信息時代與計算機

信息時代與計算機第一頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六信息與信息技術信息、數(shù)據(jù)信息技術概述第二頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六信息與數(shù)據(jù)信息(Information)是人們用于表示具有一定意義的符號的集合，這些符號可以是文字、數(shù)字、圖形、圖像、動畫、聲音、光等。

數(shù)據(jù)(Data)是指存儲在某種媒體上可以鑒別的符號資料。

數(shù)據(jù)是信息的具體表現(xiàn)形式，是信息的載體，而信息是對數(shù)據(jù)進行加工后得到的結果。第三頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六信息技術(IT)

(InformationTechnology)是指與信息的產(chǎn)生、獲取、處理、傳輸、控制和利用等有關的技術。這些技術包括計算機技術、通信技術、微電子技術、傳感技術、網(wǎng)絡技術、新型元器件技術、光電子技術、人工智能技術、多媒體技術等。計算機技術、通信技術和網(wǎng)絡技術是它的核心技術第四頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六計算機概述

計算機起源與發(fā)展計算機的特點及分類計算機的應用計算機的發(fā)展趨勢第五頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六計算機計算機（電腦）是一種具有計算功能、記憶功能和邏輯判斷的電子設備。它能接收數(shù)據(jù)、保存數(shù)據(jù)、按照預定的程序?qū)?shù)據(jù)進行處理，并提供和保存處理結果。第六頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六

1946年(美)賓夕法尼亞大學第一臺電子數(shù)字積分計算機ENIAC誕生?，F(xiàn)代計算機的起源電子管18000多只占地

160平方米重

30余噸耗電

150kw運算速度為5000次/秒

第七頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六第一代：(1946-1956)電子管時代(機器和匯編語言)第二代：(1956-1964)晶體管時代(高級編程語言)第三代：(1964-1971)中小規(guī)模集成電路(操作系統(tǒng)成熟)第四代：(1971－至今)大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路(出現(xiàn)網(wǎng)絡，使用面日益廣泛)計算機的發(fā)展按照計算機所使用的邏輯部件將計算機的發(fā)展分為四代：未來計算機以量子計算機、分子計算機、生物計算機、超導計算機和光計算機為代表。IBM7090型晶體管計算機TRADIC晶體管計算機Cray-1巨型機

銀河-1向量機第八頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六1956：開始研制計算機1958：電子管計算機1964：晶體管計算機1971：集成電路計算機1983：研制成功每秒運行1億次的“銀河I”巨型機2010：首臺千萬億次計算機“天河一號”投入使用

（2009研制成功）中國計算機的發(fā)展中國超級計算機“天河一號”

第九頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六計算機的特點運算速度快、精確度高可靠性好、存儲容量大

具有記憶和邏輯判斷能力計算機內(nèi)部自動化操作第十頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六計算機的分類按原理分類

數(shù)字計算機：處理的數(shù)據(jù)是用離散數(shù)據(jù)表示的

模擬計算機：處理的數(shù)據(jù)是用連續(xù)模擬量表示的。主要用在要求響應速度快但精度低的過程控制中。按計算機用途分類

通用計算機：為解決多種問題而設計的具有較強通用性的計算機

專用計算機：針對某一特定用途而設計的計算機第十一頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六按計算機規(guī)模分類巨型機、大型機、小型機和微型計算機計算機規(guī)模一般指計算機的一些主要技術指標：字長、運算速度、存儲容量等。第十二頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六計算機技術的應用科學計算

為解決科學和工程中的數(shù)學問題利用計算機進行的數(shù)值計算。數(shù)據(jù)處理

以計算機技術為基礎，對大量數(shù)據(jù)進行加工處理，形成有用的信息計算機輔助系統(tǒng)

指通過人機對話，使計算機輔助人們從事設計、加工、計劃和學習等工作。CAD:

計算機輔助設計CAM:

計算機輔助制造CBE:

計算機輔助教育CAI:

計算機輔助教學CMI：計算機輔助教學管理CAT:

計算機輔助測試第十三頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六過程控制

用計算機及時采集檢測數(shù)據(jù),按最佳值迅速地對控制對象進行自動控制或自動調(diào)節(jié)。人工智能(AI)

研究怎樣讓計算機做一些通常認為需要人的智力才能做的事情。計算機網(wǎng)絡與通信

利用通訊技術，將不同地理位置上的計算機互聯(lián)，實現(xiàn)信息的交換和共享。智能機器人美國火星探測機器人娛樂機器狗遙控智能機器人第十四頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六

