計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)

第1節(jié)? 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)

一、計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史

1.計(jì)算機(jī)的誕生

1.馮·諾依曼

（1）籍貫：美國(guó)匈牙利人。

（2）稱(chēng)號(hào)：計(jì)算機(jī)之父、現(xiàn)代計(jì)算機(jī)之父、博弈論之父。

（3）成就：馮·諾依曼體系機(jī)構(gòu)計(jì)算機(jī)。

（4）其他稱(chēng)號(hào)：現(xiàn)代計(jì)算機(jī)之父、博弈論之父。

2.艾蘭·圖靈

（1）籍貫：英國(guó)。

（2）稱(chēng)號(hào)：人工智能之父。

（3）成就

?????? ①圖靈測(cè)試：測(cè)試一臺(tái)機(jī)器是否具有人工智能。

②圖靈機(jī)：一種抽象的概念模型，非實(shí)物。

③圖靈獎(jiǎng)：計(jì)算機(jī)界的諾貝爾獎(jiǎng)。

3.巴貝奇

（1）籍貫：英國(guó)。

（2）成就

?????? ①分析機(jī)和差分機(jī)的設(shè)計(jì)者。

?????? ②分析機(jī)：現(xiàn)代通用計(jì)算機(jī)的雛形。

4.香農(nóng)

（1）籍貫：美國(guó)。

（2）稱(chēng)號(hào)：信息論的創(chuàng)始人。

2.世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)

1. ENIAC

?????? 目的：用于軍事和科學(xué)計(jì)算

?????? 名稱(chēng)：ENIAC(埃尼阿克)

?????? 時(shí)間：1946年2月14日

?????? 地點(diǎn)：美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)

?????? 結(jié)構(gòu)：非馮體系（沒(méi)有采用二進(jìn)制、沒(méi)有采用存儲(chǔ)程序控制原理）

?????? 意義：世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)

?????? 發(fā)明者：艾克特和莫克利

2. EDVAC

名稱(chēng)：EDVAC(艾迪威克)

意義：世界上第一臺(tái)馮·諾依曼結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)(概念上)；世界上第二臺(tái)計(jì)算機(jī)

3. EDSAC

名稱(chēng)：EDSAC(愛(ài)達(dá)賽克)

意義：世界上第一臺(tái)馮·諾依曼結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)(實(shí)際上)

4. UNIVAC

?????? 名稱(chēng)：UNIVAC(尤里瓦克)

?????? 意義：世界上第一臺(tái)商用計(jì)算機(jī)

3.計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程

4.計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢(shì)

1.硬件方向

?????? 光學(xué)計(jì)算機(jī)：利用光束代替電子進(jìn)行計(jì)算和存儲(chǔ)。

?????? 生物計(jì)算機(jī)(分子計(jì)算機(jī))：利用蛋白質(zhì)分子構(gòu)成生物芯片。

?????? 量子計(jì)算機(jī)：利用量子力學(xué)進(jìn)行高速計(jì)算。

2.技術(shù)方向

?????? 在技術(shù)方面，未來(lái)計(jì)算機(jī)朝著：巨型化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化、多媒體化、智能化的方向發(fā)展。

5.我國(guó)計(jì)算機(jī)的發(fā)展

1956年，引入計(jì)算機(jī)理論

1958年，第一臺(tái)電子管計(jì)算機(jī)103機(jī)(八一型)

1964年，第一臺(tái)晶體管電子計(jì)算機(jī)

1974年，第一臺(tái)集成電路計(jì)算機(jī)

1983年，我國(guó)第一臺(tái)億次計(jì)算機(jī)“銀河-I”號(hào)

2002年，我國(guó)第一款通用CPU——“龍芯”芯片

2009年，曙光5000A

2010年，“天河一號(hào)”

2016年，“神威·太湖之光”，世界上首臺(tái)每秒運(yùn)算次數(shù)超過(guò)十億億次的計(jì)算機(jī)

