大學(xué)信息技術(shù)基礎(chǔ)

全國高等院校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育“十三五”規(guī)劃教材

大學(xué)信息技術(shù)基礎(chǔ)

汪鈺斌袁黎暉◎主編

徐穎慧◎副主編

馬朝圣◎主審

內(nèi)容簡(jiǎn)介

本書基于一線教師的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)及人們對(duì)知識(shí)的認(rèn)知規(guī)律，以計(jì)算機(jī)的實(shí)際應(yīng)用及教育部高等學(xué)

校大學(xué)計(jì)算機(jī)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)制定的《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求》為指導(dǎo)，精心遴選

了計(jì)算機(jī)知識(shí)中的重要知識(shí)點(diǎn)和操作計(jì)算機(jī)的方法與具體步驟，幫助讀者有效提高計(jì)算機(jī)的認(rèn)知水

平和應(yīng)用能力。

本書共分7章，采用“功能介紹”、“問題驅(qū)動(dòng)”和“實(shí)例操作”相結(jié)合的形式進(jìn)行組織，以軟

件界面、專業(yè)名詞介紹開始，再用案例引導(dǎo)知識(shí)點(diǎn)，并與實(shí)踐相結(jié)合，讓學(xué)生靈活掌握軟件工具的

使用。本書系統(tǒng)地介紹了計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)、操作系統(tǒng)Windows10、文字處理軟件Word2016、電子

表格處理軟件Excel2016、演示文稿制作軟件PowerPoint2016的應(yīng)用，以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全、移

動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用等知識(shí)。每章均配有一定量的練習(xí)題，供學(xué)生加深理解和掌握相關(guān)內(nèi)容。

本書適合作為高等院校大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的教材，也可以作為Office系列軟件培訓(xùn)和計(jì)算機(jī)

愛好者的參考讀本。

圖書在版編目（CIP）數(shù)據(jù)

大學(xué)信息技術(shù)基礎(chǔ)/汪鈺斌，袁黎暉主編.—北京：

中國鐵道出版社有限公司，2020.8

全國高等院校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育“十三五”規(guī)劃教材

ISBN978-7-113-27119-0

Ⅰ.①大…Ⅱ.①汪…②袁…Ⅲ.①電子計(jì)算機(jī)-

高等學(xué)校-教材Ⅳ.①TP3

中國版本圖書館CIP數(shù)據(jù)核字(2020)第136439號(hào)

書名：大學(xué)信息技術(shù)基礎(chǔ)

作者：汪鈺斌袁黎暉

策劃：曹莉群編輯部電話：（010）51873202

責(zé)任編輯：劉麗麗

封面設(shè)計(jì)：尚明龍

責(zé)任校對(duì)：張玉華

責(zé)任印制：郭向偉

出版發(fā)行：中國鐵道出版社有限公司（100054，北京市西城區(qū)右安門西街8號(hào)）

網(wǎng)址：/51eds/

印刷：三河市榮展印務(wù)有限公司

版次：2020年8月第1版2020年8月第1次印刷

開本：787mm×1092mm1/16印張：16.25字?jǐn)?shù)：388千

書號(hào)：ISBN978-7-113-27119-0

定價(jià)：48.50元

版權(quán)所有侵權(quán)必究

凡購買鐵道版圖書，如有印制質(zhì)量問題，請(qǐng)與本社教材圖書營銷部聯(lián)系調(diào)換。電話：（010）63550836

打擊盜版舉報(bào)電話：（010）51873659

前言

在當(dāng)前的發(fā)展規(guī)劃中，國家提出：要全面提高信息化水平，推動(dòng)信息化和工業(yè)化深

度融合，加快經(jīng)濟(jì)社會(huì)各領(lǐng)域信息化；發(fā)展和提升軟件產(chǎn)業(yè)；積極發(fā)展電子商務(wù)；加強(qiáng)

重要信息系統(tǒng)建設(shè)，強(qiáng)化地理、人口、金融、稅收、統(tǒng)計(jì)等基礎(chǔ)信息資源的開發(fā)利用，

實(shí)現(xiàn)電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)“三網(wǎng)融合”，構(gòu)建快速、融合、安全的下一代國家信

息基礎(chǔ)設(shè)施；推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)研發(fā)應(yīng)用；以信息共享、互聯(lián)互通為重點(diǎn)，大力推進(jìn)國家電子

政務(wù)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，整合提升政府公共服務(wù)和管理能力；確?；A(chǔ)信息網(wǎng)絡(luò)和重要信息系統(tǒng)

安全。

近年來，我國在“天河”系列計(jì)算機(jī)、高性能的隱形飛機(jī)、航天事業(yè)等方面都取得

了重大發(fā)展。5G寬帶移動(dòng)上網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)搜索引擎等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，也已經(jīng)在各個(gè)方面影響

著人們的工作與生活。以計(jì)算機(jī)、微電子和通信技術(shù)為特征的當(dāng)今社會(huì)，離不開具備信

息技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力和素養(yǎng)的人才。因此，計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)應(yīng)從傳統(tǒng)的知識(shí)型、

研究型教學(xué)轉(zhuǎn)變到注重培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力和素養(yǎng)上來。

本書基于一線教師的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)及人們對(duì)知識(shí)的認(rèn)知規(guī)律，以計(jì)算機(jī)的實(shí)際應(yīng)用及高

等學(xué)校大學(xué)計(jì)算機(jī)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)組織制定的《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求》

為指導(dǎo)，精心遴選了重要的計(jì)算機(jī)知識(shí)點(diǎn)和操作計(jì)算機(jī)的方法與具體步驟，幫助讀者有

效提高計(jì)算機(jī)的知識(shí)水平和應(yīng)用能力。本書共分7章，采用“功能介紹”、“問題驅(qū)動(dòng)”

和“實(shí)例操作”相結(jié)合的形式進(jìn)行組織，以軟件界面、專業(yè)名詞介紹開始，再用案例引

導(dǎo)知識(shí)點(diǎn)，并與實(shí)踐相結(jié)合，讓學(xué)生靈活掌握軟件工具的使用。本書系統(tǒng)地介紹了計(jì)算

機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)、操作系統(tǒng)Windows10、文字處理軟件Word2016、電子表格處理軟件Excel

2016、演示文稿制作軟件PowerPoint2016的應(yīng)用，以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)

應(yīng)用等知識(shí)。每章均配有一定量的練習(xí)題，供學(xué)生加深理解和掌握相關(guān)內(nèi)容。

本書的編寫特色如下：

（1）教學(xué)內(nèi)容與當(dāng)前國家、社會(huì)就業(yè)市場(chǎng)需求緊密結(jié)合。

（2）突出實(shí)用性，強(qiáng)調(diào)技能培訓(xùn)，面向應(yīng)用，解決問題。

（3）應(yīng)用性和概念性內(nèi)容均與時(shí)俱進(jìn)，具有先進(jìn)性。

（4）知識(shí)內(nèi)容模塊化組織，可供不同院校根據(jù)專業(yè)需求選用，具有良好的教學(xué)適用

性，文理兼顧。

（5）在編寫中既注重了各知識(shí)點(diǎn)的特點(diǎn)，又加強(qiáng)了知識(shí)之間的相互滲透，能提高學(xué)

生綜合利用現(xiàn)有軟件工具解決實(shí)際問題的能力。

（6）編寫風(fēng)格上通俗易懂，生動(dòng)活潑。

本書特別針對(duì)應(yīng)用型本科的教學(xué)特點(diǎn)進(jìn)行組織，比高職教材更具知識(shí)性，比研究型

本科教材更具應(yīng)用性，對(duì)知識(shí)性、應(yīng)用性做了平衡優(yōu)化處理，適合作為高等院校大學(xué)計(jì)

算機(jī)基礎(chǔ)課程的教材，也可作為Office系列軟件培訓(xùn)和計(jì)算機(jī)愛好者的計(jì)算機(jī)文化與技

術(shù)普及讀本。

建議安排48個(gè)學(xué)時(shí)的教學(xué)，其中24個(gè)學(xué)時(shí)為理論教學(xué)，至少24個(gè)學(xué)時(shí)的實(shí)踐上機(jī)

