现代高技术信息技术幻灯片.ppt

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1、现代高技术信息技术第1页，共113页，编辑于2022年，星期一信息技术信息技术21世纪，信息产业将成世界第一大产业，世纪，信息产业将成世界第一大产业，信息技术领域的竞争成为全球竞争的核信息技术领域的竞争成为全球竞争的核心。谁拥有先进的信息技术，谁就能在心。谁拥有先进的信息技术，谁就能在发展和竞争中保持领先地位、挤身于世发展和竞争中保持领先地位、挤身于世界先进民族之林；反之则就难以取胜，界先进民族之林；反之则就难以取胜，甚至可能沦落为甚至可能沦落为“技术殖民地技术殖民地”。第2页，共113页，编辑于2022年，星期一概要概要信息的基本概念和基本特征、信息在人类社会中的地位。信息的基本概念和基本特

2、征、信息在人类社会中的地位。信息技术发展概况：三个阶段和五个重大变革。信息技术发展概况：三个阶段和五个重大变革。现代信息技术概况：现代信息技术的基础和内容。现代信息技术概况：现代信息技术的基础和内容。信息技术的应用和对社会的影响。信息技术的应用和对社会的影响。信息安全的隐患和相应的安全措施。信息安全的隐患和相应的安全措施。第3页，共113页，编辑于2022年，星期一物质物质能量能量信息信息客观物质世界物质资源物质资源能量资源能量资源信息资源信息资源三要素说第4页，共113页，编辑于2022年，星期一信息要素在不同社会形态中的地位与作用信息要素在不同社会形态中的地位与作用信息信息能量能量物质物质

3、信息信息能量能量物质物质物质物质信息信息农业社会农业社会工业社会工业社会信息社会信息社会能量能量第5页，共113页，编辑于2022年，星期一信息的概念信息的概念由于分析的角度不同由于分析的角度不同,信息（信息（Information）概念众说纷纭概念众说纷纭.一般认为，信息是客观世界物质及其运动的一般认为，信息是客观世界物质及其运动的属性及特征反映属性及特征反映.第6页，共113页，编辑于2022年，星期一信息的分类信息的分类 按信息的生成领域，可将其划分为自然信息、机器按信息的生成领域，可将其划分为自然信息、机器信息和社会信息信息和社会信息自然信息自然信息是指自然事物的运动状态及其变化方式。

4、是指自然事物的运动状态及其变化方式。机器信息机器信息是指机器本身的运动状态及其变化方式。是指机器本身的运动状态及其变化方式。社会信息社会信息是指人类自身社会（即以结成群体的方式）是指人类自身社会（即以结成群体的方式）活活 动（如教育、文化、经济、政治、娱乐、体育等）动（如教育、文化、经济、政治、娱乐、体育等）过过程中产生、传递、存储和利用的各种信息。程中产生、传递、存储和利用的各种信息。第7页，共113页，编辑于2022年，星期一普遍性普遍性:事事有信息；时时有信息事事有信息；时时有信息客观性：客观实际背景客观性：客观实际背景无限性：无边无际无限性：无边无际寄载性：有一定的依附物寄载性：有一定

5、的依附物动态性：内容和数量不断变化动态性：内容和数量不断变化传递性：也称转移性，信息的地点或时间的转移传递性：也称转移性，信息的地点或时间的转移变换性：表达形式不同变换性：表达形式不同时时效效性性、不不完完全全性性、可可伪伪性性、滞滞后后性性、扩扩散散性性、扩扩充充性性与与压压缩缩性性、非非对对称称性性、共共享享性性、转化性转化性信息的基本特征第8页，共113页，编辑于2022年，星期一信息质量的定义信息质量的定义信信息息质质量量:是是指指信信息息对对事事物物运运动动状状态态和和方方式式的的反反映、描述的准确性或真实性。映、描述的准确性或真实性。准确性准确性:是指信息的内容与实际情况是否相符是

6、指信息的内容与实际情况是否相符真实性真实性:则是指信息的来源是否可靠。则是指信息的来源是否可靠。信息的质量信息的质量第9页，共113页，编辑于2022年，星期一 信息模糊度信息模糊度 信信息息的的模模糊糊度度，称称信信息息的的乏乏晰晰度度，是是指指（人人们们在在运运用用语语言言）描描述述、表表示示客客观观事事物物的的状状态态及及其其状状态态变变化化的的方方式式时时，出出现现的的没没有有精精确确规规定定的的界界限限，以以致致表表达达不清楚、意思模糊。自然语言中的不清楚、意思模糊。自然语言中的“好、高、大好、高、大”信息多余度信息多余度 信信息息多多余余度度是是指指在在信信息息中中含含有有某某类类

