信息时代与计算机

1、信息时代与计算机第1页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一信息与信息技术 信息、数据 信息技术概述第2页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一信息与数据 信息(Information)是人们用于表示具有一定意义的符号的集合，这些符号可以是文字、数字、图形、图像、动画、声音、光等。 数据(Data)是指存储在某种媒体上可以鉴别的符号资料。 数据是信息的具体表现形式，是信息的载体，而信息是对数据进行加工后得到的结果。第3页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一信息技术(IT) (Information Technology) 是指与信息的产生、获取

2、、处理、传输、控制和利用等有关的技术。 这些技术包括计算机技术、通信技术、微电子技术、传感技术、网络技术、新型元器件技术、光电子技术、人工智能技术、多媒体技术等。 计算机技术、通信技术和网络技术是它的核心技术第4页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一计算机概述 计算机起源与发展 计算机的特点及分类 计算机的应用 计算机的发展趋势第5页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一计算机计算机（电脑）是一种具有计算功能、记忆功能和逻辑判断的电子设备。它能接收数据、保存数据、按照预定的程序对数据进行处理，并提供和保存处理结果。第6页，共77页，2022年，5月20日，0点

3、52分，星期一 1946年(美)宾夕法尼亚大学第一台电子数字积分计算机ENIAC诞生。 现代计算机的起源电子管 18000多只占地 160平方米重 30余吨耗电 150kw运算速度为 5000次/秒 第7页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一第一代：(1946-1956) 电子管时代 (机器和汇编语言)第二代：(1956-1964) 晶体管时代 (高级编程语言)第三代：(1964-1971) 中小规模集成电路 (操作系统成熟) 第四代：(1971至今) 大规模、超大规模集成电路 (出现网络，使用面日益广泛)计算机的发展 按照计算机所使用的逻辑部件将计算机的发展分为四代： 未来

4、计算机以量子计算机、分子计算机、生物计算机、超导计算机和光计算机为代表。IBM7090型晶体管计算机TRADIC晶体管计算机Cray-1巨型机 银河-1向量机第8页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一1956：开始研制计算机1958：电子管 计算机1964：晶体管 计算机1971：集成电路 计算机 1983：研制成功每秒运行1亿次的“银河I”巨型机2010：首台千万亿次计算机“天河一号”投入使用 （2009研制成功）中国计算机的发展中国超级计算机“天河一号” 第9页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一计算机的特点运算速度快、精确度高可靠性好、存储容量大 具有

5、记忆和逻辑判断能力计算机内部自动化操作第10页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一计算机的分类按原理分类 数字计算机：处理的数据是用离散数据表示的 模拟计算机：处理的数据是用连续模拟量表示 的。主要用在要求响应速度快但 精度低的过程控制中。按计算机用途分类 通用计算机：为解决多种问题而设计的具有较强通 用性的计算机 专用计算机：针对某一特定用途而设计的计算机第11页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一按计算机规模分类 巨型机、大型机、小型机和微型计算机 计算机规模一般指计算机的一些主要技术指标：字长、运算速度、存储容量等。第12页，共77页，2022年，5月

6、20日，0点52分，星期一计算机技术的应用科学计算 为解决科学和工程中的数学问题利用计算机进行的数值计算。数据处理 以计算机技术为基础，对大量数据进行加工处理，形成有用的信息计算机辅助系统 指通过人机对话，使计算机辅助人们从事设计、加工、计划和学习等工作。CAD: 计算机辅助设计CAM: 计算机辅助制造CBE: 计算机辅助教育CAI: 计算机辅助教学CMI：计算机辅助教学管理CAT: 计算机辅助测试第13页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一过程控制 用计算机及时采集检测数据,按最佳值迅速地对控制对象进行自动控制或自动调节。人工智能(AI) 研究怎样让计算机做一些通常认为需要

7、人的智力才能做的事情。计算机网络与通信 利用通讯技术，将不同地理位置上的计算机互联，实现信息的交换和共享。智能机器人美国火星探测机器人娱乐机器狗遥控智能机器人第14页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一 性能不断提高；体积不断缩小；价格持续下降；信息处理功能多媒体化；与通信相结合，进入“网络计算机时代”。 计算机的发展趋势 计算机正向着巨型化、微型化、网络化和智能化的方向发展。第15页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一计算机系统工作原理和组成 计算机的工作原理 计算机系统组成第16页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一计算机的工作原理 美

8、籍匈牙利数学家冯 诺依曼提出了以“二进制”和“存储程序” 工作原理为基础的现代计算机的体系结构。第17页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一所谓“二进制”是指： 以二元逻辑为基础，用0和1二进制码组成各种信息进行运算。“存储程序”的工作原理是： 在计算机中设置存储器，将二进制编码表示的计算步骤和数据存放到存储器中，计算机一经启动，就能按照程序指定的逻辑顺序依次取出存储器中的内容进行处理，直到得出结果。第18页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一指令：是指计算机完成某一种操作的命令，是一 组二进制代码。操 作 码地 址 码指令的组成格式：是规定操作数的值或地址