二、計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)

運(yùn)算速度快：運(yùn)算速度能夠達(dá)到每秒上億次。

存儲(chǔ)容量大：專(zhuān)門(mén)的記憶部件，存儲(chǔ)器。

計(jì)算精度高/可靠性強(qiáng)：采用二進(jìn)制計(jì)算，二進(jìn)制位數(shù)越多，計(jì)算精度越高。

通用性強(qiáng)：只要能抽象出數(shù)學(xué)模型，都可以使用程序來(lái)描述。

具有邏輯判斷能力：可以進(jìn)行邏輯運(yùn)算。

程序存儲(chǔ)控制：是區(qū)別于其他計(jì)算工具的本質(zhì)特征。

支持人機(jī)交互：計(jì)算機(jī)軟件是人機(jī)交互的橋梁。

三、計(jì)算機(jī)的分類(lèi)

1.按性能或者規(guī)模劃分

?????? 巨型計(jì)算機(jī)：也叫超級(jí)計(jì)算機(jī)、高性能計(jì)算機(jī)；一般用于軍事和科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域。

?????? 大中型計(jì)算機(jī)：用于軍事和科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域。

?????? 小型計(jì)算機(jī)：用于大小企業(yè)。

?????? 微型計(jì)算機(jī)：也叫個(gè)人計(jì)算機(jī)、PC，使用微處理器作為CPU。

?????? 工作站：一般采用微型計(jì)算機(jī)，在圖像處理能力和任務(wù)并行方面能力更強(qiáng)。

?????? 服務(wù)器： 在網(wǎng)絡(luò)中提供服務(wù)的計(jì)算機(jī)。

?????? 嵌入式計(jì)算機(jī)：應(yīng)用最廣泛的計(jì)算機(jī)。

?????? 【注釋】關(guān)于服務(wù)器：服務(wù)器是一種在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中對(duì)外提供的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。廣義上講，一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)也可以充當(dāng)服務(wù)器，關(guān)鍵是它要安裝網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和各種服務(wù)軟件；狹義上講，服務(wù)器是專(zhuān)指通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)外提供服務(wù)的那些高性能計(jì)算機(jī)。

?????? 根據(jù)提供的服務(wù)，服務(wù)器又可以分為：Web服務(wù)器、FTP服務(wù)器、文件服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器等。

2.根據(jù)用途劃分

?????? 專(zhuān)用計(jì)算機(jī)：針對(duì)某一領(lǐng)域設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)。

?????? 通用計(jì)算機(jī)：通用性強(qiáng)，具有很強(qiáng)的綜合處理能力。

3.根據(jù)處理信號(hào)的不同劃分

?????? 模擬計(jì)算機(jī)：處理連續(xù)的模擬信號(hào)。

?????? 數(shù)字計(jì)算機(jī)：處理離散的數(shù)字信號(hào)。

?????? 數(shù)字模擬混合式計(jì)算機(jī)：既能處理數(shù)字信號(hào)，也能處理模擬信號(hào)。

四、計(jì)算機(jī)的應(yīng)用

1.科學(xué)計(jì)算

?????? 也稱(chēng)為數(shù)值計(jì)算，是計(jì)算機(jī)應(yīng)用最早的領(lǐng)域。

?????? 一般應(yīng)用于：高能物理、地震預(yù)測(cè)、氣象預(yù)報(bào)、航天技術(shù)、導(dǎo)彈軌跡預(yù)測(cè)等領(lǐng)域。

2.數(shù)據(jù)處理

?????? 也稱(chēng)為信息處理、事物處理、非數(shù)值計(jì)算，是計(jì)算機(jī)應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域。

?????? 一般應(yīng)用于：物資管理、報(bào)表統(tǒng)計(jì)、賬目計(jì)算、信息檢索、信息修改等。

3.輔助工程

CAD：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

CAI：計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)

CMI ：計(jì)算機(jī)輔助管理教學(xué)