7、（某某些些）信信息息的的量量的的多多余余程程度度，或或者者说说是是与与真真正正要要表表达达的的内内容容无无关关或或无无用用成成分分的的量量的的多多余余程程度度。简简单单地地说说，就就是是指指信信息息中中无无效效成分的相对含量。成分的相对含量。信息密集度信息密集度 信信息息的的密密集集度度是是指指信信息息中中有有效效成成分分的的相相对对含含量量，用用较较少少的的符符号号表表达达较较多多的的信信息息内内容容，可可称称为信息的密集度越大为信息的密集度越大信息的质量指标信息的质量指标第10页，共113页，编辑于2022年，星期一信息技术（信息技术（Information Technology,IT）主

8、要是指集信息基础技术、信息系统技术主要是指集信息基础技术、信息系统技术和信息应用技术于一体，涉及信息的产生、和信息应用技术于一体，涉及信息的产生、搜集、交换、存储、传输、显示、识别、搜集、交换、存储、传输、显示、识别、提取、控制、加工和应用等领域，是人类提取、控制、加工和应用等领域，是人类开发利用信息资源各种手段的总称。开发利用信息资源各种手段的总称。信息技术的概念信息技术的概念第11页，共113页，编辑于2022年，星期一信息技术的发展信息技术的发展三个发展阶段三个发展阶段古代信息技术发展阶段古代信息技术发展阶段近代信息技术发展阶段近代信息技术发展阶段现代信息技术发展阶段现代信息技术发展阶段

9、第12页，共113页，编辑于2022年，星期一古代信息技术发展阶段文字记录为主要信息存储手段文字记录为主要信息存储手段书信传递为主要信息传递方法书信传递为主要信息传递方法 信息表达：手势、面部表情、身体动作或简单的嗓音信息表达：手势、面部表情、身体动作或简单的嗓音 语言、符号文字、图形语言、符号文字、图形信息传递：声、光信息传递：声、光、书信、书信 信息存储：脑信息存储：脑石刻、甲骨、青铜器、竹简、石刻、甲骨、青铜器、竹简、木牍、丝绸木牍、丝绸 纸张纸张经历了语言的利用、文字、印刷术发明经历了语言的利用、文字、印刷术发明三大重大信息变革三大重大信息变革 第13页，共113页，编辑于2022年，

10、星期一近代信息技术发展阶段 信息的电传输技术为主要特征信息的电传输技术为主要特征 1873年美国科学家莫尔斯发明了有线电报和电码，拉开了年美国科学家莫尔斯发明了有线电报和电码，拉开了近代信息技术革命的序幕。近代信息技术革命的序幕。电通信特点电通信特点：传递信息快、远、多：传递信息快、远、多电通信方式电通信方式：有线通信、无线通信、卫星通讯：有线通信、无线通信、卫星通讯 电通信种类电通信种类：电报、有线电话、无线电话、传真、广播、电视：电报、有线电话、无线电话、传真、广播、电视 信息存储方式的同步发展：唱片、录音、录像磁带和光盘信息存储方式的同步发展：唱片、录音、录像磁带和光盘整个近代信息技术的

11、发展过程整个近代信息技术的发展过程就是电信革命过程就是电信革命过程第14页，共113页，编辑于2022年，星期一现代信息技术发展阶段 计算机网络、光纤、卫星通信为主要特征计算机网络、光纤、卫星通信为主要特征一门渗透性、综合性极强的高技术一门渗透性、综合性极强的高技术现代信息技术处于现代高技术群体中最核心现代信息技术处于现代高技术群体中最核心、最先导的地位、最先导的地位它的发展也要依靠众多的关键技术支撑它的发展也要依靠众多的关键技术支撑现代信息技术是以微电子技术为基础；以计算机技术为代现代信息技术是以微电子技术为基础；以计算机技术为代表，涉及信息的获取、处理、传输、存储和控制的信息系表，涉及信息

12、的获取、处理、传输、存储和控制的信息系统技术是信息技术的核心；以网络技术为代表，涉及信息统技术是信息技术的核心；以网络技术为代表，涉及信息的管理、控制和决策的信息应用技术体现了信息技术创新的管理、控制和决策的信息应用技术体现了信息技术创新和应用的目的。和应用的目的。第15页，共113页，编辑于2022年，星期一五次重大变革语言的产生语言的产生第一次信息革命第一次信息革命 文字的出现文字的出现第二次信息革命第二次信息革命造纸与印刷术的发明造纸与印刷术的发明第三次信息革命第三次信息革命 电子技术的发展电子技术的发展第四次信息革命第四次信息革命计算机与现代通信技术的结合计算机与现代通信技术的结合第五

