计算机 信息时代与计算机

计算机信息时代与计算机第一页，共六十九页，编辑于2023年，星期五本章基本要求基本知识点：

(1)了解信息在现阶段的重要作用，具有信息意识；(2)掌握计算机的发展、分类、特点和应用等基础知识；掌握计算机的工作原理；（3）信息在计算机中的表示方法。重点与难点：（1）掌握计算机的发展、分类、特点和应用（2）掌握数制及其转换。

第二页，共六十九页，编辑于2023年，星期五1.1.1信息与数据信息(Information)：

是人们用于表示具有一定意义的符号集合，这些符号可以是文字、数字、图形、图像、动画、声音、光等。

信息同物质(material)和能源(energy)一样，是人们赖以生存和社会发展的重要资源。数据(Data)：数据是信息的具体表现形式，是指人们看到的和听到的事实，是各种各样的物理符号及其组合，它反映了信息的内容。

第三页，共六十九页，编辑于2023年，星期五不灭性

可传递性和可共享性

知识性

时效性

依附性

可处理性信息的主要特性（6点）第四页，共六十九页，编辑于2023年，星期五1.1.2信息资源信息资源：

是信息和资源两个概念整合而衍生出的新概念。是信息世界中对人类有价值的那一部分信息，是附加了人类劳动、可供人类使用的信息。构成信息资源的要素：信息、人、符号、载体。信息资源的特点：可再生性、可共享性。信息资源的分类：潜在的和现实的；现实的信息资源的分类：口语的、体语的、实物的、文献的、数字的（数据库和网络信息资源）。第五页，共六十九页，编辑于2023年，星期五信息技术(InformationTechnology，IT)是指与信息的产生、获取、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，其中计算机技术、通信技术、微电子技术是它的核心技术。

1.1.3信息技术第六页，共六十九页，编辑于2023年，星期五信息化(Informatization)是指信息技术和信息产业在国民经济和社会各个领域的发展中的作用日益增强、并发挥着主导的作用，使经济运行效率、劳动生产率、企业核心竞争力和人民生活质量达到全面提高的过程。根据最新公布的2006-2020国家信息化发展战略，信息化是充分利用信息技术，开发利用信息资源，促进信息交流和知识共享，提高经济增长质量，推动经济社会发展转型的历史进程。1.1.4信息化社会第七页，共六十九页，编辑于2023年，星期五信息化社会(InformationSociety)的特征

信息成为重要的战略资源；信息产业上升为最重要的产业；计算机网络成为社会的基础设施。信息社会的优越性（３点）：

在网络化的信息社会里世界变小了；工作效率大大提高了；工作和生活质量明显提高了。1.1.4信息化社会第八页，共六十九页，编辑于2023年，星期五大学信息技术教育是培养信息化社会需求人才不可或缺的途径，其目标是培养学生的信息能力和提高学生的信息素养。信息与信息技术1.1.5大学信息技术教育第九页，共六十九页，编辑于2023年，星期五1.1.5大学信息技术教育信息能力:是对各种信息技术的理解和活用能力，即对信息的获取、理解、分析、加工、处理、创造、传递的理解和活用能力。信息素养:是一个与信息的获取、理解、评价、交流、应用、生成密切相关的技能、观念、态度和经验的统一体。信息能力是一种基本的信息素养，它是信息素养的重要内容。信息与信息技术第十页，共六十九页，编辑于2023年，星期五计算机是一种能存储程序和数据，自动执行程序、快速而高效地完成对各种数字化信息处理的电子设备。1.2计算机概述第十一页，共六十九页，编辑于2023年，星期五计算机的起源早期计算工具的发展筹算法－珠算－计算尺近代计算机器的发展计算器－计算机器－差分机与分析机第十二页，共六十九页，编辑于2023年，星期五现代计算机的诞生1946年(美)宾夕法尼亚大学第一台数字电子计算机ENIAC诞生。它使用了18000多只电子管、占地160平方米、重30余吨、耗电150kw、运算速度为5000次/秒。