性能不斷提高；體積不斷縮??；價格持續(xù)下降；信息處理功能多媒體化；與通信相結合，進入“網(wǎng)絡計算機時代”。計算機的發(fā)展趨勢計算機正向著巨型化、微型化、網(wǎng)絡化和智能化的方向發(fā)展。第十五頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六計算機系統(tǒng)工作原理和組成

計算機的工作原理計算機系統(tǒng)組成第十六頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六計算機的工作原理

美籍匈牙利數(shù)學家馮?諾依曼提出了以“二進制”和“存儲程序”工作原理為基礎的現(xiàn)代計算機的體系結構。第十七頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六所謂“二進制”是指：以二元邏輯為基礎，用0和1二進制碼組成各種信息進行運算。“存儲程序”的工作原理是：

在計算機中設置存儲器，將二進制編碼表示的計算步驟和數(shù)據(jù)存放到存儲器中，計算機一經(jīng)啟動，就能按照程序指定的邏輯順序依次取出存儲器中的內(nèi)容進行處理，直到得出結果。第十八頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六指令：是指計算機完成某一種操作的命令，是一組二進制代碼。操作碼地址碼指令的組成格式：是規(guī)定操作數(shù)的值或地址、操作結果的地址及下一條指令的地址等指出進行什么操作第十九頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六

一條指令的執(zhí)行過程可分為取指令、分析指令、執(zhí)行指令3個階段

取指令分析指令執(zhí)行指令指令的執(zhí)行過程第二十頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六開始從存儲器取一條指令分析指令？執(zhí)行指令結束計算機工作過程第二十一頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六計算機系統(tǒng)的組成

軟件系統(tǒng)（程序、文檔）

硬件系統(tǒng)（設備）第二十二頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六CPU外部設備計算機硬件系統(tǒng)的組成

硬件運算器控制器存儲器輸入設備輸出設備內(nèi)存外存主機第二十三頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六輸入設備輸出設備存儲器運算器控制器第二十四頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六計算機軟件系統(tǒng)的組成

軟件是各種程序及其文檔的總稱。軟件是用戶與機器的接口。系統(tǒng)軟件應用軟件操作系統(tǒng)（OS）程序設計語言及語言處理程序數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)支撐服務軟件辦公類軟件圖形類軟件通信類軟件用戶編制的軟件裸機：不裝備任何軟件的計算機。第二十五頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六硬件系統(tǒng)軟件應用軟件用戶計算機系統(tǒng)層次結構作為系統(tǒng)，計算機具有層次性。內(nèi)核是硬件系統(tǒng)：是進行信息處理的實際物理裝置。最外層是使用計算機的人，即用戶。人與硬件系統(tǒng)之間的接口是軟件系統(tǒng)。第二十六頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六

運算器(ALU)

中央處理單元（CPU)

主機

控制器

內(nèi)存儲器

硬件

外存儲器

外設

輸入設備計算機輸出設備系統(tǒng)

操作系統(tǒng)

系統(tǒng)軟件

程序語言及其編譯、解釋程序調(diào)試程序、測試及診斷程序

軟件應用軟件第二十七頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六計算機中信息的表示數(shù)制信息編碼第二十八頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六計算機中的信息是用二進制表示的。因為：

物理上容易實現(xiàn)運算簡單邏輯性強在計算機中只能識別二進制數(shù)碼信息，因此，一切字母、數(shù)字、符號等信息都必須用二進制特定編碼來表示；信息才能傳送、存儲和處理第二十九頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六11111000二進制的示例第三十頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六

數(shù)制：是指表示數(shù)值的方法，有進位計數(shù)制和非進位計數(shù)制進制：按照進位的原則進行計數(shù)的數(shù)制稱為進位計數(shù)制，簡稱“進制”。數(shù)碼：一組用來表示某種數(shù)制的符號基數(shù)：數(shù)制所使用的數(shù)碼個數(shù)，常用R表示，稱R進制位權：指數(shù)碼在不同位置上的權值。其大小是以基數(shù)R為底，數(shù)碼所在位置的序號為指數(shù)的整數(shù)次冪。數(shù)制的概念第三十一頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六在十進制數(shù)中，358.72可表示為：358.72=3×102+5×101+8×100+7×10-1+2×10-2第三十二頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六常用的進位計數(shù)制十進制二進制八進制十六進制基數(shù)

