信息与计算机基础

1、2021-11-91 第一章 信息与计算机基础2021-11-92本章主要内容 信息与信息技术 计算机的概况 计算机的信息表示和编码 计算机系统及其组成 个人计算机选配 信息安全技术2021-11-931.1.2 信息的加工和处理 信息应经过组织、加工、提炼处理后才能为人们所利用。信息处理就是对原始信息进行加工，使之成为适用的信息。信息处理过程包括信息获取、信息加工、信息转换、信息反馈及信息输出5个阶段，如下图所示：信 宿 发 出 传 输 传 输 接 收 信 息 反 馈 信 息 转 换 信 息 加 工 信 息 获 取 信 源 2021-11-941.2 计算机的概况 1. 计算机的发展2. 计

2、算机的分类和特点3. 计算机的应用和趋势2021-11-95世界上第一台计算机eniac（埃尼阿克）产生：1946年，美国18000个电子管, 10000多只电容器7000只电阻，1500多个继电器。重达30吨，占地179平方米耗电：150kw/时速度：5000次加法运算/秒2021-11-961. 第一代计算机第一代为电子管计算机（从1946年到20世纪50年代末期），其主要电子器件是电子管。特 点：p 体积大、耗能高、速度慢（一般每秒数千次至数万次）、p 价格昂贵，主要应用于科学计算、军事等领域。2021-11-972第二代计算机第二代为晶体管计算机（从20世纪50年代中期到60年代末期）

3、，其主要电子器件是晶体管。增加了浮点运算，使用了fortran、cobol和algol60等高级程序设计语言，有了操作系统的雏形系统管理软件。 2021-11-983第三代计算机 第三代为中、小规模集成电路计算机（从20世纪60年代中期到70年代初期），其主要电子器件是中小规模集成电路（integrated circuit，ic），内存储器普遍采用半导体器件，存储容量进一步提高，可靠性和存取速度也有了明显的改善。2021-11-994第四代计算机 第四代计算机由大规模和超大规模集成电路组装成的计算机（从20世纪70年代初期至今）。采用vlsid（超大规模集成电路）和ulsid（极大规模集成电路

4、）、中央处理器高度集成化是这一代计算机的主要特征。 当前市场上常见的微型计算机都是第四代计算机产品。2021-11-9101.2.2 计算机的分类和特点 “分代”代表了计算机纵向的发展，而“分类”可用来说明计算机的横向比较。 根据美国电气和电子工程师协会（ieee）的一个委员会于1989年11月提出的标准来划分，可把计算机划分为巨型机、大型机、小型机、工作站和个人计算机5类。2021-11-9111.2.3 计算机的应用和趋势 数值计算 数据及事务处理 自动控制与人工智能 计算机辅助系统 通信与网络2021-11-9121.3 计算机的信息表示和编码2021-11-913计算机的信息表示是采用

5、二进制数据，原因如下:（1）容易实现 仅有两种稳定状态的物理元件在技术上是很容易实现的，如电位的高和低，0和1这两个数字就表示这两种状态。（2）运算简单 二进制的运算规则是“逢2进1，借1当2”。（3）逻辑运算 二进制的0和1与逻辑量“假”和“真”相对应，便于计算机进行逻辑判别和逻辑运算。2021-11-9141.3.1 数制1 十进制计数dbhbyte/bit4 数据单位 2 二进制数及其运算3 十六进制数2021-11-9151十进制计数p 十进制中使用0、1、2、3、4、5、6、7、8、9这10个 符号来计数，称为10个数码。p 计数规则：逢10进1。例如：3468.7953103410

6、261018100710191025103 2021-11-9162. 二进制数（binary）p 二进制数的数码是用0和1这两个符号来表示。p 计数规则：“逢2进1，借1当2”。例如： (101.01)2122021120021122(5.25)102021-11-917对二进制数可作两种基本运算，即算术运算和逻辑运算。二进制数的算术运算包括加、减、乘、除，具体规则如下：加法：000 101 011 110（有进位）减法：000 011（有借位）101 110乘法：000 010 100 111除法：010 111二进制数的逻辑运算包括与、或、非三种基本运算，它们的具体运算规则如下：与运算：

