(guī)模集成電路，內(nèi)存儲(chǔ)器普遍采用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，采用高速緩沖和虛擬存儲(chǔ)技術(shù)；外存儲(chǔ)器以大容量磁盤為主，并開(kāi)始使用光盤；在體系結(jié)構(gòu)方面，發(fā)展了并行處理技術(shù)、多機(jī)系統(tǒng)、分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以及數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)等，計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度每秒在數(shù)千萬(wàn)次以上。圖1-８大規(guī)模集成電路圖1-９P4芯片內(nèi)部1.3.1

計(jì)算機(jī)的發(fā)展過(guò)程

1、根據(jù)信息類型分類

(1)數(shù)字計(jì)算機(jī)：是指能夠直接對(duì)離散的數(shù)字和邏輯變量進(jìn)行處理的計(jì)算機(jī)，它所處理的電信號(hào)在時(shí)間上是離散的，稱為數(shù)字量。(2)模擬計(jì)算機(jī)：是指能夠直接對(duì)模擬量進(jìn)行操作的計(jì)算機(jī)，它所處理的電信號(hào)在時(shí)間上是連續(xù)變化的，稱為模擬量，如溫度、流量、電壓等。這種計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)是運(yùn)算速度很高，但精度較差，所以應(yīng)用范圍比較小。(3)模擬-數(shù)字混合計(jì)算機(jī)：結(jié)合數(shù)字計(jì)算機(jī)和模擬計(jì)算機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，不僅能處理離散的數(shù)字量，而且還能處理連續(xù)的物理量。例如醫(yī)院使用的監(jiān)護(hù)系統(tǒng)就是一種混合計(jì)算機(jī)，它通過(guò)測(cè)量病人的心臟功能、體溫和其它生體狀況。1.3.2

計(jì)算機(jī)的基本類型

2、根據(jù)指令流和數(shù)據(jù)流分類(1)單指令流單數(shù)據(jù)流：這類計(jì)算機(jī)的指令部件一次只對(duì)一條指令進(jìn)行譯碼,并且只對(duì)一個(gè)操作部件分配數(shù)據(jù)。目前大多數(shù)串行計(jì)算機(jī)都屬于這類計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。(2)單指令流多數(shù)據(jù)流：這類計(jì)算機(jī)有多個(gè)處理單元，它們?cè)谕粋€(gè)控制部件的管理下執(zhí)行同一條指令,但向各個(gè)處理單元分配各自需要的不同數(shù)據(jù)，并行處理機(jī)屬于這類計(jì)算機(jī)。(3)多指令流單數(shù)據(jù)流：按多條不同指令的要求對(duì)同一個(gè)數(shù)據(jù)及其中間結(jié)果進(jìn)行不同的處理。但這類計(jì)算機(jī)不存在的。(4)多指令流多數(shù)據(jù)流：這類計(jì)算機(jī)包含有多個(gè)處理機(jī)、存儲(chǔ)器和多個(gè)控制器,它們同時(shí)運(yùn)行多個(gè)程序并對(duì)各自的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。多處理機(jī)屬于這類計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。1.3.2

計(jì)算機(jī)的基本類型1.3.3

計(jì)算機(jī)的主要特點(diǎn)圖1-20Neumann結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)與外部特性的對(duì)應(yīng)關(guān)系Neumann計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)程序高速電子器件數(shù)字化信息快速性準(zhǔn)確性通用性邏輯性邏輯判斷計(jì)算機(jī)特點(diǎn)DCEFA可靠性能好運(yùn)算速度快判斷能力強(qiáng)存儲(chǔ)容量大B計(jì)算精度高工作自動(dòng)化1.3.3

計(jì)算機(jī)的主要特點(diǎn)文字處理實(shí)時(shí)控制人工智能由于計(jì)算機(jī)具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，所以在科學(xué)技術(shù)、國(guó)民經(jīng)濟(jì)、文化教育、社會(huì)生活等各個(gè)領(lǐng)域都是到了廣泛應(yīng)用，成為處理各種復(fù)雜任務(wù)不可或缺的工具。信息管理系統(tǒng)仿真

計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)

