《计算机应用基础》课程思政教案二

《计算机应用基础》教案教学对象教学时间年月日教学内容任务三了解计算机中的数值与字符编码教学目的（含思政育人目标）使学生掌握信息编码和进制的转换。通过计算机二进制的学习让学生对中国传统文化有所了解，同时培养大学生的文化自信以及核心价值观。通过典型事例增强了学生的民族自豪感，也激发了学生的探索欲望。教学重点掌握计算机中的数制开掌握数制转换的方法。掌握字符(包括英文字符和汉字)在计算机内的表示方式了解计算机中数据的存储单位。教学难点二进制、八进制、十进制、十六进制之间的转换建议学时理论：2教学教具多媒体教学系统教学方法理论：使用多媒体教学方法讲授（.PPT）教学过程课程导入早在几千年前，承载着中华民族智慧与文化结晶的巨作《易经》里，所有的“卦”是由“阴爻--”和“阳爻—”组成的。阴爻和阳爻的不同组合产生了“六十四个卦象”，这六十四卦象也就包罗了自然界中的万事万物。阴和阳（0和1）都是代表自然界中两种不同的状态，通过阴阳的变化规律和朴素的符号来告诉我们现实世界“万有”的存在和演化规律。众所周知，现代计算机是用二进制表示信息的。那就来学习计算机中是怎样用二进制来表示所有的状态的？详细内容及要求第三讲数据表示与信息编码(2学时)1、数据存储单位及性能指标1）数据存储单位计算机中的数据包括文字、数字、声音、图形以及动画等，所有类型的数据在计算机中都是用二进制形式表示和存储的。计算机常用的单位有位、字节和字。（1）位（bit）：一个二进制位称为比特，用“b”表示，是计算机中存储数据的最小单位。一位可以表示“0”或“1”。（2）字节（byte）：八个二进制位称为字节，通常用“B”表示，它是数据处理和数据存储的基本单位。计算机存储容量的大小是用字节的多少来衡量。（3）字（word）：字是由若干个字节组成的（通常取字节的整数倍），是计算机进行数据处理的运算单位。（4）字长：一个字所包含的二进制位数，是计算机性能的重要标志，它表示存储、传送、处理数据的信息单位。也是衡量计算机精度和运算速度的主要技术指标。（5）计算机内存容量通常用KB、MB或GB表示，他们之间的换算关系如下：1B=8bit1KB=1024B1MB=1024KB=1024×1024B1GB=1024MB=1024×1024×1024B2）性能指标计算机的性能涉及体系结构、软硬件配置、指令系统等多种因素，一般来说主要有一下技术指标：字长、主频、存储容量、存取周期2、数值数据的表示1）进位计数制数制的种类很多，但在日常生活中，人们习惯使用十进制，所谓十进制，就是逢十进一。除十进制外，有时还使用十二进制、六十进制，比如一打袜子为十二双，一年等于十二个月，即逢十二进一。一小时等于六十分，一分钟等于六十秒，即逢六十进一。在计算机中处理的数据是二进制，有时为表示方便也常用八进制和十六进制。下表是十进制和计算机中常用进制的表示法。表1十进制和计算机中常用进制进位制十进制二进制八进制十六进制数码0,1,2,...,90,10,1,2,...,70,1,...,9,A,B,C,D,E,F规则逢十进一逢二进一逢八进一逢十六进一基数R=10R=2R=8R=16位权10i2i8i16i表示形式DBOH其中：i=(0,1,2,3,...,n)为数位的编号，表示数的某一数位。每位所能使用的数码符号个数称为基数，每个数位上有一个固定的数值，这个固定值称为位权值，各位的位权值等于基数所处位的位数次幂。例如：二进制的4位位权值为2４=16，十六进制2位位权值为16２=256。每种进制数有各自的表示形式。例如：110D为十进制数、110B为二进制数、110O为八进制数、110H为十六进制数。(6856.29)10=6×103+8×102+5×101+6×100+2×10-1+9×10-2(1101.11)2=1×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1+1×2-2四种数制所表示数据的基本对应关系表十进制二进制八进制十六进制11112102231133410044510155611066711177810001089100111910101012A11101113B12110014C13110115D14111016E15111117F16100002010从2019年底新冠肺炎疫情出现后，新冠肺炎病毒肆虐全球。我国在中国共产党的领导下，以民为本，措施得力，戮力同心，很快遏制了疫情，充分彰显了社会主义制度的优越性。2020年5月，武汉市用10天时间完成了1000万人的核酸检测，这一速度震惊了世界。其原因除了挖掘内部检测潜力、调集全国资源外，主要是运用了混样检测的方法。