初中信息技术理论基础教材

第三代：集成电路计算机(1964~1970)
• • • • •
• • • •
物理元件 内 存 外 存 工作速度 软 件
中小规模集成电路（硅） 半导体存储器 磁带或磁盘 几十万～几百万次/秒 高级算法语言、操作 系统 应 用 计算、管理及控制 代表机型 IBM System /360 优 点 体积更小、速度更快、能 耗更小、寿命更长 发展特点 计算机设计出现了标准化、 通用化、系列化的局面
2)控制器
控制器是整个计算机的控制枢纽，用于控制计算机各部 件协调地工作。
CPU的主要参数：
• 字长：在计算机中，作为一个整体参与运算、处理和传送 的一串二进制数，称为一个字。组成该字的二进制“数” 的“位数”称为“字长”。字长等于CPU中通用寄存器的 位数。因此在用字长来区分计算机时，常把计算机说成 “8位机”、“16位机”、“32位机”、“64位机”。 • 主频：对同一型号的CPU还可按他们的主频进一步加以区 分，例：100、133、166、200、233、266、300……MHZ， 4GHZ等。主频是表征计算机运算速度的主要参数。
信息技术理论基础
一、计算机的发展史 二、计算机硬件基础 三、计算机软件 四、计算机病毒及防治
一、计算机的发展史
（一）第一台电子计算机
第一台计算机是美国军方定制，专门为了计算弹道和射击特 性表面而研制的。 1946年2月14日，在美国宾夕法尼亚大学，世界上第一台电子 数字计算机ENIAC。 1946年这台计算机主要元器件采用的是电子管。该机使用了 1500个继电器，18800个电子管，占地170m2，重量重达30多吨 ，耗电150KW，造价48万美元。开机时让周围居民暂时停电。 这台计算机每秒能完成5000次加法运算，400次乘法运算，比 当时最快的计算工具快300倍，是继电器计算机的1000倍、手 工计算的20万倍。用今天的标准看，它是那样的“笨拙”和 “低级”，其功能远不如一只掌上可编程计算器，但它使科 学家们从复杂的计算中解脱出来，它的诞生标志着人类进入 了一个崭新的信息革命时代。
冯·诺依曼（1903~1957），著名匈牙利裔美 籍数学家,计算机科学家,物理学家和化学家 。 1903年12月28日生于匈牙利布达佩斯的一个 犹太人家庭。在现代计算机、博弈论、核武 器和生化武器等诸多领域内有杰出建树的最 伟大的科学全才之一，被后人称为“计算机 之父”和“博弈论之父”。 布达佩斯大学数 学博士。先后执教于柏林大学和汉堡大学。 1930年前往美国，后入美国籍。历任普林斯 顿大学、普林斯顿高级研究所教授，美国原 子能委员会会员。美国全国科学院院士。早 期以算子理论、共振论、量子理论、集合论 等方面的研究闻名，开创了冯·诺依曼代数。 第二次世界大战期间为第一颗原子弹的研制 作出了贡献。
第四代（超）大规模集成电路计算机（1971-2016） 随着大规模集成电路的成功制作并用于计算机硬件生产过程， 计算机的体积进一步缩小，性能进一步提高。集成更高的大 容量半导体存储器作为内存储器，发展了并行技术和多机系 统，出现了精简指令集计算机（RISC），软件系统工程化、 理论化，程序设计自动化。微型计算机在社会上的应用范围 进一步扩大，几乎所有领域都能看到计算机的“身影”。
体积微型化
ENIAC
资源网络化
使用远程资源，共享程序、
数据和信息资源，网络用户
的通讯和合作。
处理智能化
“总有一天，人类会造出一些举止跟
人 一样的‘没有灵魂的机械’来”。
——笛卡尔
Deepblue
计算机的分类
巨型机 大型机 中型机
小型机
微型机
工作站
计算机的主要用途
• • • • 科学计算（数值计算）： 数据处理（信息处理） ： 自动控制 计算机辅助系统
第二代：晶体管计算机(1958~1964)
• 物理元件 •内 存 •外 • • • • • 存 晶体管 磁芯 磁带或磁盘
工作速度 几十万次／秒 软 件 高级算法语言 应 用 事务管理及工业控制 代表机型 IBM 7000 系列 优 点 体积小，寿命长，速度 快，能耗少，可靠性高
