大學(xué)計算機-卓越-第1章

1、大學(xué)計算機面向?qū)嵺`與創(chuàng)新能力培養(yǎng)第1章 信息社會與計算思維卓越工程師培養(yǎng)計劃提綱項目描述2思維方法3知識和技能第1章 信息社會與計算思維1項目1： 信息的表示4拓展與創(chuàng)新項目描述: 使用WinHex軟件查看機器指令、整數(shù)、浮點數(shù)、文本、圖像等多種信息的二進制編碼，了解常用信息媒介的表示方法，掌握整數(shù)、浮點數(shù)及文本的編碼方法。項目1 信息的表示認識機器指令和程序中數(shù)據(jù)的編碼形式掌握整數(shù)和單精度浮點數(shù)的編碼方法認識字符編碼，熟練掌握英文字母、數(shù)字以及常用控制字符的ASCII碼了解多媒體信息的表示方法和信息處理過程思維方法:借助計算機及其網(wǎng)絡(luò)工具特性解決實際問題；按照“計算機的思維方式”進行問題分析

2、和求解。項目1 信息的表示符號化：用計算機能夠理解的符號描述現(xiàn)實世界。 信息數(shù)據(jù)規(guī)則化：用特定的符號清晰準確地描述事物的發(fā)生和發(fā)展規(guī)律。 規(guī)則程序自動化：由程序指令控制計算機的操作。取指令執(zhí)行指令我們所使用的工具影響著我們的思維方式和思維習(xí)慣，從而也深刻影響著我們的思維能力。 -艾茲格迪科斯徹 計算是“數(shù)據(jù)”在“運算符”的操作下按照“規(guī)則”進行演算變換的過程。如算術(shù)運算、函數(shù)運算、微積分、公式推導(dǎo)、定理證明 要解決的具體問題數(shù)據(jù) 解決問題的方法和步驟計算規(guī)則計算機程序 自動運行計算思維計算思維（Computational Thinking）是運用計算機科學(xué)的基礎(chǔ)概念進行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計、以及

3、人類行為理解等涵蓋計算機科學(xué)之廣度的一系列思維活動。 -周以真抽象（Abstraction）自動化（Automation）信息技術(shù)與信息素養(yǎng)信息社會（ Information Society ）信息的生產(chǎn)和消費，信息技術(shù)不斷開發(fā)和利用、信息產(chǎn)品不斷創(chuàng)造和發(fā)展信息（Information） 是對社會、自然界的客觀事物特征、現(xiàn)象、本質(zhì)及其運動規(guī)律的描述，其內(nèi)容能通過某種載體（如符號、聲音、文字、圖形、圖像等）來表征和傳播。 微電子通信計算機信息技術(shù)（Information Technology）能夠延伸和拓展人的信息功能的技術(shù)（信息獲取、傳遞、存儲、轉(zhuǎn)換、檢索等） 信息素養(yǎng)(Information

4、 Literacy) 是指人們能夠適時獲取信息，對信息進行評價和判斷，并有效利用信息的能力計算工具演變的思維手指、石子算籌、算盤計算尺、圓算尺機械計算機電控計算機電子計算機高性能計算機 現(xiàn)實 符號化 規(guī)則化 抽象 自動化石子、數(shù)珠、數(shù)字、齒輪、穿孔卡片、電信號、光磁狀態(tài) 信息的表示信息化：最基礎(chǔ)的工作就是實現(xiàn)信息與計算機數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)化首先需要了解人類感知的各種信息在計算機中如何表示。 文本、聲音、圖像、動畫、視頻等各種形式的信息編碼方法。數(shù)制 數(shù)碼：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、. 基數(shù)：R位權(quán)：Ri 二進制 數(shù)碼：0、1 基數(shù)： 2 位權(quán)：2i 例如：1011.01(B)=23+2