第十三页，共六十九页，编辑于2023年，星期五

理论计算机的奠基人

--冯·诺依曼“电子计算机之父”的桂冠，被戴在数学家冯·诺依曼（J.VonNeumann）头上，这是因为冯·诺依曼提出了现代电脑的体系结构。人们后来把这种“存储程序”体系结构的机器统称为“冯·诺依曼机”。第十四页，共六十九页，编辑于2023年，星期五按照计算机所使用的逻辑部件将计算机的发展分为四代：第一代：(1946-1957)电子管时代(机器和汇编语言)第二代：(1958-1964)晶体管时代(高级编程语言)第三代：(1965-1970)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)现代计算机的发展计算机概述第十五页，共六十九页，编辑于2023年，星期五最早的计算机计算机概述第十六页，共六十九页，编辑于2023年，星期五性能不断提高；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”

计算机正向着巨型化、微型化、网络化、多媒体化、智能化和未来计算机的方向发展。计算机的发展趋势计算机概述第十七页，共六十九页，编辑于2023年，星期五CRAY-Ⅱ计算机发展——巨型化运算速度可达每秒几百亿次运算的超级计算机1975年世界上第一台超级计算机“Cray-I”超级计算机应用：天气预报、地震机理研究、石油和地质勘探，卫星图像处理等大量科学计算的高科技领域。中国超级计算机：国防科技大学研制的“银河1号”、“银河2号”和“银河3号”天河一号（2009年11月）国家职能计算机中心推出的“曙光1000”和“曙光200I”银河Ⅱ计算机概述中国超级计算机“天河一号”第十八页，共六十九页，编辑于2023年，星期五计算机的分类计算机概述按计算机的用途分类：科学与工程计算机、数据处理计算机和工业控制计算机按计算机的使用范围分类：专用计算机和通用计算机按计算机的规模和处理能力分类：巨型机、大型机、小型机、微型机、工作站和服务器第十九页，共六十九页，编辑于2023年，星期五计算机的特点运算速度快、精确度高可靠性好、存储容量大具有记忆和逻辑判断能力计算机内部自动化操作计算机概述第二十页，共六十九页，编辑于2023年，星期五计算机的应用计算机概述计算机的应用科学计算信息处理过程控制计算机辅助系统多媒体技术应用电子商务计算机通信与网络应用人工智能第二十一页，共六十九页，编辑于2023年，星期五计算机概述已开发的典型人工智能应用系统1、计算机专家系统2、机器人系统计算机的应用第二十二页，共六十九页，编辑于2023年，星期五存储程序的工作原理是：在计算机中设置存储器，将程序和数据存放到存储器中，计算机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。计算机的工作方式应该有两个基本能力：一是能够存储程序和数据，二是能够自动地执行程序。程序(Program)：是指可以连续执行的一条条指令的集合。1.3.1计算机的工作原理第二十三页，共六十九页，编辑于2023年，星期五指令是一组二进制代码操作码：指出进行什么操作地址码：是规定操作数的值或地址、操作结果的地址及下一条指令的地址等指令(Instruction)：是指计算机完成某一种操作的命令。1.3.1计算机的工作原理操作码地址码指令的组成格式：第二十四页，共六十九页，编辑于2023年，星期五指令的执行过程：一条指令的执行过程可分为取指令、分析指令、执行指令3个阶段计算机的工作原理取指令分析指令执行指令第二十五页，共六十九页，编辑于2023年，星期五开始从存储器取一条指令分析指令？执行指令结束程序的执行过程第二十六页，共六十九页，编辑于2023年，星期五计算机的指令系统：一台计算机所能识别并执行的全部指令的集合，称为该计算机的指令系统。按其操作功能的不同分为下列5类：数据传送类指令数据处理类指令程序控制类指令输入与输出类指令

