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计算机应用基础,仁怀市实验小学 赵爽,信息技术概述,第1章 信息技术概述,1.1 信息与信息技术 1.2 数字技术基础 1.3 微电子技术简介,1.1 信息与信息技术,（1）什么是信息 （2）信息技术与信息产业 （3）信息化与信息社会,近代计算机发展史,帕斯卡 (Blaise Pascal，1623-1662) 莱布尼兹(G.N.Won Leibniz，1646-1716) 查尔斯巴贝奇(Charles Babbage,1791-1871) 美国霍华德艾肯(Howard Aiken，1900-1973),查尔斯巴贝奇,现代计算机,图灵(Alan Mathison Turing, 1912-1954) 冯诺依曼(Johon Von Neumann，1903-1957),图灵,冯诺依曼,电子计算机的问世及发展,美国于1946年2月14日正式通过验收名为ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Calculator)的电子数值积分计算机,宣告了人类第一台电子计算机的诞生,计算机的四代,计算机的分类,巨型机(supercomputer)也称为超级计算机 小巨型机(minisupercomputer)是小型超级计算机或称桌面型超级计算机 大型主机(mainframe)或称大型计算机(覆盖国内常说的大、中型机) 小型机(minicomputer或Minis) 工作站(workstation) 介于pc机与小型机之间 个人计算机(personal computer)就是平常说的微机,计算机的特点,运算速度快。 运算精度高。 具有记忆能力。 具有逻辑判断能力。 存储程序,计算机应用模式的变迁,单主机计算模式（终端 + 主机） 客户机/服务器计算模式(Client/Server) 网络计算模式,未来计算机的发展趋势,五种发展趋向 （1）巨型化 （2）微型化 （3）多媒体化 （4）网络化 （5）智能化,未来计算机的发展趋势,发展非冯诺依曼结构模式 随着计算机应用领域的开拓更新，冯诺依曼型的工作方式已不能满足需要，所以提出了制造非冯诺依曼式计算机的想法。自20世纪60年代开始从两个大方向努力，一是创建新的程序设计语言，即所谓的“非冯诺依曼语言”,未来计算机的发展趋势,采用新的材料和元器件 光子计算机 生物计算机（分子计算机） 量子计算机,计算机系统两大组成部分硬件系统与软件系统,冯 . 诺依曼原理,冯 . 诺依曼原理的基本思想： 1 计算机应由五个基本部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。 2 采用存储程序的方式，程序和数据一样都以二进制的形式存放在存储器中。 3 由指令计数器指明要执行的指令所在的地址，然后执行相应的指令，计算机在程序的控制之下自动工作。,计算机硬件的基本结构,运算器 控制器 内存储器 输入设备 输出设备,硬件基本结构图,指令和程序的概念,指令：计算机所能执行的基本操作命令，由操作码和地址码两部分组成: 操作码 用于说明指令的操作类型。 地址码（又叫操作数）用于指明操作数（或操作数的位置） 指令系统：一台计算机所能执行的指令的集合。 程序：为完成某种工作所编排的指令序列（又叫程序代码）。,计算机执行指令的过程,取指令周期 执行周期 计算机在启动之后，就一直在不断的进行取指令与执行指令的操作。就向人的心脏一样，一直不停的跳动。一旦停止执行指令，计算机就死机了。,计算机软件,软件的概念 软件是各种程序及相关文件的总称 软件分类系统软件和应用软件两大类,系统软件 操作系统 语言处理系统 系统服务程序 数据库系统,应用软件 文字处理软件 表格处理软件 辅助设计软件 实时控制软件,信息(information)是什么？,信息有多种多样的含义，至今并没有统一的定义 日常生活中比较笼统和模糊的理解是： 语言、文字、图画、照片等所表达的内容、事实或消息 读书、听课、交谈等所学习和了解的知识、方法和情况 为了做判断、订计划或解决问题等所需要的数据和资料 比较正式也比较抽象一些的描述是： 信息是事物运动状态和特征的反映 信息就是信息，它不是物质也不是能量 信息与物质、能量是客观世界的三大构成要素。,美国哈佛大学的研究小组提出了著名的资源三角形：没有物质，什么也不存在；没有能量，什么也不会发生；没有信息，任何事物都没有意义。,例：下列关于信息的叙述错误的是：,A.信息是指事物运动的状态及状态变化的方式 B.信息是指认识主体所感知或所表述的事物运动及其变化的形式、内容或效用 C.