5、1+20+2-2 =11.25(D) 十六進制數(shù)碼：0、1、9、A、B、C、D、E、F 基數(shù)： 16 位權(quán)：16i 例如：5B.2F (H)=5161+11160+216-1+1516-2 91.18359 (D)數(shù)制二進制數(shù)的特點算術(shù)運算減法轉(zhuǎn)化為加法運算除法轉(zhuǎn)化為移位運算和加法運算 左移1位相當(dāng)于乘2，右移1位相當(dāng)于除以2 邏輯運算0“假” ，1“真” 電子元件邏輯電路計算機中采用二進制 兩種穩(wěn)定狀態(tài)的元件計算機是由邏輯電路構(gòu)成的 加法運算 乘法運算 0+0=0 00=01+0=0+1=1 10=01=01+1=10 11=1“與”運算 “或”運算 “非”運算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數(shù)制轉(zhuǎn)換其他進制十進制：各位數(shù)值乘以位權(quán)之和十進制二進制： 整數(shù)部分除2取余數(shù)，小數(shù)部分乘2取整數(shù)；逐位減權(quán)；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）數(shù)值數(shù)據(jù)的表示機器數(shù)：二進制數(shù)的最高位（左端）為符號位：0表示正數(shù)，1表示負數(shù)；其他位為數(shù)值部分，保存該數(shù)的二進制數(shù)值。數(shù)值數(shù)據(jù)：（原碼、補碼、反碼、移碼） 原碼的數(shù)值部分保持與其實際二進制值相同,正數(shù)的反碼、補碼都與原碼相同；負數(shù)的反碼數(shù)值部分是將其原碼數(shù)值部分按位取反（0變1，1變0）,負數(shù)的補碼是將其對應(yīng)的反碼加1。 -168（D）=-10101000（B）10000000 10101000（原碼）11111111 01010111（反碼）11111111 01011000（補碼）00000000 10101000（移碼）補碼特點補

8、碼的零是唯一的（各位全部是0） 補碼的減法可以轉(zhuǎn)化為加法實現(xiàn) X+Y補X補+Y補X-Y補X補+-Y補 計算機中的整數(shù)通常采用補碼編碼加法由加法器實現(xiàn)，減法是轉(zhuǎn)換成補碼的加法來運算。乘法有乘法器實現(xiàn)，除法由移位來實現(xiàn)。加法器、乘法器都可以由相應(yīng)的邏輯電路實現(xiàn) 浮點數(shù)的表示IEEE 754標(biāo)準中的兩種浮點數(shù)格式：單精度（32位）和雙精度（64位）。尾數(shù)用原碼表示，階碼用非標(biāo)準移碼表示。移碼就是補碼的符號位取反（0變1，1變0）其余各位不變 S E M31 30 23 22 0S E M63 62 52 51 0單精度浮點數(shù)（4字節(jié)）：符號S占1位，正數(shù)為0，負數(shù)為1階碼E占8位，127為正，102

9、3為正，1023為負尾數(shù)M占52位，精度達到252浮點數(shù)符號位（S）階（E）尾數(shù)（M）十六進制編碼123.456正數(shù)E=127+6=133取小數(shù)點右邊的23位010000101111011 0111010010111100142 F6 E9 790.35671負數(shù)E=1272=125取小數(shù)點右邊的23位10111110101101101010001010110001BE B6 A2 B1字符數(shù)據(jù)的表示字符：字母、數(shù)字符號、標(biāo)點符號、運算符、圖形符號、控制符、漢字字符編碼：ASCII碼、擴展ASCII碼、UTF-8碼等ASCII碼：占一個字節(jié)的低7位（27=128） ，最高位平時不用（一般為0）

10、，僅在數(shù)據(jù)通信時用作奇偶校驗位漢字國標(biāo)碼、機內(nèi)碼 ：GB 2312是一個簡體中文字符集，由6763個常用漢字和682個全角的非漢字字符（字母、數(shù)字、標(biāo)點符號、圖形）組成大五碼Big5：臺灣、香港、澳門及其他海外華人地區(qū)，使用的是繁體中文字符集Unicode編碼與UTF-8編碼 ：Unicode統(tǒng)一了各種語言和符號的編碼方式，但是它的效率不高；UTF-8可以根據(jù)不同的符號自動選擇編碼的長短，可用1到6個字節(jié)編碼Unicode字符 多媒體數(shù)據(jù)的表示聲音數(shù)據(jù) 通過時間上的離散化（采樣）和振幅上的離散化（量化），就可以將連續(xù)的聲音用二進制的位序編碼表示出來 圖形數(shù)據(jù) 由點、線、多邊形、圓和弧線等元素構(gòu)