操作。

本書由江西農(nóng)業(yè)大學(xué)南昌商學(xué)院計(jì)算機(jī)教研室的老師聯(lián)合編寫，由汪鈺斌、袁黎暉

任主編，徐穎慧任副主編，全書的編寫分工如下：第1章由袁黎暉編寫，第2章由徐穎

慧編寫，第3章、第4章由汪鈺斌編寫，第5章、第6章、第7章由袁黎暉編寫。全書

由馬朝圣主審、定稿。本書的編寫得到了學(xué)校各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的關(guān)心和支持，在此表示深深的

感謝。

本書案例中所使用的人名、電話號(hào)碼、通信地址等均為虛構(gòu)，如有雷同，實(shí)屬巧合，

煩請(qǐng)見諒！

由于編寫時(shí)間倉促，書中若有疏漏之處，敬請(qǐng)讀者提出寶貴意見！

編者

2020年5月

目錄

第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)1

1.1信息與計(jì)算機(jī)1

1.1.1信息與信息技術(shù)1

1.1.2信息社會(huì)與信息素養(yǎng)2

1.1.3信息處理的歷史與計(jì)算機(jī)3

1.1.4信息的表示11

1.1.5因特網(wǎng)13

1.1.6大數(shù)據(jù)15

1.1.7物聯(lián)網(wǎng)18

1.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)19

1.2.1計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)19

1.2.2計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)25

1.2.3計(jì)算機(jī)基本工作原理27

1.2.4個(gè)人計(jì)算機(jī)28

1.3計(jì)算機(jī)常見設(shè)置34

1.3.1計(jì)算機(jī)硬件構(gòu)成34

1.3.2CMOS常用設(shè)置35

1.3.3硬盤的分區(qū)與格式化35

1.4計(jì)算機(jī)使用中的道德問題38

1.4.1計(jì)算機(jī)犯罪38

1.4.2計(jì)算機(jī)病毒40

1.4.3軟件知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)41

1.4.4計(jì)算機(jī)職業(yè)道德42

1.5計(jì)算機(jī)常用軟件安裝及網(wǎng)絡(luò)設(shè)置43

1.5.1Windows驅(qū)動(dòng)程序43

1.5.2Windows系統(tǒng)優(yōu)化45

1.5.3殺毒軟件安裝與設(shè)置47

1.5.4U盤“文件夾型”病毒查殺軟件的使用48

1.5.5QQ軟件安裝49

II大學(xué)信息技術(shù)基礎(chǔ)

1.5.6計(jì)算機(jī)操作簡(jiǎn)要設(shè)置技巧49

1.5.7局域網(wǎng)共享設(shè)置49

1.6操作題49

操作題1計(jì)算機(jī)文字輸入練習(xí)49

操作題2計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)配置51

習(xí)題152

第2章操作系統(tǒng)Windows1055

2.1Windows10基本知識(shí)55

2.1.1桌面56

2.1.2“開始”菜單57

2.1.3任務(wù)欄60

2.1.4回收站60

2.1.5窗口61

2.1.6菜單62

2.1.7對(duì)話框62

2.2文件管理63

2.2.1文件和文件夾63

2.2.2文件資源管理器64

2.2.3文件與文件夾的操作65

2.3系統(tǒng)設(shè)置69

2.3.1控制面板69

2.3.2設(shè)置系統(tǒng)日期和時(shí)間70

2.3.3設(shè)置顯示屬性71

2.3.4卸載或更改程序75

2.3.5設(shè)置用戶賬戶76

2.3.6設(shè)置顯示器的節(jié)能方式78

2.3.7設(shè)置鼠標(biāo)80

2.3.8設(shè)置多媒體聲音82

2.4Windows10磁盤管理和其他操作84

2.4.1格式化磁盤84

2.4.2磁盤清理84

2.4.3碎片整理85

2.4.4U盤檢測(cè)軟件85

2.4.5WinRAR壓縮軟件87

目錄III

2.4.6系統(tǒng)工具87

2.5案例89

案例1360軟件管家89

案例2創(chuàng)建用戶90

案例3為計(jì)算機(jī)設(shè)置密碼91

2.6操作題91

操作題1Windows10的基礎(chǔ)操作91

操作題2磁盤管理92

操作題3控制面板的使用92

習(xí)題293

第3章文字處理軟件Word201696

3.1Word2016的啟動(dòng)與退出96

3.2Word2016文檔的基本操作97

3.3Word2016文本的輸入和編輯100

3.4Word2016的格式設(shè)置103

3.4.1Word2016文本格式的設(shè)置103

3.4.2Word2016中的圖文混排106

3.4.3Word2016中表格的使用112

3.4.4Word2016中頁眉頁腳和目錄的使用115

3.5案例117

案例1Word文字格式設(shè)置117

案例2圖文混排121

案例3表格操作125

3.6操作題127

操作題1Word文檔的基本操作127

操作題2文字的排版127

操作題3Word圖文混排129

操作題4Word表格的應(yīng)用130

操作題5Word綜合練習(xí)131

習(xí)題3132

第4章電子表格處理軟件Excel2016134

4.1Excel2016的啟動(dòng)與退出134

4.2Excel2016的基本操作134

IV大學(xué)信息技術(shù)基礎(chǔ)

4.2.1工作簿、工作表的操作134

4.2.2在工作表中輸入數(shù)據(jù)138

4.2.3設(shè)置單元格格式139

4.2.4設(shè)置單元格的條件格式141

4.3圖表制作141

4.3.1圖表分類141

4.3.2創(chuàng)建圖表142

4.3.3編輯圖表143

4.4公式和函數(shù)計(jì)算144

4.4.1公式144

4.4.2常用函數(shù)介紹146

4.5數(shù)據(jù)排序、篩選及分類匯總148

4.5.1數(shù)據(jù)排序148

4.5.2數(shù)據(jù)篩選149

4.5.3分類匯總150

4.6案例150

案例1工作簿、工作表的基本操作150

案例2圖表制作152

案例3公式及函數(shù)的使用154

案例4Excel排序、篩選及分類匯總155

4.7操作題156

操作題1工作簿和工作表的操作156

操作題2圖表的運(yùn)用157

操作題3Excel函數(shù)與公式的運(yùn)用158

操作題4數(shù)據(jù)的排序、篩選、分類匯總的運(yùn)用159

習(xí)題4160

第5章演示文稿制作軟件PowerPoint2016165

5.1PowerPoint2016的啟動(dòng)與退出165

5.1.1啟動(dòng)PowerPoint2016165

5.1.2退出PowerPoint2016166

5.2PowerPoint2016的基本操作167

5.2.1建立演示文稿167

5.2.2操作幻燈片167

5.2.3保存、打開和關(guān)閉演示文稿169

目錄V

5.2.4在演示文稿上添加文件170

5.3設(shè)置演示文稿的外觀與動(dòng)畫175

5.3.1設(shè)置演示文稿的外觀175

5.3.2設(shè)置演示文稿的動(dòng)畫與放映179

5.4案例182

案例1電子相冊(cè)的制作182

案例2幻燈片圖形與圖表設(shè)計(jì)187

5.5操作題197

操作題1演示文稿的制作197

操作題2圖片的插入與編輯197

操作題3文稿的切換與播放設(shè)置198

操作題4演示文稿的放映198

習(xí)題5199

第6章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全201

6.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)201

6.1.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述201

6.1.2網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和體系結(jié)構(gòu)203

6.1.3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分類204

6.1.4網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)205

6.1.5常用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備207

6.1.6計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的未來208

6.2Internet基礎(chǔ)209

6.2.1Internet的起源與發(fā)展210

6.2.2Internet提供的服務(wù)210

6.2.3IP地址與域名系統(tǒng)211

6.3互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用213

6.3.1信息檢索213

6.3.2電子商務(wù)213

6.3.3即時(shí)通信214

6.4計(jì)算機(jī)病毒及防治214

6.4.1計(jì)算機(jī)病毒概述214

6.4.2病毒的危害與防治216

6.5案例217

案例1安裝暑期寬帶217

VI大學(xué)信息技術(shù)基礎(chǔ)