在计算机信息系统中，信息是对用户有意义的数据，这些数据将可能影响到人们的行为与决策 D.在计算机信息系统中，信息是数据的符号化表示,信息有哪些性质？,普遍性：凡有事物的地方，就必然存在信息，信息广泛存在 动态性：事物是在不断运动变化之中的，信息也必然随时间而改变 时效性：由于信息的动态性，信息的使用价值会随着时间而衰减 多样性：语言、文字、声音、图片等都是信息的表现形式(也称为信息的载体或媒体) 可传递性：信息可通过媒介在人-人，人-物，物-物之间传递，信息传递才能发挥信息的作用 可共享性：信息与物质，能量显著不同的是，同一信息在同一时间可被多个主体共有，信息能无限地进行复制和传递，不因使用而有损耗 快速增长性：随着社会的发展，信息在快速增长！(信息爆炸),什么是信息处理？,信息处理指的是与下列内容相关的行为和活动： 信息的收集(如信息的感知、测量、获取、输入等) 信息的传递(如邮寄、电报、电话、广播等 ) 信息的加工(如信息的分类、计算、分析、转换等) 信息的存储(如书写、摄影、录音、录像等) 信息的施用(如控制、显示、指挥、管理等),人工进行信息处理的过程,人工信息处理的不足： 算不快 记不住 传不远 看（听）不清,手/脚/身,眼/耳/鼻/舌/身,什么是信息技术？,信息技术（Information Technology，或 Information & Communication Technology，简称IT或ICT ）指的是用来扩展人们信息器官功能、协助人们更有效地进行信息处理的一门技术。内容包括：,信息技术的发展历史,语言的形成和使用 文字的创造 造纸技术的出现 印刷技术的发明 电报和电话通信 广播、电视 雷达、卫星 计算机 因特网 ,第1次信息技术革命（3500050000年之前）,（20世纪4060年代）,（1000年之前）,第2次信息技术革命（大约3500年之前）,例：日常所说的“IT”行业一词中，“IT”的确切含义是：,A.交互技术 B.信息技术 C.制造技术 D.控制技术,例：与信息技术中的感测、通信等技术相比，计算与存储技术主要用于扩展人的 的功能。,A.感觉器官 B.神经系统 C.大脑 D.效应器官,例：信息技术是指用来扩展人们信息器官功能、协助人们进行信息处理的一类技术，其中可以帮助扩展人的效应器官的功能。,A.计算技术 B.通信与存储技术 C.控制与显示技术 D.感知与识别技术,现代信息技术有什么特征？,三大特征： 采用电子技术（包括激光技术） 以数字技术（计算机）为基础 以软件为核心 内容： 计算机、集成电路、通信、广播、遥感遥测、自动控制、机器人等,1.2,1.3,现代信息技术的基础与核心,基础： 微(光)电子、数字技术、软件技术,信息获取,信息处理,信息传输、交换,信息存储,信息的随动执行和应用,集成电路 计算机 通信/广播 互联网 自动控制 机器人,核心技术,信息技术发展举例,1982年以来： CPU性能提高3500倍 内存储器价格下降45000倍 硬盘价格下降360万倍 现在45nm的CPU中，每个晶体管的平均成本仅仅是10万分之一美分 2004年全球500个晶体管/人 2010年全球10亿个晶体管/人,如果汽油性能也像CPU一样提高，现在1升油可以让人造卫星绕地球转500多圈 如果汽车的价格也像硬盘一样下降，现在几分钱就可买1辆车,按照CPU和存储器的发展速度，2025年人们用400美元买1个iPod，其容量为40000TB,可存储4000个美国国会图书馆的馆藏,（据原Google中国研究院刘峻 “谷歌与云计算”）,信息技术对社会和经济的影响,信息技术不断为传统产业升级改造注入新内涵，大大提高了传统产业的劳动生产率； 信息技术孕育和催生了许多新兴产业（包括信息产业），他们在经济增长中占显著地位； 信息技术的泛在兼容和深度渗透推动了管理扁平化和社会信息化 信息技术推动了经济全球化的发展，进一步加快了世界各国社会经济的发展！,关于信息产业,（1）什么是信息产业 （2）国内外信息产业情况,什么是信息产业？,信息产业是指信息设备生产制造，以及利用这些设备进行信息采集、储存、传递、处理、制作与服务的所有行业与部门的总和,电子信息产业是第一大产业,2007年：世界总产值达54.39万亿美元, 电子信息产业产值达4.65万亿美元, 占世界总产值的8.5 2008年：世界总产值达60.69万亿美元，电子信息产业产值达4.96万亿美元，占世界总产值的8.2 2009年：世界总产值达57.94万亿美元, 电子信息产业产值达5.15万亿美元，占世界总产值的8.9 2010年：世界总产值达61.96万亿美元，电子信息产业产值达 5.57万亿美元，占世界总产值的 9 左右,（据国际货币基金组织IMF公布的数据，按国际汇率计算）,2010年底 全球IT企业市值前10名,2011年1月英国金融时报公布的全球500强企业中，IT企业前10名：,世界知名IT企业,我国信息产业情况如何？