信息与计算机ppt课件.ppt

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1、第一章 信息与计算机,1.1 信息与信息科学 1.2 计算机的发展及应用 1.3 信息在计算机中的表示与编码 1.4 微型计算机系统 1.5 计算机软件系统,1.1 信息与信息科学,本节主要内容1.1.1 信息1.1.2 信息技术1.1.3 信息科学1.1.4 信息化社会与信息素养重点难点信息，信息技术，信息科学的定义几次信息革命,第1章1.1节,信息,信息的定义信息是指音讯，消息，情报信息是在通讯的任何可逆的重新编码或翻译中那些不变的东西信息是我们适应外部世界，并且使这种适应为外部世界感觉到的过程从概率的角度看，信息是以消除不确定性的东西信息是系统的组织程度或有序程度的标记信息是数据处理的结

2、果信息是以物质能量在时空某一不均匀分布的整体形式所表达的物质状态,第1章1.1节,1.1.2 信息技术,信息技术的定义凡是能扩展人的信息功能的技术都是信息技术。包括感测技术，通信技术，计算机技术和控制技术五次信息革命语言的使用文字的创造印刷术的发明电报，电话，广播，电视的发明和普及应用计算机的普及应用及计算机与现代通讯技术的结合,第1章1.1节,1.1.3 信息科学,信息科学的定义信息科学是以信息为主要的研究对象，以信息的运动规律和应用方法为主要的研究内容，以计算机等技术为主要研究工具，以扩展人类的信息功能为主要目标的一门新兴的综合性学科信息科学的发展数学家香农创立信息论，为信息科学奠定初步基

3、础信息和控制是信息科学的基础和核心知识工程，专家系统，自然语言理解系统，智能机器未来研究方向信源理论和信息的获取，信息的传输，储存，检索，变换和处理，信号测量分析处理显示，模式信息处理，知识信息处理，决策和控制,第1章1.1节,1.1.3 信息科学,信息论信息论是运用概率论与数理统计的方法研究信息、信息熵、通信系统、数据传输、密码学、数据压缩等问题的应用数学学科。信息论将信息的传递作为一种统计现象来考虑，给出了估算通信信道容量的方法。信息传输和信息压缩是信息论研究中的两大领域。这两个方面又由信息传输定理、信源信道隔离定理相互联系。香农被称为是“信息论之父”。人们通常将香农于1948年10月发表

4、于贝尔系统技术学报上的论文A Mathematical Theory of Communication（通信的数学理论）作为现代信息论研究的开端。,1.1.4 信息化社会与信息素养,1.信息化社会（1）信息化（2）信息社会（3）我国社会的信息化2.信息素养三个层面：文化素养，信息素养，信息技能,第1章1.1节,1.2 计算机的发展及应用,本节主要内容1.2.1 计算机发展概论1.2.2 计算机分类及基本特点1.2.3 计算机的发展趋势1.2.4 计算机在信息社会中的应用重点难点冯诺依曼计算机的主要特征按元器件划分，各代电子计算机的特征计算机分类,第1章1.2节,1.2.1 计算机发展概论,“图

5、灵机”为计算机的发明奠定了理论基础“图灵机”不是一种具体的机器，而是一种理论模型，可用来制造一种十分简单但运算能力极强的计算装置。,计算机理论之父 A.M Turing,第1章1.2节,1.2.1 计算机发展概论,图灵机 图灵的基本思想是用机器来模拟人们用纸笔进行数学运算的过程，他把这样的过程看作下列两种简单的动作：在纸上写上或擦除某个符号；把注意力从纸的一个位置移动到另一个位置；而在每个阶段，人要决定下一步的动作，依赖于(a)此人当前所关注的纸上某个位置的符号和(b)此人当前思维的状态。为了模拟人的这种运算过程，图灵构造出一台假想的机器，该机器由以下几个部分组成：1.一条无限长的纸带 TAP

