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文档简介

第一节计算机的发展第二节数据在计算机中的表示第三节多媒体简介第四节计算机病毒本章内容计算机:

是一种能够接收信息,并按照存储在其内部的程序(程序表达了某种规则)对输入信息进行处理,并产生输出结果的高速的、自动化的数字电子设备。第一节计算机的发展1946年,世界上第一台电子数字积分计算机(ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator,ENIAC)在美国宾夕法尼亚大学诞生,它采用电子管为基本元件,体积大,功耗高,运算速度慢,每秒只能运算几千次。ENIAC用了18000多个电子管,占地170平米,重达30多吨,耗电150千瓦,价格昂贵,耗资40万美元,主要应用在导弹、原子弹等国防技术尖端项目中的科学计算,是名符其实的计算用的机器。计算机简介第1-4代计算机对比表1956年,我国制定了计算机科研、生产和教育发展计划,由此开始了计算机研制的起步。1958年8月1日中国第一台计算机——103型通用数字电子计算机研制成功。1959年9月我国第一台大型电子管计算机104机研制成功。1983年12月国防科技大学研制成功我国第一台亿次巨型计算机银河-I,运算速度每秒1亿次。银河机的研制成功,标志着我国计算机科研水平达到了一个新高度。1985年6月第一台具有字符发生器的汉字显示能力、具备完整中文信息处理能力的国产微机——长城0520CH开发成功。1987年,第一台国产的286微机——长城286正式推出。2008年,超百万亿次超级计算机“曙光5000”诞生,超级计算机技术世界领先。2010年,国防科大研制出“天河一号”,运算速度排名世界第五。2014年,全球超算TOP500榜单上,中国的“天河二号”超级计算机第三次夺得冠军。“天河三号”超级计算机预计运算速度可达“天河二号”的10倍以上,预计在2020研制成功。我国计算机的发展情况迄今为止,我们所使用的计算机大多是按照匈牙利数学家冯.诺依曼提出的“存储程序控制”的原理进行工作的。主要原理归纳以下三点:采用二进制;存储程序控制;计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五个基本功能部件组成;计算机的原理速度快、运算精确度高;准确的逻辑判断能力;存储功能强大;自动运算功能;网络互连互通和互操作及通信功能;计算机的特点计算机的分类按使用范围分类:通用计算机、专用计算机;按性能分类:超级计算机、大型计算机、小型计算机、微型计算机、工作站、服务器;按处理信息的形式分类:模拟计算机、数字计算机、混合计算机;科学计算数据/信息处理过程控制计算机辅助

计算机辅助设计(CAD),计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助教育(CAI)、计算机辅助技术(CAT)、计算机辅助模拟等。通信与网络嵌入式系统人工智能多媒体应用计算机的用途(1)科学计算:主要是使用计算机进行数学方法的实现和应用,是计算机应用最早的领域,如基因分析、测算卫星轨道、天气预报等。(2)数据/信息处理:也称为非数值计算,是计算机应用最多的一个领域,如文字处理、数据库技术、决策系统、信息管理等。(3)过程控制:利用计算机对生产过程、制造过程或运行过程进行检测与控制,如工业生产控制等。(4)计算机辅助:是计算机应用非常广泛的领域,主要包括计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助教育(CAI)、计算机辅助技术(CAT)、计算机模拟和计算机仿真等。(5)网络与通信:主要指网络利用,特别是互联网方面的应用,如IP电话、电子邮件、电子商务、在线学习、在线支付、视频会议、电子竞技、手机导航等。