案例2資源下載218

案例3宿舍共享220

案例4無線互連223

案例5病毒查殺227

案例6防火墻應(yīng)用229

6.6操作題234

習(xí)題6234

第7章移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用236

7.1移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)概述236

7.1.1移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用背景236

7.1.2移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的定義237

7.1.3移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)237

7.1.4移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)238

7.2社交類移動(dòng)應(yīng)用239

7.2.1移動(dòng)社交概述239

7.2.2移動(dòng)社交APP240

7.2.3社交軟件未來發(fā)展趨勢(shì)242

7.3旅游類移動(dòng)應(yīng)用242

7.3.1旅游類移動(dòng)應(yīng)用介紹242

7.3.2旅游類APP243

7.3.3旅游軟件未來發(fā)展趨勢(shì)245

7.4可穿戴設(shè)備246

7.4.1可穿戴設(shè)備概述246

7.4.2可穿戴設(shè)備的分類與功能247

7.4.3可穿戴設(shè)備未來發(fā)展趨勢(shì)249

習(xí)題7249

第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)

21世紀(jì)是一個(gè)嶄新的信息化時(shí)代。在信息社會(huì)中，信息是一種像材料和能源一樣重要的資源，

以開發(fā)和利用信息資源為目的的信息技術(shù)的發(fā)展徹底改變了人們工作、學(xué)習(xí)和生活的方式。在這

一改變中，計(jì)算機(jī)起到了舉足輕重的作用，無論是從信息的獲取和存儲(chǔ)，還是從信息的加工、傳

輸和發(fā)布來看，計(jì)算機(jī)是名副其實(shí)的信息處理機(jī)，是信息社會(huì)的重要支柱。為了更有效地傳輸和

處理信息，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)運(yùn)而生。

1.1信息與計(jì)算機(jī)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)應(yīng)用已滲透到人們的工作和生活中。本節(jié)討論信息和信息技

術(shù)相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)、計(jì)算機(jī)的發(fā)展及其主要應(yīng)用領(lǐng)域、因特網(wǎng)的發(fā)展及其主要應(yīng)用領(lǐng)域。

1.1.1信息與信息技術(shù)

1．信息

進(jìn)入信息社會(huì)，我們正邁向信息高速公路，迎接一個(gè)信息爆炸的新時(shí)代。人們都在談?wù)撔畔ⅲ?/p>

那什么是“信息”呢？目前尚無統(tǒng)一的定義。從不同的角度和不同的層次出發(fā)，信息可以有許多

不同的解釋。

廣義地說，信息就是消息。一切存在都是信息。對(duì)人類而言，人的五官生來就是為了感受信

息的，它們是信息的接收器，它們所感受到的一切都是信息，讀過的書，聽到的音樂，看到的事

物，想到或感受到的事情，都是信息。

不過，人們一般說到的信息多指信息的交流。信息還可被存儲(chǔ)和使用。

還可以認(rèn)為，信息就是經(jīng)過加工后的數(shù)據(jù)，它對(duì)接收者的決策或行為有現(xiàn)實(shí)或潛在的價(jià)值。

信息的表達(dá)是以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的，根據(jù)不同的目的，可以從原始數(shù)據(jù)中得到不同的信息。例如，“10%”

是一項(xiàng)數(shù)據(jù)，但這一數(shù)據(jù)除了數(shù)字上的意義外，并不表示任何內(nèi)容，而“股票漲了10%”對(duì)接收

者是有意義的，“股票漲了10%”不僅僅有數(shù)據(jù)，更重要的是對(duì)數(shù)據(jù)有一定的解釋，從而使接收者

得到了股票信息。雖然信息都是從數(shù)據(jù)中提取的，但并非一切數(shù)據(jù)都能產(chǎn)生信息。

2．信息技術(shù)

信息技術(shù)（informationtechnology，IT）是研究信息的獲取、傳輸、存儲(chǔ)、處理和應(yīng)用的工程

技術(shù)。

在遠(yuǎn)古時(shí)代，人類靠感覺器官來獲取信息，用語言和動(dòng)作表達(dá)、傳遞信息，用大腦存儲(chǔ)和處

2大學(xué)信息技術(shù)基礎(chǔ)

理信息。在發(fā)明了文字、造紙術(shù)和印刷術(shù)后，人類利用文字、書籍來傳遞信息。19世紀(jì)末，電報(bào)、

電話的誕生，擴(kuò)大了人們信息交流的空間，縮短了信息交流的時(shí)間。進(jìn)入20世紀(jì)后，隨著無線電

技術(shù)、電子計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，人類傳輸和處理信息的能力得到極大的提高，能

夠利用收音機(jī)收聽新聞，通過電視機(jī)收看節(jié)目，用傳真機(jī)傳送圖文資料，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上檢索信

息、進(jìn)行遠(yuǎn)程教育等。

信息技術(shù)主要包括傳感技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和縮微技術(shù)等。傳感技術(shù)的任務(wù)是延長(zhǎng)

人的感覺器官收集信息的功能；通信技術(shù)的任務(wù)是延長(zhǎng)人的神經(jīng)系統(tǒng)傳遞信息的功能；計(jì)算機(jī)技

術(shù)的任務(wù)則是延長(zhǎng)人的思維器官處理信息和決策的功能；縮微技術(shù)的任務(wù)是延長(zhǎng)人的記憶器官

存儲(chǔ)信息的功能。當(dāng)然，這種劃分只是相對(duì)的、大致的，沒有明確的界限。

1.1.2信息社會(huì)與信息素養(yǎng)

1．信息社會(huì)

物質(zhì)、能源和信息是現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的三大基本要素。物質(zhì)可以被加工成材料，能源可以被轉(zhuǎn)

化為動(dòng)力，信息則可以被提煉為知識(shí)和智慧。

信息化是社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展的必然趨勢(shì)。信息化是指在信息技術(shù)的驅(qū)動(dòng)下，由以傳統(tǒng)工業(yè)為主

的社會(huì)向以信息產(chǎn)業(yè)為主的社會(huì)演進(jìn)的過程，是培育、發(fā)展以計(jì)算機(jī)為主的智能化工具為代表的

新生產(chǎn)力，并使之造福于社會(huì)的歷史過程。信息社會(huì)是信息化的必然結(jié)果。

信息社會(huì)也稱信息化社會(huì)，一般是指這樣一種社會(huì)：信息產(chǎn)業(yè)高度發(fā)達(dá)且在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中占據(jù)

優(yōu)勢(shì)，信息技術(shù)高度發(fā)展且在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中廣泛應(yīng)用，信息資源充分開發(fā)利用且成為經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)

的基本資源。在這個(gè)社會(huì)里，信息是人類賴以生存和發(fā)展的重要資源，各種各樣的“信息”無處

不在，幾乎覆蓋了現(xiàn)代社會(huì)的所有領(lǐng)域。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的普及和“信息高速公路”的建設(shè)，徹底改

變了人們的生活、學(xué)習(xí)和工作方式。

2．信息素養(yǎng)

在飛速發(fā)展的信息時(shí)代，信息日益成為社會(huì)各領(lǐng)域中最活躍、最具有決定意義的因素，基本

的學(xué)習(xí)能力實(shí)際上體現(xiàn)為對(duì)信息資源的獲取、加工、處理以及信息工具的掌握和使用等，其中還

涉及信息倫理、信息意識(shí)等。開展信息教育、培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的信息意識(shí)和信息能力成為當(dāng)前教育改

革的必然趨勢(shì)。

在這樣一個(gè)背景下，信息素養(yǎng)（informationliteracy）正在引起世界各國越來越廣泛的重視，

并逐漸加入從小學(xué)到大學(xué)的教育、目標(biāo)與評(píng)價(jià)體系之中，成為評(píng)價(jià)人才綜合素質(zhì)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。

信息素養(yǎng)這一概念是美國信息產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)主席保羅·澤考斯基（PaulZurkowski）于1974年在

美國提出的。1989年，美國圖書館協(xié)會(huì)下屬的“信息素養(yǎng)總統(tǒng)委員會(huì)”正式給信息素養(yǎng)下的定義

為：“要成為一個(gè)有信息素養(yǎng)的人，他必須能夠確定何時(shí)需要信息，并已具有檢索、評(píng)價(jià)和有效使

用所需信息的能力。”

1998年，美國圖書館協(xié)會(huì)和美國教育傳播與技術(shù)協(xié)會(huì)制定了學(xué)生學(xué)習(xí)的九大信息素養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)：

能夠有效地和高效地獲取信息，能夠熟練地、批判性地評(píng)價(jià)信息，能夠精確地、創(chuàng)造性地使用信

息，能探求與個(gè)人興趣有關(guān)的信息，能欣賞作品和其他對(duì)信息進(jìn)行創(chuàng)造性表達(dá)的內(nèi)容，能力爭(zhēng)在

