第1章 信息及计算机基础知识课件.ppt

计算机文化基础,基础知识部分,信息技术基本知识计算机概述计算机中的数制及数据表示计算机中的信息编码计算机系统微型计算机,信息技术基本知识（自学）要点：信息、数据的概念信息处理的概念计算机在信息处理中的作用,1.1 信息技术基本知识,计算机的概念：计算机是应用电子技术研制，按照人们预先设计、存储的程序，对信息进行自动、快速、准确的计算和处理的电子装置。布尔(Gorge Bool，1824-1898) 英国数学家,创立布尔代数图灵(Alan mathison Turing,1912-1954),英国数学家，提出图灵机”模型，证明通用数字计算机是可实现的。ACM（美国计算机协会）设有“图灵奖”冯诺依曼(John Von Neumann,1903-1957),美籍匈牙利数学家，提出“现代计算机体系结构，即存储程序工作原理”,一 计算机的起源,1.2 计算机概述,1.计算机发展史 在二战期间，由于军事上的需要，于1943年8月开始设计，于1946年在美国的宾西法尼亚大学研制成功世界上第一台电子计算机，名称：ENIAC(埃尼阿克)Electronic Numerical Integrator And Computer（电子数字积分和计算机）采用的主要元件微电子管和继电器。 ENIAC占地135平方米，使用了18000个电子管，每秒可运行5000次加法。 它的问世，标志着计算机时代的到来，从此计算机技术开始迅猛的发展。,1.2 计算机概述,1.2 计算机概述,1、计算机发展时代：是根据制造计算机的主要逻辑元件来划分的。迄今为止，计算机已发展了4个时代：第一代 (1946-1957) 电子管计算机，主要元件电子管，代表 机型ENIAC第二代(1958-1964)：晶体管计算机，主要电子元气件是晶体管。第三代(1965-1970)：中小规模集成电路计算机，主要的逻辑元件中小规模的集成电路。第四代(1971年至今)：大规模或超大规模集成电路计算机。,二 计算机的发展,1.2 计算机概述,1.2 计算机概述,2. 计算机的发展趋势巨型化：巨型机的发展代表了一个国家科技发展的水平微型化：微机，笔记本，膝上型，掌上型计算机。网络化：计算机网络是计算机发展的一个方向。建立计算机网络的主要目的是提供资源共享。智能化：使计算机具有人工智能是计算机技术发展的一个重要方向。光子计算机生物计算机量子计算机,1.2 计算机概述,运算速度快精度高具有记忆和逻辑判断能力高度自动化可靠性高,三 计算机的特点,1.2 计算机概述,按原理分: 电子数字计算机和电子模拟计算机按用途分:专用机和通用机按规模分:巨型机/大/中/小/微型计算机,指计算机的功能,一般包括下列技术指标字长，运算速度，存储容量，外设，I/O能力，价格等,四 计算机的分类,1.2 计算机概述,科学计算数据处理计算机辅助系统CAD 计算机辅助设计Computer Aided DesignCAM 计算机辅助制造Computer Aided Manufacturing CAI 计算机辅助教学Computer Assisted Instruction CAE 计算机辅助教育过程控制人工智能6.电子商务、7. 虚拟现实,五. 计算机的应用领域,1.2 计算机概述,冯诺依曼计算机“存储程序”工作原理二进制存储程序冯诺依曼被誉为当代计算机之父,一 进位计数制及其相互转换,1.3 计算机中信息的表示与编码,1. 进位计数制概念所谓“数制”，即多位数码中每一位的构成方法以及从低位到高位的进位规则称为数制（进位计数制 ）。如：1. 在日常计算中通常采用的是十进制计数制，计数 规则“逢十进一”， 例：0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11, 12,99,100, ,；2. 在计算机中多用的是二进制计数制，因为其物理 器件的输入、输出是用逻辑电平的两个状态表示，例：0,1,10,11,100,101,110,111,；它是“逢二进一”；,1.3 计算机中信息的表示与编码,4. 表示时间的“时分秒”，其计数规则采用的是六十 进制， 例：1分= 60秒, 1小时= 60分, ；,5. 计件单位“打”或长度单位“英寸”用的是十二进制； 等等。,又例：“日时”用的是二十四进制， “年月”用的是十二进制，等；,3. 表示重量可以采用十进制或十六进制， 例： “半斤八两”；,常用进制数的对应关系,2. 进位计数制特点基数：允许使用的数码个数10进制:基数为10，0916进制：基数16，09，AF2进制：基数2，0、1权：不同的位所代表的数值因子10进制: 个位1(100)、十位10 (101) 、百位100 (102),1.3 计算机中信息的表示与编码,计算机为什么要使用二进制易实现运算规则简单逻辑性强,1.3 计算机中信息的表示与编码,十进制Decimal(47)10=(47)D=47D =47二进制Binary (101011)2=(101011)B=101011B八进制Octal (53)8=(53)O=53O十六进制Hexadecimal (2B)16=(2B)H=2BH,3、不同数值的表示,4. 