項(xiàng)目1 計算機(jī)與信息技術(shù)基礎(chǔ)

任務(wù)1.1 認(rèn)識計算機(jī)

1.1.1 任務(wù)要點(diǎn)

◆ 計算機(jī)的發(fā)展歷程。

◆ 計算機(jī)的特點(diǎn)。

◆ 計算機(jī)的應(yīng)用。

◆ 計算機(jī)的分類。

1.1.2 任務(wù)要求

在信息化如此發(fā)達(dá)的今天，計算機(jī)已成為人們工作、學(xué)習(xí)和生活中離不開的工具，計算機(jī)也成為各行各業(yè)工作人員的必備知識和技能。要求掌握計算機(jī)的基礎(chǔ)知識，對計算機(jī)的發(fā)展歷程、特點(diǎn)、應(yīng)用和種類等知識有一個大概的了解。

1.1.3 實(shí)施過程

1.通過理論學(xué)習(xí)，了解計算機(jī)的發(fā)展歷程、特點(diǎn)、應(yīng)用、種類等基礎(chǔ)知識。

2.課外通過實(shí)地走訪的形式觀察和了解不同種類計算機(jī)的應(yīng)用場合和應(yīng)用方式。

1.1.4 知識鏈接

1.計算機(jī)的發(fā)展歷程

（1）第一代計算機(jī)（1946—1957年）：電子管計算機(jī)。

硬件方面，邏輯元件采用真空電子管；主存儲器采用汞延遲線、陰極射線示波管、靜電存儲器、磁鼓、磁芯；外存儲器采用磁帶。軟件方面，采用機(jī)器語言、匯編語言。應(yīng)用領(lǐng)域以軍事和科學(xué)計算為主。特點(diǎn)是體積大、功耗高、可靠性差、速度慢（一般為每秒數(shù)千次至數(shù)萬次）、價格昂貴，但第一代計算機(jī)為以后的計算機(jī)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

（2）第二代計算機(jī)（1958—1964年）：晶體管計算機(jī)。

硬件方面，邏輯元件采用晶體管，主存儲器采用磁芯，外存儲器采用磁盤。軟件方面，出現(xiàn)了以批處理為主的操作系統(tǒng)、高級語言及其編譯程序。應(yīng)用領(lǐng)域以科學(xué)計算和事務(wù)處理為主，并開始進(jìn)入工業(yè)控制領(lǐng)域。特點(diǎn)是體積縮小、能耗降低、可靠性提高、運(yùn)算速度提高（一般為數(shù)十萬次每秒，可高達(dá)300萬次每秒），性能相比第一代計算機(jī)有很大的提高。

（3）第三代計算機(jī)（1965—1970年）：中小規(guī)模集成電路計算機(jī)。

硬件方面，邏輯元件采用中、小規(guī)模集成電路（MSI、SSI），主存儲器仍采用磁芯。軟件方面，出現(xiàn)了分時操作系統(tǒng)以及結(jié)構(gòu)化、規(guī)模化程序設(shè)計方法。應(yīng)用領(lǐng)域開始進(jìn)入文字處理和圖形圖像處理領(lǐng)域。特點(diǎn)是速度更快（一般為數(shù)百萬次至數(shù)千萬次每秒）、可靠性顯著提高、價格進(jìn)一步下降，產(chǎn)品走向了通用化、系列化和標(biāo)準(zhǔn)化。

（4）第四代計算機(jī)（1971年至今）：大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路計算機(jī)。

硬件方面，邏輯元件采用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路（LSI和VLSI）。軟件方面，出現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)和面向?qū)ο笳Z言等。1971年世界上第一臺微處理器在美國硅谷誕生，開創(chuàng)了微型計算機(jī)的新時代。應(yīng)用領(lǐng)域從科學(xué)計算、事務(wù)管理、過程控制逐步走向家庭。

2.計算機(jī)的特點(diǎn)

計算機(jī)作為一種通用的信息處理工具，它具有極高的處理速度、很強(qiáng)的存儲能力、精確的計算邏輯判斷能力，其主要特點(diǎn)如下。

（1）運(yùn)算速度快。截至2019年年底，超級計算機(jī)的運(yùn)算速度已經(jīng)達(dá)到每秒數(shù)十億億次，微型計算機(jī)也可以高達(dá)每秒幾萬億次以上，使大量復(fù)雜的科學(xué)計算問題得以解決。

（2）計算精確度高。科學(xué)技術(shù)的發(fā)展尤其是尖端科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，需要高度精確地計算。計算機(jī)的計算精度從千分之幾到百萬分之幾，令其他任何計算工具都望塵莫及。