6、E。纸带被划分为一个接一个的小格子，每个格子上包含一个来自有限字母表的符号，字母表中有一个特殊的符号 表示空白。纸带上的格子从左到右依此被编号为 0,1,2,.，纸带的右端可以无限伸展。2.一个读写头 HEAD。该读写头可以在纸带上左右移动，它能读出当前所指的格子上的符号，并能改变当前格子上的符号。3.一套控制规则 TABLE。它根据当前机器所处的状态以及当前读写头所指的格子上的符号来确定读写头下一步的动作，并改变状态寄存器的值，令机器进入一个新的状态。4.一个状态寄存器。它用来保存图灵机当前所处的状态。图灵机的所有可能状态的数目是有限的，并且有一个特殊的状态，称为停机状态。,1.2.1 计算

7、机发展概论,冯诺依曼型计算机工作原理：存储程序，顺序控制基本思想：计算机可以使用二进制计算机的指令和数据都可以存储在机内基本结构存储器，运算器，控制器，输入设备，输出设备世界上第一台计算机1946年2月，世界上第一台计算机于美国宾州大学诞生，取名ENIAC,John von Neuman,第1章1.2节,1.2.1 计算机发展概论,计算机发展的四个阶段1.第一代计算机(19461956)使用电子管作主要元件，耗电多，发热量大，运算速度一般每秒为数千次至数万次。存储容量小，初期用水银延迟线或静电存储器，容量仅有数千字节，后期采用磁鼓与磁芯，容量有较大提高。程序设计使用机器语言或汇编语言，输入输出

8、主要用穿孔的纸带或卡片，编程与上机都很费时。2.第二代计算机(19551964)用晶体管代替电子管来作开关元件，具有速度快，寿命长，轻、小、省等优点。普遍使用磁芯存储器为主存储器。汇编语言更普遍，高级语言也开始投入使用。,第1章1.2节,1.2.1 计算机发展概论,3.第三代计算机(19641970)中、小规模集成电路投入使用系列化、通用化和标准化4.第四代计算机(1971)使用大规模集成电路VLSI(Very Large Scale Integration)和超大规模集成电路ULSI(Ultra Large Scale Integration)制作开关逻辑部件；性能价格比大幅度跃升；产品更新

9、的速度加快；软件配置空前丰富。,第1章1.2节,1.2.2 计算机分类及基本特点,1.计算机常见分类方法（1）主机（2）小型机（3）个人计算机（4）巨型机（5）小巨型机（6）工作站2.基本特点（1）处理速度快（2）运算精度高（3）存储能力强（4）具有逻辑判断能力（5）可靠性高,第1章1.2节,1.2.3 计算机的发展趋势,发展方向（1）巨型化（2）微型化（3）网络化（4）智能化（5）多媒体化（6）未来计算机生物计算机电子计算机量子计算机,第1章1.2节,计算机在信息社会中的应用,1.科学计算2.数据处理3.实时控制4.计算机辅助系统（1）计算机辅助设计（2）计算机辅助制造（3）计算机集成制造系

10、统（4）计算机辅助测试（5）计算机辅助教学5.人工智能6.计算机模拟,第1章1.2节,1.3 信息在计算机中的表示与编码,本节主要内容1.3.1 信息在计算机中的表示 信息编码 数制及其转换重点难点信息存储单位的换算常用的数字编码数制之间的转换定点数和浮点数的表示方法,第1章1.3节,1.3.1 信息在计算机中的表示,1.信息表示计算机内部都采用二进制形式来表示使用二进制的原因二进制数在物理上最容易实现，如电压的“低”与“高”恰好表示“0”和“1”二进制数运算简单，如采用十进制数，有 55 种求和与求积的运算规则，而二进制数仅有 3 种（0+0=0，0+1=1，1+1=10和00=0，01=0

11、，11=1）二进制数的“0”和“1”正好与逻辑命题的两个值“否”和“是”或称“假”和“真”相对应，为计算机实现逻辑运算和逻辑判断提供了便利的条件,第1章1.3节,1.3.1 信息在计算机中的表示,2.信息存储单位位（bit），简记为 b，是计算机内部存储信息的最小单位。一个二进制位只能表示 0 或 1 字节（byte），简记为 B，是计算机内部存储信息的基本单位。一个字节由 8 个二进制位组成，即 1 B=8 b 字（word），一个字通常由一个字节或若干个字节组成，是计算机进行信息处理时一次存取、加工和传送的数据长度。字长是衡量计算机性能的一个重要指标，字长越长，计算机一次所能处理信息的实际