數(shù)字符號100-920,180-7160-9,A-F書寫示例100D(100)10100B(100)2100O(100)8100H(100)16第三十三頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六不同數(shù)制間數(shù)的轉換R進制數(shù)十進制數(shù)R進制數(shù)十進制數(shù)二、八、十六進制之間的轉換第三十四頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六示例：(1110.1)2=1×23+1×22+1×21

+0×20+1

×2-1=8+4+2+0+0.5 =(14.5)10

(a12f.28)16=10×163+1×162+2×161

+15×160

+2

×16-1

+

8×16-2

=(41263.15625)10R進制數(shù)=>十進制數(shù)位權法：把R進制數(shù)按位權展開求和第三十五頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六十進制=>R進制整數(shù)轉換小數(shù)轉換第三十六頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六結果：144余數(shù)法：除基數(shù)取余法，連續(xù)除以基數(shù)，并取其余數(shù)，直到商為零，將所得余數(shù)倒序排列即可示例：100->八進制十進制整數(shù)=>R進制整數(shù)1008412841810第三十七頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六結果為：1100001示例：97->二進制972481224021202602302112

01第三十八頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六進位法：乘基數(shù)取整，連續(xù)乘以基數(shù)，并取其整數(shù)，直到積為零或達到所要求的精度時，將所得整數(shù)正序排列即可示例：0.625=>二進制

結果：0.101

0.625×2

1.250取整數(shù)

0.25×2

0.50

0.5×2

1.0十進制小數(shù)=>R進制小數(shù)第三十九頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六二、八與十六進制之間的轉換二進制與十六進制

4位二進制數(shù)1位十六進制數(shù)二進制與八進制

3位二進制數(shù)

1位八進制數(shù)

十進制二進制十進制二進制0000100120103011410051016110

71118100091001101010111011121100131101141110

151111第四十頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六二進制

八進制一位拆三位整數(shù)部分從右向左三位并一位小數(shù)部分從左向右三位并一位示例：100 101 110 111 .0111004217654.34()8第四十一頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六示例：4213

5.2101011.010第四十二頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六一位拆四位二進制

十六進制

整數(shù)部分從右向左四位并一位小數(shù)部分從左向右四位并一位示例：

100010100101.11115A8.F8421第四十三頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六例:將（741.566）8

轉換成為二進制數(shù)

例:將（5A.B8）16轉換成為二進制數(shù)

（741.566）8=（111100001.101110110）2（5A.B8）16=（01011010.10111000）2第四十四頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六輸入設備輸出設備數(shù)值十/二進制轉換西文

ASCII碼漢字

輸入碼/機內(nèi)碼聲音/圖像

模/數(shù)轉換二/十進制轉換數(shù)值西文字形碼西文漢字字形碼漢字數(shù)/模轉換聲音/圖像內(nèi)存信息的編碼信息單位數(shù)值編碼字符編碼第四十五頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六信息的存儲單位

位(bit)簡記b，也稱比特是計算機存儲數(shù)據(jù)的最小單位。一個二進制位只能表示0或1。

字節(jié)(Byte)簡記B

1B=8bit計算機中，字節(jié)是存儲信息的最小單位，即以字節(jié)為基本單位來解釋信息。

第四十六頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六其他單位

KB

千字節(jié)MB

兆字節(jié)GB吉字節(jié)TB太字節(jié)PB

拍字節(jié)1KB=210

B=1024BlMB=210

KB==l024KB1GB=210

MB=l024MB1TB=210

GB=1024GB

1PB=210

TB=1024TB第四十七頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六……位字，字長字節(jié)（8位）

字是計算機進行數(shù)據(jù)處理時,一次存取、加工和傳送的一組二進制位。它的長度叫字長。常見的微處理器字長有8位、16位、32位和64位。第四十八頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六

符號位的表示

計算機中數(shù)據(jù)的符號也是用二進制表示的，正數(shù)用0表示，負數(shù)用1表示計算機中數(shù)值的表示第四十九頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六機器數(shù)

把一個數(shù)據(jù)連同其符號在機器中的表示加以數(shù)值化，這樣的數(shù)據(jù)稱為機器數(shù)。一般用最高位來表示符號。第五十頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六即：+970110000101100001+97