科學(xué)計(jì)算1.3.4

計(jì)算機(jī)的主要應(yīng)用

1、科學(xué)計(jì)算

現(xiàn)代計(jì)算機(jī)誕生就是源于科學(xué)計(jì)算。因此，科學(xué)計(jì)算一直是電子計(jì)算機(jī)的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一，例如在天文學(xué)、量子化學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)、核物理學(xué)等領(lǐng)域中，都需要依靠計(jì)算機(jī)進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算；在軍事上,導(dǎo)彈的發(fā)射及飛行軌道的計(jì)算,飛行器的設(shè)計(jì)、人造衛(wèi)星與運(yùn)載火箭軌道的計(jì)算更是離不開(kāi)計(jì)算機(jī)。用數(shù)字計(jì)算機(jī)解決科學(xué)計(jì)算問(wèn)題的過(guò)程如圖1-21所示。1.3.4

計(jì)算機(jī)的主要應(yīng)用圖1-21數(shù)字計(jì)算機(jī)的解題過(guò)程離散化數(shù)值計(jì)算程序設(shè)計(jì)實(shí)際問(wèn)題數(shù)學(xué)模型上機(jī)求解

2、信息管理

計(jì)算機(jī)在信息管理方面的應(yīng)用是極為廣泛的，在當(dāng)今信息時(shí)代，計(jì)算機(jī)在信息管理中的應(yīng)用越來(lái)越廣，并已形成一個(gè)完整的體系，即信息管理系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)信息管理系統(tǒng)層次之間的關(guān)系如圖1-22所示。1.3.4

計(jì)算機(jī)的主要應(yīng)用圖1-22計(jì)算機(jī)信息管理系統(tǒng)的層次關(guān)系事務(wù)處理系統(tǒng)信息管理系統(tǒng)辦公自動(dòng)化系統(tǒng)決策支持系統(tǒng)基層管理中層管理辦公管理高層管理

3、實(shí)時(shí)控制

實(shí)時(shí)控制是指在信息或數(shù)據(jù)產(chǎn)生的同時(shí)進(jìn)行處理，處理的結(jié)果又可立即用來(lái)控制進(jìn)行中的現(xiàn)象或過(guò)程。實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)原理如圖1-23所示。1.3.4

計(jì)算機(jī)的主要應(yīng)用圖1-23實(shí)時(shí)控制原理框圖D/A轉(zhuǎn)換傳感裝置計(jì)算機(jī)被控制對(duì)象A/D轉(zhuǎn)換執(zhí)行部件數(shù)字量實(shí)時(shí)控制模擬量數(shù)字量數(shù)據(jù)采集模擬量1.3.4

計(jì)算機(jī)的主要應(yīng)用

4、計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)是指以計(jì)算機(jī)作為輔助工具的各種應(yīng)用系統(tǒng)。目前主要指使用計(jì)算機(jī)作為輔助設(shè)計(jì)、輔助制造、輔助測(cè)試和輔助教學(xué)這4個(gè)方面：(1)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（ComputerAidedDesign，CAD)：是利用計(jì)算機(jī)的高速運(yùn)算、大容量存儲(chǔ)和圖形處理能力，輔助進(jìn)行工程設(shè)計(jì)與分析的理論和方法來(lái)幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，以提高設(shè)計(jì)工作的自動(dòng)化程度，節(jié)省人力物力。(2)計(jì)算機(jī)輔助制造（ComputerAidedManufacturing，

CAM)：是使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)備的管理、控制和操作的過(guò)程，在生產(chǎn)過(guò)程中改善工作人員的工作條件。1.3.4

計(jì)算機(jī)的主要應(yīng)用

(3)計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試（ComputerAidedTest，CAT）：是利用計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度快、計(jì)算精度高的特點(diǎn)，檢測(cè)某些系統(tǒng)的技術(shù)性能指標(biāo)。(4)計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（ComputerAidedInstruction，CAI)：是利用計(jì)算機(jī)輔助學(xué)生學(xué)習(xí)的自動(dòng)系統(tǒng)，它將教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及學(xué)生的有關(guān)信息存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)內(nèi)，使學(xué)生能夠輕松自如地從CAI系統(tǒng)中學(xué)到所需要的知識(shí)。1.3.4

