计算机和数字基础知识.ppt

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1、信息处理概论,曹妍 2011.10,第1章计算机和数字基础知识,目录,计算机和数字基础知识,1,计算机硬件,2,计算机软件,3,操作系统和文件管理,4,局域网和无线局域网,5,因特网,6,目录,Web和电子邮件,7,数字媒体,8,计算机产业,9,信息系统分析与设计,10,数据库,11,计算机编程,12,计算机和数字基础知识,第1章,本章内容,A部分,D部分 数字化处理(重点),B部分 数字设备(重点),C部分 数字数据表示(重点),一切数字事物,E部分 密码安全,一切数字事物,一切数字事物,数字社会,3,数字革命,数字革命：由数字技术（例如计算机和因特网）引起的社会、政治和经济变化的改变过程。

2、数字革命正在构建一个信息社会，在信息社会中，生成、发布和使用信息已经成为重要的经济和文化行为。推动数字革命的技术：包括数字电子,计算机,通信网络,Web以及数字化，它们加速了数字革命,数字电子设备:用电子电路来表示数据的设备,几毫米见方的硅片上集成上万至百万晶体管,数字电子设备:用电子电路来表示数据的设备,数字电子装置,计算机,便携式媒体播放器(iPod),摄像机数码相机,蜂窝电话GPS,数字电视机,DVD CD播放器,电子书阅读器游戏机,美国家庭个人计算机的保有量,人们什么时候开始注意到个人计算机了呢？,计算机保有量快速增长的原因,因特网的使用对公众的开放,电子公告栏,电子邮件,在线社交网络

3、,博客,聊天组,信息化推动中国迈向世界信息强国！2009年底，4亿网络用户 7亿手机用户 全球第一网民、手机用户大国,计算机网络:是一组用有线或者无线技术连接到一起的计算机，其目的是共享数据和资源,Web:是可以通过因特网访问的链接的文档、图片和声音的集合,网际空间:指大量出现在计算机网络中的实体,数字化:将文本、数字、声音、照片和视频转化为能被数字设备处理的数字信息的过程,概念,一切数字事物,一切数字事物,数字社会,3,一体化,一体化：是将多种具有不同功能的技术整合到一个产品中的过程一体化易于提高功能性和方便性,一切数字事物,一切数字事物,数字社会,数字技术影响自由和民主数字技术改变了人们对

4、隐私的看法数字技术影响知识产权数字技术对经济的影响,请同学们自己课后阅读一下教材,本章内容,A部分 一切数字事物,D部分 数字化处理(重点）,B部分 数字设备(重点）,C部分 数字数据表示(重点）,E部分 密码安全,数字设备,什么是计算机？,计算机：在已存储的指令集控制下，可以接受输入、处理数据、存储数据以及产生输出的多用途设备。,计算机硬件的基本组成,冯诺依曼计算机结构:三大要点：二进制：用二进制的形式表示数据和指令存储程序：数据和指令预先存入内存，计算机能自动取出并执行五大基本部件：输入设备、控制器、运算器、存储器、输出设备 CPU：控制器+运算器外围设备：输入设备+输出设备,计算机基础知

5、识,输入设备,主板,CPU,主存储器,输出设备,显示器,鼠标,键盘,主机,主 板,内存插槽,CPU插座,计算机工作原理示意图,输入设备,主存储器,辅助存储器,输出设备,运算器,控制器,输入,输出,程序原始数据,运算结果,指令数据线,控制信号线,CPU=控制器+运算器主机=CPU+主存储器 外设=I/O+辅助存储器,相关概念,输入：送入计算机系统的一切数据输出：计算机产生的结果数据：表示事实、对象和概念的一组符号数据处理：计算机通过不同的方式操作数据，这种操作叫处理，如排序多数现代计算机使用的CPU是微处理器微处理器：能经过编程来完成任务的电子元件。,相关概念,计算机软件,应用软件是一套帮助人们

6、执行任务的计算机程序系统软件的主要目的是帮助计算机系统监视自身，以便更有效率的运行操作系统(OS),计算机软件分为：应用软件系统软件,计算机系统,数字设备,常用计算机分类,计算机可以广泛应用于各种各样的任务。但某些类型的计算机比其他类型的计算机更适合完成某些特定的任务。计算机的分类是根据计算机的用途、价格、体积和性能等标准将其分成为几个不同的类型。常用计算机分类包括：个人计算机（Personal Computer-PC）服务器（Server）大型计算机（Mainframe）超级计算机（Supercomputer）,个人计算机：是基于微处理器的计算设备，用来满足个人的计算要求,个人计算机（Per