第三代 中小规模集成电路计算机（1964-1971） 20世纪60年代中期，随着半导体工艺的发展，成功制造 了集成电路。中小规模集成电路成为计算机的主要部件，主 存储器也渐渐过渡到半导体存储器，使计算机的体积更小， 大大降低了计算机计算时的功耗，由于减少了焊点和接插件， 进一步提高了计算机的可靠性。在软件方面，有了标准化的 程序设计语言和人机会话式的Basic语言，其应用领域也进 一步扩大。
• 人工智能
二、计算机硬件基础
一个完整的计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。
1. 硬件系统
计算机硬件是人们看得见、摸得着的实体，它是由一组 设备组装而成的，将这些设备作为一个统一体而协调运行， 故称之为硬件系统。计算机硬件主要由运算器、控制器、存 储器、输入设备和输出设备五部分组成。
1．运算器
第四代：超大规模集成电路计算机
• 物理元件 • 内 存
• 外 存
（超）大规模集成电路 半导体存储器
磁盘和光盘
1971年--现在
• 工作速度 • 软 件 • 应 用
几百万～几千万次／秒 操作系统和应用软件 以计算机网络为特征
计算机发展历程表格
时代 一 二 年份 1946－1958 1958－1964 主要元件 电子管 晶体管 软件 机器语言 汇编语言 高级语言 应用领域 科学计算 数据处理 工业控制
冯·诺伊曼对世界上第一台电子计算机ENIAC(电子数字积分计算机)的设
计提出过建议，1945年3月他在共同讨论的基础上起草ENIAC(电子离散变量 自动计算机)设计报告初稿，这对后来计算机的设计有决定性的影响，特别 是确定计算机的结构，采用存储程序以及二进制编码等，至今仍 为电子计算机设计者所遵循。
4)输入/输出设备（Input/ Output Device）
输入输出设备是实现人与计算机之间相互 联系的部件。其主要功能是实现人—机对话、 输入与输出以及各种形式的数据变换等。
wenku.baidu.com
常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、 触摸屏等。
常用的输出设备有显示器、打印机、绘图 仪和音响等。
2.计算机的硬件设备
3)存储器（Memory） 存储器是计算机用来存放程序和数据的记忆装
置。
计算机中的全部信息，包括输入的原始信息， 经过计算机初步加工后的中间信息以及最后处理得 到的结果信息都记忆或存储在存储器中。另外，对 数据信息进行加工处理的一系列指令所构成的程序 也存放其中。 存储器分为两大类：内存储器和外存储器。
三
1964－1971
中小规模集 操作系统 成电路 高级语言
高级语言逐 步广泛应用、 文字处理
四
1971－现在
（超）大规 数据库、网 普及到社会 模集成电路 络等 生活各方面
计算机发展趋势
巨型化
微型化
网络化
智能化
功能巨型化
天气预报、地震机理研究、石油和地质 勘探，卫星图像 处理等大量科学计算的高科技 领域。
冯·诺依曼从小就显示出数学和记忆方面的天才，从孩提时代起， 冯诺依曼就有过目不忘的天赋，六岁时他就能用希腊语同父亲互相开玩 笑。六岁时他能心算做八位数除法，八岁时掌握微积分，在十岁时他花 费了数月读完了一部四十八卷的世界史，并可以对当前发生的时间和历 史上某个时间做出对比，并讨论两者的军事理论和政治策略 ，十二岁 就读懂领会了波莱尔的大作《函数论》要义。 1914年夏天，约翰进入了大学预科班学习，是年7月28日，第一次 世界大战暴发，冯·诺依曼全家离开过匈牙利，以后再重返布达佩斯。 当然他的学业也会受到影响。但是在毕业考试时，冯·诺依曼的成绩仍 名列前茅（除体育和书写外，都是A）。 1921年，冯·诺依曼通过“成熟”考试时，已被大家当作数学家了。 他的第一篇论文是和菲克特合写的，那时他还不到18岁。麦克斯由于考 虑到经济上原因，请人劝阻年方17的冯·诺依曼不要专攻数学，后来父 子俩达成协议，冯·诺依曼便去攻读化学。 其后的四年间，冯·诺依曼在布达佩斯大学注册为数学方面的学生， 但并不听课，只是每年按时参加考试，考试都得A。与此同时，冯·诺 依曼进入柏林大学(1921年)，1923年又进入瑞士苏黎世联邦工业大学学 习化学。1926年他在苏黎世联邦工业大学获得化学方面的大学毕业学位， 通过在每学期期末回到布达佩斯大学通过课程考试，他也获得了布达佩 斯大学数学博士学位。
