Transcript 计算机、互联网与信息社会 - 北京大学计算机科学技术研究所

第一讲：
计算机、互联网与信息社会
北京大学 信息科学技术学
院
2015年4月13日
主要内容
一、基础知识
1.1 信息与信息社会
1.2 计算机的发展历史
1.3 计算机的研究范畴
1.4 计算机的应用领域
1.5 互联网
1.6 互联网应用
二、应用知识
2.1 外部可见的计算机系统
2.2 键盘和鼠标的使用
2.3 Windows XP操作系统
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课后自己学习！
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1.1 信息与信息社会
信息处理技术的几个历史里程碑
1、发明文字
使得 信息 得以在更大的范围内 跨越时间和空间而传播
2、发明算术
使得量化的数字信息可以被加工和变换
3、发明活字印刷
使得大量信息的批量复制 成为可能，使信息成为一种可大规模共享的资源
4、计算机和互联网
使得全球性的信息传输、加工、和互动成为可能
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1.1 信息与信息社会
信息社会的技术特点
 数字化信息资源的大量生产
 信息表现形式的多样化
数据的存储形式，传播形式，和多媒体表现形式（文字、声音、
图像、影像等）
 信息的变换与加工
信息查询、浏览、摘取、格式转换、统计等
 信息共享
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1.1 信息与信息社会
互联网为社会关系网提供了信息处理和交换的统一平台
 社会关系网 既是 网络信息的源泉，又是网络信息共享和消费
的市场
 存在不同规模、不同用途的互联网络








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家庭局域网：家庭娱乐、家电管理
学校院系的内部办公网
校园网
全国教育网 CERNET
跨国公司业务网
电信网络
SNS（Social Networking Services）社会性网络服务
……
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1.2 计算机的发展历史

历史上的计算工具
中国的算盘
我国古代发明创造的重要成就之一，至今已有
一千多年的历史。
机械式手动计算机
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法国数学家、哲学家帕斯卡在1642年发明了
一种机械计算机，并于1649年取得专利。
帕斯卡的计算机采用一种齿轮系统，其中一
小轮转十个数字，下一个小轮便转动一个数
字，通过齿轮系的联动，可以进行加法和减
法的运算
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1.2 计算机的发展历史

计算机的理论模型
现代计算机产生于
抽象的图灵机 (Turing Machine)，Godel
• 英国数学家A.M Turing于1936年提出的一种理想的计
算机器的数学模型
• 大半个世纪以来，数学家、计算机科学家提出了各种
各样的计算模型，但最终都被证明是同图灵机等价的
• 图灵机是计算机科学的重要基础之一
• “图灵奖”：计算机领域的“诺贝尔奖”
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1.2 计算机的发展历史
——第一台电子计算机：ENIAC

ENIAC (Electronic Numerical
Integrator And Computer)
 1946，美国宾夕法尼亚大学
 占地1500平方英尺，重达30吨
 每秒5000次加法运算
 用于计算炮弹的弹道轨迹
 缺点：


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没有存储器，十进制
用布线板进行控制，控制效率极低
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1.2 计算机的发展历史
——第一台现代意义上的计算机：EDVAC

EDVAC
(Electronic Discrete
Variable Automatic Computer)




1945年提出设计方案，1951
年完成
占地面积和消耗电力只有
ENIAC的1/3
每秒2000次乘法运算，或
10000次加法运算
特点：


冯·诺依曼（主要设计者）
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采用二进制表示数据和程序
使用“存储程序”的方式对计
算机进行控制
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1.2 计算机的发展历史
——第一台现代意义上的计算机：EDVAC

