大学计算机-卓越-第1章

1、大学计算机面向实践与创新能力培养第1章 信息社会与计算思维卓越工程师培养计划提纲项目描述2思维方法3知识和技能第1章 信息社会与计算思维1项目1： 信息的表示4拓展与创新项目描述: 使用WinHex软件查看机器指令、整数、浮点数、文本、图像等多种信息的二进制编码，了解常用信息媒介的表示方法，掌握整数、浮点数及文本的编码方法。项目1 信息的表示认识机器指令和程序中数据的编码形式掌握整数和单精度浮点数的编码方法认识字符编码，熟练掌握英文字母、数字以及常用控制字符的ASCII码了解多媒体信息的表示方法和信息处理过程思维方法:借助计算机及其网络工具特性解决实际问题；按照“计算机的思维方式”进行问题分析

2、和求解。项目1 信息的表示符号化：用计算机能够理解的符号描述现实世界。 信息数据规则化：用特定的符号清晰准确地描述事物的发生和发展规律。 规则程序自动化：由程序指令控制计算机的操作。取指令执行指令我们所使用的工具影响着我们的思维方式和思维习惯，从而也深刻影响着我们的思维能力。 -艾兹格迪科斯彻 计算是“数据”在“运算符”的操作下按照“规则”进行演算变换的过程。如算术运算、函数运算、微积分、公式推导、定理证明 要解决的具体问题数据 解决问题的方法和步骤计算规则计算机程序 自动运行计算思维计算思维（Computational Thinking）是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计、以及

3、人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。 -周以真抽象（Abstraction）自动化（Automation）信息技术与信息素养信息社会（ Information Society ）信息的生产和消费，信息技术不断开发和利用、信息产品不断创造和发展信息（Information） 是对社会、自然界的客观事物特征、现象、本质及其运动规律的描述，其内容能通过某种载体（如符号、声音、文字、图形、图像等）来表征和传播。 微电子通信计算机信息技术（Information Technology）能够延伸和拓展人的信息功能的技术（信息获取、传递、存储、转换、检索等） 信息素养(Information

4、 Literacy) 是指人们能够适时获取信息，对信息进行评价和判断，并有效利用信息的能力计算工具演变的思维手指、石子算筹、算盘计算尺、圆算尺机械计算机电控计算机电子计算机高性能计算机 现实 符号化 规则化 抽象 自动化石子、数珠、数字、齿轮、穿孔卡片、电信号、光磁状态 信息的表示信息化：最基础的工作就是实现信息与计算机数据的相互转化首先需要了解人类感知的各种信息在计算机中如何表示。 文本、声音、图像、动画、视频等各种形式的信息编码方法。数制 数码：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、. 基数：R位权：Ri 二进制 数码：0、1 基数： 2 位权：2i 例如：1011.01(B)=23+2

5、1+20+2-2 =11.25(D) 十六进制数码：0、1、9、A、B、C、D、E、F 基数： 16 位权：16i 例如：5B.2F (H)=5161+11160+216-1+1516-2 91.18359 (D)数制二进制数的特点算术运算减法转化为加法运算除法转化为移位运算和加法运算 左移1位相当于乘2，右移1位相当于除以2 逻辑运算0“假” ，1“真” 电子元件逻辑电路计算机中采用二进制 两种稳定状态的元件计算机是由逻辑电路构成的 加法运算 乘法运算 0+0=0 00=01+0=0+1=1 10=01=01+1=10 11=1“与”运算 “或”运算 “非”运算0 0 = 0 0 0 = 0

6、 0 = 10 1 = 0 0 1 = 1 1 = 01 0 = 0 1 0 = 1 1 1 = 1 1 1 = 1数制转换其他进制十进制：各位数值乘以位权之和十进制二进制： 整数部分除2取余数，小数部分乘2取整数；逐位减权；75.453 - 64=11.453 111.453 32 011.453 16 011.453 8 =3.453 13.453 - 4 03.453 - 2 =1.453 11.453 - 1 =0.453 10.453 -0.5 00.453 -0.25=0.203 175.453（D）1001011.0111001（B）75.453(D)1001011.011100

7、111（B） =113.347（O） =4B.73（H）数值数据的表示机器数：二进制数的最高位（左端）为符号位：0表示正数，1表示负数；其他位为数值部分，保存该数的二进制数值。数值数据：（原码、补码、反码、移码） 原码的数值部分保持与其实际二进制值相同,正数的反码、补码都与原码相同；负数的反码数值部分是将其原码数值部分按位取反（0变1，1变0）,负数的补码是将其对应的反码加1。 -168（D）=-10101000（B）10000000 10101000（原码）11111111 01010111（反码）11111111 01011000（补码）00000000 10101000（移码）补码特点补