12、位数就越多，运算精度就越高，最终表现为计算机的处理速度越快单位换算：1B=8b,1KB=1024B,1MB=1024KB,1GB=1024MB,1TB=1024GB,第1章1.3节,1.3.2 信息编码,定义用按一定规则组合而成的若干位二进制码来表示数或字符分类1.数字编码定义：是指用若干位二进制代码来表示一位十进制数BCD码用四位权为8421的二进制数来表示等值的一位十进制数【例1.1】(731)10=(?)BCD；(731)10=(011100110001)22.字符编码ASCII码；有7位和8位的两种,第1章1.3节,1.3.2 信息编码,3.汉字编码汉字输入码汉字机内码字形输出码 点阵

13、图形码4.Unicode编码它用两个字节表示一个字符，因此允许表示 65536 个字符，世界上几乎所有的书面语言都能用单一的 Unicode 编码表示前 128 个 Unicode 字符是标准 ASCII 字符，接下来的是 128 个扩展的 ASCII 字符，其余的字符供不同的语言使用5.信息的内部表示和外部显示,第1章1.3节,1.3.3 数制及其转换,1.进制数及表示方法K进制数的性质在K进制中，具有K个数字符号在K进制中，由低位向高位是按“逢K进一”的规则进行计数；K进制的基数是“K”，K进制数的第i位(i=n，2，1，0，-1，-2)的权为“Ki”，并约定整数最低位的位序号i=0。,（

14、86795.13）10,（11111.11）2,第1章1.3节,1.3.3 数制及其转换,常用的数制K=10为十进制，可使用0，1，9共10个数字符号；K=2 为二进制，可使用0，1共2个数字符号；K=8 为八进制，可使用0，1，7共8个数字符号；K=16为十六进制，可使用0，1，9，A，B，C，D，E，F共16个数字符号。数制的书写格式二进制数可以用后缀B表示，也可以用括号和下标2表示。例如，1010B与(1010)2八进制用后缀Q，十六进制用后缀H，也可以用括号和下标表示，例如：271Q，(271)8,1C2FH,(1C2F)16,第1章1.3节,1.3.3 数制及其转换,二、十六、八进制

15、数转换为十进制数(按权展开法)【例1.2】（11010.101）2=124+12 3+122+12 1+12 0+12-1+12-2+12-3=16+80+200.50+0.125=(26.625)10（B7A.8)16=B1627161A160816-1=11256+716+101+80.0625=(29385)10（275.04)8=28278158008-1+48-2=264+78+51+0+0.0625=(1890625)10,第1章1.3节,1.3.3 数制及其转换,十进制数转换为二（十六、八）进制数整数转换规则【例1.3】(13)10=(?)2 例子十进制整数转换为二进制整数的规则

16、：除2取余，直至商为0，结果为从下向上。十进制整数转换为八（十六）进制整数的规则为：除8（16）取余，直至商为0，结果为从下向上。小数转换规则【例1.4】(0.625)10=(?)2 例子十进制小数转换为二（十六、八）进制小数的规则为：“乘2（16、8）取整，直至小数为0，结果从上向下”。,第1章1.3节,1.3.3 数制及其转换,八，十六进制数转换成二进制数由于八（十六）进制数的基数为8（16），二进制数的基数为2，两者满足8=23（16=24），故每位八（十六）制数可以转换为等值的三（四）位二进制数，反之亦然。转换方法：将八（十六）进制数的每一位展开为三（四）位二进制数，去掉整数首部和小数

17、尾部的0即可。【例15】(7DC4)16=(?)2 将每位十六进制数写成四位二进制数，便得到转换结果。如下所示：求得(7D.C4)16=(1111101.110001)2。,第1章1.3节,1.3.3 数制及其转换,二进制数转换成（十六）进制数转换方法：以小数点为中心向两边，每 三(四)位分成一组(首尾不足者补0)，将每组二进制数写成与之对应的八（十六）进制数。【例1.6】(11110.11101)2=(?)8 转换过程如下所示：先将（11110.11101)2写成（011110.111010)2，然后按：求得(11110.11101)2=(36.72)8,第1章1.3节,1.3.3 数制及其