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现代计算机的结构：“冯·诺依曼”结构
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1.2 计算机的发展历史
——计算机的过去
体
积
巨
大
的
专
用
设
备
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1.2 计算机的发展历史
——计算机的现在
体积越来越小
性能越来越高
多种多样
用途广泛
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1.2 计算机的发展历史
——计算机发展的时代划分
(1)第一代计算机(1946年-1957年)电子管计算机
采用电子管作为逻辑线路主要元件。应用范围十分有限，主要应用于军事
领域及科学计算。
(2)第二代计算机(1957年-1964年)晶体管计算机
采用晶体管作为逻辑线路主要元件。与第一代计算机相比，由于晶体管体
积小、耗电少、寿命长、计算性能有了很大改进，成本随之下降。应用范
围扩大到数据处理和事务管理等方面。
(3)第三代计算机(1964年-1970年) 集成电路计算机
采用中、小规模集成电路代替了传统的独立式晶体管。与第二代计算机相
比，这一时期的计算机其软件、硬件系统都向标准化、模块化、系列化发
展。应用范围扩大到工业控制等领域。
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1.2 计算机的发展历史
——计算机发展的时代划分
(4) 第四代计算机(1970年-今) 大规模集成电路计算机
采用大规模、超大规模集成电路为计算机主要功能元件。应用范围几乎无
所不在！
上述四代计算机的设计都采用“冯·诺依曼”结构，
“以二进制、存储程序以及指令和数据统一存储”为基础
(5) 第五代计算机（?-?）计算机发展的新方向
目前还没有一个确定的发展方向。目前的研究方向有：生物DNA计算机、
量子计算机、光子计算机等等.
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1.2 计算机的发展历史
——计算机系统的特点
波音飞机
对准尺寸标准 万分之一米
零件数量 百万级
奔腾芯片
对准尺寸标准 千万分之一米
零件数量 千万级/亿级
数字芯片是人造的、最复杂的系统之一。
自然界的生物基因系统和它们相比，生物系
统的复杂性还要高出几个数量级！
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1.2 计算机的发展历史
——计算机的发展速度
摩尔定律
 CPU芯片上的零件密度每18个月增加1倍
1971年Intel 4004芯片 2300个晶体管
目前 Intel酷睿2双核芯片 晶体管数量达到 上亿数量级
 CPU的性能每18个月提高一倍，价格下降一半
性能越来越快，价格越来越便宜；应用领域越来越广泛
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摩尔定律
晶
体
管
数
每18个月芯片能力增长一倍。
百
万
条
每
秒
/
单
位
时
间
执
行
的
指
令
数
1.3 计算机领域的主要研究范畴







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计算机体系结构
操作系统
计算机网络
数据库技术
程序设计语言
软件工程
图形图像处理





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编译原理
算法设计与分析
数理逻辑
人工智能：认知
心理学？
…
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1.4 计算机的应用领域
计算机的应用已经深入到人类社会的各个方面，并
逐渐成为一种基础性的工具









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家庭生活（理财、娱乐、购物、新闻浏览、…）
社会/企业管理
现代化教育
科学研究
产品研发
工业自动化控制
信息交换
电信、银行、邮局、医院、
……
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1.5 互联网

Internet（因特网）

信息的网络、信息的海洋

相互连接的计算机网络


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计算机网络是一种将处于不同地理位置且具有独立功能
的多个计算机系统通过通信设备和线路连接起来，在功
能完善的网络软件的支持下，实现彼此之间的数据通信
和资源共享的系统
计算机网络 是 计算机科学 和 通信科学 密切结合的产物
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20
1.5 互联网

互联网络的组成




各种类型的计算机或嵌入式设备
互联线路或无线通信介质
网络通信设备与网络软件
互联网络分类：



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广域网（WAN）：跨越国家和省市地域的网络
局域网（LAN）：一个建筑物范围内、利用以太网技术
形成的计算机网络
内联网（Intranet）：企业/组内的内部网（可能是WAN、
LAN）
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1.5.1 互联网的发展历史





1969年，为了能在爆发核战争时保障通信联络，美国国防部高级研究
计划署ARPA资助建立了世界上第一个分组交换试验网ARPANET
70年代末到80年代初，各种类型的计算机网络蓬勃发展；产生了网络
之间相互连接的需求，并导致TCP/IP协议的出现（1980年）
1986年，美国国家科学基金会NSF资助建成了基于TCP/IP技术的主干网
NSFNET，世界上第一个互联网产生；1995年，NSFNET开始商业化运行
1994年，中国建设了CERNET示范网工程；中国第一个全国性的TCP/IP
互联网
目前，全球互联网的用户数量已经超过20亿
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1.5.2 局域网——互联网的细胞

局域网中的硬件成分

计算机：


连接线路：



有线：双绞线
无线
网络设备：



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网卡（NC）
集线器（HUB）
交换机（Switcher）
路由器（Router）
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1.5.2 互联网的连接覆盖全球
全球海底光缆示意图
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1.5.3 互联网的通信协议

现实生活中 包裹传递 的过程
准备包裹
打开包裹
检查包裹
登记信息
检查包裹
登记信息
装箱,发货
卸货,清点
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1.5.3 互联网的通信协议