11、成的矢量圖(Vector)可通過數(shù)學(xué)公式來描述彩色照片一般使用位圖（Bitmap）來表示，按行列順序?qū)⒏飨袼氐念伾礡GB用二進制編碼即可 時間上離散的數(shù)值序列tvtv聲音（模擬信號）采樣量化 01101100000110001101000110110011010011000001110000101101數(shù)字聲音信息編碼計算機中存儲的所有的數(shù)據(jù)都是以長長的0和1的位序列形式構(gòu)成 大多數(shù)的計算機文件都帶有一個文件頭，其中包含一些代碼信息，說明文件中數(shù)據(jù)的表示方法。英文：China 01000011 01101000 01101001 01101110 01100001漢字：中國 11010110

12、 11010000 10111001 11111010 數(shù)值：-378 11111111 11111111 11111110 10000110音樂：11000001 01001010 01101011 01001010 圖像：10010101 11001010 01001001 01101010 01101000視頻：01000101 00101011 11101001 01001110 01001100編碼有格式的數(shù)據(jù)才能表示出信息 計算機信息處理過程信息獲?。?利用各種輸入設(shè)備、傳感設(shè)備將自然界中的信息轉(zhuǎn)換成計算機中的二進制數(shù)據(jù)。信息識別、信息轉(zhuǎn)換信息加工： 對計算機中各種數(shù)字化信息進行判

13、別、篩選、分類、排序、比較、分析、計算、統(tǒng)計和研究等一系列操作。專用程序自動加工、大眾信息技術(shù)工具加工、智能化信息加工 信息傳輸： 利用計算機網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)信息有目的的流動 信息存儲： 信息存儲格式、信息存儲介質(zhì)、數(shù)據(jù)保護 信息檢索： 信息檢索（Information Retrieval）是指信息按一定的方式組織起來，并根據(jù)信息用戶的需要找出有關(guān)的信息的過程和技術(shù) 計算機應(yīng)用模式：主機型計算、個人機計算、網(wǎng)絡(luò)計算 高性能計算（HPC）理論科學(xué)、實驗科學(xué)、高性能計算科學(xué)，國家超級計算中心：每年進行兩次的全球超級計算機排名 并行計算 多處理機并行工作協(xié)同完成同一個大型任務(wù) 并行計算需要有

14、高度集成的巨型計算機硬件系統(tǒng)和可并行執(zhí)行的應(yīng)用軟件 分布式計算把一個需要非常巨大的計算能力才能解決的問題分成許多小的部分，然后將它們分配給許多地理上分布的計算機進行處理，最后把這些計算結(jié)果綜合起來得到最終的結(jié)果 計算技術(shù)的發(fā)展新一代信息技術(shù)云計算 是由并行計算、分布式計算、網(wǎng)格計算發(fā)展來的，是一種新興的商業(yè)計算模型云計算的最終目標(biāo)是將計算、服務(wù)和應(yīng)用作為一種公共設(shè)施提供給公眾，使人們能夠像使用水、電、煤氣和電話那樣使用計算機資源 軟件即服務(wù)(Software as a Service,SaaS)、平臺即服務(wù)(Platform as a Service, PaaS)、基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)(Infrastructure as a Service，IaaS) 普適計算 通過藍牙技術(shù)、無線通信技術(shù)和因特網(wǎng)技術(shù)將這些智能化可計算設(shè)備連接起來，形成一個“以人為中心”的計算和信息訪問服務(wù)環(huán)境，使得人們在任何時候、任何地點都能獲得個性化的服務(wù) 新一代信息技術(shù)大數(shù)據(jù)大數(shù)據(jù)（Big data）是一種規(guī)模大到在獲取、存儲、管理、分析方面大大超出了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫軟件工具能力范圍的數(shù)據(jù)集合，具有海量的數(shù)據(jù)規(guī)模、快速的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)、多樣的數(shù)據(jù)類