13、次信第五次信息革命息革命 第16页，共113页，编辑于2022年，星期一信息技术的核心内容信息技术的核心内容微电子技术微电子技术计算机技术计算机技术网络技术网络技术现代通信网络与通信技术现代通信网络与通信技术第17页，共113页，编辑于2022年，星期一微电子技术 信息基础技术：信息基础技术：微电子技术微电子技术、光子技术、光电子技术、分子电、光子技术、光电子技术、分子电子技术等子技术等 微电子技术是指在几平方毫米的半导体材料上，用微米和微电子技术是指在几平方毫米的半导体材料上，用微米和亚微米的精细加工技术，制成由万个以上晶体管构成的微亚微米的精细加工技术，制成由万个以上晶体管构成的微缩单元电

14、子电路，并应用这些电路装配成各种微电子设备缩单元电子电路，并应用这些电路装配成各种微电子设备的总称。的总称。核心是集成电路（核心是集成电路（IC），把集成电路制造技术、应用技术及其），把集成电路制造技术、应用技术及其产品统称为微电子技术。产品统称为微电子技术。第18页，共113页，编辑于2022年，星期一微电子技术的发展微电子技术的发展 1906年第一个电子三极管年第一个电子三极管1947年，世界上第一个晶体三极管年，世界上第一个晶体三极管(AT&T)1952年英国达默提出集成电路的设想年英国达默提出集成电路的设想1957年第一枚半导体集成电路在英国问世年第一枚半导体集成电路在英国问世1958

15、年实用的集成电路年实用的集成电路(德克萨斯仪器公司德克萨斯仪器公司)1961年开始批量生产年开始批量生产集成电路集成度的发展集成电路集成度的发展第19页，共113页，编辑于2022年，星期一从电子管到晶体管到集成电路电子管晶体管集成电路第20页，共113页，编辑于2022年，星期一电子管电子管又称电子管又称“真空管真空管”（Vacuum Tube）电子管拥有三个最基本的极电子管拥有三个最基本的极阴极阴极(Cathode,K)：释放出电子流：释放出电子流 屏极屏极(Plate，P)：吸引和收集阴极发射的电子：吸引和收集阴极发射的电子 栅极栅极(Gird,G)：控制电子流的流量：控制电子流的流量

16、电子管的放大作用电子管的放大作用 直热式三极管灯丝（直热式三极管灯丝（Filament）的制作材料）的制作材料钨丝钨丝 钍钨合金钍钨合金 氧化硷土氧化硷土 第21页，共113页，编辑于2022年，星期一第22页，共113页，编辑于2022年，星期一晶体管晶体管的构件是没有消耗的。寿命一般比电子管晶体管的构件是没有消耗的。寿命一般比电子管长长100到到1000倍倍。晶体管消耗电能极少，仅为电子管的十分之一或几晶体管消耗电能极少，仅为电子管的十分之一或几十分之一。十分之一。晶体管不需预热，一开机就工作。晶体管不需预热，一开机就工作。晶体管结实可靠，比电子管可靠晶体管结实可靠，比电子管可靠100倍，

17、耐冲击、倍，耐冲击、耐振动，这都是电子管所无法比拟的。耐振动，这都是电子管所无法比拟的。第23页，共113页，编辑于2022年，星期一集成电路“集成电路集成电路”(Integrated Circuit，IC)把由若干个晶体管、电阻、电容等器件组成的、把由若干个晶体管、电阻、电容等器件组成的、实现某种特定功能的电子线路，集中制造在一实现某种特定功能的电子线路，集中制造在一块小小的半导体芯片上块小小的半导体芯片上集成度发展神速集成度发展神速 1962：12个、个、1965：近：近100个（个（IC）1967：1001000个（中规模个（中规模IC）1967-1973：100010000个（个（LS

18、IC）1978：达：达10万万100万个单元（超万个单元（超VLSIC）目前集成度已突破千万单元目前集成度已突破千万单元（极大）（极大）第24页，共113页，编辑于2022年，星期一第25页，共113页，编辑于2022年，星期一微电子技术的摇篮硅谷第26页，共113页，编辑于2022年，星期一微电子技术的应用微电子技术的应用微电子技术促进计算机技术的巨大变革微电子技术促进计算机技术的巨大变革微电子技术带来广播电视和通信事业的巨大发展微电子技术带来广播电视和通信事业的巨大发展 微电子技术促进日常用品的电子化微电子技术促进日常用品的电子化 传统工业的行业改造和技术更新传统工业的行业改造和技术更新使

19、商业领域的传统账册产生了根本的变化使商业领域的传统账册产生了根本的变化与其他技术的结合和渗透发展成新的技术与其他技术的结合和渗透发展成新的技术现代化的军事与国防也离不开微电子技术现代化的军事与国防也离不开微电子技术 计算机及数据处理约计算机及数据处理约39；家用电器、照相机、缝纫机、数字仪；家用电器、照相机、缝纫机、数字仪表等日常生活用电子产品约表等日常生活用电子产品约30；工业及自动控制设备约；工业及自动控制设备约11；国；国防军事约防军事约9；其他领域约；其他领域约11。第27页，共113页，编辑于2022年，星期一微电子技术展望电子元器件和线路越来越电子元器件和线路越来越 小、细，集成度

