信息与计算机

1、第1章 信息与计算机 1.1 信息与信息科学 1.2 计算机的发展及应用 1.3 信息在计算机中的表示与编码 1.4 微型计算机系统 1.5 计算机软件系统Office（ppt,word,excel）1.1 信息与信息科学 本节主要内容 1.1.1 信息信息 1.1.2 信息技术信息技术 1.1.3 信息科学信息科学 1.1.4 信息化社会与信息素养信息化社会与信息素养 重点难点 信息，信息技术，信息科学的定义 几次信息革命第第1章章1.1节节1.1.1 信息 信息的定义 信息是指音讯，消息，情报 信息是在通讯的任何可逆的重新编码或翻译中那些不变的东西 信息是我们适应外部世界，并且使这种适应为

2、外部世界感觉到的过程 从概率的角度看，信息是以消除不确定性的东西 信息是系统的组织程度或有序程度的标记 信息是数据处理的结果 信息是以物质能量在时空某一不均匀分布的整体形式所表达的物质状态第第1章章1.1节节1.1.11.1.2 信息技术 信息技术的定义 凡是能扩展人的信息功能的技术都是信息技术。包括感测技术，通信技术，计算机技术和控制技术 五次信息革命 语言的使用 文字的创造 印刷术的发明 电报，电话，广播，电视的发明和普及应用 计算机的普及应用及计算机与现代通讯技术的结合第第1章章1.1节节1.1.21.1.3 信息科学 信息科学的定义 信息科学是以信息为主要的研究对象，以信息的运动规律和

3、应用方法为主要的研究内容，以计算机等技术为主要研究工具，以扩展人类的信息功能为主要目标的一门的综合性学科。 信息科学的发展 数学家香农创立信息论，为信息科学奠定初步基础。 信息和控制是信息科学的基础和核心。 知识工程，专家系统，自然语言理解系统，智能机器。 未来研究方向 信源理论和信息的获取，信息的传输，储存，检索，变换和处理，信号测量分析处理显示，模式信息处理，知识信息处理，决策和控制。第第1章章1.1节节1.1.31.1.4 信息化社会与信息素养 1.信息化社会 （1）信息化 （2）信息社会 （3）我国社会的信息化 2.信息素养 三个层面：l文化素养(知识层面)，l信息意识(意识层面)l信

4、息技能(技术层面)第第1章章1.1节节1.1.41.2 计算机的发展及应用 本节主要内容 1.2.1 1.2.1 计算机发展概论计算机发展概论 1.2.2 1.2.2 计算机分类及基本特点计算机分类及基本特点 1.2.3 1.2.3 计算机的发展趋势计算机的发展趋势 1.2.4 1.2.4 计算机在信息社会中的应用计算机在信息社会中的应用 重点难点 冯诺依曼计算机的主要特征 按元器件划分，各代电子计算机的特征 计算机分类第第1章章1.2节节1.2.1 计算机发展概论 “图灵机”为计算机的发明奠定了理论基础 “图灵机”不是一种具体的机器，而是一种理论模型，可用来制造一种十分简单但运算能力极强的计

5、算装置。计算机理论之父计算机理论之父 A.M Turing第第1章章1.2节节1.2.11.2.1 计算机发展概论 冯诺依曼型计算机 工作原理：存储程序，顺序控制 基本思想： 计算机可以使用二进制 计算机的指令和数据都可以存储在机内 基本结构 存储器，运算器，控制器，输入设备，输出设备 世界上第一台计算机 1946年2月，世界上第一台计算机于美国宾州大学诞生，取名ENIAC EDVACJohn von Neuman第第1章章1.2节节1.2.11.2.1 计算机发展概论 计算机发展的四个阶段 1.第一代计算机(19461956) 使用电子管作主要元件，耗电多，发热量大，运算速度一般每秒为数千次