CPU控制和调试指令1.3.1计算机的工作原理第二十七页，共六十九页，编辑于2023年，星期五1.3.2计算机系统的组成

软件系统（程序、文档）

硬件系统（设备）裸机：没有配置任何软件的计算机称为裸机。第二十八页，共六十九页，编辑于2023年，星期五主机外部设备CPU第二十九页，共六十九页，编辑于2023年，星期五计算机的工作原理输入设备内存储器运算器控制器程序和数据取数结果存数取指令存取命令运算命令输入命令输出设备输出命令第三十页，共六十九页，编辑于2023年，星期五…服务程序语言处理程序操作系统…用户程序应用软件包工具软件系统软件应用软件计算机软件系统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。第三十一页，共六十九页，编辑于2023年，星期五硬件系统软件应用软件用户计算机系统层次结构第三十二页，共六十九页，编辑于2023年，星期五数制：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”。非进制：表示数值大小的数码与它在数中的位置无关的数制称为非进位计数制，简称“非进制”。如罗马数字就是典型的非进位计数制。1.4计算机中的信息表示1.4.1数制第三十三页，共六十九页，编辑于2023年，星期五1）使用固定个数的数码表示数值的大小。数码的个数R称为该数制的基数，最小数码是0，最大数码是“R-1”。2)逢R进一。例如十进制数是由0~9十个数字符号组成，基数为10，逢10进1。3)采用位权表示法。位权值的大小是以基数R为底、数码所在位置的序号为指数的整数次幂。

例如：十进制数135.69按权展开可表示为

135.6911023101510061019102进位计数制的基本特点：第三十四页，共六十九页，编辑于2023年，星期五例1、在十进制数中，358.72可表示为：

358.72=3×102+5×101+8×100+7×10-1+2×10-2例2、在二进制数中，1011.01可表示为：

1011.01==1×23+0×22+1×21+1×20+0×2-1+1×2-2任何一种进位制表示的数都可以写成按位权展开的多项式之和。一个R进制的数AnAn-1…A2A1A0.A-1A-2…A-m，它的按位权展开式的一般形式如下：

An×Rn+An-1×Rn-1+…+A2×R2+A1×R1+A0×R0+A-1×R-1+A-2×R-2+…+A-m×R-m思考：在十进制数1101.01可怎样表示？第三十五页，共六十九页，编辑于2023年，星期五几种常用的进位计数制常用计数制的基数和数字符号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为了区别不同进制的数据，可在数据后加一个特定的字母来表示它所采用的进制：以字母B表示二进制，以字母O表示八进制，以字母D或省略表示十进制数，以字母H表示十六进制。第三十六页，共六十九页，编辑于2023年，星期五各进制之间的对应关系第三十七页，共六十九页，编辑于2023年，星期五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三十八页，共六十九页，编辑于2023年，星期五位权法：把R进制数按权展开求和示例：

1110.1B

=1×23+1×22+1×21+0×20+1

×2-1=8+4+2+0+0.5 =14.5D

R进制数十进制数思考：12.56O,12A.BH如何换算成十进制?71O

=781+180=57D101AH=1163+0162

+1161+10160＝4106D第三十九页，共六十九页，编辑于2023年，星期五

810048124811

0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=(144)o=64H十进制整数R进制整数

1610041666

0结果：64第四十页，共六十九页，编辑于2023年，星期五2971248

0224

0212

026

023

121

1

0又例：97=1100001B结果为：1100001第四十一页，共六十九页，编辑于2023年，星期五进位法：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：

结果：0.101B十进制小数R进制小数取整数

0.5×2

1.0

0.625×2

1.250

0.25×2

0.500.625D=0.101B第四十二页，共六十九页，编辑于2023年，星期五0.6252×1.2502×0.5002

.000结果：0.101B97.625D=1100001.101B第四十三页，共六十九页，编辑于2023年，星期五二进制八进制二进制与八进制之间的转换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100 101 110 111 .011100

(4 5 6 7 .34)8示例：

不足3位补零。第四十四页，共六十九页，编辑于2023年，星期五一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：010010100101.1110

(4 A 5.E)16

不足4位补零。二与十六进制之间的转换第四十五页，共六十九页，编辑于2023年，星期五例1:

将741.566O转换成为二进制数解:

741.566O=111100001.101110110B例:

将5A.B8H转换成为二进制数解2:5A.B8H=01011010.10111000B例题第四十六页，共六十九页，编辑于2023年，星期五1.4.2信息编码计算机中的信息是用二进制表示的。因为：物理上容易实现可靠性强运算简单通用性强在计算机中只能识别二进制数码信息，因此，一切字母、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。第四十七页，共六十九页，编辑于2023年，星期五信息编码第四十八页，共六十九页，编辑于2023年，星期五信息的存储单位……位字，字长位(bit)、字节(B)、字(w)字节（8位）第四十九页，共六十九页，编辑于2023年，星期五信息的存储单位除字节外，还有千字节(KB)、兆字节(MB)、吉字节(GB)、太字节(TB)，拍字节(PB)。它们的换算关系是：1KB=1024B=210BlMB=l024KB=210KB=220B1GB=l024MB=210MB=220KB=230B1TB=1024GB=210GB=220MB=230KB=240B1PB=1024TB=210TB=220GB=230MB=240KB=250B第五十页，共六十九页，编辑于2023年，星期五带符号数的表示