CAM：計(jì)算機(jī)輔助制造

CIMS：計(jì)算機(jī)輔助集成制造

CAT ：計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試

CBE：計(jì)算機(jī)輔助教育

CAQ：計(jì)算機(jī)輔助質(zhì)量管理

PDMS：產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

4.過(guò)程控制

?????? 對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中連續(xù)的或按照一定周期程序進(jìn)行的生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制。

5.實(shí)時(shí)控制

?????? 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的過(guò)程控制中，實(shí)時(shí)系統(tǒng)是能夠在確定的時(shí)間內(nèi)執(zhí)行計(jì)算或處理事務(wù)并對(duì)外部事件作出響應(yīng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

6.多媒體應(yīng)用

?????? 以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心，將現(xiàn)代聲像技術(shù)和通信技術(shù)融為一體。

五、計(jì)算機(jī)的新技術(shù)與新應(yīng)用

1.電子商務(wù)

1.概念

電子商務(wù)(Electronic Commerce，EC)是以電子交易方式進(jìn)行商品交易的活動(dòng)和相關(guān)服務(wù)。

2.電子商務(wù)的類(lèi)型

?????? 電子商務(wù)根據(jù)交易的雙方不同，可以分為以下幾種：

?????? ①B2B(Business to Business)，交易雙方是企業(yè)與企業(yè)之間，如阿里巴巴；

?????? ②B2C(Business to Customer)，交易雙方是企業(yè)與消費(fèi)者之間，如京東商城；

?????? ③C2C(Customer to Customer)，交易雙方是消費(fèi)者之間，如淘寶網(wǎng)；

?????? ④O2O(Online to Offline)，交易雙方是線下和線上，線上消費(fèi)，線下服務(wù)，如餓了么，美團(tuán)等。

2.人工智能

1.概念

?????? 人工智能(Artificial Intelligence，AI)是指了利用計(jì)算機(jī)來(lái)模擬人類(lèi)的智能。實(shí)現(xiàn)人工智能的根本途徑是機(jī)器學(xué)習(xí)(Machine Learning，ML)，即通過(guò)讓計(jì)算機(jī)模擬人類(lèi)的學(xué)習(xí)活動(dòng)，自主獲取新知識(shí)。

2.應(yīng)用領(lǐng)域

?????? 目前人工智能系統(tǒng)以多種形態(tài)出現(xiàn)在人們的生活中，小到手機(jī)里的語(yǔ)音助手、人臉識(shí)別、購(gòu)物網(wǎng)站推薦，大到智能家居、無(wú)人機(jī)、無(wú)人駕駛汽車(chē)、工業(yè)機(jī)器人、航空衛(wèi)星等。

3.大數(shù)據(jù)

1.概念

?????? 大數(shù)據(jù)(Big data)，是指具有海量、高增長(zhǎng)率和多樣化的信息資產(chǎn)，它需要全新的處理模式來(lái)增強(qiáng)決策力、洞察發(fā)現(xiàn)力和流程優(yōu)化能力。在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，電子商務(wù)、物聯(lián)網(wǎng)、社交網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)通信等每時(shí)每刻都在產(chǎn)生著海量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)規(guī)模巨大，通常以“PB”、“EB”甚至“ZB”為單位，故稱(chēng)為大數(shù)據(jù)。

2.特征

?????? ①數(shù)據(jù)量巨大(Volume)。

?????? ②數(shù)據(jù)類(lèi)型多(Variety)。

?????? ③速度“快”(Velocity)。

?????? ④價(jià)值密度低(Value)。

3.數(shù)據(jù)處理的思維和方法

?????? ①不是抽樣統(tǒng)計(jì)，而是面向全體樣本。

?????? ②允許不精確性和混雜性。

?????? ③不是因果關(guān)系，而是相互關(guān)系。

4.云計(jì)算

1.概念

?????? 概念：“云”是對(duì)計(jì)算機(jī)集群的一種形象的比喻，每一個(gè)群包括十幾臺(tái)，甚至上百萬(wàn)臺(tái)計(jì)算機(jī)，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)隨時(shí)隨地為用戶(hù)提供各種資源和服務(wù)。