6、至数万次。 存储容量小，初期用水银延迟线或静电存储器，容量仅有数千字节，后期采用磁鼓与磁芯，容量有较大提高。 程序设计使用机器语言或汇编语言，输入输出主要用穿孔的纸带或卡片，编程与上机都很费时。 2.第二代计算机(19561964) 用晶体管代替电子管来作开关元件，具有速度快，寿命长，轻、小、省等优点。 普遍使用磁芯存储器为主存储器。 汇编语言更普遍，高级语言也开始投入使用。第第1章章1.2节节1.2.11.2.1 计算机发展概论 3.第三代计算机(19641970 ) 中、小规模集成电路投入使用 系列化、通用化和标准化 4.第四代计算机(1971) 使用大规模集成电路VLSI (Very L

7、arge Scale Integration)和超大规模集成电路ULSI (Ultra Large Scale Integration)制作开关逻辑部件； 性能价格比大幅度跃升； 产品更新的速度加快； 软件配置空前丰富。第第1章章1.2节节1.2.11.2.2 计算机分类及基本特点 1.计算机常见分类方法 （1）主机 （2）小型机 （3）个人计算机 （4）巨型机 （5）小巨型机 （6）工作站 2.基本特点 （1）处理速度快 （2）运算精度高 （3）存储能力强 （4）具有逻辑判断能力 （5）可靠性高第第1章章1.2节节1.2.21.2.3 计算机的发展趋势 发展方向 （1）巨型化 （2）微型化

8、（3）网络化 （4）智能化 （5）多媒体化 （6）未来计算机 生物计算机 光子计算机 量子计算机第第1章章1.2节节1.2.31.2.4 计算机在信息社会中的应用 1.科学计算 2.数据处理 3.实时控制 4.计算机辅助系统 （1）计算机辅助设计（CAD） （2）计算机辅助制造（CAM） （3）计算机集成制造系统（CIMS） （4）计算机辅助测试（CAT） （5）计算机辅助教学（CAI） 5.人工智能（AI） 6.计算机模拟第第1章章1.2节节1.2.41.2.4 计算机在信息社会中的应用 7. 大数据 8. 云计算 9. 3D打印 10.物联网 11.互联网+ 12. 智慧城市第第1章章1.

9、2节节1.2.41.3 信息在计算机中的表示与编码 本节主要内容 1.3.1 信息在计算机中的表示 1.3.2 信息编码 1.3.3 数制及其转换 重点难点 信息存储单位的换算 常用的数字编码 数制之间的转换 定点数和浮点数的表示方法第第1章章1.3节节1.3.1 信息在计算机中的表示 1.信息表示 计算机内部都采用二进制形式来表示 使用二进制的原因 二进制数在物理上最容易实现，如电压的“低”与“高”恰好表示“ 0 ”和“ 1 ” 二进制数运算简单，如采用十进制数，有 55 种求和与求积的运算规则，而二进制数仅有 3 种（0+0=0，0+1=1，1+1=10和00=0，01=0，11=1） 二

10、进制数的“ 0 ”和“ 1 ”正好与逻辑命题的两个值“否”和“是”或称“假”和“真”相对应，为计算机实现逻辑运算和逻辑判断提供了便利的条件第第1章章1.3节节1.3.11.3.1 信息在计算机中的表示 2.信息存储单位 位（ bit ），简记为 b ，是计算机内部存储信息的最小单位。一个二进制位只能表示 0 或 1 字节（ byte ），简记为 B ，是计算机内部存储信息的基本单位。一个字节由 8 个二进制位组成，即 1 B = 8 b 字（ word ），一个字通常由一个字节或若干个字节组成，是计算机进行信息处理时一次存取、加工和传送的数据长度。字长是衡量计算机性能的一个重要指标，字长越长，

11、计算机一次所能处理信息的实际位数就越多，运算精度就越高，最终表现为计算机的处理速度越快 单位换算：1B=8b,1KB=1024B,1MB=1024KB,1GB=1024MB,1TB=1024GB第第1章章1.3节节1.3.11.3.2 信息编码 定义 用按一定规则组合而成的若干位二进制码来表示数或字符 分类 1.数字编码 定义：是指用若干位二进制代码来表示一位十进制数 BCD码用四位权为8421的二进制数来表示等值的一位十进制数 【例1.1】(731)10 =(?) BCD； (731)10 =(011100110001) 2 2.字符编码ASCII码有： 7位（称为标准ASCII码字符集，可