(6)嵌入式系统:把处理器嵌入设备中,完成特定的处理任务,如单片机的应用、手机、数码相机、智能电动玩具、航天仪器、计费器等。(7)人工智能:指计算机模拟人类的某些智力活动,如机器人、机器翻译、机器治疗等。(8)多媒体应用:包括文本、图形、图像、音频、视频、动画等多种信息类型的综合,多媒体技术与人工智能技术的有机结合还促进了虚拟现实、虚拟制造技术的发展。嵌入式技术网格计算中间件技:云计算大数据人工智能虚拟现实物联网人脸识别区块链计算机的新技术

(1)嵌入式技术:是指执行专用功能并被内部计算机控制的设备或者系统。嵌入式系统主要由嵌入式CPU、外部硬件设备、嵌入式操作系统和特定的应用程序组成。(2)网格计算:分布式计算的一种,是专门针对复杂科学计算的新型计算模式,通过任何一台计算机都可以提供无限的计算能力,可以接入浩如烟海的信息。这种环境将能够使各企业解决以前难以处理的问题,最有效地使用他们的系统,满足客户要求并降低他们计算机资源的拥有和管理总成本。(3)中间:是处于操作系统和应用程序之间的系统软件,也有人认为它应该属于操作系统中的一部分。中间件屏蔽了底层操作系统的复杂性,使程序开发人员面对一个简单而统一的开发环境,减少程序设计的复杂性,将注意力集中在自己的业务上,不必再为程序在不同系统软件上的移植而重复工作,从而大大减少了技术上的负担。(4)云计算:是一种基于互联网的计算方式,通过这种方式,共享的软硬件资源和信息可以按需求提供给计算机和其他设备。云计算将传统的以桌面为核心的任务处理转变为以网络为核心的任务处理,云计算的构成包括硬件、软件和服务。(5)大数据:是指以多元形式、多种来源搜集而来的庞大数据组,往往具有实时性。简言之,从各种类型的数据中快速获得有价值信息的能力,就是大数据技术。(6)人工智能(ArtificialIntelligence):是研究使用计算机来模拟人的某些思维过程和智能行为(如学习、推理、思考、规划等)的学科,主要包括计算机实现智能的原理、制造类似于人脑智能的计算机,使计算机能实现更高层次的应用。(7)虚拟现实:是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统,它利用计算机生成一种模拟环境,使用户沉浸到该环境中。(8)物联网:即“万物相连的互联网”,是在互联网基础上的延伸和扩展的网络,将各种信息传感设备与互联网结合起来而形成的一个巨大网络,实现在任何时间、任何地点,人、机、物的互联互通。(9)人脸识别技:人脸识别技术是基于人的脸部特征,对输入的人脸图像或者视频流进行分析判别。(10)区块链:是一种按照时间顺序将数据区块以顺序相连的方式组合成的一种链式数据结构,并以密码学方式保证其不可篡改和不可伪造的分布式账本。分布式账本指的是交易记账由分布在不同地方的多个节点共同完成,而且每一个节点记录的是完整的账目,因此它们都可以参与监督交易合法性,同时也可以共同为其作证。巨型化:主要指性能方面更强。如:计算速度快,存储容量大,功能更强,可靠性更高。微型化:主要指体积更小。网络化:主要指利用通信技术将分散的计算机联网。智能化:主要指让计算机具有模拟人的感觉和思维能力。

另外,新一代的计算机还有模糊计算机、光子计算机、生物计算机、超导计算机、量子计算机等。计算机的发展趋势信息是以适合于通信、存储或处理的形式来表示的知识或消息。数据是信息的载体,数据是用来描述信息的一种形式;信息是数据中包含的意义,不是所有的数据都是信息,只有经过加工处理并对人类客观行为产生影响的有用的数据才能成为信息。而信息必须通过数据才能传播,才能对人类有影响。信息与信息技术用于辅助人们进行信息获取、传递、存储、检索、加工处理、变换、控制及显示的综合使用各种信息技术的系统,可以通称为信息处理系统。