7、000 010 100 111或运算：000 011 101 111非运算：2021-11-9183. 八进制数（octonary）p 八进制数使用0、1、2、3、4、5、6、7八个符号p 计数规则：逢八进一例如：(365.2)8= 382681580 281 = (245.25)102021-11-9194十六进制数p 十六进制数的数码是用09、af共16个符号来表示。p 计数规则：逢16进1，借1当16。例如：（1cb.d8）16116212161111601316181622021-11-920小 结为了区分一个数是几进制表示的数，可以使用两种方法： 加一个大写字母 加一个数字下标如：（

8、101）b或（101）2表示二进制数（457）o或（457）8表示八进制数（3567.35）d或（3567.35）10表示十进制数（789a）h或（789a）16表示十六进制数 2021-11-9214数据单位 （1）位 位（bit）也称为比特，是计算机存储数据的最小单位，是二进制数据中的一个位，一位表示二进制信息0或1。 例如，1001001一共有8位。（2）字节 字节（byte）简记为b，一个字节由8个位组成，即1b8bits。 字节是计算机数据处理的基本单位。 例如，“10001100”是一个字节。通常一个字节可以存放一个ascii码，两个字节可以存放一个汉字机内码。2021-11-92

9、2经常使用的度量单位主要还有kb、mb、gb和tb等，它们之间的换算关系： 1kb千字节210 b1024b 1mb兆字节210 kb1024kb 1gb吉字节210 mb1024mb 1tb太字节210 gb1024gb 2021-11-9231.3.2 数制的转换2021-11-924 二进制数与十进制数之间的转换十进制数化成二进制数方法：十进制数化成二进制数方法：除除2 取余数，然后倒排余数。取余数，然后倒排余数。用此方法求：用此方法求：30 d=（ 11110 ）b 302 15余数余数 02 7 12 132 112 1 0除到商为除到商为0时止时止数字排列方向数字排列方向2021-

10、11-925用乘2取整法将小数部分(0.6875)10转换为二进制形式： 0. 6875 2 1.3750 整数部分为整数部分为1 高位高位 0. 3750 2 0. 7500 整数部分为整数部分为0 0. 7500 2 1. 5000 整数部分为整数部分为1 0. 5000 2 1. 0000 整数部分为整数部分为1 低位低位即：即：(0.6875)10 = (0.1011)2 2021-11-926二进制和十六进制数的转换二进制数转换成十六进制数，以小数点为分界线。p 整数部分从低位（右）向高位（左）方向每4位用1个等值的十六进制数来替换，最后不足4位时在高位补0凑满4位；p 小数部分从高

11、位（左）向低位（右）方向每4位用1个等值的十六进制数来替换，最后不足4位时在低位补0凑满4位。【例1.4】将（11000101.10011）2 转换成十六进制数。 解：先把数按每4位分割的方法，有：2021-11-927 转换表 八进制数 二进制数 八进制数 二进制数 0 000 4 100 1 001 5 101 2 010 6 110 3 011 7 111 二进制数转换为八进制数举例：001 101 001 110.110 100b 1516.64q 八进制数转换为二进制数举例： 2467.32q 010 100 110 111.011 010b 八进制数与二进制数的转换2021-11-

12、928二进制十进制十六进制八进制000000000011110010222001133301004440101555011066601117771000881010019911101010a12101111b13110012c14110113d15111014e16111115f17各进制之间的转换2021-11-9291.3.3 编码 文本在计算机中的处理包括输入、编辑、存储、传输和显示等过程，每个环节对文本的编码都可能不同，下面介绍几种主要编码方案。 1. 西文字符的编码 2. gb23121980汉字编码 3. unicode码2021-11-9301西文字符的编码 目前，计算机中使用得

13、最广泛的西文字符编码是美国标准信息交换码（american standard code for information interchange），简称ascii码，同时对应的国际标准是iso646。 基本ascii码采用一个字节表示一个字符，但只使用字节的低7位，所以可以表示0127共128个字符。 2021-11-9312. gb23121980汉字编码 gb23121980是我国于1981年颁布的一个国家标准信息交换用汉字编码字符集，简称国标字符集，其编码称为国标码。国标码用两个字节编码一个汉字。2021-11-9323. unicode码 unicode采用两个字节编码体系，因此它允许表