7、sonal Computor）,游戏机不是个人计算机，因为它们都是专门的游戏设备,工作站（WorkStation）,包含两层含义,服务器：可以指计算机硬件、特定类型的软件、硬件与软件的结合体。服务器的作用：就是通过给网络（因特网或家庭网络）上的计算机提供数据等“服务”。客户端：任何向服务器请求数据的软件或数字设备（计算机）。个人计算机、工作站、大型机或超级计算机都可以配置成服务器。,服务器（Server）,大型计算机（Mainframe）,具有更强的数据处理能力，对可靠性、安全性和集中式控制要就很高，一般用于大型企业或政府部门，为大量数据提供集中式存储、处理和管理。体积庞大、价格昂贵。其主要处

8、理电路都安装在壁橱式的柜子里，加上用于存储和输出的大型外围设备，整个大型机系统能够填满一个大房间,大型计算机（Mainframe）,超级计算机（Supercomputer）,拥有最强的并行计算能力，能够承担其他计算机所不能处理的复杂任务和计算密集型问题（需用复杂的数学计算来处理大量数据）主要用于科学计算。在密码破译、全球气象系统建模以及核弹爆炸模拟等。超级计算机的CPU由数千个微处理器构成。是世界上运算度最快的一类计算机。,超级计算机（Supercomputer）,数字设备,PDA（Personal Digital Assistant）是袖珍数字记事簿，它带有小型标准键盘或者触摸屏幕，在掌中使

9、用掌上电脑：本质上是带有例如移动存储器、电子邮件、Web接入、语音通信、内置相机等功能的加强版PDA,PDA（个人数字助理）,便携式媒体播放器：iPod和其它类似装置被归类于此，因为他们的主要功能是播放音乐、播放视频和存储照片智能电话：除了语音通讯外，还包含其它功能，如完整的标准键盘、文本消息、电子邮件、Web接入、移动存储器、照相机、FM收音机、数字音乐播放器、游戏软件、个人管理、GPS和地图等,便携式播放器和智能电话,PDA、便携式播放器和智能电话,数字设备,微控制器（Micro Controller）,微控制器的定义：微控制器是将微型计算机的主要部分集成在一个芯片上的单芯片微型计算机（单

10、片机）。内置在其所要控制的机器的专用微处理器。微控制器与计算机区别联系计算机是根据存储的程序，接受输入、产生输出、存储并处理数据的多用途设备。微控制器符合这个标准，从技术角度，可以归为计算机一类，但是通常还是将微控制器定义为处理器，而不是计算机。,微控制器（Micro Controller）,本章内容,A部分 一切数字事物,B部分 数字设备,E部分 密码安全,计算机和其他数字设备要存储各种内容，包括文本、数字、音乐、图像、语音和视频，数字技术最神奇的地方在于，所有这些不同的元素都能最终转化成简单的电脉冲，并以0和1的形式存储起来。,数字数据表示,数字数据表示,数字、文本和图片的表示,2,位和字

11、节的量化,3,电路和芯片,4,数据：表示人、事物、事件以及思想的一组符号信息：当数据用人能够理解和使用的形式表现出来时，它就变成了信息。通常 数据是供机器使用的，而信息是供人使用的。,数据和信息,数据表示,数据表示是指数据存储、处理和传输的形式数据能以数字或模拟方式表示数字数据：转换成离散数字(0和1的序列)的文本、数字、图像和声音等模拟数据：使用连续的数值范围进行表示 数字设备：处理离散的数据的设备模拟设备：处理连续的数据的设备,用两种不同的电压+5V 和 0V 表示1和0蚀刻在CD上的光点和暗点表示1和0硬盘表面的磁微粒的正负极方向表示1和0 数字数据的1和0 的序列都是二进制数字，bit

12、就是数字数据表示中使用的0或1,数字数据的表示方式,数字数据表示,位和字节的量化,3,电路和芯片,4,数字数据在计算机中，采用二进制系统表示；文本（汉字、字母等字符型数据）使用各种类型的编码来表示，如字符编码ASCII码ASCII码就是一种包含大小写英文字母、标点符号各数字字符的字符代码集；,数字、文本的表示,图像和声音的存储,数字化：将连续的量离散化的过程图像的存储：图像需要通过采样-量化处理后转换为二进制数据后才能在计算机中处理。要处理图像，必须先将图像数字化声音的存储：要处理声音波形也同样要先数字化,图像和声音的存储,图像的存储：图像数字化是将图像转化成一系列彩色的点，每一个点的色彩都是