信息处理系统(1)高速大容量――速度和容量是紧密联系的,随着要传递和处理的信息量越来越大,高速大容量是必然趋势。(2)数字化――计算机要处理的信息是多种多样的,但计算机工作于二进制编码方式,只能处理二进制数据,所以我们要把日常的信息转换成二进制数据。(3)信息的多媒体化――利用电脑把文字、图形、图像、动画、声音及视频等媒体信息都数字化,并将其整合在一定的交互式界面上,使电脑具有交互展示不同媒体形态的能力。它极大的改变了人们获取信息的传统方法,符合人们在信息时代的阅读方式。(4)网络化――通信本身就是网络,其广度和深度在不断发展,计算机也越来越网络化。目前各国都在致力于将计算机网、通信网、有线电视网“三网合一”的建设,将来通过网络能更好的传送各种多媒体信息,用户可随时随地的在全世界范围拨打可视电话或收看任意国家的电视和电影。(5)智能化――指现代信息技术将能为人们提供各种舒适、安全、快捷、智能的服务。现代信息技术的发展趋势计算机所使用的逻辑器件决定了数据的存储和处理都是采用二进制数第二节数据在计算机中的表示对于任何一种数制表示的数,我们都可以写成按位权展开的多项式之和,其一般形式为:N=dn-1bn-1+dn-2bn-2+…+d1b1+d0b0+d-1b-1+…+d-mb-mn——整数的总位数。m——小数的总位数。d下标——表示该位的数码。b——表示进位制的基数。b上标——表示该位的位权。数制的基本概念(1)在数字后面加写相应的英文字母作为标识。如:B(Binary)表示二进制数;O(Octonary)表示八进制数;D(Decimal)表示十进制数,通常其后缀可以省略;H(Hexadecimal)表示十六进制数;(2)在括号外面加数字下标,此种方法比较直观。两种表示方法各种数制之间的关系表不同计数制的基数、数码、进位关系和表示方法1. 各种计数制之间的转换规律不同数制之间的转换(1)十进制——〉二进制例:29.6875→11101.1011B练习

:①41.125②68.0625数制转换举例(2)二进制——〉十进制例:11101.1011B→29.6875D练习

①10110.1101②110011.101(3)二进制与八进制之间互换①二进制→八进制:整数部分从低位向高位每3位用一个等值的八进制数来替换,不足3位时在高位补0凑满3位;小数部分从高位向低位每3位用一个等值八进制数来替换,不足3位时在低位补0凑满三位例:1101001110.11001B→001101001110.110010B→1516.62Q②八进制→二进制:把每个八进制数字改写成等值的3位二进制数,且保持高低位的次序不变例:2467.32Q→010100110111.011010B(4)二进制与十六进制之间互换转换方法与二进制与八进制之间互换相似,对应取位个数由二进制与八进制互换时取的3位变成4位。西文字符的编码最常用的是ASCII码(美国信息交换标准码)国际上通用的是7位ASCII码,用7位二进制数表示一个字符的编码共有128个不同的编码值,在计算机中用一个字节存储一个西文字符,最高位是“0”。西文字符的编码7位ASCII码编码表汉字的编码遵循我国已指定的汉字交换码的国家标准“信息交换用汉字编码字符集——基本集”,代号GB2312-80,又称“国标码”。国标码字集共收录汉字和图形符号7445个。最常用的6763个汉字分成两级:一级常用汉字3755个,按汉语拼音排列;二级非常用字汉字3008个,按偏旁部首排列;图形符号682个;代码表分94个区和94个列。区位码和国标码之间的转换方法是将一个汉字的十进制区号和位号分别转换成十六进制数,然后再分别加上20H,就成为此汉字的国标码:汉字国标码=区号(十六进制数)+20H位号(十六进制数)+20H。中文字符的编码1. 