計(jì)算機(jī)的主要應(yīng)用

5、計(jì)算機(jī)數(shù)字仿真系統(tǒng)仿真是利用計(jì)算機(jī)模仿真實(shí)系統(tǒng)的技術(shù)，即利用計(jì)算機(jī)對(duì)復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)抽象和簡(jiǎn)化，形成系統(tǒng)模型，然后在分析的基礎(chǔ)上運(yùn)行此模型，從而得到系統(tǒng)一系列的統(tǒng)計(jì)性能。由于仿真技術(shù)的特效所具有的安全性與經(jīng)濟(jì)性，所以在航空、航天、軍事領(lǐng)域的設(shè)計(jì)、定型、訓(xùn)練中得到廣泛應(yīng)用。新型武器系統(tǒng)與大型航空航天飛行器在其設(shè)計(jì)、定型過(guò)程中都要依靠仿真試驗(yàn)進(jìn)行修改和完善；在航空航天訓(xùn)練方面，利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，在導(dǎo)彈研制出來(lái)之前就可以讓其“飛行”；飛機(jī)駕駛員不用上天就能進(jìn)入“起飛”、“空戰(zhàn)”和“著陸”；敵戰(zhàn)雙方不發(fā)一槍一彈便能開(kāi)展一場(chǎng)激烈的“戰(zhàn)斗”等。

1.3.4

計(jì)算機(jī)的主要應(yīng)用

6、人工智能人工智能是控制論、計(jì)算機(jī)科學(xué)、心理學(xué)等多學(xué)科綜合的產(chǎn)物，是計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究最前沿的學(xué)科領(lǐng)域，也是探索計(jì)算機(jī)模擬人的感覺(jué)和思維規(guī)律的科學(xué)（如感知、推理、學(xué)習(xí)和理解方面的理論與技術(shù)）。機(jī)器人的大量出現(xiàn)，是人工智能研究取得重大進(jìn)展的主要標(biāo)志之一。人工智能研究的應(yīng)用領(lǐng)域包括：模式識(shí)別、自然語(yǔ)言的理解與生成、自動(dòng)定理證明、聯(lián)想與思維的機(jī)理、數(shù)據(jù)智能檢索、博奕、專家系統(tǒng)、自動(dòng)程序設(shè)計(jì)等。近幾年發(fā)展起來(lái)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)技術(shù)是人工智能的前沿技術(shù),它要解決人工感覺(jué)（包括計(jì)算機(jī)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)），即解決大量需要相互協(xié)調(diào)動(dòng)作的機(jī)器人，在復(fù)雜環(huán)境下的決策問(wèn)題。1.3.4

計(jì)算機(jī)的主要應(yīng)用

7、文字處理隨著計(jì)算機(jī)外部設(shè)備的不斷豐富、完善，特別是打印機(jī)的性能提高，近年來(lái)計(jì)算機(jī)已廣泛用于文字方面的處理。它具有比常規(guī)中文打字機(jī)字型變化多、字體的大小變化容易、編輯排版功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因而頗受用戶的普遍歡迎，并在逐步取代常規(guī)中文打字機(jī)和鉛字印刷。目前用于文字處理的有桌面排版印刷系統(tǒng)和電子出版系統(tǒng),而且種類繁多,其中最具典型的有Word、WPS、北大方正和華光系統(tǒng),北大方正已在國(guó)內(nèi)出版印刷行業(yè)占統(tǒng)治地位。

我國(guó)研制的文字處理系統(tǒng)WPS在功能上與微軟的Word相似，在使用上更符合中國(guó)人的習(xí)慣。1.3.4

計(jì)算機(jī)的主要應(yīng)用

8、娛樂(lè)游戲隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、多媒體技術(shù)、動(dòng)畫技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，使得計(jì)算機(jī)能夠以圖像與聲音集成的形式向人們提供娛樂(lè)和游戲。在計(jì)算機(jī)上可以觀看影視節(jié)目和音樂(lè)，或從計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上下載影視節(jié)目和音樂(lè)。而網(wǎng)絡(luò)游戲及其軟件，已成為眾多個(gè)體業(yè)主的產(chǎn)業(yè)。當(dāng)前，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域仍在不斷拓展，特別是微型計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，已滲透到社會(huì)的各個(gè)方面，并且日益發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，已成為信息社會(huì)科學(xué)技術(shù)和社會(huì)發(fā)展的核心。1.3.5

