计算机互联网信息社会.ppt
第二讲：计算机、互联网与信息社会,北京大学 信息科学技术学院2013年9月,2023/11/17,北京大学,2,1.1 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1.7 信息社会发展带来的问题,主要内容,历史,启蒙时代：1936年，图灵机理论模型第一代计算机：1940年代 冯诺伊曼体系结构，电子管第二代：晶体管第三代：集成电路第四代：大规模集成电路第五代：生物，量子等Internet时代：1990年代开始姚期智：下一代互联网是量子网络,2023/11/17,北京大学,4,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、计算机和互联网的出现目前，通用数字计算机和计算机互联网络的出现，使得全球性的信息传输、加工、和互动 成为可能,1.1 信息与信息社会,2023/11/17,北京大学,5,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,1.1 信息与信息社会,2023/11/17,北京大学,6,互联网 为 社会关系网 提供了信息交换的统一平台社会关系网 既是 互联网信息的源泉，又是互联网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跨国公司业务网银行网电信网,1.1 信息与信息社会,2023/11/17,北京大学,7,1.2 计算机的发展历史,历史上的计算工具,机械式手动计算机,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,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。,2023/11/17,北京大学,8,1.2 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)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”,2023/11/17,北京大学,9,1.2 计算机的发展历史 第一台计算机：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：没有存储器用布线板进行控制，控制效率极低,2023/11/17,北京大学,10,1.2 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：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,冯诺依曼（主要设计者）,2023/11/17,北京大学,11,1.2 计算机的发展历史 第一台现代意义上的计算机：EDVAC,现代计算机的结构：“冯诺依曼”结构,2023/11/17,北京大学,12,1.2 计算机的发展历史 计算机的过去,体积巨大的专用设备,2023/11/17,北京大学,13,1.2 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,2023/11/17,北京大学,14,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。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。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。,1.2 计算机的发展历史 计算机发展的时代划分,2023/11/17,北京大学,15,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！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.,1.2 计算机的发展历史 计算机发展的时代划分,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,2023/11/17,北京大学,16,波音飞机对准尺寸标准 万分之一米零件数量 百万级,但与自然界的生物基因系统相比，生物系统的复杂性还要高出几个数量级！,1.2 计算机的发展历史 计算机系统的特点,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一,2023/11/17,北京大学,17,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,1.2 计算机的发展历史 计算机的发展速度,姚期智：下一代互联网是量子网络,过去十几年里，物理学家和计算机学家联合研究，发现，在原子里面存在另外一种力量，不是能量。是一种惊人的计算力量。所以，做量子信息研究的人，基本的精神，有没有方法能够把这些能量、计算力量从原子里面释放出来。那么，这些计算能量对于有些问题，有惊人的加速的效应。一个是在现在的普通计算机，要用一亿年，十亿年，二十亿年，才能解决的问题。在量子网络里面，只要几分钟就可以做好的。,2023/11/17,北京大学,19,1.3 计算机领域的主要研究范畴,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,编译原理算法设计与分析数理逻辑计算复杂性理论人工智能,2023/11/17,北京大学,20,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、,1.4 计算机的应用领域,2023/11/17,北京大学,21,1.5 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,2023/11/17,北京大学,22,1.5 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：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/组织的内部网（可能是WAN、LAN）,2023/11/17,北京大学,23,1.5.1 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ARPANET70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互联网截止2012年，全球互联网的用户数量已达24亿,2023/11/17,北京大学,24,1.5.2 局域网互联网的细胞,局域网中的硬件成分计算机：网卡（NC）连接线路：有线：双绞线无线网络设备：集线器（HUB）交换机（Switcher）路由器（Router）,2023/11/17,北京大学,25,1.5.2 互联网的连接覆盖全球,全球海底光缆示意图,2023/11/17,北京大学,26,1.5.3 互联网的通信协议,准备包裹,检查包裹登记信息,装箱,发货,卸货,清点,检查包裹登记信息,打开包裹,现实生活中 包裹传递 的过程,2023/11/17,北京大学,27,1.5.3 互联网的通信协议,HTTPHyper 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TCPTransmission Control Protocol传输控制协议可靠的传输协议IPInternet Protocol互联网协议非可靠的传输协议（best-efforts,尽力投递）,通 信 协 议 栈,2023/11/17,北京大学,28,1.5.3 