混样检测方法的科学依据是和二进制有关的。我们以一个简单的例子说明其原理。假设从7个人中确定一个病毒携带者。首先我们用3位二进制数为这7个人编号，如下表所示：然后把二进制编码最左面的一位是1的待检者（即编号为4、5、6、7的待检者）的采样试剂混放到试管A中；把二进制编码中间位是1的待检者（即编号为2、3、6、7的待检者）的采样试剂混放到试管B中；把二进制编码最右面一位是1的待检者（即编号为1、3、5、7的待检者）的采样试剂混放到试管C中。这样我们只需对A、B、C三个试管进行核酸检测，便可确定病毒携带者。将检测结果为阳性的试管标为1，为阴性的标为0。试管按照A、B、C的顺序从左到右排列，这样我们就得到一个3位二进制数，再根据上表找到该二进制数对应的待检者编号，该待检者即为病毒携带者。例如，若只有A试管呈阳性，则4号待检者为病毒携带者;若A试管和C试管呈阳性，B试管呈阴性，则5号待检者为病毒携带者。为什么用3位二进制呢？因为2的3次幂等于8，三位二进制数可以表示8种状态。7个人需要用3位来表示。假如有1000个人需要检测，需要用10位二进制数编码（需要10个试管），2的10次幂等于1024。2）数据在计算机中的表示数在计算机中是以器件的物理状态表示的，为了表示的更为方便可靠，在计算机中采用了二进制数字系统表示，主要原因是因为二进制有以下特点:可靠性：计算机使用电信号表示数字，数字符号越少，信号越简单清楚，不易出错。可行性：二进制只有0、1两种状态，用电子器件的物理状态表示很容易。简易性：二进制的算术运算非常简单，只有四种可能的组合方式。逻辑性：二进制的两种状态0、1，可以用来表示逻辑代数中的“真”、“假”，对二值可进行逻辑运算。3、进制之间的转换如果两个有理数相等，则两个数的整数部分和小数部分一定分别相等。因策，数值之间进行转换时，通常需要对整数部分和小数部分分别进行转换。（1）二进制、八进制、十六进制转换成十进制二进制数、转换为十进制数的规律是：把二进制数按位权形式展开多项式和的形式，求其最后的和，就是其对应的十进制数—简称“按权求和”。二进制：(1011111.0011)B=1x26+0x25+1x24+1x23+1x22+1x21+1x20+0x2-1+0x2-2+1x2-3+1x2-4=64+0+16+8+4+2+1+0+0+0.125+0.0625=(95.1875)D八进制：(140)O=1x82+4x81+0x80=64+32+0=(96)D十六进制：(5F.68)H=5x161+15x160+6x16-1+8x16-2=80+15+0.375+0.03125=(95.40625)D（2）十进制转换成二进制转换规则：整数部分和小数部分分别转换。整数部分：除以基数2取余数，直到商为零为止。小数部分：乘以基数2取整数，直到最后一次的乘积为1.00…0,或满足精度要求为止。例如：转换123为二进制；转换0.245为二进制十进制整数→八进制方法：“除8取余”十进制整数→十六进制方法：“除16取余”十进制小数→八进制方法：“乘8取整”十进制小数→十六进制方法：“乘16取整”（3）二进制、八进制、十六进制之间的转换4、数值数据的编码编码指采用少量的基本符号按照一定原则，用以表示大量的、复杂多样的信息。1）BCD编码BCD码是指“二—十进制代码”，即一位十进制对应四位二进制数。2）字符编码字符编码采用的是“ASCII码”，即美国标准信息交换代码。ASCII码是一种7位的二进制编码，能表示27=128种字符。每个ASCII码用一个字节表示，最高二进制位为0。例如：字母A的ASCII码为01000001(十进制为65)3）汉字编码输入编码主要分为四类：数码、音码、形码、音形码。（1）国标码和区位码汉字信息交换码（国标码）是用于汉字信息处理系统之间或者其与通信系统之间交换信息的汉字代码，简称交换码。国标码=区位码+20H20H1980年颁布的《信息交换用汉字编码字符集》基本集（代号为GB2312－80）规定汉字交换码作为国家标准汉字编码。GB2312－80中共有7445个字符符号：汉字符号6763个，一级汉字3755个（按汉语拼音字母顺序排列），二级汉字3008个（按部首笔画顺序排列），非汉字符号682个。国标码规定，每个汉字用两个字节表示，每个字节的最高位为0。（2）汉字内码是指在计算机内部对汉字进行存储、处理的汉字代码。一个汉字的内码用两个字节存储，并把每个字节的最高位置“1”。内码=国标码+80H80H（3）汉字外码是一种为将汉字输入计算机而编制的代码，也称为汉字输入码，如区位码、拼音码、五笔字形、智能ABC码等。