13、由指派给它的二进制数来表示的。,声音的存储：声音波形数字化是将声音采样很多点，将这些点转化为数字化数字，采样点越多，形成的波形就越逼真。,图像(1)分辨率、图像灰度(2)图像文件大小、类型音频(1)采样频率、采样精度(2)声道数 文件类型：wmf、mid、MP3,数字数据的表示,数字数据：采用二进制系统表示；,ASCII码是美国信息交换标准码的简称，采用8位二进制编码，最高位为0范围为00000000B 01111111B7位ASCII码，7位二进制字符编码；表示128种字符编码，包括34种控制字符，52个英文大小写字母，10个数字，32个字符和运算符；,文本的表示-ASCII码（Americ

14、an Standard Code Information Interchange),ASCII码：用七位二进制数来表示每个字符扩展ASCII码：用八位二进制来表示每个字符,扩展ASCII码,256种字符,扩展ASCII码（字母、符号的表示）,P18，图1-26,各种进制的转换,二进制数 八进制数 十六进制数 十进制数0000 00 0 00001 01 1 10010 02 2 2 0011 03 3 3 0100 04 4 40101 05 5 5 0110 06 6 60111 07 7 71000 10 8 81001 11 9 91010 12 A 101011 13 B 11 110

15、0 14 C 121101 15 D 131110 16 E 141111 17 F 15,数字数据表示,数字、文本和图片的表示,2,位和字节的量化,3,电路和芯片,4,位(bit),字节(byte)(B）,字(word),表示二进制中的一个数位，可以是0或1 计算机中数据的最小单位,由8个二进制位组成。是计算机中数据处理和存储容量的基本单位 常用单位：KB、MB、GB（千兆）、TB 1KB1024B；1MB1024KB；1GB1024MB,计算机一次存取、加工、运算和传输的数据长度 一个字通常由若干个字节组成 字是计算机性能的一个重要标志,位和字节,数据存储的组织形式,位,字，字长,字节（8

16、位）,位、字节、字及字长,常用计数制表示方法,常用计数制的基数和数字符号,8Bit=1字节Byte（B）：最常用的基本单位,K字节1KB=2 B=1024 BM字节1MB=2 B=1024 KBG字节1GB=2 B=1024 MB T字节1TB=2 B=1024 GB,1 0 0 1 0 1 0 1,=27+24+22+20,=149,10,20,30,40,位和字节的量化,常用进制的对应关系,二、八、十六进制转换成十进制,N进制转换十进制的规则：从小数点往左分别为：N0、N1、N2从小数点往右：N-1、N-2、N-3,二进制（Binary）,基：0，1基数为2进位法则：逢二进一位权：从小数点

17、往左：20、21、22从小数点往右：2-1、2-2、2-3示例：(101.1)2=,122+021+120+12-1=5.5,基：0，1，2，3，4，5，6，7基数：8法则：逢八进一记号：末尾加O位权：小数点开始向左每位的权分别为：80、81、82；小数点开始向右每位的权分别为:8-1、8-2、8-3 例：(12.3)8=,八进制：（Octal）,181+280+38-1=10.375,基：0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，A，B，C，D，E，F（A=10,B=11）基数：16法则：逢十六进一位权：从小数点往左：160、161、162 从小数点往右：16-1、16-2、16-3示例：（1

18、A.C)16=,十六进制：(Hex),1161+10160+1216-1,26.75,十进制转换成二、八、十六进制,转换规则：整数部分除N取余，直到商为0；小数部分乘N取整，直到结果的小数部分为0,十进制转换为二进制,例：N49.25 49/2=24(a0=1)24/2=12(a1=0)12/2=6(a2=0)6/2=3(a3=0)3/2=1(a4=1)1/2=0(a5=1)所以整数部分49110001B；0.2520.5(b1=0)0.521.0(b2=1)小数部分0.25=0.01B；49.25D110001.01B,十进制转换为十六进制,例：N48956.81248956/16=3095

19、(a0=12)3095/16=191(a1=3)191/16=11(a2=15)11/16=0(a3=11)所以整数部分48956BF3CH；0.8121612.992(b1=12)0.99216=15.872(b2=15)0.87216=13.952(b3=13)小数部分0.812=0.CFDH；48956.8125DBF3C.CFDH,二 进制与八、十六进制相互转换,二进制 十六进制,二进制 八进制,一位拆三位,一位拆四位,整数从右向左，小数从左向右,三位并一位,四位并一位,二 进制与八、十六进制相互转换,1 1011 0111.010(1 B 7.4)16,示例：,100 110 110

20、 111.010 100(4 6 6 7.2 4)8,000,0,1 1011 0111.010(1 B 7.4)16,二进制转换为十六进制,例：N1001101.01101B整数部分1001101小数部分0.01101=1001101.01101B4D.68H,0000 00001 10010 20011 30100 40101 50110 60111 71000 81001 91010 A1011 B1100 C1101 D1110 E1111 F,4DH；,0.68H；,数字数据表示,数字、文本和图片的表示,2,位和字节的量化,3,77,数字设备怎样存储位？,位：以电脉冲的形式在电路中传