14、示65 536个字符。前128个unicode字符是标准ascii字符，接下来是128个扩展的ascii字符，其余的字符供不同语言的文字和符号使用。 在unicode中，ascii字符也采用两个字节表示，这样，ascii字符与其他字符的处理就统一起来了，这就大大简化了处理的过程。2021-11-9331.3.4 多媒体信息2021-11-934 媒体承载或传递信息的载体。 在计算机领域中， .媒体有两种含义： 用以存储信息的实体，如磁带、光盘和半导体存储器； 信息的载体，如数字、文字、声音、图形和图像。2021-11-9351.3.4 多媒体信息1. 模拟量的数字化处理2. 声音信息的采集与数

15、字化3. 图像信息的采集与数字化4. 视频信息的采集与数字化2021-11-9361模拟量的数字化处理 采样：将连续变化的模拟信号在时间轴上分割，转成离散型的数字信号。 量化：将采样得到的离散量用数值来度量。 编码：将采样、量化得到的信息用数值来度量，即用若干位二进制数来表示这些离散量。2021-11-937量化采样声音的采样与量化2021-11-9382声音信息的采集与数字化声音信息经过采样、量化后通常采用的编码方案有脉冲编码调制（pcm）和数字式音乐光盘（cd-da）两种。几种存储声音信息的文件格式:1）wave文件（*.wav）,一种声音文件格式。2）mpeg文件（*.mp1/*.mp2

16、/*.mp3）,运动图像专家组（mpeg）代表的mpeg标准中的音频部分。3）midi文件（*.mdi/*.rmi）,数字音乐/电子合成乐器的统一国家标准。4）ra文件（*.ra），real audio，一种音乐压缩文件格式。5）wma文件（*.wma）,是windows media audio的一个子集，表示windows media音频格式。2021-11-939声音录制与播放的处理过程2021-11-9403图像信息的采集与数字化 图像信息的采样方法是将画面划分成mn个网格，每个网格是1个采样点（像素，pixel），量化时将采样点的色彩用数值量表示，一般用8位、16位、24位或32位的二

17、进制来表示图像的颜色。 图像文件主要有以下几种格式 ： bmp（*.bmp） gif（*.gif） jpeg（*.jpg） tiff（*.tif） png（*.png）2021-11-9414. 视频信息的采集与数字化 视频信息实际是一组内容随时间变化的动态图像，其中每一幅图像称为一帧。日常生活中的电影为24帧/秒，电视为24帧/秒。 在pal制式的电视信号中采用yuv彩色空间（亮度、压缩幅度、色差），由于crt显示器采样rgb彩色空间（红、绿、蓝），这就要求把yuv彩色分量再转换成rgb值。视频信号的编码技术主要有jpeg、mpeg及h264标准。2021-11-942 4. 视频信息的采集

18、与数字化（1）影像视频 avi（audio video interleaved）：音频视频交错格式。 mov(*.mov)：美国apple公司开发的一种视频格式，默认的播放器 是苹果公司的quicktime player。 mpeg（moving picture expert group）运动图像专家组格式，家里常看的vcd、svcd、dvd就是这种格式。（2）流媒体文件 rm和rmvb格式 asf、mp3、wma及wmv quicktime2021-11-9431.4 计算机系统及其组成2021-11-944一个完整的计算机系统由计算机硬件系统和软件系统两大部分组成。计算机系统计算机系统计算

19、机软件系统计算机软件系统计算机硬件系统计算机硬件系统系统软件系统软件应用软件应用软件中央处理器中央处理器存储器存储器输入设备输入设备输出设备输出设备2021-11-9451.4.1 计算机硬件系统结构 计算机硬件是计算机系统中所有实际物理装置的总称。 例如，计算机的处理芯片、主板、机箱、键盘、鼠标、显示器、打印机、硬盘等。 计算机硬件系统逻辑结构由运算器（calculator）、控制器（controller）、存储器（memory）、输入设备（input device）和输出设备（output device）5大部件组成。2021-11-946输入设备输入设备存储器存储器输出设备输出设备运算器

20、运算器控制器控制器程序程序数据数据处理结果处理结果数据流向数据流向控制信号流向控制信号流向2021-11-947存储器就是计算机的记忆和存储部件，用来存放信息，主要功能是保存大量的程序和数据信息，并能在计算机运行中高速地完成指令和数据的存取。存储器分为主存储器（或称内部存储器）和辅助存储器（或称为外存储器）。 2021-11-948内部存储器访问速度快暂时性存储容量小价格高内存储器与外存储器外部存储器访问速度慢永久性存储容量大价格低2021-11-949软件为了运行、管理和维护计算机而编制的各种程序、数据、文档的总称。计算机软件按功能分为系统软件和应用软件。 1. 系统软件 指控制计算机的运行