9、、操作结果的地址及下一条指令的地址等指出进行什么操作第19页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一 一条指令的执行过程可分为取指令、分析指令、执行指令3个阶段 取指令分析指令执行指令指令的执行过程第20页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一开 始从存储器取一条指令分析指令？执行指令结 束计算机工作过程第21页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一计算机系统的组成 软件系统（程序、文档） 硬件系统（设备）第22页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一CPU外部设备计算机硬件系统的组成硬件运算器控制器存储器输入设备输出设备内存外存主

10、机第23页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一输入设备输出设备存储器运算器控制器第24页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一计算机软件系统的组成软件是各种程序及其文档的总称。软件是用户与机器的接口 。系统软件应用软件操作系统（OS）程序设计语言及语言处理程序数据库管理系统支撑服务软件办公类软件图形类软件通信类软件用户编制的软件裸机：不装备任何软件的计算机。第25页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一硬 件系统软件应用软件 用 户计算机系统层次结构作为系统，计算机具有层次性。内核是硬件系统：是进行信息处理的实际物理装置。 最外层是使用计算机的

11、人，即用户。人与硬件系统之间的接口是软件系统。第26页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一 运算器(ALU) 中央处理单元（CPU ) 主机 控制器 内存储器 硬件 外存储器 外设 输入设备计算机 输出设备 系 统 操作系统 系统软件 程序语言及其编译、解释程序 调试程序、测试及诊断程序 软件 应用软件第27页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一计算机中信息的表示 数制 信息编码第28页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一计算机中的信息是用二进制表示的。因为： 物理上容易实现 运算简单 逻辑性强 在计算机中只能识别二进制数码信息，因此，一切

12、字母、数字、符号等信息都必须用二进制特定编码来表示；信息才能传送、存储和处理第29页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一11111000二进制的示例第30页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一 数制：是指表示数值的方法，有进位计数制和非进位计数制进制：按照进位的原则进行计数的数制称为进位计数制，简称“进制”。数码：一组用来表示某种数制的符号基数：数制所使用的数码个数，常用R表示，称R进制位权：指数码在不同位置上的权值。其大小是以基数R为底，数码所在位置的序号为指数的整数次幂。数制的概念第31页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一在十进制数中

13、，358.72 可表示为： 358.72=3102+5101+8100+710-1+210-2第32页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一常用的进位计数制十进制二进制八进制十六进制基数 数字符号100-920,180-7160-9,A-F书写示例100D(100)10100B(100)2100O(100)8100H(100)16第33页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一不同数制间数的转换R进制数十进制数R进制数十进制数二、八、十六进制之间的转换第34页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一示例： (1110.1) 2 = 123+122 +

14、 121 + 020+1 2-1 = 8 + 4 + 2 + 0 + 0.5 = (14.5)10 (a12f.28) 16 = 10163+1162 + 2161 +15160 +2 16-1 + 816-2 = (41263.15625)10R进制数 = 十进制数位权法：把R进制数按位权展开求和第35页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一十进制 = R进制 整数转换 小数转换第36页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一结果：144余数法：除基数取余法，连续除以基数，并取其余数，直到商为零，将所得余数倒序排列即可示例： 100 - 八进制十进制整数= R进

15、制整数100841284 1810第37页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一结果为：1100001示例： 97 - 二进制972481224021202602302112 01第38页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一进位法：乘基数取整，连续乘以基数，并取其整数，直到积为零或达到所要求的精度时，将所得整数正序排列即可示例： 0.625 = 二进制 结果：0.101 0.625 2 1.250取整数 0.25 2 0.50 0.5 2 1.0十进制小数 = R进制小数第39页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一二、八与十六进制之间的转换

16、二进制与十六进制 4位二进制数 1位十六进制数 二进制与八进制 3位二进制数 1位八进制数 十进制 二进制十进制 二进制 0 000 1 001 2 010 3 011 4 100 5 101 6 110 7 111 8 1000 9 1001 10 1010 11 1011 12 1100 13 1101 14 1110 15 1111第40页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一二进制 八进制一位拆三位整数部分从右向左三位并一位小数部分从左向右三位并一位示例：100101110111.011 1004217654.34()8第41页，共77页，2022年，5月20日，0点5

17、2分，星期一示例：4213 5. 2101011.010第42页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一一位拆四位二进制 十六进制 整数部分从右向左四位并一位小数部分从左向右四位并一位示例：1000 1010 0101. 11115A8.F8421第43页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一例: 将（741.566）8 转换成为二进制数 例: 将（5A.B8）16 转换成为二进制数 （741.566）8=（111100001.101110110）2（5A.B8）16=（01011010.10111000）2第44页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，