不同数制之间转换在各种数制转换过程中，2、10进制之间的转换是最基本的10进制转换为2进制：整数部分：除以2取余数，余数倒排小数部分：乘以2取整数，整数正排2进制转换为10进制：按权展开，求和,1.3 计算机中信息的表示与编码,10进制数转换为2进制数,整数部分：除以2取余数，余数倒排,小数部分：乘以2取整数，整数正排,(43.8125)10=(101011.1101)2 或 43.8125D=101011.1101 B,1.3 计算机中信息的表示与编码,2进制数转换为10进制数,按权展开求和, . ,25 24 2 3 22 21 20 2 -1 2-2 2-3 2-4,101011.1101=125+024+12 3+0 22+1 21+1 20 +1 2 1+1 2-2 +0 2-3+1 2-4 =32+0+8+0+2+1+0.5+0.25+0+0.0625 =43.8125,1.3 计算机中信息的表示与编码,2进制转换为8进制：以小数点为中心，向左右方向划为每位一组，不足位补0，每组按转换10进指数的方法转换为8进制的数字101 011 . 110 100 5 3 . 6 4110111.1101B=53.64O,1.3 计算机中信息的表示与编码,2进制转换为16进制：以小数点为中心，向左右方向划为每位一组，不足位补0，每组按转换10进指数的方法转换为16进制的数字0010 1011 . 1101 2 B . D110111.1101B=2B.DH,1.3 计算机中信息的表示与编码,8进制转换为2进制：每位数转换为3位的二进制数 5 3 . 6 4101 011 . 110 10016进制转换为2进制：每位数转换为4位的二进制数 2 B . D0010 1011 . 1101,1.3 计算机中信息的表示与编码,机器数计算机中，所有数据均以二进制表示，数的正负号以“0”和“1”表示，放在数的最左面，称符号位。如 01011011为正数、 11011011 为负数机器数：在机器内存放的符号数码化的数。真值：机器数所代表的真实的数值,二 计算机中数据的表示,1.3 计算机中信息的表示与编码,机器数的表示方法机器数由三种表示方式：原码、反码和补码正数的原码、反码和补码是相同的，最高位为0负数的原码：最高位为1，数值部分取原数的绝对值负数的反码：其原码除符号位外各位求反负数的补码：其反码的最后一位加1,1.3 计算机中信息的表示与编码,例1-10：下面三个真值数的原码分别是： 真值： +0000001 -0000001 -1100100 原码： 00000001 10000001 11100100注意：(a)正数的原码是它本身； (b)数值0的原码有两种形式： +0原 =00000000 -0原 =10000000,负数的原码：最高位为1，数值部分取原数的绝对值,例1-11：下面三个真值数的原码和反码分别是： 真值： +0000001 -0000001 -1100100 原码： 00000001 10000001 11100100 反码： 00000001 11111110 10011011,负数的反码：其原码除符号位外各位求反,例1-12： 对于字长为8位的计算机，求+91，-91，+0，-0的补码 十进制真值： +91 -91 +0 -0 二进制真值： +1011011 -1011011 +0000000 -0000000 原码： 01011011 11011011 00000000 10000000 反码： 01011011 10100100 00000000 11111111 补码： 01011011 10100101 00000000 00000000,负数的补码：其反码的最后一位加1,3.定点数与浮点数小数点的表示：计算机中的数的小数点一般通过隐含规定小数点的位置来表示。根据约定的小数点的位置是否固定，分为定点表示和浮点表示。定点表示法：小数点隐含地固定在数字位序列之中的表示法。浮点表示法：小数点的位置可以改变的表示方法。,1.3 计算机中信息的表示与编码,定点纯小数：小数点隐含在符号位之后定点纯整数：小数点隐含在数值之后,1.3 计算机中信息的表示与编码,浮点数一般用来表示实数，相当于科学计数法，数据的前面几位为阶码，后面为尾数,N=1011.0101=0.101101012+100=101.101012+01=1011010.12-11,如二进制数1011.0101可表示为：,例1-13：设字长为16位，其中阶符1位，阶码4位，尾符1位，尾数10位，阶码和尾数都用补码表示。要求写出X=-101101.0101B的规格化浮点表示形式。