信息查詢和知識(shí)創(chuàng)新中做得最好，能認(rèn)識(shí)信息對(duì)民主化社會(huì)的重要性，能履行與信息和信息技術(shù)

相關(guān)的符合倫理道德的行為規(guī)范，能積極參與活動(dòng)來探求和創(chuàng)建信息。

第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)3

完整的信息素養(yǎng)應(yīng)包括文化素養(yǎng)（知識(shí)層面）、信息意識(shí)（意識(shí)層面）、信息技能（技術(shù)層面）3

個(gè)層面。

信息素養(yǎng)不僅僅是諸如信息的獲取、檢索、表達(dá)、交流等技能，還包括以獨(dú)立學(xué)習(xí)的態(tài)度和

方法，將已獲得的信息用于信息問題解決、進(jìn)行創(chuàng)新性思維的綜合的信息能力。

信息素養(yǎng)的教育注重知識(shí)的更新，而知識(shí)的更新是通過對(duì)信息的加工得以實(shí)現(xiàn)的。因此，把

紛雜無序的信息轉(zhuǎn)化成有序的知識(shí)，是教育要適應(yīng)現(xiàn)代化社會(huì)發(fā)展需求的當(dāng)務(wù)之急，是培養(yǎng)信息

素養(yǎng)首要解決的問題，即文化素養(yǎng)與信息意識(shí)的關(guān)系問題。

1.1.3信息處理的歷史與計(jì)算機(jī)

1．信息處理的歷史

人類在認(rèn)識(shí)世界改造世界的過程中，認(rèn)識(shí)了信息，利用了信息，并且發(fā)展了信息。在人類的

整個(gè)歷史發(fā)展中，信息處理工具和手段的每一次革命性的變革，都給人類利用信息的過程和效果

帶來飛躍式的進(jìn)步，從而對(duì)人類社會(huì)的發(fā)展產(chǎn)生巨大的推動(dòng)力，這就是信息革命。縱觀人類社會(huì)

信息處理的歷史過程，可將其分為4個(gè)階段。

（1）信息處理的原始階段

語言是思維的工具，也是傳播信息的工具。信息處理的原始階段是指人類大腦器官思維能力

及其表達(dá)能力——語言的形成。語言的產(chǎn)生促進(jìn)了大腦的發(fā)展，最終使人同動(dòng)物徹底區(qū)別和分離

開來。人類利用大腦存儲(chǔ)信息，使用語言交流和傳播信息，標(biāo)志著人類信息活動(dòng)范圍和效率的飛

躍性提高，人類的信息活動(dòng)從具體走向抽象。

（2）信息處理的手工階段

文字的產(chǎn)生和使用是一次信息載體和傳播手段的重要革命。文字是由于人們記載、傳遞及交

流信息的需要而產(chǎn)生的。人類使用文字可記載自然變化、生產(chǎn)活動(dòng)、生活經(jīng)驗(yàn)和歷史變革等信息，

促進(jìn)了信息的大量積累和廣泛傳播，實(shí)現(xiàn)了信息由聲音傳播轉(zhuǎn)變?yōu)槲镔|(zhì)傳播，使信息的傳播超越

了時(shí)間和地域的局限，從而使信息可以傳播得更久更遠(yuǎn)。與此同時(shí)，紙張的產(chǎn)生和印刷術(shù)的進(jìn)步

使信息記載和信息傳遞有了很好的載體，使書籍和報(bào)刊成為信息存儲(chǔ)和傳播的重要媒介，使人類

信息傳遞的速度和范圍急劇地?cái)U(kuò)展，人類信息存儲(chǔ)能力進(jìn)一步增強(qiáng)，并初步實(shí)現(xiàn)了廣泛的信息共

享，極大地提高了人類交流信息的水平。

（3）信息處理的機(jī)電階段

以蒸汽機(jī)的出現(xiàn)為標(biāo)志，工業(yè)革命開創(chuàng)了一個(gè)全新的時(shí)代。工業(yè)革命的思想和技術(shù)在信息處

理方面同樣產(chǎn)生了一系列成果。開始于19世紀(jì)30年代，電報(bào)、電話、廣播、電視的發(fā)明和普及

應(yīng)用，是人類信息傳播手段的又一次偉大革命。電報(bào)和電話的發(fā)明無疑是人類信息傳播史上的一

個(gè)杰出的貢獻(xiàn)，使得人們即使相距千里也能快速地相互傳遞信息，大大縮短了人們交流信息的時(shí)

空界限，提高了時(shí)間、距離的利用率。

（4）信息處理的現(xiàn)代階段

開始于20世紀(jì)40年代，電子計(jì)算機(jī)、現(xiàn)代通信技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，對(duì)人類社會(huì)

產(chǎn)生了空前的影響，使信息數(shù)字化成為可能，信息產(chǎn)業(yè)應(yīng)運(yùn)而生。電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)是信息革命

的一個(gè)最重要的標(biāo)志。計(jì)算機(jī)以處理速度快、存儲(chǔ)容量大、計(jì)算精度高和通用性強(qiáng)等特點(diǎn)，擴(kuò)大

和延伸了人腦的思維功能。計(jì)算機(jī)作為信息處理工具，在信息的存儲(chǔ)、交流和傳播方面，是目前

4大學(xué)信息技術(shù)基礎(chǔ)

任何其他技術(shù)都無法與之相比的。現(xiàn)代通信技術(shù)的出現(xiàn)是信息革命的第二個(gè)重要的標(biāo)志，全球性

的通信網(wǎng)絡(luò)使人類信息的交流和傳播在時(shí)間和空間上大大縮短，消除了距離的限制，加快了信息

交流的速度，實(shí)現(xiàn)了包括文字、圖像及聲音等多媒體信息的高速傳遞和處理。

2．計(jì)算機(jī)的發(fā)展

現(xiàn)代計(jì)算機(jī)孕育于英國、誕生于美國。1936年，英國科學(xué)家圖靈向倫敦權(quán)威的數(shù)學(xué)雜志投了

一篇論文。在這篇開創(chuàng)性的論文中，圖靈提出著名的“圖靈機(jī)”（Turingmachine）的設(shè)想?！皥D靈

機(jī)”不是一種具體的機(jī)器，而是一種理論模型，可用來制造一種十分簡(jiǎn)單但運(yùn)算能力極強(qiáng)的計(jì)算

裝置。正是因?yàn)閳D靈奠定的理論基礎(chǔ)，人們才有可能發(fā)明20世紀(jì)以來甚至是人類有史以來最偉大

的發(fā)明：計(jì)算機(jī)。因此人們稱圖靈為“計(jì)算機(jī)理論之父”。

世界上第一臺(tái)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)于1946年2月15日在美國賓夕法尼亞大學(xué)正式投入運(yùn)行，它

的名稱為ENIAC，是電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)（electronicnumericalintegratorandcomputer）的縮寫，

如圖1-1所示。它功率為150kW，占地170m2，重達(dá)30t，每秒可進(jìn)行5000次加法運(yùn)算。雖然

它的功能還比不上今天最普通的一臺(tái)微型計(jì)

算機(jī)，但在當(dāng)時(shí)它已是運(yùn)算速度的絕對(duì)冠軍，

并且其運(yùn)算的精確度和準(zhǔn)確度也是史無前例

的。以圓周率（π）的計(jì)算為例，中國古代

科學(xué)家祖沖之利用算籌，耗費(fèi)多年心血，才

把圓周率計(jì)算到小數(shù)點(diǎn)后7位數(shù)。一千多年

后，英國人香克斯以畢生精力計(jì)算圓周率，

才計(jì)算到小數(shù)點(diǎn)后707位。而使用ENIAC進(jìn)

行計(jì)算，僅用了40s就達(dá)到了這個(gè)記錄，還

發(fā)現(xiàn)香克斯的計(jì)算中，第528位是錯(cuò)誤的。

ENIAC奠定了電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展基礎(chǔ)，開辟圖1-1第一臺(tái)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)ENIAC

了一個(gè)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的新紀(jì)元。

ENIAC誕生后短短的幾十年間，計(jì)算機(jī)的發(fā)展突飛猛進(jìn)。計(jì)算機(jī)所用的主要電子器件相繼使

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，引起計(jì)算機(jī)的幾

次更新?lián)Q代。每次更新?lián)Q代都使計(jì)算機(jī)的體積和耗電量大大減少，功能大大增強(qiáng)，應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一