20、越小、细，集成度越来越高，芯片运行的速度越来越快来越高，芯片运行的速度越来越快摩尔定律摩尔定律：集成度每：集成度每18个月翻一番，而价格个月翻一番，而价格保持不变甚至下降保持不变甚至下降人的头发人的头发100微米微米Intel803861.20微米工艺微米工艺33MHzIntel804860.80微米工艺微米工艺100MHzIntelPentium0.60微米工艺微米工艺200MHzIntelPII0.35微米工艺微米工艺500MHzIntelPIII0.25微米工艺微米工艺800MHz最近已经达到最近已经达到0.13微米微米2GMHz目前集成电路制造商进军目前集成电路制造商进军0.1微米工艺

21、微米工艺第28页，共113页，编辑于2022年，星期一向微米工艺的极限挑战向微米工艺的极限挑战目前，由目前，由Intel为代表的多家公司正在开发为代表的多家公司正在开发“极端紫外极端紫外”光刻技术，用氙灯将波长降至光刻技术，用氙灯将波长降至0.01微米；微米；IBM则致力于则致力于0.005微米波长微米波长的的X射线光刻技术研究工作。射线光刻技术研究工作。第29页，共113页，编辑于2022年，星期一电子计算机技术电子计算机技术第30页，共113页，编辑于2022年，星期一第一台计算机：第一台计算机：ENIACENIACn美国宾夕法尼亚大学，莫克莱为军方计算弹道而设计制造，经过了美国宾夕法尼亚

22、大学，莫克莱为军方计算弹道而设计制造，经过了3 3年的努力，年的努力，花费花费4848万美元，万美元，19461946年制成了世界上第一台电子计算机年制成了世界上第一台电子计算机ENIACENIAC（Electronic Electronic Numerical Integrator and ComputerNumerical Integrator and Computer）。n1800018000多电子管、多电子管、7000070000多个电阻、重多个电阻、重3030吨、占地吨、占地170m170m2 2、耗电、耗电150150千瓦千瓦n性能：每秒计算性能：每秒计算50005000次。次。第

23、31页，共113页，编辑于2022年，星期一1949年，经过年，经过70个小时的运算，它把圆周率计算到小数点个小时的运算，它把圆周率计算到小数点后后2037位。位。1955年，年，ENIAC运行运行10年后年后“退休退休”，据说运行期间，据说运行期间它的运算量比人类有史以来全部大脑的运算量还多。它的运算量比人类有史以来全部大脑的运算量还多。第32页，共113页，编辑于2022年，星期一电子计算机的发展电子计算机的发展第33页，共113页，编辑于2022年，星期一第一代电子计算机第一代电子计算机第一代电子计算机是第一代电子计算机是电子管计算机电子管计算机，时间大约为，时间大约为19461958年

24、。其基本特征是采用电子管作为计年。其基本特征是采用电子管作为计算机的逻辑文件；数据表示主要是定点数；算机的逻辑文件；数据表示主要是定点数；用机用机器语言或汇编语言编写程序。由于当时电子技术的器语言或汇编语言编写程序。由于当时电子技术的限制，每秒运算速度仅为几千次，限制，每秒运算速度仅为几千次，内存容量仅几内存容量仅几KB。因此，第一代电子计算机体积庞大，造价。因此，第一代电子计算机体积庞大，造价很高，仅限于军事和科学研究工作，其代表机很高，仅限于军事和科学研究工作，其代表机型有型有IBM650（小型机）、（小型机）、IBM709（大型机）。（大型机）。第34页，共113页，编辑于2022年，星

25、期一IBM650第35页，共113页，编辑于2022年，星期一第二代电子计算机第二代电子计算机第二代电子计算机是第二代电子计算机是晶体管电路电子计算机晶体管电路电子计算机，时间，时间大约为大约为1958年年1964年。其基本特征是逻辑元件逐步年。其基本特征是逻辑元件逐步由电子管改为由电子管改为晶体管晶体管，内存所使用的器件大都使用铁内存所使用的器件大都使用铁氧磁性材料制成的磁芯存储器。氧磁性材料制成的磁芯存储器。外存储器有了磁盘、外存储器有了磁盘、磁带，外设种类也有所增加。磁带，外设种类也有所增加。运算速度大到每秒几十运算速度大到每秒几十万次，内存容量扩大到几十万次，内存容量扩大到几十KB。与