18、转换,【例1.3】(13)10=(?)2 设：(13)10=(BnBn-1B2B1B0)2(1)其中(1)式Bi=0 或Bi=1(i=0，1，2，n)，右边二进制整数按权展开得十进制整数(13)10=(BnBn-1 B2B1B0)2=Bn2n+Bn-12n-1B222B121B020=2（Bn2n-1+Bn-12n-2B221B120)B0 即13=2（Bn2n-1+Bn-12n-2B221B120)B0 由此得出，B0是13除2的余数（为1），即B0=1 Bn2n-1+Bn-12n-2B221B120是13除2的商（为6），即6=Bn2n-1+Bn-12n-2B221B120 以此类推，B1

19、是6除2的余数（为0），B1=0；B2 是3（6除2的商）除2的余数（为1），B2=1；B3 是1（3除2的商）除2的余数（为1），B3=1，此时1除2的商为0。求得：(13)10=(B3B2B1B0)2=(1101)2,第1章1.3节,1.3.3 数制及其转换,【例1.4】(0.625)10=(?)2设：(0.625)10=(0.B-1B-2 B-m)2-(2)其中(2)式B-i=0 或B-i=1(i=1，2，m)，右边二进制小数按权 展开得十进制小数(0.B-1B-2B-m)2=B-12-1+B-22-2B-m2-m即，十进制小数0.625=B-12-1+B-22-2 B-m2-m-(3)

20、(3)式两边同乘以2，得：1+0.25=B-1+B-22-1B-m2-m+1 由此推出，B-1=1，0.25=B-22-1B-m2-m+1 同理可得，B-2=0，B-3=1，最后求得：(0.625)10=(0.B-1B-2B-m)2=(0.101)2 注意：在用上述规则实现十进制小数的转换时，会出现乘积的小数 部分总不等于0的情况，这表明此时的十进制小数不能转换为有限 位的二进制小数，出现了“循环小数”。如：(0.6)102,第1章1.3节,1.3.3 数制及其转换,二进制数的定点及浮点表示定点数的定义是指计算机中的小数点位置是固定不变的定点整数表示的数值范围为-1111111+1111111

21、，即-27+127-1例如，二进制数1011和1011都是非整数，若将它们都乘以比例因子22，则得 101122=10110 101122=1011在8位字长的计算机中可分别表示为,第1章1.3节,1.3.3 数制及其转换,浮点表示法定义是指计算机中的小数点位置不是固定的，或者说是“浮动的”。对于任何一个二进制数N都可以表示为：N=2E(S)式中，E称为阶码，它是一个二进制正整数；E前的号为阶码的正负号，称为阶符(Ef)。S称为尾数，它是一个二进制正小数；S前的号为尾数的正负号，称为尾符(Sf)。式中“2”是阶码E的底数,第1章1.3节,1.3.3 数制及其转换,例如，二进制数1011和101

22、1的记阶表示形式为当E=11且Ef为“”，S=01011且Sf为“”时，有：+1011=211(01011)当E=10且Ef为“”，S=01011且Sf为“”时，有：-1011=210(01011),第1章1.3节,1.3.3 数制及其转换,二进制数的原码，反码及补码的表示正数的原码、反码和补码形式相同，即最高位为0，表示正数，其余位表示数值的大小；负数的原码：最高位为1，表示负数，其余位表示数值的大小；负数的反码：对其原码逐位取反（符号位除外）；负数的补码：在其反码的末位加1。参见表1-4。在计算机中，采用补码运算的优点是可以将减法运算转换成加法运算，并且符号位与其他位一样地参与运算，十分方

23、便。注意，运算结果仍为补码。请记住：负数的补码不表示其数值，再对它求一次补码才是它的值。无论用哪一种方法表示有符号数都有一定的范围，超过此范围则发生溢出，从而导致运算结果的错误，这一点是不可忽视的。,第1章1.3节,1.3.3 数制及其转换,二进制数的算术运算二进制的算术运算和十进制的算术运算相同，但运算法则更为简单。二进制的加减乘除运算法则都只有三条。加法规则：=+=+=+=10减法规则：-=-=-=10-=乘法规则：=0 1=除法规则：=（不能作除数）进行二进制数加法与减法运算时，只要注意按“逢2进1”和“借1当2”处理就行了。例如1010011010000，101001100100,第1

24、章1.3节,1.3.3 数制及其转换,11011011=10001111,101010=101,第1章1.3节,1.3.3 数制及其转换,二进制的逻辑运算运算规则见表1-5例如：对1010求非（反）运算：按位取反，即1变0，0变1，结果为0101。,第1章1.3节,1.4 微型计算机系统,本节主要内容1.4.1 微型计算机硬件系统1.4.2 主板和BIOS1.4.3 I/O接口和系统总线重点难点计算机的基本组成以及各组成的基本功能RAM和ROM的区别,第1章1.4节,1.4.1 微型计算机硬件系统,计算机由五大基本部分组成运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备,计算机硬件结构图,第1章1.