21、，管理计算机的各种资源，为应用软件提供支 持和帮助的软件。2. 应用软件 指为解决某一领域的具体问题而编制的软件产品。目前常用的大众应用软件有办公软件office、wps等，浏览软件ie、netscape等。 计算机软件系统2021-11-950硬件系统用户系统软件应用软件操作系统图1.3 计算机系统各层次之间的关系2021-11-951汇编语言汇编语言机器语言机器语言高级语言高级语言第二代计算机语言，采用助记符代第二代计算机语言，采用助记符代替机器语言中的指令和数据。替机器语言中的指令和数据。(1)面向机器，速度快，面向机器，速度快，占用存储空间小，必须通过占用存储空间小，必须通过汇编程序翻

22、译成机器语言。汇编程序翻译成机器语言。(2)通用性和可移植性差。通用性和可移植性差。3. 计算机语言第一代计算机语言，由第一代计算机语言，由0.1代码组成代码组成、能被机器直接识别。、能被机器直接识别。优点：优点：编程质量高，执行速度快；编程质量高，执行速度快；缺点：缺点：不易学习和修改，可移植性不易学习和修改，可移植性差、通用性差。差、通用性差。接近自然语言，接近自然语言，由各种意义的由各种意义的“词词”和和“数学公式数学公式”按照一定的按照一定的“语法规语法规则则”组成。组成。(1)(1)面向问题，而不是面向机器面向问题，而不是面向机器 (2)(2)易学易改、通用性、可移植性强；易学易改、

23、通用性、可移植性强；2021-11-952语言处理程序将高级语言编写的程序翻译成机器语言的翻译程序。将高级语言程序翻译成与之等价的机器语言程序时，前者称为源程序，后者称为目标程序。翻译有两种方式：编译方式、解释方式。编译方式:将高级语言源程序通过编译程序翻译成机器语言目标代码，再连接装配得到执行程序并运行。 解释方式:通过解释程序对高级语言源程序进行逐行解释，解释一句执行一句，不产生机器语言目标代码。2021-11-953高级语言源程序编译程序机器语言目标代码链接执行（编译） 图图1.4 编译过程编译过程 图图1.5 解释过程解释过程 便于对源程序进行便于对源程序进行调试和修改调试和修改, ,

24、但处但处理过程较慢。理过程较慢。 解释程序 高级语言源程序 目标程序 2021-11-954 1.4.3 微型计算机的 配置、选购与组装2021-11-9551计算机配件的选购原则在购买和组装计算机时，对计算机配件的选购可以根据以下原则:（1）需求购买原则是以实际需求为主要目标。 用于：专业制图？编程？设计？办公？娱乐游戏等？（2）选配以视频制作为主的计算机，需要性能高的cpu、高配置的显卡、大容量内存和硬盘。以办公、学习、娱乐、上网等为主的计算机，参照市场主流配置，能运行主流的操作系统和常用的办公软件就可以了。以软件开发为主的计算机，需要配置性能高的cpu、大容量内存和硬盘。（3）预算和询价

25、可以通过网上和计算机市场多个途径了解产品信息和价格信息。 （4）优化方案（5）市场采购2021-11-956(1)字与字长 基本字长:运算的数的基本位数, 由加法器、寄存器、数据总线的位数决定；字长标志着精度。 计算机表达和处理信息,以字节为基本单位,用b(byte)表示,一个字节等于8位二进制位(bit)。(2)主频 主频内核电路的实际运行频率。 外频主板为cpu提供的基准时钟频率。 倍频主频和外频相差的倍数。 主频外频倍频1. cpu的主要性能指标2021-11-957(3)(3)时钟频率时钟频率: : 外频，影响外频，影响cpucpu与内存之间的数据交换速度。与内存之间的数据交换速度。(

26、4)(4)地址总线宽度地址总线宽度: :决定决定cpucpu访问的物理地址空间。访问的物理地址空间。(5)(5)数据总线宽度数据总线宽度：决定系统的数据流量的大小。：决定系统的数据流量的大小。cpucpu插座2021-11-9581.1.内存是由记忆元件和电子线路构成。内存是由记忆元件和电子线路构成。（1 1）半导体随机存储器）半导体随机存储器ramram作用作用：临时存放正在运行的程序和数据及临时调用的：临时存放正在运行的程序和数据及临时调用的 系统程序。存放当前参与运行的程序和数据。系统程序。存放当前参与运行的程序和数据。特点特点：容量大、容量大、可读可写、信息无法长期保存。可读可写、信息