,（数据来源：2010.2.3，2011.2.11工信部发布）,20092010年我国规模以上电子信息产业主要指标情况：,IT产业为我国GDP作出重要贡献,我国GDP每年增长约10%左右,2010年占世界总产值9.5%,信息产业产值平均年增长1220%左右,信息产业产值占世界信息产业总值21左右，已居世界首位,国家统计局数据,2009/2010我国电子信息产品数据,中国知名IT企业,2010胡润IT富豪榜(2010.10),我国信息产业存在哪些问题？,(1)核心技术、关键设备和元器件受制于人（高端芯片、核心软件、关键元器件、高端设备以及专用设备等） (2)产业结构亟需优化（信息产业位于国际产业分工的价值链低端，加工组装的比重高，经济效益低，主要依靠降价销售参与市场竞争） (3)信息技术应用水平不高 (4)体制机制有待完善,信息化和信息社会,（1）什么是信息化 （2）国外信息化动态 （3）我国信息化战略,科技进步对人类社会发展的影响,在历史长河中，一些科学发现和技术发明曾经引发了一个国家或民族的跨越式发展和变革，进而导致了人类生活方式或国家的根本性变化,蒸汽机的发明引发了第一次工业革命(从英国开始) 蒸汽机的发明，在很短时间内，改变了整个世界的面貌(马克思) 电动机和发电机的发明引发了第二次工业革命 电动机和发电机先后发明使电气化与工业化实现了有机结合，以美国为代表的工业化国家利用这一结合取得了快速的发展，实现了百年的持续发展 信息技术引发了第三次工业革命 20世纪70年代后，美国面临以日本为代表的工业化国家激烈竞争，甚至出现了短暂的被动局面。从20世纪80年代起，美国利用信息技术实现了近30年的持续快速发展，保持了综合实力的领先地位,人类正进入信息社会,信息技术不断创新,信息产业持续发展,信息网络广泛普及,什么是信息化（1）,2000年“全球信息社会冲绳宪章”明确提出： 信息技术是影响21世纪发展的最强劲的驱动力量 信息化-由信息技术驱动的经济和社会的变革 信息化的本质是利用信息技术帮助社会个人和群体有效利用知识和新思想，从而能建成充分发挥人的潜力，实现其抱负的信息社会。,中国信息化发展战略预研究报告： “信息化是由信息技术驱动的社会经济变革, 其本质是在信息网络环境下有效利用信息和知识,充分发挥人的潜能,促进经济增长和社会发展模式的根本改变” 信息化是由信息技术驱动的，是一个技术主导型的变革过程 信息网络环境建设及加强在网络上信息和知识的有效利用是信息化的主要手段 对信息化的需求主要表现在要充分发挥人的潜能，促进经济增长和社会发展模式的改变，这也是信息化的综合目标,什么是信息化（2）,以信息化带动工业化,以工业化促进信息化。信息化覆盖现代化全局(社会信息化、文化信息化、政务信息化、军事信息化) 扩展了信息产业内涵：除制造业、软件业、通讯业、IT服务业，现在又增加了“信息内容产业”（包括文化、出版、广播、影视、市场资讯、市场调查、游戏动漫等以内容加工为对象，以信息为产品形式） 重新设计和考虑了信息化制度环境建设，包括机制、体制、法律法规、标准化、信息安全、知识产权、全民信息能力的提升以及改革开放对外交流等。 提出了贯穿15年的战略行动计划，共六项： 1 电子商务计划 2 国民信息技能教育培训计划 3 电子政务计划 4 网络媒体信息资源开发利用计划 5 缩小数字鸿沟计划 6关键信息技术自主创新计划,“国家信息化发展战略”要点 (2006-2020),2020年信息化发展的总目标： 综合信息基础设施基本普及 信息技术自主创新能力显著增强，信息产业结构全面优化 国民经济和社会信息化取得明显成效，新型工业化发展模式初步确立 国家信息化发展的制度环境和政策体系基本完善，国民信息能力显著提高 为迈向信息社会奠定坚实基础！,国家信息化发展战略的总目标,1.2 数字技术基础,1.2.1 比特 1.2.2 比特与二进制数,1.2.1 信息的基本单位 比特(bit),（1）什么是比特 （2）比特的存储 （3）比特的传输,什么是比特？,比特（bit，binary digit的缩写）中文翻译为“二进位数字”、“二进位” 或简称为 “位” 比特只有 2 种取值：0和1，一般无大小之分 如同DNA是人体组织的最小单位、原子是物质的最小组成单位一样，比特是组成数字信息的最小单位 数值、文字、符号、图像、声音、命令都可以使用比特来表示,比特在计算机中如何表示？