12、表示128个字符，p17表1-2） 8位（称为扩展ASCII码字符集，可表示256个字符）第第1章章1.3节节1.3.21.3.2 信息编码 3.汉字编码 汉字输入码：又称外码，与汉字输入方式有关 汉字交换码（国标码）：GB2312-80字符集（p22图1-4） 用两个字节表示一个汉字，每个字节最高位是0。包含6763个汉字和682个非汉字图形符号。 注：扩充后，形成GB18030，有汉字27484个。 汉字机内码：将国标码的两个字节的最高位分别置为1，即： 机内码=国标码+8080H 字形输出码 点阵图形码 汉字字形可以用点阵的形式表示，每一个点用一位二进制数表示。 4.Unicode编码

13、它用两个字节表示一个字符，因此允许表示 65536 个字符，世界上几乎所有的书面语言都能用单一的 Unicode 编码表示。 前 128 个 Unicode 字符是标准 ASCII 字符，接下来的是 128 个扩展的 ASCII 字符，其余的字符供不同的语言使用。 5.信息的内部表示和外部显示第第1章章1.3节节1.3.21.3.3 数制及其转换 1.进制数及表示方法 K进制数的性质 数码数码：在K进制中，具有K个数字符号 进位进位：在K进制中，由低位向高位按“逢K进一”的规则计数； 表示法表示法：K进制的基数是“K”，K进制数的第i位(i=n，2，1，0，-1，-2)的权为“K”，并约定整数

14、最低位的位序号i=0。（86795.13）10（11111.11）2第第1章章1.3节节1.3.31.3.3 数制及其转换 常用的数制 K=10为十进制，可使用0，1，9共10个数字符号； K=2 为二进制，可使用0，1共2个数字符号； K=8 为八进制，可使用0，1，7共8个数字符号； K=16为十六进制，可使用0，1，9，A，B，C，D，E，F共16个数字符号。 数制的书写格式 二进制数可以用后缀B表示，也可以用括号和下标2表示。例如，1010B与(1010)2 八进制用后缀Q，十六进制用后缀H，也可以用括号和下标表示，例如：271Q，(271)8 ,1C2FH,(1C2F) 16第第1章

15、章1.3节节1.3.31.3.3 数制及其转换 2不同数制之间的转换 （1）二、十六、八进制数转换为十进制数 【例1.2】 （11010.101）2=124 +12 3 +022 +12 1 +02 0 +12 -1 +02 -2 +12 -3 =16+80+200.50+0.125 =(26.625)10 （B7A.8) 16=B1627161A160816-1 =11256+716+101+80.0625 =(2938.5)10 （275.04)8=28278158008-1+48-2 =264 + 78 +51+0+0.0625 =(189.0625)10第第1章章1.3节节1.3.31

16、.3.3 数制及其转换 （2）十进制数转换为二（十六、八）进制数 整数转换规则 【例1.3】(13)10=(?)2 例子 十进制整数转换为二进制整数的规则：除2取余，直至商为0，结果为从下向上。 十进制整数转换为八（十六）进制整数的规则为：除8（16）取余，直至商为0，结果为从下向上。 小数转换规则 【例1.4】(0.625)10=(?)2 例子 十进制小数转换为二（十六、八）进制小数的规则为：“乘2（16、8）取整，直至小数为0，结果从上向下”。 将25.25转换为二进制数第第1章章1.3节节1.3.31.3.3 数制及其转换【例1.3】(13)10=(?)2 设：(13)10=(BnBn-

17、1B2B1B0 )2 (1) 其中(1)式Bi=0 或Bi=1 (i=0，1，2，n)，右边二进制整数按权展开得十进制整数 (13)10=(BnBn-1 B2B1B0)2 =Bn2n +Bn-12n-1B222B121B020 =2（Bn2n -1+ Bn-12n-2B221B120)B0 即13=2（Bn2n -1+ Bn-12n-2B221B120) B0 由此得出，B0是13除2的余数（为1）， 即B0=1 Bn2n -1+ Bn-12n-2B221B120是13除2的商（为6）， 即6=Bn2n -1+ Bn-12n-2B221B120 以此类推，B1是6除2的余数（为0）， B1=0