?????? 用戶(hù)只需要一個(gè)能上網(wǎng)的終端設(shè)備（如計(jì)算機(jī)、智能手機(jī)、平板電腦等），無(wú)需關(guān)心數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在哪朵“云”上，也無(wú)需關(guān)心由哪朵“云”來(lái)完成計(jì)算，就可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)，快速地使用云端的資源。

2.云計(jì)算的特點(diǎn)

?????? ①超大規(guī)模。“云”的規(guī)模和計(jì)算能力相當(dāng)巨大，并且可以根據(jù)需求增減相應(yīng)的資源和服務(wù)，規(guī)?？梢詣?dòng)態(tài)伸縮。

?????? ②資源抽象。“云”上的資源被抽象化，用戶(hù)可以采用按需支付的方式購(gòu)買(mǎi)。

?????? ③高可靠性?！霸啤庇?jì)算提供了安全的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式，能夠保證數(shù)據(jù)的可靠性。

3.云計(jì)算的類(lèi)型

?????? ①基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)(IaaS)。IaaS實(shí)質(zhì)就是提供內(nèi)存、I/O設(shè)備、運(yùn)算等硬件方面的服務(wù)，如云存儲(chǔ)、云服務(wù)器、云主機(jī)等。

?????? ②平臺(tái)即服務(wù)(PaaS)。PaaS是指將軟件研發(fā)的平臺(tái)作為一種服務(wù)，提供給用戶(hù)，如云數(shù)據(jù)庫(kù)。

?????? ③軟件即服務(wù)(SaaS)。SaaS是指通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)就直接能使用軟件應(yīng)用，不需要本地安裝，如阿里云提供的短信服務(wù)、郵件推送等。

5.物聯(lián)網(wǎng)

1.概念

簡(jiǎn)單地說(shuō)，物聯(lián)網(wǎng)（The Internet of Thing，IoT）就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)使所有人和物在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)都可以實(shí)現(xiàn)人與人、人與物、物與物之間的信息交互。

2.關(guān)鍵技術(shù)

?????? ①RFID技術(shù)。

?????? ②傳感技術(shù)。

?????? ③嵌入式技術(shù)。

?????? ④位置服務(wù)技術(shù)。

?????? ⑤IPv6技術(shù)。

6.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

1.概念

?????? 虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）是利用計(jì)算機(jī)等設(shè)備來(lái)產(chǎn)生一個(gè)逼真的三維視覺(jué)、觸覺(jué)、嗅覺(jué)等多種感官體驗(yàn)的虛擬世界，從而使處于虛擬世界中的人產(chǎn)生一種身臨其境的感覺(jué)。

2.VR的特征

?????? ①沉浸性。

?????? ②交互性。

?????? ③想象性。

7.移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)

第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)采用的是模擬傳輸技術(shù)。

第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)采用數(shù)字傳輸技術(shù)（GSM，CDMA，JDC，IS-95）。

第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)（3G）：我國(guó)3G目前有三種標(biāo)準(zhǔn)：中國(guó)移動(dòng)使用的TD-SCDMA技術(shù)，中國(guó)聯(lián)通使用的WCDMA技術(shù)，中國(guó)電信使用的CDMA2000技術(shù)。三種不同標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)是互通的，但終端設(shè)備（手機(jī)）互不兼容。

第四代移動(dòng)通信技術(shù)（4G）包括TD-LTE和FDD-LTE兩種制式。

第五代蜂窩通信系統(tǒng)（5G）：是4G網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)版，目的在于讓終端用戶(hù)始終處于聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)，其最高理論傳輸速度可達(dá)每秒鐘數(shù)十Gb。

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