HTTP

通
信
协
议
栈



TCP




Transmission Control Protocol
传输控制协议
可靠的传输协议
IP



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Hyper Text Transfer Protocol
超文本传输协议
浏览网页时，客户端和服务器的通讯协议
Internet Protocol
互联网协议
非可靠的传输协议（best-efforts,尽力投
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1.5.3 互联网的通信协议
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1.5.3 IP协议和IP地址

IP地址——计算机在IP网络上的标识，32位二进制数
位数
0
1
7
31
A类地址： 0 网络标识
位数
0
1
主机标识
15
B类地址： 1 0 网络标识
位数
0
1
2
主机标识
23
C类地址： 1 1 0 网络标识
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主机标识
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1.5.3 IP协议和IP地址

几个IP地址的例子
B类：
10100010.01101001.01010000.00101001
162.105.80.41
C类：
11001010.01110000.1101100.00000001
202.112.216.1
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1.5.3 IPv4 和 IPv6

IPv4




采用32位二进制数表示IP地址
拥有42.95亿个（2的32次方）的地址资源
IPv4的地址资源面临枯竭
IPv6



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采用128位二进制数表示IP地址
拥有天文数字般（2的128次方）的地址资源，
可以为全球的每一粒沙子分配一个IP地址
从IPv4向IPv6的迁移需要10年或更长的时间
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1.5.3 DNS — 域名系统

域名


用文字的方式标识特定的IP地址
 www.pku.edu.cn，www.sohu.com，...
DNS（Domain Name System）


一个将 域名 映射成 相应的IP地址 的服务系统
 www.pku.edu.cn

162.105.131.113
 www.sohu.com

222.028.152.141
由全世界数量众多的DNS服务器组成
 北大校内的两个DNS服务器：

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162.105.129.27，162.105.129.26
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1.5.3 域名空间
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1.5.4 互联网的基础设施

互联网的基础设施

通信线路（传输介质）


网络设备


双绞线、光纤、无线、同轴电缆 、...
集线器、交换机、路由器、...
根据 物理层 和 数据链路层 协议的不同




2015/4/13
以太网技术
ATM技术
蓝牙技术
... ...
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1.5.4 网络设备在互联网中的作用
2015/4/13
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1.5.4 网络设备在互联网中的作用
工作于网络层
工作于
数据链路层
工作于物理层
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1.6 互联网应用

初期主要是 文字类 的信息服务


电子邮件、文件传输、远程终端
逐步涌现出 丰富多样的多媒体类 的信息服务

WWW、即时通信、视频点播、P2P下载

电子政务、电子商务、网络游戏、…
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1.6.1 互联网应用的基本模式

客户端/服务器(Client/Server) 模式
2.处理服务请求
客户端A
服务器
客户端B
客户端C
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客户端 主动地 向 服务器 发出请求
服务器 被动地接受 来自客户端的服务请求
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1.6.1 互联网应用的基本模式

客户端/服务器(Client/Server) 模式


客户端 和 服务器 仅仅是一种 角色.
一台计算机在不同的交互中可能分别承担这两种角色
客户端
计算机A
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服务器
客户端
计算机B
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服务器
计算机C
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互联网上的三种经典应用

万维网

电子邮件

文件传输
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1.6.2 万维网

(World Wide Web)
万维网的基本元素
Web页面
（网页）
超链接
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1.6.2 万维网

Web页面
(World Wide Web)
<a herf = http://hi.baidu.com>空间<a/>
Web浏览器
Web页面源文件
（HTML语言）
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1.6.2 万维网

(World Wide Web)
超链接（超文本连接，Hyper Text Link）
<a herf = 统一资源定位符 > 链接名称 <a/>

统一资源定位符（Uniform Resource Locator, URL）


2015/4/13
格式：访问资源的协议 : 资源地址
HTTP URL的格式：http://主机名称：端口/路径
 http://hi.baidu.com
 http://www.baidu.com/img/baidu_logo.gif
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Web服务器C
1.6.2 万维网

(World Wide Web)
工作原理
Web服务器A
客户端
（web浏览器）
2015/4/13
HTTP：Hyper Text Transfer北京大学
Protocol
Web服务器B
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1.6.2 万维网

(World Wide Web)
常用的web浏览器
Apple
Safari

国内著名的综合性网站



2015/4/13
搜狐：http://www.sohu.com
新浪：http://www.sina.com.cn
网易：http://www.163.com
北京大学
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1.6.3 电子邮件
(Email)
送达需要几天时间
邮政系统
@
计算机网络
送达只需要几分钟
2015/4/13
北京大学
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1.6.3 电子邮件