25、4节,1.4.1 微型计算机硬件系统,控制器控制器是计算机的指挥控制中心运算器运算器是执行算术运算和逻辑运算的部件，它的任务是在控制器的指挥下，对信息进行加工处理，包括算术运算和逻辑运算。运算器由算术逻辑单元ALU（Arithmetical Logical Unit）、累加器、状态寄存器和通用寄存器组等组成运算器和控制器等集成在一块超大规模集成电路芯片上，该芯片称为CPU字长：CPU字长即计算机字长，简称字长。在计算机中，作为一个整体被传送和运算的一串二进制数码称为字。字所包含的二进制位数称为字长主频：指CPU工作时的时钟频率,第1章1.4节,1.4.1 微型计算机硬件系统,存储器存储器分类内

26、存储器外存储器内存储器内存地址内存由许多存储单元组成，每一个存储单元可以存放若干位数据代码，该代码可以是指令，也可以是数据存储容量是描述计算机存储能力的指标RAM和ROM：内存分为随机存取存储器RAM（Random Access Memory）和只读存储器ROM（Read Only Memory）两种。ROM中的信息一般只能读出而不能写入，断电后，ROM中的原有信息保持不变，在计算机重新开机后，ROM中的信息仍可被读出RAM用于存放CPU正在处理、即将处理或处理完毕的数据，是CPU可以直接访问（可读/写）的存储器。一旦关闭计算机（断电），RAM中的信息就丢失了,第1章1.4节,1.4.1 微型

27、计算机硬件系统,高速缓冲存储器Cache由于RAM的运行速度和CPU之间有一个数量级的差距，这就限制了CPU速度潜力的发挥。为了弥补这个差距，人们在RAM和CPU之间设置一种高速缓冲存储器Cache。Cache的运行速度高于RAM，与CPU速度差不多，但容量较小。Cache中的数据是RAM的常用副本，在程序运行中，当需要取指令或数据时，CPU先检查Cache中是否有该内容，若有就从Cache中取出，否则从主存储器取出，这样就充分发挥了CPU的潜力。虚拟内存拿出一整片硬盘空间来充当内存使用，这一整片硬盘空间就是虚拟内存当运行的程序和数据要占用大量RAM时，先把RAM中暂时不急用的数据存放在虚拟内

28、存中，用的时候再调入RAM中，这样就大大缓解了RAM紧张的矛盾,第1章1.4节,1.4.1 微型计算机硬件系统,外存储器磁存储器磁带、硬盘和软盘：将信息记录在涂有磁性材料的塑料带、金属或塑料圆盘上，靠磁头存取信息硬盘,硬盘和磁盘驱动器,第1章1.4节,1.4.1 微型计算机硬件系统,光存储器CDCD-RCD-RWDVD移动存储器U盘移动光盘移动硬盘,第1章1.4节,1.4.1 微型计算机硬件系统,输入设备键盘鼠标笔输入设备扫描仪数码相机输出设备,键盘,鼠标,笔输入设备,扫描仪,数码相机,第1章1.4节,1.4.1 微型计算机硬件系统,输出设备显示器CRT显示器液晶显示器显卡打印机针式打印机喷墨

29、打印机激光打印机绘图仪,CRT显示器,液晶显示器,显卡,第1章1.4节,1.4.2 主板和BIOS,主板板主要由芯片组、CPU插座、内存插槽、软盘插槽和硬盘插槽、PCI插槽、AGP插槽、外部接口、电源接口、BIOS等组成,主板结构,第1章1.4节,1.4.2 主板和BIOS,BIOS和BIOS设置程序BIOS和CMOSBIOS（Basic Input-Output System）为计算机基本输入/输出系统，它是一组固化在计算机主板上的一个ROM芯片上的程序。BIOS内容包括：计算机开机自检程序、CMOS设置程序、系统启动自举程序、基本输入/输出程序等。CMOS(互补金属氧化物半导体存储器)是主