符號位11100001-97

第五十一頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六

機器數(shù)在計算時必須考慮符號位的處理，為了便于運算，對數(shù)中有三種表示方法

原碼反碼補碼

第五十二頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六

原碼

原碼就是機器數(shù),最高位為符號位，數(shù)值部分是原數(shù)的絕對值

反碼

正數(shù)的反碼和原碼相同，負數(shù)的反碼是對其原碼除符號位外各位求反（0變1，1變0）

補碼

正數(shù)的補碼和原碼相同，負數(shù)的補碼是對其反碼最后一位加1第五十三頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六+97

原碼反碼補碼-97

原碼反碼補碼假定一個數(shù)在機器中占用8位011000010110000101100001111000011001111010011111第五十四頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六可以將減法運算轉化為加法運算來完成數(shù)的符號位可參與運算兩數(shù)和(差)的補碼等于兩數(shù)的補碼之和(差)

補碼運算具有如下優(yōu)點第五十五頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六數(shù)的定點表示和浮點表示

在計算機中表示小數(shù)時根據(jù)其小數(shù)點位置是否固定，分為：定點表示法浮點表示法第五十六頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六定點表示法

約定小數(shù)點隱含地固定在某個位置不變，為了方便，把小數(shù)點規(guī)定在數(shù)的最前面或最后面。即把所有數(shù)化為純小數(shù)或純整數(shù)來對待。浮點表示法

小數(shù)點的位置可以改變的表示數(shù)的方法。第五十七頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六數(shù)的定點表示0101000010001010定點小數(shù)：定點整數(shù)：符號位隱含小數(shù)位(+0.625)符號位隱含小數(shù)位(-10)第五十八頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六數(shù)的浮點表示

尾數(shù)=0.112233

×1040.0001101B=0.1l01×2-11

1122.33=1.12233×103=11.2233×102階碼部分階符階碼尾數(shù)部分數(shù)符第五十九頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六0.00000011101011B→0.1l101011×2-110

11111010001110101100000000000000

不同的計算機中，階碼和尾數(shù)各占多少位都有具體的規(guī)定。階碼部分用補碼表示成定點純整數(shù)；尾數(shù)部分用補碼表示成定點純小數(shù)。第六十頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六

計算機處理的信息除了數(shù)值數(shù)據(jù)以外，還有其他大量的非數(shù)值數(shù)據(jù)，非數(shù)值數(shù)據(jù)中主要是字符數(shù)據(jù)。由字符數(shù)據(jù)轉換成二進制數(shù)值數(shù)據(jù)，最好的方法就是為字符編碼，即對字符進行編號。

字符編碼每一個字符有一個唯一的編碼。第六十一頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六西文字符的編碼ASCII碼美國標準信息交換代碼AmericanStandardCodeforInformationInterchange采用一個字節(jié)編碼，可表示256種不同的字符。第六十二頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六范圍128-255,共128種

標準ASCII0范圍0-127,共128種最高位為0的編碼擴展ASCII1最高位為1的編碼第六十三頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六字符十六進制十進制空格

20H32‘0’～‘9’30H～39H48～57‘A’～‘Z’41H～5AH65～90‘a(chǎn)’～‘z’61H～7AH97～122BS（退格）8H8CR（回車）DH13LF（換行）AH1041

0100

000101000001A第六十四頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六漢字的編碼

漢字輸入碼漢字國標碼漢字機內(nèi)碼漢字輸出碼第六十五頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六漢字輸入碼

輸入漢字使用的編碼稱為漢字輸入碼，也稱為漢字外部碼，簡稱外碼。

音碼類：全拼、雙拼、微軟拼音、自然碼和智能ABC等形碼類：五筆字型法、鄭碼輸入法等

全拼五筆字型法漢hanicy第六十六頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六

我國在1980年制定了《信息交換用漢字編碼字符集·基本集》作為國家標準GB2312-80編碼字符集，稱為國標碼。GB2312-80中規(guī)定了信息交換用的6763個漢字和682個非漢字圖形符號（包括字母、數(shù)字和符號，例如英文、俄文、日文平、片假名等）的代碼。漢字國標碼第六十七頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六區(qū)位碼010203…1617…94010203…16啊17…94區(qū)號位號第六十八頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期六區(qū)位碼：漢字和漢字符號被分成了94個區(qū)、94個位。區(qū)、位的序號均從01到94。每個漢字占兩個