,在计算机中表示与存储二进位的方法： 电路的高电平状态或低电平状态(CPU) 电容的充电状态或放电状态(RAM) 两种不同的磁化状态(磁盘) 光盘面上的凹凸状态(光盘) ,例1：CPU内部比特的表示,CPU内部通常使用高电平表示1，低电平表示0,例2：内存储器中比特的存储,计算机存储器中用电容器存储二进位信息：当电容的两极被加上电压，它就被充电，电压去掉后，充电状态仍可保持一段时间，因而1个电容可用来存储1个比特,信息存储原理 电容C处于充电状态时，表示1 电容C处于放电状态时，表示0,集成电路技术可以在半导体芯片上制作出以亿计的微型电容器，从而构成了可存储大量二进位信息的半导体存储器芯片,断电后信息不再保持！,磁盘表面微小区域中，磁性材料粒子的两种不同的磁化状态分别表示0和1,例3：磁盘中比特的表示与存储,存储容量的计量单位,8个比特1个字节（byte，用大写B表示） 计算机内存储器容量的计量单位： KB: 1 KB=210字节=1024 B （千字节） MB: 1 MB=220字节=1024 KB（兆字节） GB: 1 GB=230字节=1024 MB（吉字节、千兆字节） TB: 1 TB=240字节=1024 GB（太字节、兆兆字节） 外存储器容量经常使用10的幂次来计算： 1MB103 KB 1 000 KB 1GB106 KB 1 000 000 KB 1TB 109 KB = 1 000 000 000 KB,现 象,160GB的移动硬盘 实际容量160,041,885,696 字节,为什么？,原 因:,相同的符号，有两种不同的含义！,厂商标注的容量使用十进制前缀,操作系统显示的容量使用二进制前缀,不同进位制前缀的使用场合,内存、cache、半导体存储器芯片的容量均使用二进制前缀： 512MB的内存条（ 1M220 ） 256KB 的cache（1K 210 ） 文件和文件夹的大小使用二进制前缀 频率、传输速率等使用十进制前缀： 主频 1GHz（1G109） 传输速率 100Mbps（1M106） 外存储器（硬盘、DVD光盘、U盘、存储卡等）容量： 厂商标注的容量使用十进制前缀 操作系统显示的容量使用二进制前缀,比特的传输,信息是可以传输的，信息只有通过传输和交流才能发挥它的作用 在数字通信技术中，信息的传输是通过比特的传输来实现的 近距离传输时：直接将用于表示“0/1”的电信号或光信号进行传输（称为基带传输），例如： 计算机读出或者写入移动硬盘中的文件 使用打印机打印某个文档的内容 远距离传输或者无线传输时：需要使用调制技术（参见第4章第1节）,比特的传输速率,传输速率表示每秒钟可传输的二进位数目，常用单位是： 比特/秒(b/s)，也称“bps”。如 2400 bps(2400b/s) 千比特/秒(kb/s)，1kb/s=103比特秒=1 000 b/s 兆比特/秒(Mb/s)，1Mb/s=106比特秒=1 000 kb/s 吉比特/秒(Gb/s)，1Gb/s=109比特秒=1 000 Mb/s 太比特/秒(Tb/s)，1Tb/s=1012比特秒=1 000 Gb/s,例：在描述数据传输速率时，常用的度量单位Mb/s是kb/s的倍。1000,例：在计算机系统中，处理、存储和传输信息的最小单位是，用小写字母b表示。比特,1.2.2 比特与二进制数,（1）不同进位制数的表示和含义 （2）不同进位制数的相互转换 （3）二进制数的算术运算,不同进位制数的表示和含义,“数”是一种信息，它有大小（数值），可以进行四则运算 “数”有不同的表示方法。日常生活中人们使用的是十进制数，但计算机使用的是二进制数，程序员还使用八进制和十六进制数，它们怎样表示？其数值如何计算？,十进制数,每一位可使用十个不同数字表示（0、1、2、3、4、5、6、7、8、9） 低位与高位的关系是：逢10进1 各位的权值是10的整数次幂（基数是10 ） 标志： 尾部加“D”或缺省 例：,264.96=,200 + 60 + 4 + 0.9 + 0.06 =264.96,二进制数,每一位使用两个不同数字表示（0、1），即每一位使用 1 个“比特”表示 低位与高位的关系是：逢2进1 各位的权值是 2 的整数次幂（基数是2 ） 标志： 尾部加B 例：,101.01 B =,4 0 1 0 1/4 5.25,八进制数,每一位使用八个不同数字表示（0、1、2、3、4、5、6、7） 低位与高位的关系是：逢8进1 各位的权值是8的整数次幂（基数是8 ） 标志：尾部加Q 例： 365.2Q =,192 48 5 2/8 245.25,十六进制数,每一位使用十六个数字和符号表示（0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F ） 逢16进1, 基数为16 各位的权值是16的整数次幂（基数是16 ） 标志：尾部加H 例： F5.4H=,240 5 4/16 245.25,不同进位制数的比