互联网的通信协议,2023/11/17,北京大学,29,1.5.3 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 A类地址：B类地址：C类地址：,位数 0 1 7 31,位数 0 1 15 31,位数 0 1 2 23 31,2023/11/17,北京大学,30,1.5.3 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 202.112.216.1,2023/11/17,北京大学,31,1.5.3 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,2023/11/17,北京大学,32,1.5.3 DNS 域名系统,域名用文字的方式标识特定的IP地址，.DNS（Domain Name System）一个将 域名 映射成 相应的IP地址 的服务系统 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：，,2023/11/17,北京大学,33,1.5.3 域名空间,2023/11/17,北京大学,34,1.5.4 互联网的基础设施,互联网的基础设施通信线路（传输介质）双绞线、光纤、无线、同轴电缆、.网络设备集线器、交换机、路由器、.根据 物理层 和 数据链路层 协议的不同以太网技术ATM技术蓝牙技术.,2023/11/17,北京大学,35,1.5.4 网络设备在互联网中的作用,中转站,2023/11/17,北京大学,36,1.5.4 网络设备在互联网中的作用,工作于物理层,工作于数据链路层,工作于网络层,2023/11/17,北京大学,37,1.6 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、,2023/11/17,北京大学,38,1.6.1 互联网应用的基本模式,客户端/服务器(Client/Server)模式,服务器,客户端A,客户端B,客户端C,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,2023/11/17,北京大学,39,1.6.1 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,计算机A,计算机B,计算机C,客户端,服务器,客户端,服务器,2023/11/17,北京大学,40,互联网上的三种经典应用,万维网电子邮件文件传输,2023/11/17,北京大学,41,1.6.2 万维网(World Wide Web),万维网的基本元素,Web页面（网页）,超链接,2023/11/17,北京大学,42,1.6.2 万维网(World Wide Web),Web页面,Web页面源文件（HTML语言）,空间,Web浏览器,2023/11/17,北京大学,43,1.6.2 万维网(World Wide Web),超链接（超文本连接，Hyper Text Link）,链接名称,统一资源定位符（Uniform Resource Locator,URL）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,2023/11/17,北京大学,44,1.6.2 万维网(World Wide Web),工作原理,Web服务器A,Web服务器B,客户端（web浏览器）,Web服务器C,HTTP：Hyper Text Transfer Protocol,2023/11/17,北京大学,45,1.6.2 万维网(World Wide Web),常用的web浏览器,国内著名的综合性网站搜狐：新浪：网易：,2023/11/17,北京大学,46,1.6.3 电子邮件(Email),邮政系统,计算机网络,送达需要几天时间,送达只需要几分钟,2023/11/17,北京大学,47,1.6.3 电子邮件(Email),工作原理,计算机A(邮件发送方),计算机B(邮件接收方),邮件服务器X(发件方),邮件服务器Y(收件方),SMTP：Simple Mail Transfer ProtocolPOP3：Post Office Protocol 3,SMTP,SMTP,POP3,由电子邮件客户端定时发出请求,2023/11/17,北京大学,48,1.6.3 电子邮件(Email),电子邮件地址,someone,2023/11/17,北京大学,49,1.6.3 电子邮件(Email),常用的电子邮件客户端软件,官方网站,2023/11/17,北京大学,50,1.6.3 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,邮件接收方(foxmail),SMTP,SMTP,POP3,邮件发送方（foxmail）,2023/11/17,北京大学,51,1.6.3 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,邮件接收方(web浏览器),HTTP,SMTP,HTTP,邮件发送方（web浏览器）,大多数邮件服务器都提供基于web的邮件服务,2023/11/17,北京大学,52,1.6.4 文件传输,文件传输协议（File Transfer Protocol,FTP）,常用的FTP客户端软件FlashFXPCuteFTP,2023/11/17,北京大学,53,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北大未名BBS()水木清华BBS()即时通讯（Instant Messenger，IM）QQ、MSN、ICQ、P2P（peer to peer）文件交换BT、eMule、视频共享youtube、优酷网、六间房、博客(BLOG),2023/11/17,北京大学,54,1.7 信息社会发展带来的问题,网络综合症由于沉迷于网络而引发的各种生理、心理障碍的总称症状：如果有一段时间不上网，就会变得明显地焦躁不安、不可抑制地想上网、时刻担心自己错过了什么无法有效地控制上网的时间：一旦上网，很容易地陷入到信息的洪流和迷宫中不能自拔网络游戏暴力型网络游戏 导致的 青少年犯罪问题沉迷于网游创造的虚拟世界，逃避现实世界,2023/11/17,北京大学,55,1.7 信息社会发展带来的问题,人际关系的拉近与疏远拉近：热衷于在网上与远在天边的人建立联系疏远：忽略了近在咫尺的亲情和友谊垃圾信息问题错误信息、虚假信息、失效信息的泛滥大量重复信息的存在没有任何价值的信息，甚至有负面价值的有害信息导致的后果：严重浪费了网络资源需要耗费大量的时间，才能从庞大的网络信息中甄别出有用的信息,2023/11/17,北京大学,56,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。,2023/11/17,北京大学,57,计算机界最具影响的两大国际学术组织,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,ACM,Association for Computer Machinery美国计算机协会，于1947年成立,IEEE Computer Society,2023/11/17,北京大学,58,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。姚目前是清华的客座教授。,2023/11/17,北京大学,59,小结,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,