（3）具有記憶和邏輯判斷能力。隨著計算機(jī)存儲容量的不斷增大，可存儲記憶的信息越來越多。計算機(jī)不僅能進(jìn)行計算，而且能把參加運(yùn)算的數(shù)據(jù)、程序以及計算結(jié)果保存起來，以供用戶隨時調(diào)用。還可以對各種信息通過編碼進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，甚至進(jìn)行推理和證明。

（4）具有自動控制能力。計算機(jī)內(nèi)部操作是根據(jù)人們事先編好的程序自動控制進(jìn)行的。用戶根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要，事先設(shè)計好運(yùn)行步驟與程序，計算機(jī)會十分嚴(yán)格地按設(shè)定的步驟操作，整個過程無須人工干預(yù)。

（5）可靠性高。計算機(jī)的運(yùn)行不會受外力、情緒的影響，只要內(nèi)部元器件不損壞就可以連續(xù)工作。

3.計算機(jī)的應(yīng)用

計算機(jī)的應(yīng)用已滲透到社會的各個領(lǐng)域，正在改變著傳統(tǒng)的工作、學(xué)習(xí)和生活方式，推動著社會的發(fā)展。總結(jié)起來計算機(jī)的主要應(yīng)用領(lǐng)域有以下幾個方面。

（1）科學(xué)計算。

科學(xué)計算也稱為數(shù)值計算，是計算機(jī)最基本的功能之一。計算機(jī)最開始是為了解決科學(xué)研究和工程設(shè)計中遇到的大量數(shù)學(xué)問題中的數(shù)值計算而研制的計算工具。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，數(shù)值計算在現(xiàn)代科學(xué)研究中的地位不斷提高，在尖端科學(xué)領(lǐng)域中顯得尤為重要。例如衛(wèi)星運(yùn)行軌跡、水壩應(yīng)力、氣象預(yù)報、油田布局、潮汐規(guī)律等，這些無法用人工解決的復(fù)雜的數(shù)值計算，都可以使用計算機(jī)快速而準(zhǔn)確地解決。

（2）數(shù)據(jù)處理。

數(shù)據(jù)處理也叫信息處理，是計算機(jī)應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域。電子計算機(jī)早期主要用于數(shù)值計算，但不久應(yīng)用范圍就突破了這個局限，除了能進(jìn)行數(shù)值計算之外，還能對字母、符號、表格、圖形、圖像等信息進(jìn)行處理。計算機(jī)系統(tǒng)也發(fā)展了非數(shù)值算法和相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，現(xiàn)代計算機(jī)可對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分類、排序、統(tǒng)計、制表、計算等方面的加工，并對處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和傳輸。與科學(xué)計算相比，數(shù)據(jù)處理的特點(diǎn)是數(shù)據(jù)輸入/輸出量大，而計算則相對簡單得多。

計算機(jī)的應(yīng)用從數(shù)值計算發(fā)展到非數(shù)值計算的數(shù)據(jù)處理，大大拓寬了計算機(jī)應(yīng)用的領(lǐng)域。目前，計算機(jī)的信息處理已經(jīng)應(yīng)用得非常普遍，如人事管理、庫存管理、財務(wù)管理、圖書資料管理、商業(yè)數(shù)據(jù)交流、情報檢索和經(jīng)濟(jì)管理等。信息處理已成為當(dāng)代計算機(jī)的主要任務(wù)，是現(xiàn)代化管理的基礎(chǔ)。

（3）自動控制。

自動控制是通過計算機(jī)對某一過程進(jìn)行自動操作的行為，它不需要人工干預(yù)，能夠按人預(yù)定的目標(biāo)和預(yù)定的狀態(tài)進(jìn)行過程控制。所謂過程控制是指對操作數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時采集、檢測、處理和判斷，按最佳值進(jìn)行調(diào)節(jié)的過程。

計算機(jī)加上感應(yīng)檢測設(shè)備及模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，就構(gòu)成了自動控制系統(tǒng)。使用計算機(jī)進(jìn)行自動控制可大大提高控制的實(shí)時性和準(zhǔn)確性，提高勞動效率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，縮短生產(chǎn)周期，目前被廣泛用于操作復(fù)雜的鋼鐵工業(yè)、石油化工業(yè)和醫(yī)藥工業(yè)等生產(chǎn)過程中。計算機(jī)自動控制還在國防和航空航天領(lǐng)域中起著決定性作用，例如無人駕駛飛機(jī)、導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星和宇宙飛船等飛行器的控制，都是靠計算機(jī)來實(shí)現(xiàn)的。可以說計算機(jī)在現(xiàn)代國防和航空航天領(lǐng)域是必不可少的。