,解：首先把X写成规格化的浮点真值数：X=-0.10110101012+110 +110补=00110 -0.1011010101的定点纯小数补码=10100101011则规格化的浮点补码数如下：,计算机中的信息可分为指令信息和数据信息。数据信息可分为数值型数据和非数值型数据。非数值型数据主要是字符数据，如英文字母、汉字等。这些数据须经过编码后才能在计算机中处理。下面接受几种编码：二-十进制编码、字符编码和汉字编码,信息编码的意义,1.4 信息编码,二-十进制编码形式较多，常用的是8421码也称BCD码，即用4位二进制数表示一个十进制数字，00001001分别代表09，各位的权分别是8 4 2 1一般计算机中有单独处理BCD的指令,一、 二 十进制编码,1.4 信息编码,十进制数及其BCD码和二进制数的对应关系表,字符数据包括各种运算符号、关系符号、字母、数字和控制符号等。现在计算机中一般采用ASCII码ASCII编码：美国标准信息交换码 (American Standard Code for Information Interchange) 。ASCII用个二进制位表示一个字符数据。如：字符A的ASCII码为1000001B(65)，即：在计算机内部，字符A用1000001表示。扩充ASCII采用8位0255参阅P15表1-4,二、字符编码,1.4 信息编码,根据汉字处理过程中的不同要求，汉字有多种编码，主要分为四类：汉字输入码：也称汉字外部码（外码），用计算机标准键盘上按键的不同组合来对汉字进行编码。根据编码规则，外码可分为：流水码：将汉字和符号按一定规则排序编号而成的编码，如国标码、区位码等音码：根据汉字的读音来确定汉字的输入编码，如全拼、双拼、简拼等形码：根据汉字的字形、结构特征和一定的编码规则，对汉字进行的编码，如五笔字型、大众码音形码：结合汉字的读音和字形而对汉字进行的编码，如自然码、首尾码,三、汉字编码,1.4 信息编码,汉字交换码：国家标准总局制定的GB2312-80统称为交换码或标准码。通讯用汉字字符集（基本集）及交换码标准汉字交换码是用于不同汉字信息处理系统间或者与通信系统之间进行信息交换的汉字码。国标码：按国际标准制定的汉字和符号的交换码,国标GB2312-80中收录了7445个汉字及字符，根据每一个字符的特点和位置，所有字符分为94个区、94个位例如：材在18区，36位。区位码为：1836将区位码的区号与位号各转换成十六进制，然后各加上20H就是国标码。区位码+2020H=国标码例如“材”的国标码为：3244H(1224H+2020H),1.4 信息编码,汉字的内部码：也称（机）内码。是计算机内处理汉字信息时所用的汉字代码。国标码+8080H=内码。例如：“材”的内码是3244H+8080H=B2C4H 汉字“补”的区位码为：1825 汉字“补”的国标码为：3239H (00110010 00111001B) 汉字“补”的内码为： B2B9H (10110010 10111001B),1.4 信息编码,汉字字形码：指汉字字形点阵信息的数字代码，存放在汉字库中。即点阵汉字字形中的每一点都是由一个二进制位来表示。16*16点阵 24*24点阵等。点阵越大，字形质量越好，字库越大。图P16,1.4 信息编码,1.4 信息编码,1.4 信息编码,计算机系统计算机系统由硬件系统和软件系统组成。,1、硬件硬件是指计算机系统中由电子、机械、光电元件等组成的各种计算机部件和计算机设备。计算机部件和计算机设备依据计算机系统结构的要求，构成一个有机整体，称为计算机硬件系统。2、计算机硬件系统的基本组成（1）基本结构冯诺依曼提出的存储程序工作原理决定了计算机硬件系统的基本结构，由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成。,一、硬件系统,1.5 计算机系统,输入设备,存储器,运算器,控制器,输出设备,数据流,控制流,数据,程序,输出结果,1.5 计算机系统,1.5 计算机系统,运算器：( ALU，算术逻辑单元 ) 是计算机中执行各种算术运算和逻辑运算的部件，也称算术逻辑单元。,1.5 计算机系统,控制器:是计算机的一个指挥部件。主要作用是在程序的控制下，使计算机各功能部件协调一致的工作。即从主存中取出程序中的指令，解释该指令，向其他功能部件发出执行该指令所需的时序控制信号，再从主存中取出下一条指令执行，如此下去，直到程序执行完毕。取出指令，分析指令，执行指令计算机指令：指示计算机执行某种操作的命令。计算机指令由操作码和操作数组成。,1.5 计算机系统,存储器：是计算机中具有记忆能力的部件。 ROM（Read Only Memory） 内存（主存） RAM（Random Access Memory） 存储器 软盘（5.25英寸和3.5英寸） 磁盘 硬盘 外存（辅存） CD-ROM 光盘 DVD,1.5 计算机系统,有关存储器的术语：位（Bit，比特,b）：计算机中存储数据的最小单位。