26、第一代计算机相与第一代计算机相比，晶体管电子计算机体积小、成本低、功能强、比，晶体管电子计算机体积小、成本低、功能强、可靠性大大提高。除了科学计算外，还用于数据处可靠性大大提高。除了科学计算外，还用于数据处理和事务处理。代表机型有理和事务处理。代表机型有IBM7094、CDC7600。第36页，共113页，编辑于2022年，星期一第二代电子计算机代表机型第二代电子计算机代表机型IBM7094控制台外观控制台外观第37页，共113页，编辑于2022年，星期一第三代电子计算机第三代电子计算机第三代电子计算机是第三代电子计算机是集成电路计算机集成电路计算机,时间约为时间约为1964年年1970年。随

27、着固体物理技术的发展，集成电路工艺已年。随着固体物理技术的发展，集成电路工艺已可以在几平方毫米的单晶硅片上集成由十几个甚至由上可以在几平方毫米的单晶硅片上集成由十几个甚至由上百个电子元件组成的逻辑电路。百个电子元件组成的逻辑电路。第三代电子计算机的运算速度，第三代电子计算机的运算速度，每秒可达几十万次到几每秒可达几十万次到几百万次。百万次。存储器进一步发展，体积更小、价格低、软件逐存储器进一步发展，体积更小、价格低、软件逐步完善。步完善。其代表机型有其代表机型有IBM360。第38页，共113页，编辑于2022年，星期一第三代电子计算机代表机型第三代电子计算机代表机型IBM360计算机系统计算

28、机系统第39页，共113页，编辑于2022年，星期一第四代电子计算机第四代电子计算机第四代电子计算机称为第四代电子计算机称为大规模集成电路电子大规模集成电路电子计算机计算机，时间从，时间从1971年至今。年至今。在硅半导体上集成了在硅半导体上集成了1000100000个以上电个以上电子元器件。子元器件。集成度很高的半导体存储器代替集成度很高的半导体存储器代替了服役达了服役达20年之久的磁芯存储器。年之久的磁芯存储器。计算机的计算机的速度可以达到上千次到十万次。速度可以达到上千次到十万次。第40页，共113页，编辑于2022年，星期一第五代电子计算机第五代电子计算机第五代电子计算机是第五代电子计

29、算机是智能电子计算机智能电子计算机，它是它是一种有知识、会学习、能推理的计算机，具一种有知识、会学习、能推理的计算机，具有能理解自然语言、声音、文字和图像的能有能理解自然语言、声音、文字和图像的能力，力，并且具有说话的能力，使人机能够用自并且具有说话的能力，使人机能够用自然语言直接对话。它可以利用已有的和不断然语言直接对话。它可以利用已有的和不断学习到的知识，学习到的知识，进行思维、联想、推理，并进行思维、联想、推理，并得出结论，能解决复杂问题，具有汇集、记得出结论，能解决复杂问题，具有汇集、记忆、检索等有关能力。忆、检索等有关能力。第41页，共113页，编辑于2022年，星期一第六代电子计算

30、机第六代电子计算机第六代电子计算机是模仿人的大脑判断能力第六代电子计算机是模仿人的大脑判断能力和适应能力，和适应能力，并具有可并行处理多种数据功并具有可并行处理多种数据功能的能的神经网络计算机。神经网络计算机。第42页，共113页，编辑于2022年，星期一计算机的特点及发展趋势计算机的特点及发展趋势高性能计算机是实现复杂系统计算的必要工具高性能计算机是实现复杂系统计算的必要工具计算机向微型化和小型化方向发展计算机向微型化和小型化方向发展计算机网络化是个大趋势计算机网络化是个大趋势软件已经成为一个独立的产业，其产值已经超过硬件，软件已经成为一个独立的产业，其产值已经超过硬件，软件开发软件开发和研

31、制日益受到重视和研制日益受到重视人机界面使用越来越方便人机界面使用越来越方便 计算机的智能化计算机的智能化计算机的生物化计算机的生物化第43页，共113页，编辑于2022年，星期一计算机基本结构和原理计算机基本结构和原理 计算机系统的基本组成：硬件和软件计算机系统的基本组成：硬件和软件 硬件构成：中央处理单元、输入接口和硬件构成：中央处理单元、输入接口和设备、输出接口和设备、以及存储器等设备、输出接口和设备、以及存储器等软件组成：程序、文件以及有关的文档软件组成：程序、文件以及有关的文档资料资料第44页，共113页，编辑于2022年，星期一基本组成组成：存储器、运算器、控制器、输入组成：存储器