汉字输入码――为汉字输入计算机而编制的代码,又叫外码(可以理解成汉字输入法)。目前流行的编码方案有全拼输人法、智能拼音输入法、自然码输人法和五笔输人法等。2. 汉字内码――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2个字节存储,为与西文字符区别,每个字节的最高位置“1”。3. 汉字的内码=汉字的国标码+8080H;4. 汉字的字形码――用于汉字在显示器或打印机上输出,又叫汉字字模或汉字输出码。汉字字形码有点阵和矢量两种表示方式,点阵规模越大,字形越清晰,所占存储空间也越大,矢量表示方式能解决点阵字形放大后出现的锯齿现象。在计算机中,8个二进制位组成一个字节,它是度量空间的基本单可见一个16x16点阵的字型码需要16x16/8=32字节存储空间。5. 汉字地址码――即汉字的字库中存储汉字字形信息的逻辑地址码。输出设备必须通过地址码输出汉字。汉字的处理过程汉字的处理过程第三节多媒体简介多媒体相关的基本概念1.媒体日常生活中,媒体指文字、图形、图像、声音、动画和视频等内容。媒体可以分为感觉媒体、表示媒体、表现媒体、存储媒体和传输媒体。2.多媒体一般理解为两种或两种以上的媒体的综合,也就是直接作用于人感官的文本、图形、图像、动画、声音和视频等各种媒体的统称。3.多媒体技术是指把文本、图形、图像、动画、声音和视频等各种媒体有机组合起来,利用计算机、通信和广播电视技术,使它们建立起逻辑联系,并能进行加工处理(包括对这些媒体的采集、编辑、压缩和解压缩、存储、显示和传输等)的技术。多媒体技术一般具有交互性、集成性、多样性、实时性等特性。4.新媒体新媒体是以数字信息技术为基础,以互动传播为特点,具有创新形态的媒体。新媒体是相对于传统媒体而言,是继报刊、广播、电视等传统媒体后发展起来的新的媒体形态。新媒体的发展将是未来媒体发展的新趋势,随着科技水平的提高以及人们对于信息需求的变化,新媒体会以不同的形式出现在人们的视野中,比如时下非常风靡的移动电视流媒体、数字电影、数字电视、多点触摸媒体技术、数字杂志等诸多类型。1、音频数字化过程声音信号的数字化是将模拟声音信号转换成数字编码形式以便于计算机进行处理的过程。包括:取样、量化、编码三个步骤。数字化音频2、音频获取设备波形声音的获取设备包括麦克风(将声波转换为电信号)、声卡(进行数字化)等。声卡以数字信号处理器(DSP)为核心,DSP在完成数字声音的编码、解码及声音编辑操作中起着重要的作用。使用数码录音笔可离线(off-line)获取声音,然后再通过USB接口直接将已经数字化的声音数据送入计算机中。3.声音的主要参数波形声音的主要参数包括取样频率、量化位数、声道数目、使用的压缩编码方法。数码率指的是每秒钟的数据量,也称比特率、码率(单位:bit/s)。数字声音未压缩前,其计算公式为:波形声音的码率=取样频率×量化位数×声道数。数字声音压缩编码以后,其计算公式为=压缩前的码率/压缩倍数。4.常见的音频编辑软件现在很流行的“抖音”上的歌曲大部分都是用音频编辑软件进行剪辑合成处理的,使用音频剪辑软件就可以将一首歌曲的副歌部分剪辑下来,这时别人就很容易能快速听到此歌曲的高潮部分而无需等待。常用的编辑软件主要有迅捷音频转换器、AdobeAdition、GoldWave等。5.常见声音文件的格式(1)WAV文件(2)MIDI文件(3)MP3文件(4)其他格式声音文件:

WMA文件是微软公司的流式声音文件;PCM文件是使用PCM编码的声音文件;AIF文件是苹果公司的声音文件格式;VOC是声霸卡使用的音频文件格式;AU文件主要用在UNIX工作站上。数字化图形图像1.图形(1)图形定义。矢量图是用一组数学指令来描述图像的内容,这些指令定义了构成图像的所有直线、曲线等要素的形状、位置等信息。使用矢量图的最大好处是任意缩放图像和以任意分辨率的设备输出图像时,都不会影响图像的品质,也就是说,矢量图的质量不受分辨率高低的影响。图形有二维和三维图形之分。二维图形是指只有X、Y两个坐标的平面图形;三维图形是指具有X、Y、Z三个坐标的立体图形。(2)计算机图形的绘制。图形绘制过程中,每一个像素的颜色及其亮度都要经过大量的计算才能得到,因此绘制过程的计算量很大,目前PC所配置的图形卡(显卡)上安装了功能很强的专用绘图处理器,它能承担绘制过程中的大部分计算任务。主要有如下几个过程:模型(Model):景物在计算机内的描述。建模(Modeling):进行景物描述的过程。绘制(Rendering):根据景物的模型生成图像的过程。(3)常见的绘图软件。常见的矢量绘图软件有Autodesk公司的AutoCAD软件、Corel公司的CorelDraw软件、Adobe公司的Illustrator软件,微软公司的Word和PowerPoint也具有简单的二维图形绘图功能。(4)常见的矢量图形文件格式。①CDR文件。CDR是CorelDraw中的一种矢量图形文件格式,它是所有CorelDraw应用程序中均能够使用的一种文件格式。②AI文件。AI是一种矢量图形文件,适用于Adobe公司的Illustrator软件的输出格式,AI文件是一种分层文件,用户可以对图形内所存在的层进行操作。③DWG文件。DWG是AutoCAD中使用的一种图形文件格式。④DXF文件DXF是AutoCAD中的图形文件格式,它以ASCII码方式存储图形,在表现图形的大小方面十分精确,可被CorelDraw、3ds等大型软件调用编辑。⑤EPS文件EPS是用PostScript语言描述的一种ASCII图形文件格式,在PostScript图形打印机上能打印出高品质的图形图像,最高能表示32位图形文件。2.图像的数字化图像获取的过程实质上是模拟信号的数字化过程,它的处理步骤:扫描、分色、取样、量化。(2)静态图像的相关参数取样点是组成数字取样图像的基本单位,称为“像素”,彩色图像的像素通常由3个彩色分量组成。存储图像颜色的二进制数的位数,称为颜色深度。如颜色深度为N位,则可以表示2N种颜色,真彩色图的颜色深度为24,可以表示224=16777412种颜色。图像大小(图像分辨率)使用水平分辨率x垂直分辨率表示。图像的数据量=水平分辨率×垂直分辨率×像素深度/8(字节)。(3)静态图像的获取设备及编辑软件常用的图像获取设备有扫描仪、数码相机、摄像头、摄像机等。常用的图像编辑软件有Windows附件中的“画图”软件,ACDSystem公司的ACDSee软件,Adobe公司的PhotoShop软件,微软公司的Word和PowerPoint也具有基本的图像编辑功能。常见的矢量绘图软件有Autodesk公司的AutoCAD软件,Corel公司的CorelDraw软件,Adobe公司的Illustrator软件,微软公司的Word和PowerPoint也具有简单的二维图形绘图功能。

(4)图像的获取设备及编辑软件。常的图像获取设备有扫描仪、数码相机、摄像头、摄像机等。常用的图像编辑软件有Windows附件中的“画图”软件、ACDSystem公司的ACDSee软件、Adobe公司的Photoshop软件等,微软公司的Word和PowerPoint也具有基本的图像编辑功能。(5)静态图像的常见文件格式①BMP文件②GIF文件③TIFF文件④PNG文件⑤WMF文件⑥JPEG文件数字化视频(1)分类视频分为模拟视频和数字视频。模拟视频是一种传输图像和声音且随时间连续变化的电信号。早期视频的获取、存储和传输都是采用模拟方式。数字视频是以数字形式记录的视频,和模拟视频是相对的。(2)模拟视频的数字化过程(3)视频的获取设备视频获取设备包括视频采集卡(简称视频卡,PC中用于视频信号数字化的插卡。)