工
作
原
理
邮件服务器X
(发件方)
(Email)
邮件服务器Y
(收件方)
由电子邮件客户端
定时发出请求
SMTP
POP3
SMTP
SMTP：
Simple Mail Transfer Protocol
计算机A
(邮件发送方)
2015/4/13
POP3：
Post Office Protocol 3
北京大学
计算机B
(邮件接收方)
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1.6.3 电子邮件

(Email)
电子邮件地址
[email protected]
用户名

邮件服务器的域名
如何获得一个电子邮件地址？

北大学生邮件服务器



2015/4/13
学校计算中心申请
water.pku.edu.cn（帮助见http://tree.pku.edu.cn）
126网易免费电子信箱（ mail.126.com ）
Google的Gmail（gmail.com）
……
北京大学
网上免费注册
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1.6.3 电子邮件

(Email)
常用的电子邮件客户端软件
官方网站 http://fox.foxmail.com.cn/
2015/4/13
北京大学
48
1.6.3 基于web的电子邮件系统

WWW技术 和 电子邮件技术 相结合的产物

在web浏览器中撰写、发送和收取电子邮件
SMTP
POP3
SMTP
邮件发送方
（foxmail）
2015/4/13
北京大学
邮件接收方
(foxmail)
49
1.6.3 基于web的电子邮件系统

WWW技术 和 电子邮件技术 相结合的产物

在web浏览器中撰写、发送和收取电子邮件
SMTP
HTTP
HTTP
邮件发送方
（web浏览器）
2015/4/13
大多数邮件服务器都提供
基于web的邮件服务
北京大学
邮件接收方
(web浏览器)
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1.6.4 文件传输

文件传输协议（File Transfer Protocol，FTP）
FTP服务器
上传文件
下载文件

2015/4/13
北京大学
常用的FTP客户端软件
 FlashFXP
 CuteFTP
51
其它网络应用

电子张贴板-BBS

方便大众在互联网上交互意见的场所



即时通讯（Instant Messenger，IM）


QQ、MSN、ICQ、…
P2P（Peer to Peer）文件交换


北大未名BBS (http://bbs.pku.edu.cn)
水木清华BBS(http://www.smth.org)
BT、eMule、…
视频共享

youtube、优酷网、六间房、…

博客

……
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(BLOG)
北京大学
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计算机发展历史上的两个重要的人物
图灵(A.M
Turing 英国数学家)
提出了一种理想的计算机器的数学模型——
图灵机（ Turing Machine ）。
冯·诺依曼(John
Von Neumann 美国数学家)
提出了“存储程序（Stored Program）”这一现代电子
计算机的最基本的概念，并给出了解决方案。
存储程序式计算机——冯·诺依曼结构。
2015/4/13
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计算机界最具影响的两大国际性学术组织
ACM
Association for Computer Machinery
美国计算机协会，于1947年成立
IEEE Computer Society
Institute of Electrical & Electronic Engineers，
Computer Society
电气和电子工程师协会计算机协会，于1946年成立
2015/4/13
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计算机界的“诺贝尔奖”——图灵奖
ACM于1966年设立的第一个奖项，是计算机界的
“诺贝尔奖”，主要奖励在计算机科学理论和软
件方面作出重要贡献的科学家。
华裔美国科学家姚期智(Andrew Chi-chih Yao)由于在计
算理论方面做出了诸多“根本性的、意义重大的”贡献，
获得2000年度图灵奖。这是首位（也是目前唯一一位）
获得图灵奖的华裔科学家。姚目前是清华的教授。
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小结
 课程内容、进度安排、授课方式、考核方法
 计算机、互联网与信息社会
 计算机的发展历史
 互联网及其应用
 信息社会发展带来的问题
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2.1 外部可见的计算机系统
主机
显示器
键盘
鼠标
软驱
光驱
音箱
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2.2 键盘和鼠标
数字-字母区
功能键区/HELP区
退出
CTRL辅键
ALT辅键
大写/小写换档
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回车
换行
北京大学
SHIFT辅键
光标
移动
左删 右删 插入
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2.2 键盘和鼠标
键的说明
• 字母，数字，标点，空格（Space和Tab),
• 及时删 backspace, delete键，
• 窗口/屏幕控制，mouse, 或page-up/down键, arrows
键，home/end, print-scrn复制屏幕，
• 辅键，shift, alt, ctrl, 锁键CapsLock, Insert
• 功能键， Esc, F1(help) , F2——F12
• 键盘的状态：指示灯
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2.2 键盘和鼠标