18、；B2 是3（6除2的商）除2的余数（为1）， B2 =1；B3 是1（3除2的商）除2的余数（为1），B3=1，此时1除2的商为0。 求得： (13)10=(B3B2B1B0)2 =(1101)2第第1章章1.3节节1.3.31.3.3 数制及其转换 【例1.4】(0.625)10=(?)2设：(0.625)10=(0.B-1B-2 B-m)2 -(2)其中(2)式B-i =0 或B-i =1(i=1，2，m)，右边二进制小数按权 展开得十进制小数(0.B-1B-2B-m)2= B-12-1+ B-22-2B-m2-m即，十进制小数0.625= B-12-1+ B-22-2 B-m2-m -

19、(3) (3)式两边同乘以2，得：1+0.25= B-1+ B-22-1B-m2-m+1 由此推出，B-1=1，0.25= B-22-1B-m2-m+1 同理可得，B-2=0，B-3=1，最后求得：(0.625)10=(0.B-1B-2B-m)2=(0.101)2 注意：在用上述规则实现十进制小数的转换时，会出现乘积的小数 部分总不等于0的情况，这表明此时的十进制小数不能转换为有限 位的二进制小数，出现了“循环小数”。如： (0.6)10=(0.100110011001)2第第1章章1.3节节1.3.31.3.3 数制及其转换 （3）八，十六进制数转换成二进制数 由于八（十六）进制数的基数为8

20、（16），二进制数的基数为2，两者满足8=23（16=24），故每位八（十六）制数可以转换为等值的三（四）位二进制数，反之亦然。 转换方法：将八（十六）进制数的每一位展开为三（四）位二进制数，去掉整数首部和小数尾部的0即可。 【例1.5】(7DC4)16=( ? )2 将每位十六进制数写成四位二进制数，便得到转换结果。如下所示： 求得(7D.C4)16=(1111101.110001)2。8CE.09=1000 1100 1110.00001001第第1章章1.3节节1.3.31.3.3 数制及其转换 （4）二进制数转换成八（十六）进制数 转换方法：以小数点为中心向两边，每 三 (四) 位分成

21、一组(首尾不足者补0)，将每组二进制数写成与之对应的八（十六）进制数。 1100010100.011101 【例1.6】(11110.11101)2 = (?)8 转换过程如下所示： 先将（11110.11101)2写成（011110.111010)2，然后按： 求得( 11110.11101)2 = (36.72)8 第第1章章1.3节节1.3.3 1、268.5=（ ）H 2、0.1B=( )H 3、F6.B8H=( )8 1111 0110 . 1011 1000 4、26.75 =( )2 5、下列4个不同的进制数中，最大的是（ ） A、1100010100B B、30FH C、143

22、0QD、789 6、10.3125 =( )2 7、1011010.10B=( )Q 8、25.63Q =( )B课堂练习1.3.3 数制及其转换 3. 二进制数的定点及浮点表示 （1）定点表示法定义：指计算机中的小数点位置是固定不变的定点整数表示的数值范围为-1111111+1111111，即-27+127-1 例如，二进制数1011和1011都是非整数，若将它们都乘以比例因子22，则得 101122=10110 101122=1011在8位字长的计算机中可分别表示为第第1章章1.3节节1.3.31.3.3 数制及其转换 （2）浮点表示法 定义：指计算机中的小数点位置不是固定的，或者说是“浮

23、动的”。 对于任何一个二进制数N都可以表示为：N=2E(S)式中，E称为阶码，它是一个二进制正整数；E前的号为阶码的正负号，称为阶符(Ef)。S称为尾数，它是一个二进制正小数；S前的号为尾数的正负号，称为尾符(Sf)。式中“2”是阶码E的底数第第1章章1.3节节1.3.31.3.3 数制及其转换 例如，二进制数1011和1011的记阶表示形式为当E=11且Ef为“”，S=01011且Sf为“”时，有：+1011=211(01011)当E=10且Ef为“”，S=01011且Sf为“”时，有： -1011=210(01011)第第1章章1.3节节1.3.31.3.3 数制及其转换 4. 二进制数的