步拓寬。

（1）計(jì)算機(jī)的發(fā)展史

①從第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)直至20世紀(jì)50年代后期，這一時(shí)期的計(jì)算機(jī)屬于第一代計(jì)

算機(jī)，其重要特點(diǎn)是采用真空電子管作為主要的電子器件。它體積大、能耗高、速度慢、容量小、

價(jià)格昂貴，應(yīng)用也僅限于科學(xué)計(jì)算和軍事目的。

②20世紀(jì)50年代后期到60年代中期出現(xiàn)的第二代計(jì)算機(jī)采用晶體管作為主要的電子器件，

計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域從科學(xué)計(jì)算擴(kuò)展到了事務(wù)處理。與第一代計(jì)算機(jī)相比，晶體管計(jì)算機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是

體積小、成本低、功能強(qiáng)、可靠性高。

③1958年，世界上第一個(gè)集成電路（integratedcircuit，IC）誕生了，它包括一個(gè)晶體管、

兩個(gè)電阻和一個(gè)電阻與電容的組合。集成電路在一塊小小的硅片上，可以集成上百萬個(gè)電子器件，

第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)5

因此人們常把它稱為芯片。1964年4月，IBM公司推出了IBM360計(jì)算機(jī)，標(biāo)志著使用中、小規(guī)

模集成電路的第三代計(jì)算機(jī)的誕生。

④在1967年和1977年，分別出現(xiàn)了大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路，并在20世紀(jì)70

年代中期在計(jì)算機(jī)上得到了應(yīng)用。由大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路作為主要電子器件的計(jì)算機(jī)稱為

第四代計(jì)算機(jī)。

⑤當(dāng)代計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)是高度集成電路的微型化，帶來了全新的電子應(yīng)用，但這是否是所謂

的“第五代計(jì)算機(jī)”一直沒有定論。但有一點(diǎn)是比較得到公認(rèn)的：下一代計(jì)算機(jī)是以“人工智能”

為技術(shù)標(biāo)志，是一種更接近于人的人工智能計(jì)算機(jī)，例如對(duì)自然語言的理解。盡管在許多新的操

作系統(tǒng)中（如Windows操作系統(tǒng)）中使用了“自然語言查詢”，但基本上不認(rèn)為是“人工智能”。

第五代計(jì)算機(jī)應(yīng)該是能“思考”的計(jì)算機(jī)，能幫助人進(jìn)行推理、判斷，具有邏輯思維能力。

（2）未來計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

目前推出的一種新的超級(jí)計(jì)算機(jī)采用世界上先進(jìn)的微處理器，并通過一種創(chuàng)新的水冷系統(tǒng)進(jìn)

行冷卻。新的Power575超級(jí)計(jì)算機(jī)配置IBM的Power6微處理器，使用安裝在每個(gè)微處理器上方

的水冷銅板將電子器件產(chǎn)生的熱量帶走。

采用水冷技術(shù)的超級(jí)計(jì)算機(jī)所需空調(diào)的數(shù)量能夠減少80%，可將一般數(shù)據(jù)中心的散熱能耗降

低40%。科學(xué)家估計(jì)用水來冷卻計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的效率最多可比用空氣進(jìn)行冷卻高出4000倍。這一

綽號(hào)“水冷集群”的系統(tǒng)可支持擁有數(shù)百個(gè)節(jié)點(diǎn)的非常大型的集群，而且能夠在密集配置中實(shí)現(xiàn)

極高的性能。

IBM公司在2001年08月27日宣布，他們的科學(xué)家已經(jīng)制造出當(dāng)時(shí)世界上最小的計(jì)算機(jī)邏輯

電路，也就是一個(gè)由單分子碳組成的雙晶體管元件，這一成果將使未來的計(jì)算機(jī)芯片變得更小、

傳輸速度更快、耗電量更少。構(gòu)成這個(gè)雙晶體管的材料是碳納米管，是頭發(fā)粗細(xì)的十萬分之一的

中空管體。碳納米管是自然界中最堅(jiān)韌的物質(zhì)，比鋼還要堅(jiān)韌十倍，而且它還具有超強(qiáng)的半導(dǎo)體

能力，IBM的科學(xué)家認(rèn)為將來它最有可能取代硅，成為制造計(jì)算機(jī)芯片的主要材料。IBM物理科

學(xué)主管Supratik稱：“模擬顯示，用碳納米管做成的芯片要比傳統(tǒng)的硅芯片速度高出5倍之多?！?/p>

將來利用碳納米管技術(shù)制造的微處理器會(huì)使計(jì)算機(jī)變得更小、速度更快、更加節(jié)能。蘭迪·伊薩

克博士介紹“這是一個(gè)：巨大的科學(xué)突破，我們第一次在單分子上制造出計(jì)算機(jī)最基本的電路元件，

這是碳分子，而不是硅。這將使未來的計(jì)算機(jī)制造出現(xiàn)更多突破，有可能出現(xiàn)三維計(jì)算機(jī)，它的

基本材料將不再是硅，它會(huì)更小、更快、更便宜，能完成很多以前無法做到的任務(wù)。”

計(jì)算機(jī)晶體管的體積越小，電流傳輸?shù)穆窂骄驮缴?，運(yùn)行速度就越快。根據(jù)摩爾定律，每18

個(gè)月，集成電路中可容納的晶體管數(shù)目會(huì)呈幾何級(jí)增長(zhǎng)，從而使計(jì)算機(jī)芯片的性能翻倍提高。但

是，有人預(yù)言在未來的10～15年間，由于硅的物理特性，目前普遍使用的硅晶體管制造技術(shù)將發(fā)

展到極限，難以繼續(xù)，對(duì)此IBM公司認(rèn)為，到那時(shí)碳納米管的時(shí)代將到來，它將使處理器的體積

更小，能集成更多的晶體管，進(jìn)一步提高計(jì)算機(jī)的性能。

碳納米管是日本NEC公司在1991年發(fā)現(xiàn)的。1998年，IBM和NEC的科學(xué)家聯(lián)合制造出納米

晶體管，完成了制造碳納米晶體管的第一步。如今，IBM制造出了這種由一個(gè)正極和一個(gè)負(fù)極組

成的最小雙晶體管，最后一步就是將它們嵌入集成電路，連接起來，開始處理復(fù)雜的運(yùn)算。IBM

的科學(xué)家表示，利用碳納米管技術(shù)生產(chǎn)產(chǎn)品還需要再等上10年或更長(zhǎng)時(shí)間。

2013年，據(jù)紐約時(shí)報(bào)報(bào)道，IBM宣布在碳納米管芯片制造技術(shù)上取得突破性進(jìn)展，有望讓摩

6大學(xué)信息技術(shù)基礎(chǔ)

爾定律在下一個(gè)十年中繼續(xù)生效下去。

根據(jù)美國專家表示，新一代的超級(jí)計(jì)算機(jī)很可能在不久的未來問世，其每秒浮點(diǎn)運(yùn)算次數(shù)可

高達(dá)1000萬億次，其運(yùn)算速度大約是位于美國加州勞倫斯利佛摩國家實(shí)驗(yàn)室中的“藍(lán)基因/L”

計(jì)算機(jī)的2倍。這種千兆級(jí)超級(jí)計(jì)算機(jī)的超強(qiáng)運(yùn)算能力很可能加速各種科學(xué)研究的方法，促成科

學(xué)重大新發(fā)現(xiàn)。

根據(jù)華盛頓郵報(bào)報(bào)導(dǎo)指出，千兆級(jí)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力相當(dāng)于逾一萬臺(tái)桌上型計(jì)算機(jī)的總和。

在普通個(gè)人計(jì)算機(jī)上得窮畢生時(shí)間才能完成的運(yùn)算，在現(xiàn)今的超級(jí)計(jì)算機(jī)上大概得花5小時(shí)完成，

若使用千兆級(jí)計(jì)算機(jī)則僅需2小時(shí)。

在新一代的超級(jí)計(jì)算機(jī)中，以美國IBM公司與美國能源部在洛薩拉摩斯國家實(shí)驗(yàn)室所共同打

造的“路跑者”（roadrunner）超級(jí)計(jì)算機(jī)最有希望率先完成，這臺(tái)計(jì)算機(jī)運(yùn)算時(shí)所耗費(fèi)的電量也