计算机中数据的符号也是用二进制表示的，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。机器数所代表的数称为真值。一般用最高位来表示符号，正数用0表示，负数用1表示。计算机中对有符号数常采用的编码有三种：原码、反码和补码。第五十一页，共六十九页，编辑于2023年，星期五即：+9701100001机器数01100001+97

符号位真值机器数/真值第五十二页，共六十九页，编辑于2023年，星期五00000001假定一个数在机器中占用8位[+1]原=[+0000001]原=00000001[-1]原=[-0000001]原=10000001[+127]原=[+1111111]原=01111111[-127]原=[-1111111]原=11111111注意：数字0的表示有二种原码形式：[+0]原=[+0000000]原=00000000[-0]原=[-0000000]原=10000000原码原码就是机器数1000000101111111111111110000000010000000第五十三页，共六十九页，编辑于2023年，星期五000000011111111001111111100000000000000011111111(2)反码正数的反码和原码相同，负数的反码是对该数的原码除符号位外各位求反假定一个数在机器中占用8位[+1]反=[+0000001]反=00000001[-1]反=[-0000001]反=11111110[+127]反=[+1111111]反=01111111[-127]反=[-1111111]反=10000000注意：数字0的表示有二种反码形式：[+0]反=[+0000000]反=00000000[-0]反=[-0000000]反=11111111第五十四页，共六十九页，编辑于2023年，星期五0000000111111111011111111000000100000000(3)补码正数的补码与原码相同，负数补码则先对该数的原码除符号外各位取反，然后末位加１假定一个数在机器中占用8位[+1]补=[+0000001]补=00000001[-1]补=[-0000001]补=11111111[+127]补=[+1111111]补=01111111[-127]补=[-1111111]补=10000001而对于数字0的补码表示只有一种形式：[+0]补

=[-0]补

=00000000第五十五页，共六十九页，编辑于2023年，星期五011000010110000101100001+97

原码反码补码100111101110000110011111-97

原码反码补码假定一个数在机器中占用8位第五十六页，共六十九页，编辑于2023年，星期五01111111+127

思考题：1个字节存放的最大正整数是多少？思考题：2个字节存放的最大正整数是多少？

011111111111111132767第五十七页，共六十九页，编辑于2023年，星期五数的定点表示和浮点表示0101000010001010定点小数：定点整数：定点数符号位隐含小数位(+0.625)符号位隐含小数位(-10)第五十八页，共六十九页，编辑于2023年，星期五数的定点表示和浮点表示浮点数3130242322

0如：

0.000ll01B→0.1l01×2-3

阶符阶码数符尾数阶码部分尾数部分

……

第五十九页，共六十九页，编辑于2023年，星期五计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。每一个字符有一个唯一的编码。编码的方法：确定有多少字符需要进行编码对每一个字符进行编号字符数据的编码第六十页，共六十九页，编辑于2023年，星期五ASCII（AmericanStandardCodeforInformationInterchange）码，即美国标准信息交换代码。在这种编码方案中，用八位二进制（一个字节）来存放一个字符。——西文字符字符数据的编码每个字符占一个字节，即8位二进制位，最高位恒为0。

空格0010000020H 32‘0’～‘9’00110000～0011100130H～39H 48～57‘A’～‘Z’01000001～0101101041H～5AH 65～90‘a’～‘z’01100001～0111101061H～7AH 97～122

控制字符：0～32、127，共34个；普通字符(可打印字符)：94个。字符二进制表示十六进制表示十进制表示

常用字符有128个，编码从0到127。第六十一页，共六十九页，编辑于2023年，星期五区位码与汉字国标码——汉字的编码

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。 字符数据的编码区号区中位置汉字国标码：汉字国标码=汉字区位码+2020H如“啊”字的区位码的十六进制表示为100