21、输简单地说，可以将“位”想象成电子电路的两个状态，“1”表示的是“开”状态，“0”表示的是“关”状态。实际上，用高和低电压来表示1和0。,电路和芯片,数字设备里包含一些芯片和电路板芯片是集成电路的技术术语集成电路是非常薄的充满了精微的电路元件的半导体材料薄片,集成电路芯片,芯片的组合-系统板（主板）,多数数字设备的电子元件都是固定在电路板上-主板,本章内容,A部分 一切数字事物,B部分 数字设备,E部分 密码安全,数字设备处理数据,虽然数字设备看起来 是在完成很复杂的任务实际 执行非常简单的操作 是以光速来完成操作的,数字化处理,程序和指令集,1,处理器逻辑,2,指令和指令集,指令是人们对计算

22、机发出的工作命令，告诉计算机要进行的操作。指令通常由一串二进制数码组成，也称为机器指令。一台计算机可以有许多指令，所有指令的集合称为指令集(Instruction Set)，各种类型的计算机的指令集都不相同。指令集也称指令系统,高级语言和源代码,数据是在计算机程序或是软件的控制下进行处理的。程序(Program)是为实现特定目标或解决特定问题而用计算机语言编写的命令序列的集合高级语言是较接近自然语言和数学公式的计算机编程语言，它易于人们理解。常用的高级语言：C、Java、VB、C#等源代码就是程序员用高级编程语言编写的程序。,存储程序原理,计算机可以自动完成运算或处理过程的基础是存储程序原理。

23、存储程序原理的要点有：事先编制程序；存储在内存中(存储原理)；运行时，取出内存中的指令，分析并执行指令，若遇转移指令，则转移，再按转移地址访问指令(程序控制)。,源代码的转换,将源代码转换成0或1的序列的操作可以由编译器或者解释器执行。编译器：编译器能将用高级语言编写的语句转化成处理器可以执行的目标代码存放在新的文件中。解释器：解释器在程序运行时一次只能转换一条高级语句，解释一句执行一句，直到程序结束。,编译器,源代码的转换,数字化处理,程序和指令集,1,处理器逻辑,2,处理器逻辑,ALU（算数逻辑单元）是微处理执行算术操作的部分ALU使用寄存器来存放正在被处理的数据,运算器ALU（Arith

24、metic and Logical Unit）,运算器是计算机处理数据形成信息的加工厂，它的主要功能是对二进制数码进行算术运算或逻辑运算，所以，也称它为算术逻辑单元（ALU）。运算器由ALU、累加器、和寄存器等组成ALU是对数据进行算术运算、逻辑运算以及移位、求补等操作的部件。累加器：用来暂存操作数和运算结果。寄存器：用来暂存操作数或数据地址。,控制器,控制器：根据程序的指令向各个部件发出控制信息，从而控制整个计算机的运行。因此控制器是计算机的神经中枢。中央处理器：是由运算器与控制器组成的，简称为CPU(Central Processing Unit)CPU负责解释计算机指令，执行各种控制操作

25、与运算，是计算机的核心部件。,内存,内存：（内部存储器）它由大规模集成电路存储器芯片组成，用来存储计算机运行中的各种数据。内存分为RAM，ROM及Cache。RAM：（Random Access Memory），叫随机存取存储器。特点：可读/写 掉电信息丢失,控制单元的作用,ALU如何工作,执行完后，指针指向下一条指令,本章教学目标,了解数字革命的主要技术、一体化的概念及数字技术对社会的影响；理解计算机的定义，了解输入、输出、处理、存储以及存储程序的概念；了解不同种类计算机的特点和微控制器的作用；,本章教学目标,掌握数据和信息的概念及其在计算机中的表示方法；掌握位和字节的定义及常用的K，M，G

26、的含义；掌握数制的定义及二进制、八进制、十六进制表示整数和小数的方法；掌握十进制、二进制、八进制和十六进制间的转换规则；理解数字化设备处理数据的原理及计算机中微处理器的工作原理；,第一章结束,十进制整数 非十进制整数,除基取余法：,实例4：把十进制数187转换为二进制数。2 187 余数 2 93 1 2 46 1 2 23 0 2 11 1,余数5 12 2 12 1 0 0 1,自下而上逆序排列,结果为：(187)10(10111011)2,十进制小数 非十进制小数,乘基取整法：,实例5：把十进制数0.8125转换为二进制数。0.8125 整数 2 1.6250 1 0.6250 2 1 1.2500,0.2500 整数 2 0.5000 0 2 1.0000 1 小数为0,结果为：(0.8125)10=(0.1101)2,Thank You!,