第一代 电子管计算机（1946-1957） 这一阶段计算机的主要特征是采用电子管元件作基本器件， 用光屏管或汞延时电路作存储器，输入与输出主要采用穿孔卡 片或纸带，体积大、耗电量大、速度慢、存储容量小、可靠性 差、维护困难且价格昂贵。在软件上，通常使用机器语言或者 汇编语言，来编写应用程序。因此这一时代的计算机主要用于 科学计算。 这时的计算机的基本线路 是采用电子管结构，程序从 人工手编的机器指令程序， 过渡到符号语言，第一代电 子计算机是计算工具革命性 发展的开始，它所采用的二 进位制与程序存贮等基本技 术思想，奠定了现代电子计 算机技术基础。以冯·诺依 曼为代表。
4．输入设备
2. 控制器
5．输出设备
3．存储器［①主存储器（内存） ②辅助存储器（外存）］
运 算 器 和 控 制 器 合 在一 起 称为 中 央处 理器 CPU（Central Processig Unit），它是计算机的 核心部件。 1)运算器
运算器的主要功能就是对二进制数据进行算术运算和逻 辑运算，所以也称算术逻辑单元。
最早的应用领域 最广泛的应用领域
–计算机辅助设计CAD（Computer Aided Design） –计算机辅助制造CAM（Computer Aided Manufacturing） –计算机辅助工程CAE（Computer Aided Engineering） –计算机集成制造系统CIMS（Computer Integrated Manufacturing System） –计算机辅助教学CAI（Computer Aided Instruction）
冯·诺依曼的这种不参加听课只参加考试的求学方式， 当时是非常特殊的，就整个欧洲来说也是完全不合规则的。 但是这不合规则的学习方法，却又非常适合冯·诺依曼。 逗留在苏黎世期间，冯·诺依曼常常利用空余时间研 读数学、写文章和数学家通信。在此期间冯·诺依曼受到 了希尔伯特和他的学生施密特和外尔的思想影响，开始研 究数理逻辑。当时外尔和波伊亚两位也在苏黎世，他和他 们有过交往。一次外尔短期离开苏黎世，冯·诺依曼还代 他上过课。聪慧加上得天独厚的栽培，冯·诺依曼在茁壮 地成长，当他结束学生时代的时候，他已经漫步在数学、 物理、化学三个领域的某些前沿。 …………
第一代：电子管计算机（1946~1957)
• • • • • • • 内 存 外 存 工作速度 软 件 应 用 代表机型 特 点 延迟线或磁芯 纸带、卡片或磁带 几千～一万次／秒 机器语言或汇编语言 科学计算 ENIAC 体积庞大，运算速度低，成本高
第二代 晶体管计算机（1957-1964） 20世纪50年代中期，晶体管的出现使计算机生产技术得 到了根本性的发展，由晶体管代替电子管作为计算机的基础 器件，用磁芯或磁鼓作存储器，在整体性能上，比第一代计 算机有了很大的提高。同时程序语言也相应的出现了，如 Fortran，Cobol，Algo160等计算机高级语言。晶体管计算 机被用于科学计算的同时，也开始在数据处理、过程控制方 面得到应用。 晶体管不仅能实现电子管的功能，又具有尺寸小、重量 轻、寿命长、效率高、发热少、功耗低等优点。使用晶体管 后，电子线路的结构大大改观，制造高速电子计算机就更容 易实现了。
2）主板 • 主板又称系统板或母板（mother board），是计 算机主机的核心，被固定在机箱内。计算机整体 性能是否能稳定有效地得到发挥，主板将起到非 常重要的作用。
通常，计算机硬件设备可分为三大部分： 主机：安装在机箱里面的硬件与机箱，被称为主机。 输出设备：如显示器、打印机等。 输入设备：如键盘、鼠标及手写板等。
（1）主机
• 主机由机箱和机箱中的组件构成。其中主机箱 中的主要组件有主板、CPU、内存条、 硬盘、软 盘驱动器、光驱、显卡、声卡及电源等。
1） 主机箱