計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)計(jì)算機(jī)的發(fā)展并不是孤立的，它取決于元器件的進(jìn)步、體系結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和軟件的開(kāi)發(fā)。其中最為重要的是元器件，它是決定硬件性能的根本因素。計(jì)算機(jī)從第一代發(fā)展到第四代，從根本上講，就是源于元器件的更新?lián)Q代。專家們普遍認(rèn)為：當(dāng)前計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)是微型化、巨型化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和多媒體化。微型化巨型化網(wǎng)絡(luò)化多媒體化智能化人類在認(rèn)識(shí)世界和改造世界的歷史過(guò)程中,認(rèn)識(shí)了信息，利用了信息，并且發(fā)展了信息。信息技術(shù)伴隨著人類文明的發(fā)展而不斷地進(jìn)步,與此同時(shí),也對(duì)信息處理工具提出新的要求。其中,計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生和發(fā)展,不僅極大地增強(qiáng)了人類認(rèn)識(shí)世界、改造世界和處理信息的能力，而且促進(jìn)了當(dāng)今社會(huì)從工業(yè)化向信息化發(fā)展的進(jìn)程，并已成為信息化社會(huì)中不可缺少的重要工具。利用計(jì)算機(jī)的高速運(yùn)算、大容量存儲(chǔ)及信息加工能力，使人們得以擺脫繁復(fù)而冗長(zhǎng)的數(shù)字運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理，以前使人望而生畏的數(shù)值計(jì)算以及各種信息處理可在瞬息之間得出結(jié)果,而且許多工作如果離開(kāi)了計(jì)算機(jī)就幾乎無(wú)法完成?？梢院翢o(wú)夸張地說(shuō)，如果沒(méi)有計(jì)算機(jī)技術(shù)，就不會(huì)有今天高新技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，信息化時(shí)代就無(wú)從談起?！?.4

計(jì)算機(jī)與信息化1、什么是信息信息是對(duì)客觀事物的反映,泛指那些通過(guò)各種方式傳播的,可被感知的聲音、文字、圖形、圖像、符號(hào)等所表征的某一特定事物的、情報(bào)或知識(shí)。

2、信息的基本特征信息是對(duì)客觀事物的自然反映，凡是對(duì)人類有價(jià)值的信息，必然具有如下基本特征。

(1)客觀性：信息必須真實(shí)、準(zhǔn)確，必須如實(shí)地反映客觀事物的屬性。

(2)主觀性：對(duì)信息和信息處理的任何研究，都離不開(kāi)主體的目的或目標(biāo)(目的或需求)。

1.4.1

信息的相關(guān)概念

(3)抽象性：必須區(qū)分信息的載體與內(nèi)容，使信息有可能在不同的載體之間轉(zhuǎn)化與傳遞。

(4)整體性：信息必須作為表達(dá)客觀事物或系統(tǒng)的完整描述中的一環(huán),如果脫離了全局，零碎的信息將變得毫無(wú)意義。

(5)時(shí)效性：客觀事物或系統(tǒng)都是在不斷發(fā)展和變化的，因此，信息只有及時(shí)、新穎，才會(huì)有價(jià)值，才能發(fā)揮巨大的作用。

(6)層次性：信息及其處理與客觀事物或系統(tǒng)的層次密切相關(guān)，只有合理地確定層次,才能正確地確定信息需求的范圍和信息的價(jià)值，并有效地進(jìn)行信息處理。

(7)不完全性：信息與不確定性是對(duì)立統(tǒng)一的整體，客觀事物的無(wú)限復(fù)雜與動(dòng)態(tài)變化，決定了信息的無(wú)限性。1.4.1

信息的相關(guān)概念3、信息革命在人類歷史發(fā)展中，信息處理工具與手段的變革，使人類利用信息的過(guò)程和效果帶來(lái)了飛躍式的進(jìn)步，從而對(duì)人類社會(huì)發(fā)展產(chǎn)生了巨大的推動(dòng)力,這就是信息革命。迄今為止，信息革命經(jīng)歷了以下6個(gè)階段：

⑴語(yǔ)言的形成和使用；

⑵文字的創(chuàng)造和使用；⑶造紙術(shù)和印刷術(shù)的發(fā)明；⑷電報(bào)、電話、廣播和電視的發(fā)明；⑸計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代通信技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展；⑹多媒體技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。1.4.1