、数字摄像头(在线获取数字视频的设备)、数字摄像机(一种离线的数字视频获取设备)。(4)常见的视频编辑软件数字视频的编辑处理通常是在称为非线性编辑器的软件(如:AdobePremiere和WindowsMovieMaker)支持下进行的。(5)常见的数字视频文件格式①MP4文件②AVI文件③WMV文件④ASF文件⑤RM文件⑥MOV文件⑦FLV文件1、定义动画是基于人的视觉原理创建的运动图像,在一定时间内连续快速观看一系列相关连的静止画面时,会感觉画面成连续动作,每个单幅画面被称为帧。从制作技术和手段看,动画可以分为以手工绘制为主的传统动画和以计算机为工具制作的数字动画。动画的数字化2.常用软件根据不同的动画类型有不同的制作工具,常用的二维动画制作软件主要有GifAnimator、AdobeAnimate(FLASH)等,常用的三维动画制作软件主要有3DMax、MAYA等。3.格式计算机数字动画由于应用领域不同,其动画文件也存在着不同类型的存储格式。目前应用最广泛的有下面几种文件格式。①GIF文件。GIF是最常见的动画文件格式,它是多帧GIF图像的合成,可以存多幅彩色图像。GIF文件体积小,适合在网上播放。②FLIC(FLI/FLC)文件。FLIC格式是由Autodesk公司研制开发的一种彩色动画文件格式。③SWF文件。SWF格式是基于Shockwave技术的流式动画文件格式。④MB文件。MB为三维软件Maya的源文件的格式。数据压缩的种类无损压缩:无损压缩是指使用压缩后的数据进行重构(或者叫做还原,解压缩),重构后的数据与原来的数据完全相同;无损压缩用于要求重构的信号与原始信号完全一致的场合。有损压缩:有损压缩是指使用压缩后的数据进行重构,重构后的数据与原来的数据有所不同,但不影响人对原始资料表达的信息造成误解。有损压缩适用于重构信号不一定非要和原始信号完全相同的场合。多媒体数据压缩数据压缩的种类无损压缩:无损压缩是指使用压缩后的数据进行重构(或者叫做还原,解压缩),重构后的数据与原来的数据完全相同;无损压缩用于要求重构的信号与原始信号完全一致的场合。有损压缩:有损压缩是指使用压缩后的数据进行重构,重构后的数据与原来的数据有所不同,但不影响人对原始资料表达的信息造成误解。有损压缩适用于重构信号不一定非要和原始信号完全相同的场合。多媒体数据压缩JPEG全称是JointPhotograghcodingExpertsGroup(联合照片专家组),是一种基于DCT的静止图像压缩和解压缩的算法。它是把冗长的图像信号和其他类型的静止图像去掉,甚至可以减小到原图像的百分之一(压缩比100∶1),但是在这个级别上,图像的质量并不好。当压缩比为20:1时,能看到图像稍微有点变化;当压缩比大于20:1时,一般来说图像质量开始变坏。MPEG是MovingPicturesExpertsGroup(动态图像专家组)的英文缩写,是视频、音频数据的压缩标准,MPEG标准由视频、音频和系统三部分组成。MPEG采用有损压缩方法减少运动图像中的冗余信息,压缩效率非常高,图像和音响质量好,在计算机上有统一的标准格式,兼容性好。现在通常有三个版本:MPEG1、MPEG2、MPEG4以适用于不同带宽和数字影像质量的要求。它的三个最显著优点就是兼容性好、压缩比高(最高可达200∶1)、数据失真小。ITUT(国际电联)的VCEG(视频编解码专家组)面向综合业务数字网和Internet视频应用,制定了H.26X标准系列。H.261标准:H.261是最早的运动图像压缩标准,在实时编码时比MPEG所占用的CPU运算量少得多,此算法为了优化带宽占用量,引进了在图像质量与运动幅度之间的平衡机制。H.263标准:H.263的编码算法与H.261一样,但

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