一个位就是一个二进制位。字节（Byte, B）：常用的计算机存储容量单位。一个字节为8Bit。字节一般用来表示计算机的存储容量：字（Word）：计算机进行数据处理时一次存取、加工和传递的一组二进制位。它的长度成为字长，根据CPU的不同而不同，是衡量计算机性能的一个重要指标。一般为字节的整数倍。,1.5 计算机系统,地址：整个内存分成若干存储单元（字节），每个单元的唯一编码地址位数n与存储容量的关系：存储容量=2n存储容量单位：B、KB、MB、GB1KB=1024B1MB=1024KB1GB=1024MB1TB=1024GB,1.5 计算机系统,输入设备和输出设备 输入设备：接受各种原始信息，把它们转化成计算机能够识别的形式，并把这些信息送到计算机的存储器中。常见输入设备：键盘、鼠标、扫描仪、磁盘驱动器等。 输出设备：把计算机处理的数据、计算结果等内部信息转换成人类能识别的形式。常见输出设备：显示器、打印机、绘图仪、磁盘驱动器等。,1.5 计算机系统,其他硬件概念中央处理器（CPU）：计算机中解释和执行指令的部件，是计算机硬件的核心，控制整个计算机系统工作，决定着计算机的性能。CPU运算器控制器主机：CPU和内存统称主机。外设：除主机之外的所有设备，一般把外存和输入输出设备统称外设。,1.5 计算机系统,3. 计算机的基本工作原理（1）指令和程序指令格式：（2）计算机指令的执行过程,1.5 计算机系统,1、软件软件是指计算机运行所需的程序和文档2、计算机软件的分类系统软件靠近硬件的一层，由操作系统/语言处理程序/数据库管理系统/网络系统/常用服务程序应用软件为某一应用目的而设计的软件,二、软件系统,1.5 计算机系统,1. 操作系统(OS)操作系统是一种资源管理程序，主要功能是管理计算机的软、硬件资源，组织计算机工作流程，方便用户的使用，并能为其它软件的开发与使用提供支持。操作系统包括5大功能：处理器管理存储管理设备管理文件管理作业管理,系统软件,1.5 计算机系统,操作系统的分类按运行环境分类：实时操作系统分时操作系统批处理操作系统按管理用户数量分类：单用户操作系统单任务 (DOS)多任务 (Windows)多用户操作系统 (UNIX),1.5 计算机系统,2. 程序设计语言和语言处理程序程序设计语言：机器语言 指令0000000111011000汇编语言 助记符ADD AX,BX高级语言 BASIC Fortran Pascal C语言处理程序：计算机直接识别运行的语言只能是机器语言，用汇编语言、高级语言编写的程序必须经过翻译转换成机器与才能执行。,1.5 计算机系统,汇编程序,高级与程序的翻译有两种方式：解释和编译,解释方式：逐句分析并立即执行得出结果,编译方式：把整个程序翻译成机器语言程序(目标代码），以后可直接执行,1.5 计算机系统,3. 数据库管理系统对数据库进行管理的程序如FoxBASE FoxPro Access Orale4. 网络软件 主要是网络操作系统及网络协议5. 常用服务程序,1.5 计算机系统,字处理电子表格绘图课件网络通信,应用软件,1.5 计算机系统,相辅相成固件的概念,三、硬件和软件软件的关系,1.5 计算机系统,计算机系统的层次结构,1.5 计算机系统,微型计算机组成主机箱、键盘、显示器、各种输入输出设备,1.6 基于80 x86系列的微型计算机,主机箱CPU内存ROM RAMCache 磁盘驱动器（软盘驱动器、硬盘、光驱 ）适配器 （打印、显示等）总线: (1) 数据总线（2）控制总线（3）地址总线,1.6 基于80 x86系列的微型计算机,一、主机,1.6 基于80 x86系列的微型计算机,输入输出设备键盘Ctrl Alt Shift Enter Backspace 鼠标 (机械、光电）显示器 (CRT,LCD, 分辨率、点距、 单色/彩色）打印机（击打式、非击打式）,1.6 基于80 x86系列的微型计算机,二、外围设备,常用操作系统 DOS (Microsoft)OS/2 (IBM)Windows 9x,NT系列XENIX (UNIX微机版本)Linix,1.6 基于80 x86系列的微型计算机,主频 （ MHz 兆赫兹)字长 ( 位，286(16) 386/486/586（32)）运算速度 (MIPS)存储容量(KB,MB)存储周期,1.7 计算机的性能指标,计算机的性能指标,媒体多媒体多媒体技术：集成性、交互性、数字化、实时性。 多媒体计算机(MPC),1.8 多媒体技术,一、多媒体技术的概念,为什么要压缩?JPEG 静态图像MPEG 动态图像声音:MID音乐数字接口WAV 声音波形文件MP3音频压缩WM? RM?,1.8 多媒体技术,二、多媒体的数据压缩技术,教育商业娱乐电子出版网络,1.8 多媒体技术,三、多媒体技术的应用,