32、、运算器、控制器、输入设备与输出设备等五大部分设备与输出设备等五大部分运算器、控制器制作在同一芯片内合称运算器、控制器制作在同一芯片内合称“中央处理器（中央处理器（CPU）”第45页，共113页，编辑于2022年，星期一微型计算机结构微型计算机结构(机、个人计算机）机、个人计算机）主机主机CPU(Pentium芯片芯片)寄存器组寄存器组内存内存ROMRAM(用户可使用部分）用户可使用部分）外存储器：硬盘、软盘、外存储器：硬盘、软盘、CD-ROM或或DVD-ROM等驱动器。等驱动器。输入设备：键盘、鼠标、图像扫描仪输入设备：键盘、鼠标、图像扫描仪控制器控制器运算器运算器外部设备外部设备输出设备：

33、显示器、打印机输出设备：显示器、打印机硬硬件件设设备备主要技术指标：字长、速度、存储容量主要技术指标：字长、速度、存储容量第46页，共113页，编辑于2022年，星期一第47页，共113页，编辑于2022年，星期一第48页，共113页，编辑于2022年，星期一软件=程序+数据+文档计算机软件系统计算机软件系统 操作系统操作系统Windows、Dos 语言处理系统语言处理系统 C、VB、pascal 数据库管理系统数据库管理系统 foxprofoxpro 实用程序实用程序(硬件检测）硬件检测）程序库程序库 软件包软件包 套装软件套装软件office2000office2000用户自己开发的软件用

34、户自己开发的软件系统软件系统软件应用软件应用软件软件系统软件系统用户应用软件系统软件操作系统硬件第49页，共113页，编辑于2022年，星期一计算机在各个领域中的应用计算机在各个领域中的应用1.科学计算科学计算:在天文学、量子化学、空气动力学、核物理学和在天文学、量子化学、空气动力学、核物理学和天气预报等领域中。天气预报等领域中。n利用计算机的高速计算、大存储容量和连续运算的能力，利用计算机的高速计算、大存储容量和连续运算的能力，可以实现人工无法解决的各种科学计算问题可以实现人工无法解决的各种科学计算问题。n例如，建筑设计中为了确定构件尺寸，通过弹性力学导出例如，建筑设计中为了确定构件尺寸，通

35、过弹性力学导出一系列复杂方程，长期以来由于计算方法跟不上而一直无一系列复杂方程，长期以来由于计算方法跟不上而一直无法求解。而计算机不但能求解这类方程，并且引起弹性理法求解。而计算机不但能求解这类方程，并且引起弹性理论上的一次突破，出现了有限单元法。论上的一次突破，出现了有限单元法。第50页，共113页，编辑于2022年，星期一计算机在科学计算中的使用计算机在科学计算中的使用-实验室专用计算机系统实验室专用计算机系统第51页，共113页，编辑于2022年，星期一2.2.数据处理数据处理:办公自动化、企业管理、事务处理、情报检索等办公自动化、企业管理、事务处理、情报检索等 n目前，数据处理已广泛地

36、应用于办公自动化、企事业计算机辅助管目前，数据处理已广泛地应用于办公自动化、企事业计算机辅助管理与决策、情报检索、图书管理、电影电视动画设计、会计电算化理与决策、情报检索、图书管理、电影电视动画设计、会计电算化等等各行各业。信息正在形成独立的产业，多媒体技术使信息展现等等各行各业。信息正在形成独立的产业，多媒体技术使信息展现在人们面前的不仅是数字和文字，也有声情并茂的声音和图像信息。在人们面前的不仅是数字和文字，也有声情并茂的声音和图像信息。n据统计，据统计，80以上的计算机主要用于数据处理，这类工作量大面宽，以上的计算机主要用于数据处理，这类工作量大面宽，决定了计算机应用的主导方向。决定了计

37、算机应用的主导方向。第52页，共113页，编辑于2022年，星期一3.3.过程控制过程控制 :在冶金、石油、化工、纺织、水电、机械、航在冶金、石油、化工、纺织、水电、机械、航天等部门天等部门采用计算机进行过程控制，不仅可以大大提高控制的自动化水平，而且可以提高控制的及时性和准确性，从而改善劳动条件、提高产品质量及合格率。例如，在汽车工业方面，利用计算机控制机床、控制整个装配流水线，不仅可以实现精度要求高、形状复杂的零件加工自动化，而且可以使整个车间或工厂实现自动化。第53页，共113页，编辑于2022年，星期一4.4.计算机辅助系统计算机辅助系统 :计算机辅助系统包括计算机辅助系统包括CADC

38、AD、CAMCAM、CIMSCIMS等。等。CADCAD：广泛地应用于飞机、汽车、机械、电子、建筑和轻工等领域。：广泛地应用于飞机、汽车、机械、电子、建筑和轻工等领域。例如，在电子计算机的设计过程中，利用例如，在电子计算机的设计过程中，利用CADCAD技术进行体系结构模拟、技术进行体系结构模拟、逻辑模拟、插件划分、自动布线等，从而大大提高了设计工作的自动化逻辑模拟、插件划分、自动布线等，从而大大提高了设计工作的自动化程度。程度。CAMCAM：使用：使用CAMCAM技术可以提高产品质量，降低成本，缩短生产周技术可以提高产品质量，降低成本，缩短生产周期，提高生产率和改善劳动条件。期，提高生产率和改