鼠标的用法





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单击左键
单击右键
双击左键
中间键
滑轮
选中
弹出菜单
启动或打开
特殊用途
滚动
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滑轮或中间键
左键
右键
60
2.3 Windows XP操作系统
1. 阅读Windows帮助文件
2. 键盘、鼠标、荧光屏
3. 光标、图标
4. 窗口（最大化、最小化、标题栏、菜单栏、工具栏、
客户区、状态栏） 、菜单、按钮、选择方式
5. 个人化工作环境（桌面、任务栏和开始菜单）
6. 浏览器、文件和文件夹
7. 程序 和 程序的使用
8. 控制面板
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2.3 Windows XP操作系统
图形用户界面（Graphic User Interface，GUI）
相对于文本界面（DOS系统），让用户通过简单的机
械装置（鼠标）以容易识别的直观的图形方式来与计
算机进行交互。
GUI基本要素
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屏幕（Screen）
光标（Cursor）
图标（Icon）
窗口（Window）
菜单（Menu）/菜单项（Menu Item）
按钮（Button）
工具栏（Toolbar）/状态栏（Statusbar）
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2.3 Windows XP操作系统
开机与登陆：用户名/口令
桌面：机器启动后呈现在你面前的图形界面
任务栏和“开始”菜单
如何启动并阅读帮助：在桌面环境下按F1键/“开始”菜
单中“帮助”菜单项
关机
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2.3 Windows XP操作系统
资源管理器的启动和使用：将鼠标移到“开始”
菜单处，按右键，在弹出的菜单中选择“资源管理器”菜
单项。
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2.3 Windows XP操作系统
文件：让数据资料存储在计算机和网络上
 文件类型： 文本文件、数据文件、可执行程序文件
 文件名，文件名后缀：文本文件（.txt）、数据文件
（.xxx）、可执行程序文件（.exe，.com）
 文本文件：是存储‘ASCII字符’的 可变容量 的容器。
基本单位是——字节Byte(8bit) 。
 数据文件：各种文字书刊，数据纪录，声音图像，影
像，… 。数据文件需要经过解译（Decoding 和
Interpretation)才能成为人们有用的信息。
 可执行程序文件：应用程序文件，是机器可识别的数据、
指令集合。
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2.3 Windows XP操作系统
资源管理器的文件管理
 磁盘分区：A、B、C、D，……
 文件的属性：文件类型、大型、可读写性、时间等
 文件的打开、新建、关闭、保存、另存、打印等
 文件重命名、命名限制。
 文件的编辑：选择，剪切，复制，粘贴，鼠标拖动等
 文件夹：文件容器，新建、属性、移动、拷贝等
文件和文件夹的查找
 帮助，目录和索引
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2.3 Windows XP操作系统
附属软件的启动和使用：娱乐、游戏、画图、计算器
 记事本NotePad.exe的使用：创建文件、编辑和保存
“开始”“程序”“附件”“记事本”
 画图PaintBrush.exe的使用：创建文件、绘制和保存
“开始”“程序”“附件”“画图”
 数据文件的打开：音乐(*.mp3)、影像(*.rm)的播放
特定的播放软件 mp3：Windows Media Player
rm：Real Player
 游戏程序的使用：纸牌
“开始”“程序”“附件”“游
2015/4/13 戏”“纸牌”
北京大学
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2.3 Windows XP操作系统
个人化工作环境（桌面、任务栏和开始菜单）
 桌面：本身就是一个文件夹
 快捷方式：一个文件得索引，本身也是一个文件
 在桌面上创建文件夹、快捷方式
 “开始”中各子菜单的含义
 新的应用程序安装后，会在“开始”菜单中的子菜
单“程序”中建立快捷方式
 编辑管理“开始”菜单中“程序”子菜单的内容
 任务栏和“开始”菜单属性
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 任务管理器
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2.3 Windows XP操作系统
控制面板
 系统特性：常规、网络标识、环境变量、启动和故障恢
复等。
 显示特性：桌面背景、窗口外观、屏幕保护设置、分辨
率设置等。
 用户和密码：用户和密码管理。
 鼠标设置：左右手习惯、双击速度、鼠标指针设置等。
 键盘属性：键盘相应速度设置，输入法区域设置等。
 日期/时间：更改日期/时间。
 打印机配置
 网络和拨号连接
 管理工具
 其他
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再见！