8、码的零是唯一的（各位全部是0） 补码的减法可以转化为加法实现 X+Y补X补+Y补X-Y补X补+-Y补 计算机中的整数通常采用补码编码加法由加法器实现，减法是转换成补码的加法来运算。乘法有乘法器实现，除法由移位来实现。加法器、乘法器都可以由相应的逻辑电路实现 浮点数的表示IEEE 754标准中的两种浮点数格式：单精度（32位）和双精度（64位）。尾数用原码表示，阶码用非标准移码表示。移码就是补码的符号位取反（0变1，1变0）其余各位不变 S E M31 30 23 22 0S E M63 62 52 51 0单精度浮点数（4字节）：符号S占1位，正数为0，负数为1阶码E占8位，127为正，102

9、3为正，1023为负尾数M占52位，精度达到252浮点数符号位（S）阶（E）尾数（M）十六进制编码123.456正数E=127+6=133取小数点右边的23位010000101111011 0111010010111100142 F6 E9 790.35671负数E=1272=125取小数点右边的23位10111110101101101010001010110001BE B6 A2 B1字符数据的表示字符：字母、数字符号、标点符号、运算符、图形符号、控制符、汉字字符编码：ASCII码、扩展ASCII码、UTF-8码等ASCII码：占一个字节的低7位（27=128） ，最高位平时不用（一般为0）

10、，仅在数据通信时用作奇偶校验位汉字国标码、机内码 ：GB 2312是一个简体中文字符集，由6763个常用汉字和682个全角的非汉字字符（字母、数字、标点符号、图形）组成大五码Big5：台湾、香港、澳门及其他海外华人地区，使用的是繁体中文字符集Unicode编码与UTF-8编码 ：Unicode统一了各种语言和符号的编码方式，但是它的效率不高；UTF-8可以根据不同的符号自动选择编码的长短，可用1到6个字节编码Unicode字符 多媒体数据的表示声音数据 通过时间上的离散化（采样）和振幅上的离散化（量化），就可以将连续的声音用二进制的位序编码表示出来 图形数据 由点、线、多边形、圆和弧线等元素构

11、成的矢量图(Vector)可通过数学公式来描述彩色照片一般使用位图（Bitmap）来表示，按行列顺序将各像素的颜色值RGB用二进制编码即可 时间上离散的数值序列tvtv声音（模拟信号）采样量化 01101100000110001101000110110011010011000001110000101101数字声音信息编码计算机中存储的所有的数据都是以长长的0和1的位序列形式构成 大多数的计算机文件都带有一个文件头，其中包含一些代码信息，说明文件中数据的表示方法。英文：China 01000011 01101000 01101001 01101110 01100001汉字：中国 11010110

12、 11010000 10111001 11111010 数值：-378 11111111 11111111 11111110 10000110音乐：11000001 01001010 01101011 01001010 图像：10010101 11001010 01001001 01101010 01101000视频：01000101 00101011 11101001 01001110 01001100编码有格式的数据才能表示出信息 计算机信息处理过程信息获取： 利用各种输入设备、传感设备将自然界中的信息转换成计算机中的二进制数据。信息识别、信息转换信息加工： 对计算机中各种数字化信息进行判

13、别、筛选、分类、排序、比较、分析、计算、统计和研究等一系列操作。专用程序自动加工、大众信息技术工具加工、智能化信息加工 信息传输： 利用计算机网络和数字通信网络，实现信息有目的的流动 信息存储： 信息存储格式、信息存储介质、数据保护 信息检索： 信息检索（Information Retrieval）是指信息按一定的方式组织起来，并根据信息用户的需要找出有关的信息的过程和技术 计算机应用模式：主机型计算、个人机计算、网络计算 高性能计算（HPC）理论科学、实验科学、高性能计算科学，国家超级计算中心：每年进行两次的全球超级计算机排名 并行计算 多处理机并行工作协同完成同一个大型任务 并行计算需要有

14、高度集成的巨型计算机硬件系统和可并行执行的应用软件 分布式计算把一个需要非常巨大的计算能力才能解决的问题分成许多小的部分，然后将它们分配给许多地理上分布的计算机进行处理，最后把这些计算结果综合起来得到最终的结果 计算技术的发展新一代信息技术云计算 是由并行计算、分布式计算、网格计算发展来的，是一种新兴的商业计算模型云计算的最终目标是将计算、服务和应用作为一种公共设施提供给公众，使人们能够像使用水、电、煤气和电话那样使用计算机资源 软件即服务(Software as a Service,SaaS)、平台即服务(Platform as a Service, PaaS)、基础设施服务(Infrastructure as a Service，IaaS) 普适计算 通过蓝牙技术、无线通信技术和因特网技术将这些智能化可计算设备连接起来，形成一个“以人为中心”的计算和信息访问服务环境，使得人们在任何时候、任何地点都能获得个性化的服务 新一代信息技术大数据大数据（Big data）是一种规模大到在获取、存储、管理、分析方面大大超出了传统数据库软件工具能力范围的数据集合，具有海量的数据规模、快速的数据流转、多样的数据类