24、运算 （1）二进制数的算术运算 二进制的算术运算和十进制的算术运算相同，但运算法则更为简单。二进制的加减乘除运算法则都只有三条。 加法规则：= +=+= +=10 减法规则：-= -= -= 10 -= 乘法规则：=0 1= 除法规则：= =（不能作除数） 进行二进制数加法与减法运算时，只要注意按“逢2进1”和“借1当2”处理就行了。例如：1010011010000 ，101001100100第第1章章1.3节节1.3.31.3.3 数制及其转换 11011011=10001111101010=101第第1章章1.3节节1.3.31.3.3 数制及其转换 （2）二进制的逻辑运算 运算规则见表1

25、-5 例如：对1010求非（反）运算：按位取反，即1变0，0变1，结果为0101。 1011001 0100101 与运算：对位相与，有0则0，全1才1 或：对位相或，有1则1，全0才0 异或：对位异或，不同则为1，相同则为0第第1 1章章1.31.3节节1.3.31.3.31.4 微型计算机系统 本节主要内容 1.4.1 微型计算机硬件系统 1.4.2 主板和BIOS 1.4.3 I/O接口和系统总线 重点难点 计算机的基本组成以及各组成的基本功能 RAM和ROM的区别第第1章章1.4节节1.4.1 微型计算机硬件系统 计算机由五大基本部分组成 运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备计算

26、机硬件结构图计算机硬件结构图第第1 1章章1.41.4节节1.4.11.4.11.4.1 微型计算机硬件系统 1. 控制器 控制器是计算机的指挥控制中心 2. 运算器 运算器是执行算术运算和逻辑运算的部件，它的任务是在控制器的指挥下，对信息进行加工处理，包括算术运算和逻辑运算。运算器由算术逻辑单元ALU（Arithmetical Logical Unit）、累加器、状态寄存器和通用寄存器组等组成。 运算器和控制器等集成在一块超大规模集成电路芯片上，该芯片称为CPU。 字长：CPU字长即计算机字长，简称字长。在计算机中，作为一个整体被传送和运算的一串二进制数码称为字。字所包含的二进制位数称为字长

27、 主频：指CPU工作时的时钟频率第第1章章1.4节节1.4.11.4.1 微型计算机硬件系统 3. 存储器 存储器分类 内存储器 外存储器 （1）内存储器 内存地址 内存由许多存储单元组成，每一个存储单元可以存放若干位数据代码，该代码可以是指令，也可以是数据。 存储容量 是描述计算机存储能力的指标 RAM和ROM：内存分为随机存取存储器RAM（Random Access Memory）和只读存储器ROM（Read Only Memory）两种。 ROM中的信息一般只能读出而不能写入，断电后，ROM中的原有信息保持不变，在计算机重新开机后，ROM中的信息仍可被读出。 RAM用于存放CPU正在处理

28、、即将处理或处理完毕的数据，是CPU可以直接访问（可读/写）的存储器。一旦关闭计算机（断电），RAM中的信息就丢失了。第第1章章1.4节节1.4.11.4.1 微型计算机硬件系统 高速缓冲存储器Cache 由于RAM的运行速度和CPU之间有一个数量级的差距，这就限制了CPU速度潜力的发挥。为了弥补这个差距，人们在RAM和CPU之间设置一种高速缓冲存储器Cache。Cache的运行速度高于RAM，与CPU速度差不多，但容量较小。Cache中的数据是RAM的常用副本，在程序运行中，当需要取指令或数据时，CPU先检查Cache中是否有该内容，若有就从Cache中取出，否则从主存储器取出，这样就充分发