18、星期一输入设备输出设备数值 十/二进制转换西文 ASCII码汉字 输入码/机内码声音/图像 模/数转换二/十进制转换 数值西文字形码 西文汉字字形码 汉字数/模转换 声音/图像内存信息的编码 信息单位 数值编码 字符编码第45页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一信息的存储单位 位(bit) 简记b，也称比特 是计算机存储数据的最小单位。一个二进制位只能表示0或1。 字节(Byte) 简记B 1B = 8 bit 计算机中，字节是存储信息的最小单位，即以字节为基本单位来解释信息。 第46页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一其他单位 KB 千字节 MB 兆字

19、节 GB 吉字节 TB 太字节 PB 拍字节1 KB = 210 B = 1024 Bl MB = 210 KB = = l024 KB1 GB = 210 MB = l024 MB1 TB = 210 GB = 1024 GB 1 PB = 210 TB = 1024 TB第47页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一位字，字长字节（8位） 字 是计算机进行数据处理时,一次存取、加工和传送的一组二进制位。它的长度叫字长。常见的微处理器字长有8位、16位、32位和64位。第48页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一 符号位的表示 计算机中数据的符号也是用二进制

20、表示的，正数用0表示，负数用1表示计算机中数值的表示第49页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一机器数 把一个数据连同其符号在机器中的表示加以数值化，这样的数据称为机器数。一般用最高位来表示符号。第50页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一即：+97 0 110000101100001+97 符号位11100001-97 第51页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一 机器数在计算时必须考虑符号位的处理，为了便于运算，对数中有三种表示方法 原码 反码 补码 第52页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一 原码 原码就是机器数,

21、最高位为符号位，数值部分是原数的绝对值 反码 正数的反码和原码相同，负数的反码是对其原码除符号位外各位求反（0变1，1变0） 补码 正数的补码和原码相同，负数的补码是对其反码最后一位加1第53页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一+97 原码反码补码-97 原码反码补码假定一个数在机器中占用8位011000010110000101100001111000011001111010011111第54页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一可以将减法运算转化为加法运算来完成数的符号位可参与运算两数和(差)的补码等于两数的补码之和(差) 补码运算具有如下优点第55页，

22、共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一数的定点表示和浮点表示 在计算机中表示小数时根据其小数点位置是否固定，分为：定点表示法浮点表示法第56页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一定点表示法 约定小数点隐含地固定在某个位置不变，为了方便，把小数点规定在数的最前面或最后面。即把所有数化为纯小数或纯整数来对待。浮点表示法 小数点的位置可以改变的表示数的方法。第57页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一数的定点表示0101000010001010定点小数：定点整数：符号位隐含小数位(+0.625)符号位隐含小数位(-10)第58页，共77页，2022年

23、，5月20日，0点52分，星期一数的浮点表示 尾数= 0.112233 1040.0001101B = 0.1l012-11 1122.33= 1.12233 103= 11.2233 102阶码部分阶符阶码尾数部分数符第59页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一0.00000011101011B 0.1l1010112-110 11111010001110101100000000000000 不同的计算机中，阶码和尾数各占多少位都有具体的规定。 阶码部分用补码表示成定点纯整数；尾数部分用补码表示成定点纯小数。第60页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一 计

24、算机处理的信息除了数值数据以外，还有其他大量的非数值数据，非数值数据中主要是字符数据。由字符数据转换成二进制数值数据，最好的方法就是为字符编码，即对字符进行编号。 字符编码每一个字符有一个唯一的编码。第61页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一西文字符的编码ASCII码 美国标准信息交换代码American Standard Code for Information Interchange采用一个字节编码，可表示256种不同的字符。第62页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一范围128-255, 共128种 标准ASCII0范围0-127, 共128种最高位

25、为0的编码扩展ASCII1最高位为1的编码第63页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一字符十六进制十进制空格20H320 930H 39H48 57AZ41H 5AH65 90az61H 7AH97 122BS（退格）8H8CR（回车）DH13LF（换行）AH104 1 0100 00010 1 0 0 0 0 0 1A第64页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一汉字的编码 汉字输入码 汉字国标码 汉字机内码 汉字输出码第65页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一汉字输入码 输入汉字使用的编码称为汉字输入码，也称为汉字外部码，简称外码。 音

26、码类：全拼、双拼、微软拼音、自然码和智能ABC等 形码类：五笔字型法、郑码输入法等 全拼五笔字型法汉hanicy第66页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一 我国在1980年制定了信息交换用汉字编码字符集基本集作为国家标准GB2312-80编码字符集，称为国标码。 GB2312-80中规定了信息交换用的6763个汉字和682个非汉字图形符号（包括字母、数字和符号，例如英文、俄文、日文平、片假名等）的代码。汉字国标码第67页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一区位码01020316179401020316啊1794区号位号第68页，共77页，2022年，5月20日，0点52分，星期一区位码：汉字和汉字符号被分成了94个区、94个位。区、位的序号均从01到94。 每个汉字占两个字节。其中：汉字6763个，汉字符号682个。一级汉字3755个；二级汉字3008个。 区号 区中位置汉字国标码 = 汉字区位码 + 2020H 用四位十进制数表示，前两位数是区号，后两位数是位号。第69页，共77页，2022年，5月20日，0点