30、板上的一块可读写的RAM芯片，它保存着计算机当前的配置信息，如日期和时间、硬盘的格式和容量、内存容量等。BIOS的设置详细内容见课本P39-P40,第1章1.4节,1.4.3 I/O结构和系统总线,I/O接口I/O（InputOutput）接口是指输入/输出设备接口是连接外设和主机的一个“桥梁”系统总线数据总线地址总线控制总线,微机硬件组成,第1章1.4节,1.5 计算机软件系统,本节主要内容1.5.1 计算机软件及发展1.5.2 系统软件1.5.3 应用软件1.5.4 软件开发技术1.5.5 微机系统配置与选购重点难点软件的分类,第1章1.5节,计算机软件及发展,计算机软件定义计算机软件由程

31、序和有关的文档组成。程序是指令序列的符号表示，文档是软件开发过程中建立的技术资料。计算机软件的发展第一阶段（19461956 年）：第一台计算机上的第一个程序开始到高级程序设计语言出现之前。第二阶段（19561968 年）：从高级程序设计语言出现以后到软件工程出现之前。第三阶段（1968 年以后）：软件工程出现以后迄今为止。,第1章1.5节,系统软件,系统软件的功能（1）对硬件和软件资源实施有效的控制和管理，从而使整个计算机系统协调而有效地运行。如启动计算机，存储、加载和执行应用程序，对文件进行排序、检索，将程序语言翻译成机器语言等。（2）为各类用户创造一个方便、灵活、安全的使用环境和人机界面

32、。（3）为系统维护人员提供便捷而有效的工具，例如设定系统配置、硬件故障诊断排除等工具软件。（4）为软件开发提供方便的工具，例如语言编译和解释程序、连接程序、文本编辑程序、程序调试工具等。（5）模拟或扩展某些硬件功能，例如浮点仿真、虚拟存储等。系统软件的特点（1）和硬件系统的不可分割性（2）公用性或共享性（3）基础性,第1章1.5节,1.5.2 系统软件,系统软件的分类操作系统语言处理系统服务程序数据库管理系统嵌入式系统与嵌入式操作系统入式系统一般指非 PC 系统，有计算机功能但又不称之为计算机的设备或器材嵌入式操作系统是一种支持嵌入式系统应用的操作系统软件，它是嵌入式系统(包括硬、软件系统)极

33、为重要的组成部分，通常包括与硬件相关的底层驱动软件、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形界面、标准化浏览器等 Browser,第1章1.5节,1.5.3 应用软件,定义应用软件是用户为解决各种实际问题而编制的程序及其有关资料分类通用软件通常是为解决某一类问题而设计的专用软件具有特殊功能和需求的软件,第1章1.5节,1.5.4 软件开发技术,软件工程软件工程生产软件的五个阶段需求分析，设计，编程，测试，运行软件工程的优点易理解易维护可靠性高效率高,第1章1.5节,1.5.5 微机系统配置与选购,性能指标字长：指微机能直接处理的二进制信息的位数，字长越长，微机运算速度就越快，运算精度越高。内存容

34、量：表示内存所能容纳信息的字节数，内存容量越大，它所能存储的数据和运行的程序就越多，程序运行速度就越高，微机处理能力就越强。微机CPU的时钟频率，单位是MHz。运算速度：指微机每秒钟能执行的多少条指令，单位MIPS(百万条指令1秒)。存取周期：指存储器进行一次完整的存取(即读写)操作所需的时间，即存储器进行连续存取操作所允许的最短时间间隔，存取周期越短，则存取速度越快。,第1章1.5节,1.5.5 微机系统配置与选购,硬件配置CPU,主板，内存，硬盘，显卡，显示器软件配置操作系统软件，办公软件，压缩软件，网络软件等选购建议注意电脑用途主要选购市场上的主流机型要注意电脑的可扩展和升级要注意售后服务,第1章1.5节,本章要点难点回顾,计算机的发展历史和诺依曼计算机的特点计算机的分类计算机的基本构成信息编码以及不同进制数的表示和转换定点数，浮点数，原码，补码，移码的表示和相互转换,作业,课本P49 3,8,10题,