（4）輔助設(shè)計和輔助教學(xué)。

計算機(jī)輔助設(shè)計（Computer Aided Design，CAD）是指借助計算機(jī)的幫助自動或半自動地完成各類工程設(shè)計工作。目前CAD技術(shù)已應(yīng)用于飛機(jī)設(shè)計、船舶設(shè)計、建筑設(shè)計、機(jī)械設(shè)計和大規(guī)模集成電路設(shè)計等。采用計算機(jī)輔助設(shè)計，可以縮短設(shè)計時間，提高工作效率，節(jié)省人力、物力和財力，更重要的是提高了設(shè)計質(zhì)量。CAD已經(jīng)得到各國工程技術(shù)人員的高度重視，有些國家甚至把CAD和計算機(jī)輔助制造（Computer Aided Manufacturing）、計算機(jī)輔助測試（Computer Aided Test）及計算機(jī)輔助工程（Computer Aided Engineering）組成一個集成系統(tǒng)，使設(shè)計、制造、測試和管理有機(jī)地組成為一體，形成高度的自動化系統(tǒng)，因此產(chǎn)生了自動化生產(chǎn)線和“無人工廠”。

計算機(jī)輔助教學(xué)（Computer Aided Instruction，CAI）是指用計算機(jī)來輔助完成教學(xué)計劃或模擬某個實(shí)驗(yàn)過程。計算機(jī)可按不同要求，分別提供所需的教材內(nèi)容，還可以個別教學(xué)，及時指出學(xué)生在學(xué)習(xí)中出現(xiàn)的錯誤，根據(jù)計算機(jī)對學(xué)生的測試成績決定學(xué)生的學(xué)習(xí)從一個階段進(jìn)入另一個階段。CAI不僅能夠減輕教師的負(fù)擔(dān)，還能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量，為培養(yǎng)現(xiàn)代化高質(zhì)量人才提供有效的方法。

（5）人工智能。

人工智能（Artificial Intelligence，AI）是指計算機(jī)模擬人類某些智力行為的理論、技術(shù)和應(yīng)用。人工智能是計算機(jī)應(yīng)用的一個重要領(lǐng)域，這方面的研究和應(yīng)用正處于高速發(fā)展階段，在醫(yī)療診斷、定理證明、語言翻譯、機(jī)器人等方面已取得了顯著的成效。例如，用計算機(jī)模擬人腦的部分功能進(jìn)行思維學(xué)習(xí)、推理、聯(lián)想和決策，使計算機(jī)具有一定的“思維能力”。

機(jī)器人是計算機(jī)人工智能的典型例子，其核心就是計算機(jī)。第一代機(jī)器人的代表是機(jī)械手；第二代機(jī)器人對外界信息能夠反饋，有一定的觸覺、視覺和聽覺；第三代機(jī)器人是智能機(jī)器人，具有感知和理解周圍環(huán)境，使用語言、推理、規(guī)劃和操縱工具的技能，可以模仿人完成某些動作。機(jī)器人不怕疲勞，精確度高，適應(yīng)力強(qiáng)，現(xiàn)已開始用于搬運(yùn)、噴漆、焊接、裝配等工作中。機(jī)器人還能代替人在危險工作中進(jìn)行繁重的勞動，如在有放射線、污染有毒、高溫、低溫、高壓和水下等環(huán)境中工作。

（6）多媒體技術(shù)應(yīng)用。

隨著電子技術(shù)特別是通信和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人們已經(jīng)有能力把文本、動畫、圖形、圖像、音頻、視頻等各種媒體綜合起來，構(gòu)成一種全新的概念——多媒體（Multimedia）。在醫(yī)療、教育、商業(yè)、銀行、保險、行政管理、軍事、工業(yè)、廣播和出版等領(lǐng)域中，多媒體的應(yīng)用發(fā)展很快。

（7）計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)高度發(fā)展和密切結(jié)合的產(chǎn)物，它利用通信設(shè)備和線路將地理位置不同、功能獨(dú)立的多個計算機(jī)系統(tǒng)互聯(lián)起來，以功能完善的網(wǎng)絡(luò)軟件實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中資源共享和信息傳遞的系統(tǒng)。

人類已經(jīng)進(jìn)入信息社會，處理信息的計算機(jī)和傳輸信息的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)組成了信息社會的基礎(chǔ)。目前，各種各樣的計算機(jī)局域網(wǎng)在學(xué)校、政府機(jī)關(guān)甚至家庭中起著舉足輕重的作用，全世界最大的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)Internet（因特網(wǎng)）把整個地球變成了一個小小的村落，人們通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與信息的查詢、高速通信服務(wù)（電子郵件、電視電話、電視會議、文檔傳輸）、電子教育、電子娛樂、電子商務(wù)、遠(yuǎn)程醫(yī)療和會診、交通信息管理等。