高達(dá)400萬瓦，足以點(diǎn)亮一萬顆燈泡。

計(jì)算機(jī)世界網(wǎng)消息臺(tái)宣布，它成功使用現(xiàn)有晶體管1/9的微型晶體管，開發(fā)出功能強(qiáng)大的微

晶片。這項(xiàng)突破可使未來的超級(jí)計(jì)算機(jī)只有指甲般大小。這個(gè)名為鰭式場(chǎng)效晶體管（finfield-effect

transistor）是一種新的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（complementarymetaloxidesemiconductor，CMOS）

晶體管，其長(zhǎng)度小于25毫微米，未來可以進(jìn)一步縮小到9毫微米。這大約是人類頭發(fā)寬度的一萬

分之一。這是半導(dǎo)體技術(shù)上的一大突破。鰭式場(chǎng)效晶體管源自于目前傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的場(chǎng)效晶體管的一

項(xiàng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)。在傳統(tǒng)的晶體管結(jié)構(gòu)中，控制電流經(jīng)過的閘門只能在其一側(cè)，通過它控制電路的接

通與開關(guān)。在鰭式場(chǎng)效晶體管結(jié)構(gòu)中，閘門設(shè)計(jì)成魚鰭形狀，可讓晶體管的兩側(cè)控制電路的接通

和開關(guān)。這種設(shè)計(jì)大大改善了電路的可控性并減少漏電，也可以大幅度縮短晶體管的閘長(zhǎng)。

臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司（簡(jiǎn)稱，臺(tái)積電）成功使用現(xiàn)有設(shè)備生產(chǎn)出鰭式場(chǎng)效晶體管，

這證明傳統(tǒng)晶體管在制作過程中遇到的漏電及過熱產(chǎn)生的難題可以得到解決。這預(yù)示著金氧半導(dǎo)

體制作生產(chǎn)線可以再延續(xù)20年以上，它也將為半導(dǎo)體業(yè)帶來新的前景。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，多核芯片迅速普及，計(jì)算機(jī)功耗成倍增長(zhǎng)，而在有限的能源下

如何去降低功耗成為了目前越來越多的用戶關(guān)注的問題，所以目前，新標(biāo)準(zhǔn)要想獲得更多用戶的

認(rèn)可，必須要從低功耗方面發(fā)展。全球的PC數(shù)量每年都在飛速增長(zhǎng)。每年P(guān)C的耗電量也是相當(dāng)

驚人的，即使是每臺(tái)PC的耗電量減低1W的幅度，其省電量都是非常可觀的。

未來計(jì)算機(jī)的能耗會(huì)按二個(gè)極端發(fā)展：易用型向低能耗發(fā)展，高端的會(huì)向更大功率發(fā)展。

第五代計(jì)算機(jī)指具有人工智能的新一代計(jì)算機(jī)，它具有推理、聯(lián)想、判斷、決策、學(xué)習(xí)等功

能。計(jì)算機(jī)的發(fā)展將在什么時(shí)候進(jìn)入第五代？什么是第五代計(jì)算機(jī)？對(duì)于這樣的問題，并沒有一

個(gè)明確統(tǒng)一的說法。

但有一點(diǎn)可以肯定，在未來社會(huì)中，計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)將會(huì)三位一體化。新世紀(jì)的計(jì)

算機(jī)將把人從重復(fù)、枯燥的信息處理中解脫出來，從而改變?nèi)藗兊墓ぷ?、生活和學(xué)習(xí)方式，給人

類和社會(huì)拓展了更大的生存和發(fā)展空間。當(dāng)歷史的車輪駛?cè)?1世紀(jì)時(shí)，人們會(huì)面對(duì)各種各樣的未

來計(jì)算機(jī)。

①能識(shí)別自然語言的計(jì)算機(jī)。

未來的計(jì)算機(jī)將在模式識(shí)別、語言處理、句式分析和語義分析的綜合處理能力上獲得重大突

破。它可以識(shí)別孤立單詞、連續(xù)單詞、連續(xù)語言和特定或非特定對(duì)象的自然語言（包括口語）。今

后，人類將越來越多地同機(jī)器對(duì)話。他們將向個(gè)人計(jì)算機(jī)“口授”信件，同洗衣機(jī)“討論”保護(hù)

第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)7

衣物的程序，或者用語言“制服”不聽話的錄音機(jī)。鍵盤和鼠標(biāo)的時(shí)代將漸漸結(jié)束。

②高速超導(dǎo)計(jì)算機(jī)。

高速超導(dǎo)計(jì)算機(jī)的耗電僅為半導(dǎo)體器件計(jì)算機(jī)的幾千分之一，它執(zhí)行一條指令只需十億分之

一秒，比半導(dǎo)體元件快幾十倍。以目前的技術(shù)制造出的超導(dǎo)計(jì)算機(jī)的集成電路芯片只有3～5mm2

大小。

③激光計(jì)算機(jī)。

激光計(jì)算機(jī)是利用激光作為載體進(jìn)行信息處理的計(jì)算機(jī)，又稱光腦，其運(yùn)算速度將比普通的

電子計(jì)算機(jī)至少快1000倍。它依靠激光束進(jìn)入由反射鏡和透鏡組成的陣列中來對(duì)信息進(jìn)行處理。

與電子計(jì)算機(jī)相似之處是，激光計(jì)算機(jī)也靠一系列邏輯操作來處理和解決問題。光束在一般

條件下互不干擾的特性，使得激光計(jì)算機(jī)能夠在極小的空間內(nèi)開辟很多平行的信息通道，密度大

得驚人。一塊截面等于5分硬幣大小的棱鏡，其通過能力超過全球現(xiàn)有全部電纜的許多倍。

④分子計(jì)算機(jī)。

分子計(jì)算機(jī)正在醞釀。美國惠普公司和加州大學(xué)，1999年7月16日宣布，已成功地研制出

分子計(jì)算機(jī)中的邏輯門電路，其線寬只有幾個(gè)原子直徑之和。分子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度是目前計(jì)算

機(jī)的1000億倍，最終將取代硅芯片計(jì)算機(jī)。

⑤量子計(jì)算機(jī)。

量子力學(xué)證明，個(gè)體光子通常不相互作用，但是當(dāng)它們與光學(xué)諧腔內(nèi)的原子聚在一起時(shí)，相

互之間會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈影響。光子的這種特性可用來發(fā)展量子力學(xué)效應(yīng)的信息處理器件——光學(xué)量子

邏輯門，進(jìn)而制造量子計(jì)算機(jī)。量子計(jì)算機(jī)利用原子的多重自旋進(jìn)行。量子計(jì)算機(jī)可以在量子位

上計(jì)算，可以在0和1之間計(jì)算。在理論方面，量子計(jì)算機(jī)的性能能夠超過任何可以想象的標(biāo)準(zhǔn)

計(jì)算機(jī)。

⑥D(zhuǎn)NA計(jì)算機(jī)。

科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，脫氧核糖核酸（deoxyribonucleicacid，DNA）有一種特性，能夠攜帶生物

體的大量基因物質(zhì)。數(shù)學(xué)家、生物學(xué)家、化學(xué)家以及計(jì)算機(jī)專家從中得到啟迪，正在合作研究制

造未來的液體DNA計(jì)算機(jī)。這種DNA計(jì)算機(jī)的工作原理是以瞬間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)，通過

和酶的相互作用，將發(fā)生過程進(jìn)行分子編碼，把二進(jìn)制數(shù)翻譯成遺傳密碼的片段，每一個(gè)片段就

是著名的雙螺旋的一個(gè)鏈，然后對(duì)問題以新的DNA編碼形式加以解答。

和普通的計(jì)算機(jī)相比，DNA計(jì)算機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是體積小，但存儲(chǔ)的信息量卻超過現(xiàn)在世界上所有

的計(jì)算機(jī)。

⑦第六代計(jì)算機(jī)—神經(jīng)元計(jì)算機(jī)。

人類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)大與神奇是人所共知的。將來，人們將制造能夠完成類似人腦功能的計(jì)算

機(jī)系統(tǒng)，即人造神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)。神經(jīng)元計(jì)算機(jī)最有前途的應(yīng)用領(lǐng)域是國防，它可以識(shí)別物體和目標(biāo)，