信息的相關(guān)概念4、信息論與信息科學(xué)

⑴信息論：20世紀(jì)40年代，以美國(guó)的申農(nóng)、維納及費(fèi)希爾等為代表的科學(xué)家們?yōu)椤靶畔⒄摗钡於嘶A(chǔ)。1948年申農(nóng)發(fā)表了著名論文《通信的數(shù)學(xué)理論》，1949年，又發(fā)表了《在噪聲中的通信》，這是現(xiàn)代信息論的兩大重要奠基石。

⑵信息科學(xué)：是以信息作為主要研究對(duì)象、以信息的運(yùn)動(dòng)規(guī)律作為主要研究?jī)?nèi)容、以信息科學(xué)方法論作為主要研究方法、以擴(kuò)展人的信息功能作為主要研究目標(biāo)的一門科學(xué)。與此同時(shí)，信息科學(xué)與自然科學(xué)、人文、社會(huì)學(xué)等緊密結(jié)合，促使大量橫向?qū)W科，如信息經(jīng)濟(jì)學(xué)、信息傳播學(xué)、信息法學(xué)等不斷涌現(xiàn)。同時(shí),信息科學(xué)的產(chǎn)生還影響到許多傳統(tǒng)科學(xué)。

1.4.1

信息的相關(guān)概念1.4.2信息技術(shù)1、信息技術(shù)的分類

信息技術(shù)所研究的范疇主要包括傳感技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和微縮技術(shù)等。計(jì)算機(jī)技術(shù)與現(xiàn)代通信技術(shù)一起，構(gòu)成了信息技術(shù)的核心內(nèi)容?，F(xiàn)代信息技術(shù)涉及的范圍很廣，這里主要介紹與人體感觀密切相關(guān)的4種信息技術(shù)。

(1)信息感測(cè)技術(shù)：是利用傳感和測(cè)量獲取信息的技術(shù)。人類用眼、耳、鼻、舌、身等感覺(jué)器官捕獲信息，感測(cè)技術(shù)是感覺(jué)器官功能的“延伸”，使人類更好地從外部世界獲得信息。

(2)信息通信技術(shù)：人們使用通信技術(shù)來(lái)傳遞信息，例如電話、電視、廣播等通信手段傳遞多種媒體信息。20世紀(jì)以來(lái)，微波、光纜、衛(wèi)星、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等通信技術(shù)得到迅猛發(fā)展，移動(dòng)通信裝置正以驚人的速度普及。1.4.2信息技術(shù)

(3)信息智能技術(shù)：具有智能特點(diǎn)的現(xiàn)代信息技術(shù)包括計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)、軟件技術(shù)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，可以看作是思維器官功能的延伸，它能幫助人們更好地存儲(chǔ)、檢索、加工和再生信息。20世紀(jì)中后期以來(lái)，智能技術(shù)的高速發(fā)展，智能識(shí)別和機(jī)器人技術(shù)，極大地提高了社會(huì)生產(chǎn)力水平，為人們的工作、學(xué)習(xí)和生活帶來(lái)了前所未有的便利。

(4)信息控制技術(shù)：是根據(jù)指令信息對(duì)外部事物的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和方式實(shí)施控制的技術(shù)，可以看作是效應(yīng)器官功能的擴(kuò)展和延伸，它能控制生產(chǎn)和生活中許多狀態(tài)。21世紀(jì)信息技術(shù)的特征是以多媒體計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)為主要標(biāo)志，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)可以人們更方便地獲取信息、存儲(chǔ)信息，更好的加工和再生信息。

1.4.2信息技術(shù)2、信息技術(shù)的發(fā)展

信息技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)，極大地提高了人類的信息應(yīng)用能力，使信息成為人類生存和發(fā)展不可缺少的一種資源。根據(jù)信息技術(shù)研究開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的發(fā)展歷史，可以將它分為3個(gè)時(shí)期。

⑴信息技術(shù)研究開(kāi)發(fā)時(shí)期：

從20世紀(jì)50年代初到70年代中期，信息技術(shù)在計(jì)算機(jī)（Computer）、通信（Communication）和控制（Control）領(lǐng)域有了突破，可簡(jiǎn)稱為3C時(shí)期。⑵信息