29、挥了CPU的潜力。 虚拟内存 拿出一整片硬盘空间来充当内存使用，这一整片硬盘空间就是虚拟内存。 当运行的程序和数据要占用大量RAM时，先把RAM中暂时不急用的数据存放在虚拟内存中，用的时候再调入RAM中，这样就大大缓解了RAM紧张的矛盾。第第1章章1.4节节1.4.11.4.1 微型计算机硬件系统 （2）外存储器 磁存储器 磁带、硬盘和软盘：将信息记录在涂有磁性材料的塑料带、金属或塑料圆盘上，靠磁头存取信息。 硬盘硬盘和磁盘驱动器硬盘和磁盘驱动器第第1章章1.4节节1.4.11.4.1 微型计算机硬件系统 光存储器 CD CD-R CD-RW DVD 移动存储器 U盘 移动光盘 移动硬盘第第1

30、章章1.4节节1.4.1认识存储器存储器的层次结构缓存-主存-辅存的关系寄存器高速缓冲存储器主存储器辅助存储器（硬盘、光盘）二级辅助存储器（大容量光盘、磁带）CPU缓存主存辅存高速缓存和主存关系（解决速度问题）高速缓存和主存关系（解决速度问题）主存和辅存关系（解决容量问题）主存和辅存关系（解决容量问题）1.4.1 微型计算机硬件系统 4. 输入设备 （1）键盘 （2）鼠标 （3）笔输入设备 （4）扫描仪 （5）数码相机键盘键盘鼠标鼠标笔输入设备笔输入设备扫描仪扫描仪数码相机数码相机第第1章章1.4节节1.4.11.4.1 微型计算机硬件系统 5. 输出设备 （1）显示器 CRT显示器 液晶显示

31、器 （2）显卡 （3）打印机 针式打印机 喷墨打印机 激光打印机 （4）绘图仪CRT显示器显示器液晶显示器液晶显示器显卡显卡第第1章章1.4节节1.4.11.4.2 主板和BIOS 1. 主板 主板主要由芯片组、CPU插座、内存插槽、软盘插槽和硬盘插槽、PCI插槽、AGP插槽、外部接口、电源接口、BIOS等组成。主板结构主板结构第第1章章1.4节节1.4.21.4.2 主板和BIOS 2. BIOS和BIOS设置程序 （1）BIOS和CMOS BIOS（Basic Input-Output System）为计算机基本输入/输出系统，它是一组固化在计算机主板上的一个ROM芯片上的程序。 BIOS

32、内容包括：计算机开机自检程序、CMOS设置程序、系统启动自举程序、基本输入/输出程序等。 CMOS(互补金属氧化物半导体存储器)是主板上的一块可读写的RAM芯片，它保存着计算机当前的配置信息，如日期和时间、硬盘的格式和容量、内存容量等。 （2）BIOS的设置 详细内容见课本P39-P40第第1章章1.4节节1.4.21.4.3 I/O结构和系统总线 1. I/O接口 I/O（InputOutput）接口是指输入/输出设备接口 是连接外设和主机的一个“桥梁” 2. 系统总线 数据总线（DB） 地址总线（AB） 控制总线（CB）微机硬件组成微机硬件组成第第1章章1.4节节1.4.31.5 计算机软

33、件系统 本节主要内容 1.5.1 计算机软件及发展 1.5.2 系统软件 1.5.3 应用软件 1.5.4 软件开发技术 1.5.5 微机系统配置与选购 重点难点 软件的分类第第1章章1.5节节1.5.1计算机软件及发展 1. 计算机软件定义 计算机软件由程序和有关的文档组成。程序是指令序列的符号表示，文档是软件开发过程中建立的技术资料。 2. 计算机软件的发展 第一阶段（ 19461956 年）：第一台计算机上的第一个程序开始到高级程序设计语言出现之前。 第二阶段（ 19561968 年）：从高级程序设计语言出现以后到软件工程出现之前。 第三阶段（ 1968 年以后）：软件工程出现以后迄今为止。第第1章章1.5节节1.5.11.5.2 系统软件 1. 系统软件功能 （1）对硬件和软件资源实施有效的控制和管理，从而使整个计算机系统协调而有效地运行。如启动计算机，存储、加载