處理復(fù)雜的雷達(dá)信號(hào)，決定要擊毀的目標(biāo)。神經(jīng)元計(jì)算機(jī)的聯(lián)想式信息存儲(chǔ)、對(duì)學(xué)習(xí)的自然適應(yīng)

性、數(shù)據(jù)處理中的平行重復(fù)現(xiàn)象等性能都將非常有效。

⑧生物計(jì)算機(jī)。

生物計(jì)算機(jī)主要是以生物電子元件構(gòu)建的計(jì)算機(jī)。它利用蛋白質(zhì)有開關(guān)特性，用蛋白質(zhì)分子

作元件從而制成生物芯片。其性能是由元件與元件之間電流啟閉的開關(guān)速度來決定的。用蛋白質(zhì)

制成的計(jì)算機(jī)芯片，它的一個(gè)存儲(chǔ)點(diǎn)只有一個(gè)分子大小，所以它的存儲(chǔ)容量可以達(dá)到普通計(jì)算機(jī)

8大學(xué)信息技術(shù)基礎(chǔ)

的十億倍。由蛋白質(zhì)構(gòu)成的集成電路，其大小只相當(dāng)于硅片集成電路的十萬分之一。而且運(yùn)行速

度更快，大大超過人腦的思維速度。

未來計(jì)算機(jī)的技術(shù)：

①芯片級(jí)節(jié)能技術(shù)

芯片級(jí)節(jié)能技術(shù)主要包括CPU功耗控制、CPU頻率調(diào)整和專用低功耗部件。CPU加工工藝的

不斷提升，多核及CPU中集成內(nèi)存控制器，在提高性能的同時(shí)，降低了主板芯片組的功耗。另一

方面，通過降低電壓和頻率也可以降低CPU的動(dòng)態(tài)功耗，在CPU功耗控制方面，如Intel推出的

動(dòng)態(tài)功耗節(jié)點(diǎn)管理器（dynamicnodemanagement）是一個(gè)內(nèi)嵌于英特爾服務(wù)器芯片組的帶外功率

管理策略引擎。它與BIOS和操作系統(tǒng)功耗管理協(xié)作，動(dòng)態(tài)地調(diào)整平臺(tái)功耗，從而實(shí)現(xiàn)服務(wù)器性

能/功耗的最大化。在專用低功耗部件研究方面，包括上海瀾起公司研發(fā)的高級(jí)內(nèi)存緩存AMB芯

片、SSD固態(tài)電子硬盤等技術(shù)與產(chǎn)品。

②基礎(chǔ)架構(gòu)級(jí)節(jié)能技術(shù)。

基礎(chǔ)架構(gòu)級(jí)節(jié)能技術(shù)主要包括液冷、存儲(chǔ)制冷、高效能電源、高效能散熱冷卻技術(shù)等諸多

技術(shù)。

高效能散熱冷卻技術(shù)包括研究效率更高的散熱方式和性能更好的冷卻設(shè)備，如HPPARSEC

體系結(jié)構(gòu)、IBM的機(jī)房冷卻系統(tǒng)等。存儲(chǔ)制冷（storedcooling）指預(yù)先基于制冷設(shè)備存儲(chǔ)部分制冷

能力，在需要時(shí)再有效釋放，類似電池的儲(chǔ)電功能，如IBM基于存儲(chǔ)冷卻技術(shù)的機(jī)房冷卻方案。

液冷技術(shù)包括水冷及液態(tài)金屬制冷，由于其導(dǎo)熱能力強(qiáng)并且熱容更大，能夠更快地緩解負(fù)載突變

造成的散熱壓力并吸收更多的熱量，在當(dāng)前大型計(jì)算機(jī)中使用越來越普遍，如IBMCoolBlue機(jī)柜

系統(tǒng)。

③系統(tǒng)級(jí)節(jié)能技術(shù)。

在解決功耗方面，除采用上述CPU功耗控制、CPU工作頻率調(diào)整、液體冷卻、低功耗專用芯

片、芯片級(jí)冷卻等技術(shù)以外，學(xué)術(shù)界和企業(yè)界也在研究系統(tǒng)級(jí)節(jié)能技術(shù)和產(chǎn)品，包括：基于負(fù)載

情況動(dòng)態(tài)調(diào)整系統(tǒng)狀態(tài)、實(shí)施部分節(jié)點(diǎn)或部件的休眠；根據(jù)各進(jìn)程能耗的不同對(duì)CPU任務(wù)隊(duì)列進(jìn)

行調(diào)整，如將一些產(chǎn)生較多熱量的任務(wù)從溫度較高的CPU遷移到溫度較低的CPU，從而實(shí)現(xiàn)能耗

的均衡，如國家高性能計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心開發(fā)的自適應(yīng)功耗管理系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)基于能效的

作業(yè)調(diào)度策略，IBMPowerExecutive允許用戶“計(jì)量”任何單一物理系統(tǒng)或一組物理系統(tǒng)的實(shí)際電

力使用數(shù)據(jù)和趨勢(shì)數(shù)據(jù)，并可對(duì)實(shí)際用電量進(jìn)行監(jiān)視，在系統(tǒng)、機(jī)箱或機(jī)架層次上對(duì)數(shù)據(jù)中心中

的電耗和熱耗進(jìn)行有效分配。

3．計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)

（1）處理速度快

處理速度是計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要性能指標(biāo)。計(jì)算機(jī)的處理速度可以用每秒執(zhí)行加法的次數(shù)來衡

量。計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度已由早期的每秒幾千次發(fā)展到現(xiàn)在的最高可達(dá)每秒幾千億次乃至萬億次。

計(jì)算機(jī)的高速處理能力極大地提高了工作效率，把人們從浩繁的腦力勞動(dòng)中解放出來。過去用人

工很久才能完成的運(yùn)算，計(jì)算機(jī)在“瞬間”即可完成。這是計(jì)算機(jī)廣泛使用的主要原因之一。

（2）運(yùn)算精度高

科學(xué)研究和工程設(shè)計(jì)對(duì)運(yùn)算結(jié)果的精度有很高的要求。計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果的精度可達(dá)到十幾

位、幾十位有效數(shù)字，根據(jù)需要甚至可達(dá)到任意的精度。

第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)9

（3）存儲(chǔ)能力強(qiáng)

計(jì)算機(jī)可以存儲(chǔ)大量信息，這使計(jì)算機(jī)具有了“記憶”的功能。今天沒有做完的工作，可以

放到計(jì)算機(jī)中“記憶”，明天再拿出來使用。這為人們提供了很大的便利。

（4）具有邏輯判斷能力

計(jì)算機(jī)除了能夠完成基本的算術(shù)運(yùn)算外，還具有進(jìn)行比較、判斷等邏輯運(yùn)算的功能。這種能

力是計(jì)算機(jī)處理邏輯推理問題、實(shí)現(xiàn)信息處理自動(dòng)化的前提。

（5）可靠性高

由于采用了集成電路技術(shù)，計(jì)算機(jī)具有非常高的可靠性，可以連續(xù)無故障地運(yùn)行幾個(gè)月甚至

幾年。

4．計(jì)算機(jī)的分類

根據(jù)計(jì)算機(jī)用途的不同，可以將計(jì)算機(jī)分為通用計(jì)算機(jī)和專用計(jì)算機(jī)。通用計(jì)算機(jī)能解決多

種類型的問題，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛；專用計(jì)算機(jī)用于解決某個(gè)特定方面的問題，如火箭上使用的計(jì)算

機(jī)就是專用計(jì)算機(jī)。

根據(jù)計(jì)算機(jī)處理對(duì)象的不同，可以將計(jì)算機(jī)分為數(shù)字計(jì)算機(jī)、模擬計(jì)算機(jī)和數(shù)字模擬混合計(jì)

算機(jī)。數(shù)字計(jì)算機(jī)的輸入/輸出都是離散的數(shù)字量；模擬計(jì)算機(jī)直接處理連續(xù)的模擬量，如電壓、

溫度、速度等；數(shù)字模擬混合計(jì)算機(jī)的輸入/輸出既可以是數(shù)字量也可以是模擬量。

通用計(jì)算機(jī)按其綜合性能可以分為巨型計(jì)算機(jī)、大型計(jì)算機(jī)、中型計(jì)算機(jī)、小型計(jì)算機(jī)、微

型計(jì)算機(jī)、單片計(jì)算機(jī)以及工作站。

巨型計(jì)算機(jī)主要用于解決大型的、復(fù)雜的問題。巨型計(jì)算機(jī)已成為衡量一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和