4.計算機(jī)的分類

（1）按照性能指標(biāo)分類：

① 巨型機(jī)：高速度、大容量。

② 大型機(jī)：速度快、應(yīng)用于軍事技術(shù)科研領(lǐng)域。

③ 小型機(jī)：結(jié)構(gòu)簡單、造價低、性能價格比突出。

④ 微型機(jī)：體積小、重量輕、價格低。

（2）按照用途分類：

① 專用機(jī)：針對性強(qiáng)、特定服務(wù)、專門設(shè)計。

② 通用機(jī)：通過科學(xué)計算、數(shù)據(jù)處理、過程控制解決各類問題。

（3）按照原理分類：

① 數(shù)字機(jī)：速度快、精度高、自動化、通用性強(qiáng)。

② 模擬機(jī)：用模擬量作為運(yùn)算量，速度快、精度差。

③ 混合機(jī)：集中前兩者優(yōu)點(diǎn)、避免其缺點(diǎn)，處于發(fā)展階段。

1.1.5 知識拓展

1.計算機(jī)的誕生

1946年2月，世界上第一臺電子數(shù)字計算機(jī)ENIAC（Electronic Numerical Integrator and Calculator）在美國誕生，它是在美國陸軍部贊助下，由美國國防部和賓夕法尼亞大學(xué)共同研制的。ENIAC使用了約18000只電子管，約10000只電容，約7000只電阻，體積約3000立方英尺，占地約170平方米，重量約30噸，耗電約140～150千瓦，是一個名副其實(shí)的“龐然大物”，如圖1-1所示。

ENIAC誕生后的短短幾十年間，計算機(jī)的發(fā)展突飛猛進(jìn)。主要是電子元器件相繼使用了真空電子管，晶體管，中、小規(guī)模集成電路和大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路，實(shí)現(xiàn)了計算機(jī)的幾次更新?lián)Q代。目前，計算機(jī)的應(yīng)用已擴(kuò)展到社會的各個領(lǐng)域。

2.計算機(jī)的發(fā)展趨勢

（1）巨型化。巨型化是指研制速度更快、存儲量更大、功能更強(qiáng)大的巨型計算機(jī)。其運(yùn)算能力一般在億億次每秒以上、內(nèi)存容量在幾百吉字節(jié)以上，主要應(yīng)用于天文、氣象、地質(zhì)、核技術(shù)、航天飛機(jī)和衛(wèi)星軌道計算等尖端科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。巨型計算機(jī)的技術(shù)水平是衡量一個國家技術(shù)和工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。

（2）微型化。微型化是指利用微電子技術(shù)和超大規(guī)模集成電路技術(shù)，把計算機(jī)的體積進(jìn)一步縮小，價格進(jìn)一步降低。計算機(jī)的微型化已成為計算機(jī)發(fā)展的重要方向，各種筆記本電腦和PDA的大量面世就是計算機(jī)的微型化的一個標(biāo)志。

（3）網(wǎng)絡(luò)化。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以更好地管理網(wǎng)上的資源，它把整個因特網(wǎng)虛擬為功能強(qiáng)大的一體化系統(tǒng)，猶如一臺巨型機(jī)，在這個動態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)計算資源、存儲資源、數(shù)據(jù)資源、信息資源、知識資源和專家資源的全面共享，從而讓用戶享受可靈活控制的、智能的、協(xié)作式的信息服務(wù)，并獲得前所未有的使用方便性。

（4）智能化。計算機(jī)智能化是指計算機(jī)具有模擬人的感覺和思維過程的能力。智能化的研究包括模擬識別、物形分析、自然語言的生成和理解、博弈、定理自動證明、自動程序設(shè)計、專家系統(tǒng)、學(xué)習(xí)系統(tǒng)以及智能機(jī)器人等。目前已研制出多種具有人的部分智能的機(jī)器人，可以代替人在一些危險的工作崗位上工作。

（5）多媒體化。多媒體計算機(jī)是當(dāng)前計算機(jī)領(lǐng)域中最引人注目的高新技術(shù)之一。多媒體計算機(jī)就是利用計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和大眾傳播技術(shù)，來綜合處理多種媒體信息的計算機(jī)。這些信息包括文本、視頻圖像、圖形、聲音和文字等。多媒體技術(shù)使多種信息建立了有機(jī)聯(lián)系，并集成為一個具有人機(jī)交互性的系統(tǒng)。多媒體計算機(jī)將真正改善人機(jī)界面，使計算機(jī)朝著人類接受和處理信息的最自然的方式發(fā)展。

1.1.6 技能訓(xùn)練

練習(xí)：

（1）去計算機(jī)市場參觀，瀏覽各種不同形狀和種類的計算機(jī)實(shí)體。

（2）去超市、銀行或其他公共服務(wù)部門觀察這些場合的計算機(jī)的用途。