39、善劳动条件。CIMSCIMS：将：将CADCAD和和CAMCAM技术集成，实现设计生产自动化，这种技术技术集成，实现设计生产自动化，这种技术被称为计算机集成制造系统被称为计算机集成制造系统(CIMS)(CIMS)。它的实现将真正做到无人化工。它的实现将真正做到无人化工厂厂(或车间或车间)。第54页，共113页，编辑于2022年，星期一第55页，共113页，编辑于2022年，星期一5.5.计算机辅助教学与计算机管理教学：计算机辅助教学与计算机管理教学：CAICAICMICMICAI：主要特色是交互教育、个别指导和因人施教。真正实现了以学生为中心的人格化教学方法。CMI：用计算机实现各种教学管理，

40、例如教务管理、教学计划制订、课程安排、计算机题库、评分等。第56页，共113页，编辑于2022年，星期一机机器器人人“迎迎宾宾女女郎郎”能能够够熟熟练练使使用用日日语语、英英语语，还还能能用用汉汉语语和和韩韩国国语语回回答答客客人人的的问问题。题。骑骑自自行行车车的的新新型型机机器器人人不不仅仅能能骑骑车车前前行行，发发现现障障碍碍物物时时还还可可停停车车或或后后退。退。6.人工智能人工智能:机器人机器人第57页，共113页，编辑于2022年，星期一中科院深圳先进技术研究院中科院深圳先进技术研究院研制的管家机器人研制的管家机器人扫地机器人扫地机器人第58页，共113页，编辑于2022年，星期一

41、7.7.多媒体应用多媒体应用 能将视听设备连接起来形成多媒体计算机，利用它人们不仅能将视听设备连接起来形成多媒体计算机，利用它人们不仅可以听音乐、看电影，还能够把其中的声音和画面剪辑下来，可以听音乐、看电影，还能够把其中的声音和画面剪辑下来，然后按照自己的意愿加工与处理，形成自己的音像然后按照自己的意愿加工与处理，形成自己的音像“产品产品”。第59页，共113页，编辑于2022年，星期一科学计算时间性强的计算如气象预报、病虫害预报等往往需要收集大量观测数据，运用数学模型进行计算。过去一个地方 3小时的气象变化,需用6万人才能使计算的结果赶上天气的变化，而今天用小型计算机做4天的天气预报,只有几

42、十分钟。电子计算机在农业中的应用电子计算机在农业中的应用第60页，共113页，编辑于2022年，星期一数值试验可以用计算机指导制订畜禽饲料配方，也可用于选择最佳施肥方案、作物种植方案和生产管理方案。数据处理如环境和资源信息，生产和经济活动信息，科技情报资料 第61页，共113页，编辑于2022年，星期一模拟试验 对于时间长、费用高的试验，可帮助选定试验方案。如在育种上的应用。对于因条件限制不能实地进行的试验，可用以预报结果。如根据作物产量和病虫害发生主要影响因子之间的关系，建立病虫害预测模型。对于意义重大、但具有风险、不能轻率进行的研究，可用计算机进行预备性试验。如美国的“国家区域农业规划系统

43、”模型、印度尼西亚的土地安排模型、古巴糖业模型等，第62页，共113页，编辑于2022年，星期一图象信息处理 在农业上，可以利用这种方法处理飞机和卫星进行资源普查时拍下的照片，识别土地类型、植被情况、农作物生长及病虫害发生情况等。实时控制 实时控制在园艺栽培和畜禽饲养中的作用尤为显著。第63页，共113页，编辑于2022年，星期一计算机的发展趋势计算机的发展趋势1 1、光子计算机、光子计算机 光计算机以光电集成电路代替传统的电子型集成电路制成光计算机以光电集成电路代替传统的电子型集成电路制成的计算机。的计算机。运算速度高、抗干扰能力强运算速度高、抗干扰能力强 耗能低，产生热量少耗能低，产生热量

44、少 光承载信息的能力远远高于电。光承载信息的能力远远高于电。第64页，共113页，编辑于2022年，星期一2 2、量子计算机、量子计算机p集成电路的规模受到量子效应的制约集成电路的规模受到量子效应的制约p19821982年，美国物理学费曼提出量子力学有可能和计算机结合起来，产生具有年，美国物理学费曼提出量子力学有可能和计算机结合起来，产生具有完全不同机理的新一代计算机完全不同机理的新一代计算机量子计算机量子计算机p19941994年美国科学家肖用量子计算理论证明，量子计算机的运算速度比现年美国科学家肖用量子计算理论证明，量子计算机的运算速度比现在最快的计算机还要快在最快的计算机还要快1010亿