科技水平的重要標(biāo)志；單片計(jì)算機(jī)則只由一塊集成電路芯片構(gòu)成，主要應(yīng)用于家用電器等方面；

綜合性能介于巨型計(jì)算機(jī)和單片計(jì)算機(jī)之間的大型計(jì)算機(jī)、中型計(jì)算機(jī)、小型計(jì)算機(jī)和微型計(jì)算

機(jī)，它們的綜合性能依次遞減；工作站既具有大、中、小型計(jì)算機(jī)的性能，又有微型計(jì)算機(jī)的操

作簡(jiǎn)便和良好的人機(jī)界面，最突出的特點(diǎn)是圖形圖像處理能力強(qiáng)，在工程領(lǐng)域，特別是計(jì)算機(jī)輔

助設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

一般所說的計(jì)算機(jī)是指電子數(shù)字通用計(jì)算機(jī)。

5．計(jì)算機(jī)的應(yīng)用

自1946年第一臺(tái)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)誕生以來，人們一直在探索計(jì)算機(jī)的應(yīng)用模式，嘗試著利用

計(jì)算機(jī)去解決各領(lǐng)域中的問題。歸納起來，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用主要有以下幾方面：

（1）科學(xué)計(jì)算

科學(xué)計(jì)算又稱數(shù)值計(jì)算，是指用計(jì)算機(jī)來解決科學(xué)研究和工程技術(shù)中所提出的復(fù)雜的數(shù)學(xué)問

題。早期的計(jì)算機(jī)主要用于科學(xué)計(jì)算。目前，科學(xué)計(jì)算仍然是計(jì)算機(jī)應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域，如高

能物理、工程設(shè)計(jì)、地震預(yù)測(cè)、氣象預(yù)報(bào)、航天技術(shù)等。由于計(jì)算機(jī)具有高運(yùn)算速度和精度，以

及邏輯判斷能力，因此出現(xiàn)了計(jì)算力學(xué)、計(jì)算物理、計(jì)算化學(xué)、生物控制論等新的學(xué)科。

（2）信息處理

信息處理又稱數(shù)據(jù)處理或事務(wù)處理。信息處理是目前計(jì)算機(jī)應(yīng)用最廣泛的一個(gè)領(lǐng)域。人們利

用計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息的收集、存儲(chǔ)、加工、分類、檢索、傳輸和發(fā)布，最終目的是將信息資源作為

管理和決策的依據(jù)。近年來，國內(nèi)許多機(jī)構(gòu)紛紛建設(shè)自己的管理信息系統(tǒng)（managementinformation

10大學(xué)信息技術(shù)基礎(chǔ)

system，MIS），辦公自動(dòng)化（officeautomation，OA）就是計(jì)算機(jī)信息處理的典型應(yīng)用。生產(chǎn)企業(yè)

也開始采用制造資源規(guī)劃軟件（materialresourceplanning，MRP），商業(yè)流通領(lǐng)域則逐步使用電子

數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)（electronicdatainterchange，EDI），即無紙貿(mào)易。目前，計(jì)算機(jī)在信息處理方面的

應(yīng)用已占所有應(yīng)用的80%左右。

（3）自動(dòng)控制

自動(dòng)控制是指利用計(jì)算機(jī)對(duì)動(dòng)態(tài)的過程進(jìn)行控制、指揮和協(xié)調(diào)。用于自動(dòng)控制的計(jì)算機(jī)要求

可靠性高、響應(yīng)及時(shí)。計(jì)算機(jī)先將模擬量（如電壓、溫度、速度、壓力等）轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，然后

進(jìn)行處理，計(jì)算機(jī)處理后輸出的數(shù)字量再經(jīng)過轉(zhuǎn)換，變成模擬量去控制對(duì)象。

（4）計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)有計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（computeraideddesign，CAD）、計(jì)算機(jī)輔助制造（computer

aidedmanufacturing，CAM）、計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試（computeraidedtest，CAT）、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)

（computerintegratedmanufacturingsystems，CIMS）和計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（computeraidedinstruction，

CAI）等。

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是指利用計(jì)算機(jī)來幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

計(jì)算機(jī)輔助制造是指利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)備的管理、控制和操作。

計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試是指利用計(jì)算機(jī)來進(jìn)行自動(dòng)化的測(cè)試工作。

計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)是指借助計(jì)算機(jī)軟硬件，綜合運(yùn)用現(xiàn)代管理技術(shù)、制造技術(shù)、信息技

術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)，將企業(yè)生產(chǎn)全過程中有關(guān)的人和組織、技術(shù)、經(jīng)營管理

三要素與其信息流、物流有機(jī)地集成并優(yōu)化運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)企業(yè)整體優(yōu)化，從而使企業(yè)贏得市

場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。

計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)是將計(jì)算機(jī)所具有的功能用于教學(xué)的一種教學(xué)形態(tài)。在教學(xué)活動(dòng)中，利用

計(jì)算機(jī)的交互性傳遞教學(xué)過程中的教學(xué)信息，達(dá)到教育目的，完成教學(xué)任務(wù)。計(jì)算機(jī)直接

介入教學(xué)過程，并承擔(dān)教學(xué)中某些環(huán)節(jié)的任務(wù)，從而達(dá)到提高教學(xué)效果、減輕師生負(fù)擔(dān)的

目的。

（5）人工智能

人工智能（artificialintelligence，AI）亦稱智械、機(jī)器智能，是指由人制造出來的機(jī)器所表現(xiàn)

出來的智能。通常，人工智能是指通過普通計(jì)算機(jī)程序來呈現(xiàn)人類智能的技術(shù)。人工智能于一般

教材中的定義領(lǐng)域是“智能主體（intelligentagent）的研究與設(shè)計(jì)”，智能主體是指一個(gè)可以觀察

周遭環(huán)境并作出行動(dòng)以達(dá)致目標(biāo)的系統(tǒng)。約翰·麥卡錫于1955年的定義是“制造智能機(jī)器的科學(xué)

與工程”。安德里亞斯·卡普蘭（AndreasKaplan）和邁克爾·海恩萊因（MichaelHaenlein）將人

工智能定義為“系統(tǒng)正確解釋外部數(shù)據(jù)，從這些數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)，并利用這些知識(shí)通過靈活適應(yīng)實(shí)現(xiàn)

特定目標(biāo)和任務(wù)的能力”。人工智能的研究是高度技術(shù)性和專業(yè)的，各分支領(lǐng)域都是深入且各不相

通的，因而涉及范圍極廣。

人工智能的核心問題包括建構(gòu)能夠跟人類似的推理、知識(shí)、規(guī)劃、學(xué)習(xí)、交流、感知、移物、

使用工具和操控機(jī)械的能力等。當(dāng)前有大量的工具應(yīng)用了人工智能，包括搜索和數(shù)學(xué)優(yōu)化、邏輯

推演。而基于仿生學(xué)、認(rèn)知心理學(xué)，以及基于概率論和經(jīng)濟(jì)學(xué)的算法等也在逐步探索當(dāng)中。思維

來源于大腦，而思維控制行為，行為需要意志去實(shí)現(xiàn)，而思維又是對(duì)所有數(shù)據(jù)采集的整理，相當(dāng)

于數(shù)據(jù)庫，所以人工智能最后會(huì)演變?yōu)闄C(jī)器替代人類。

第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)11

1.1.4信息的表示

1．二進(jìn)制數(shù)字表示

在十進(jìn)制系統(tǒng)中有10個(gè)數(shù)：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9，而在二進(jìn)制系統(tǒng)中只有兩個(gè)數(shù)：

0和1。

無論是什么類型的信息，在計(jì)算機(jī)內(nèi)部都采用了二進(jìn)制形式來表示，包括數(shù)字、文本、圖形

圖像以及聲音、視頻等一切信息。

在計(jì)算機(jī)中，之所以使用二進(jìn)制數(shù)，而不使用人們習(xí)慣的十進(jìn)制數(shù)，原因如下：

①二進(jìn)制數(shù)在物理上最容易實(shí)現(xiàn)。因?yàn)榫哂袃煞N穩(wěn)定狀態(tài)的電子器件是很多的，如電壓的