27、无法长期保存。通常以通常以ram的容量来表示微机的内存容量。的容量来表示微机的内存容量。ddrddr内存内存sdramsdram内存内存2.主存（内存）2021-11-959动态动态ramram：dram(dynamic ram)dram(dynamic ram)， 可由四个、三个或单可由四个、三个或单个个mosmos管组成，依靠管组成，依靠mosmos管中的栅极电容管中的栅极电容来存储信息。来存储信息。特点特点：比：比sramsram集成度高、功耗小，成本低，一般用集成度高、功耗小，成本低，一般用 来组成大容量主存系统。来组成大容量主存系统。（2 2）半导体只读存储器）半导体只读存储器rom

28、rom（read only memoryread only memory） 作用：存放一些需长期保留的程序和数据，作用：存放一些需长期保留的程序和数据，cpucpu对它只对它只能读（取数据），不能写（存数据），能读（取数据），不能写（存数据）， romrom保存的信息保存的信息不受断电或关机的影响。不受断电或关机的影响。2021-11-960 romrom种类有很多，常见的有：种类有很多，常见的有： 固定固定romrom：厂商写入，用户无法改写。：厂商写入，用户无法改写。 一次可编程一次可编程romrom（prom)prom)：允许用户利用专门的设备：允许用户利用专门的设备（编程器或写入器）写

29、入自己的程序，但一旦写入便无法（编程器或写入器）写入自己的程序，但一旦写入便无法修改。（可写入）修改。（可写入） 可擦除可编程可擦除可编程romrom（epromeprom）：可以利用编程器写入程：可以利用编程器写入程序，也可以对内容进行多次修改。序，也可以对内容进行多次修改。 有两种：紫外线擦除和电擦除。（可修改）有两种：紫外线擦除和电擦除。（可修改） 2021-11-961（3 3）高速缓冲存储器（）高速缓冲存储器（cachecache）cpucpu速度越来越快，动态随机寻存储器（速度越来越快，动态随机寻存储器（dram)dram)的速度的速度受到制造技术的限制，无法与受到制造技术的限制，

30、无法与cpucpu的速度同步，因此导致的速度同步，因此导致cpucpu需进入等待状态因此速度降低。需进入等待状态因此速度降低。作用作用：缓解高速的缓解高速的cpu和低速的和低速的dram之间的矛盾，提高之间的矛盾，提高 整机的工作效率。整机的工作效率。特点特点：速度快、信息不能长期保留。为提高的工作效率：速度快、信息不能长期保留。为提高的工作效率, 尽量增大尽量增大cache的容量和采用回写方式更新数据。的容量和采用回写方式更新数据。 2021-11-962 cache cache 通常分为两种：通常分为两种： l1l1（一级）（一级）cache cache ：cpucpu内部的内部的cach

31、ecache 集成在集成在cpucpu芯片上，容量小。芯片上，容量小。 l2l2（二级）（二级） ：cpucpu外部的外部的cachecache 集成在主板上，容量比一级的大集成在主板上，容量比一级的大目前的目前的cpu，一级二级缓存都集成在芯片中，可，一级二级缓存都集成在芯片中，可以设置以设置l3（三级）（三级）cache。2021-11-9632.2.内存的性能指标内存的性能指标（1 1）存储容量。）存储容量。 常用单位有常用单位有mb,gbmb,gb等。等。（2 2）存取周期）存取周期 指存储器进行两次连续、独立的操作之间所需要的指存储器进行两次连续、独立的操作之间所需要的最短时间。时间越短速度越快，以最短时间。时间越短速度越快，以nsns为单位。为单位。（3 3）功耗）功耗指存储器耗电量的大小。指存储器耗电量的大小。2021-11-964 1. 1.主板为主板为cpu cpu 、内存和各种功能、内存和各种功能( (声音、图形、通声音、图形、通信、网络、信、网络、tvtv等卡等卡) )提供提供安全插座安全插座, ,为各种磁、光存储为各种磁、光存储设备、打印机和键盘等设备、打印机和键盘等i/oi/o设备及数码相机、摄像头、设备及数码相机、摄像头、 modemmodem等多媒体通信设备提供接口等