45、倍亿倍p2009年年,量子计算机的研究取得了重大的突破世界首台实验性量子计算机量子计算机的研究取得了重大的突破世界首台实验性量子计算机正式在正式在美国美国诞生。诞生。p迄今为止，世界上还没有真正意义上的量子计算机。迄今为止，世界上还没有真正意义上的量子计算机。第65页，共113页，编辑于2022年，星期一假设1吨铀235通过核发电机1天能提供7000万瓦伏电量，但这些电量在短短的10天就会被消耗殆尽，这是最保守的估计；如果一台量子计算机一天工作4小时左右，那么它的寿命将只有可怜的2年，如果工作6小时以上，恐怕连1年都不行，这也是最保守的估计；假定量子计算机每小时有70摄氏度，那么2小时内机箱将

46、达到200度，6小时恐怕散热装置都要被融化了，这还是最保守的估计！承载承载16个量子位的硅芯片个量子位的硅芯片第66页，共113页，编辑于2022年，星期一生物计算机生物计算机科学家发现科学家发现DNA处在不同状态下，可产生有信息和无处在不同状态下，可产生有信息和无信息的变化。信息的变化。生物元件比硅芯片上的电子元件要小得多，甚至小到生物元件比硅芯片上的电子元件要小得多，甚至小到几十亿分之一米。几十亿分之一米。生物芯片本身具有天然的立体化结构，其密度比目前生物芯片本身具有天然的立体化结构，其密度比目前的硅集成电路高的硅集成电路高5个数量级。其存储信息的空间是普通个数量级。其存储信息的空间是普通

47、计算机的百亿亿分之一。计算机的百亿亿分之一。物芯片本身具有并行处理的功能，其运算速度要比目物芯片本身具有并行处理的功能，其运算速度要比目前最先进的计算机快前最先进的计算机快10万倍，而消耗的能量仅是普通万倍，而消耗的能量仅是普通计算机的十亿分之一。计算机的十亿分之一。生物芯片一旦出现故障，可以进行自我修复。生物芯片一旦出现故障，可以进行自我修复。第67页，共113页，编辑于2022年，星期一神经网络计算机神经网络计算机模拟人脑，利用多个处理器并行连接方式，来加速计算机的信息处理能力，模拟人脑，利用多个处理器并行连接方式，来加速计算机的信息处理能力，使之接近于人脑的功能。使之接近于人脑的功能。日

48、本科学家开发的神经电子计算机用的大规模集成电路芯片，在日本科学家开发的神经电子计算机用的大规模集成电路芯片，在.厘米厘米正方的硅片上可设置个神经元和正方的硅片上可设置个神经元和 个神经键，这种芯片能个神经键，这种芯片能实现每秒亿次的运算速度。实现每秒亿次的运算速度。美国研究出由左脑和右脑两个神经块连接而成的神经电子计算机。右脑美国研究出由左脑和右脑两个神经块连接而成的神经电子计算机。右脑为经验功能部分，有万多个神经元，适于图像识别；左脑为识别功能为经验功能部分，有万多个神经元，适于图像识别；左脑为识别功能部分，含有万个神经元，用于存储单词和语法规则。部分，含有万个神经元，用于存储单词和语法规则

49、。我国目前已研制出我国目前已研制出“高精度双权值突触神经元计算机高精度双权值突触神经元计算机CASSANN一一”。第68页，共113页，编辑于2022年，星期一网络技术网络技术第69页，共113页，编辑于2022年，星期一计算机网络是指把地理位置不同，且具有独立功能的计算机网络是指把地理位置不同，且具有独立功能的计算机，用通信线路和通信设备互相连接起来，以实现计算机，用通信线路和通信设备互相连接起来，以实现彼此之间的数据通信和资源共享的一种计算机系统。彼此之间的数据通信和资源共享的一种计算机系统。计算机网络的基本目的是实现数据通信和资源共享。计算机网络的基本目的是实现数据通信和资源共享。计算机

50、网络的定义计算机网络的定义第70页，共113页，编辑于2022年，星期一网络的发展网络的发展1面向终端的计算机联机阶段面向终端的计算机联机阶段2资源共享网络阶段资源共享网络阶段3网络互联阶段网络互联阶段4信息高速公路阶段信息高速公路阶段1993年年美美国国提提出出“国国家家信信息息基基础础设设施施”的的NII计计划划（National Information Infrastructure）.第71页，共113页，编辑于2022年，星期一计算机网络技术的功能计算机网络技术的功能计算机网络技术的核心用途就是资源共享计算机网络技术的核心用途就是资源共享 计算机网络技术可以提供强有力的通信手段计算机网