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,厦门大学 计算机应用基础,林子雨 厦门大学计算机科学系 E-mail: ,计算机应用基础 第一章 信息与计算机基础,厦门大学非计算机专业公共课程,课程大纲,厦门大学 计算机应用基础 林子雨 2010年10月,1.1 信息 1.1.1 信息概述 1.1.2 信息技术的发展 1.1.3 计算机技术的发展 1.2 计算机中的信息表示 1.2.1 进位计数制 1.2.2 不同计数制之间的转换 1.2.3 计算机使用二进制数 1.2.4 计算机信息编码技术 1.3 计算机系统 1.3.1 硬件系统 1.3.2 软件系统,1.1.1 信息概述,厦门大学 计算机应用基础 林子雨 2010年10月,1 信息定义 信息是人类一切生存活动和自然存在所传达的信号和消息，是人类社会所创造的全部知识的总和。 信息具有以下几个特征： 不灭性 物质和能量是不灭的，但物质和能量的存在形式可以改变。信息是事物运动的状态和方式，所以信息也是客观存在的、不灭的。但某些信息具有时效性，如天气预报信息、新闻信息等。过时的信息虽然存在，但已降低或失去使用价值。 可存储性 信息通过采集或创造，借助于载体可以保存，使其重复、长期为人类服务。一般信息采集或创造需要大量投入，而信息的复制只需存储介质本身的成本。 可处理性 一般信息要经过处理才有使用价值，就像物质需要经过加工制造一样。人们可以对信息进行计算、分类、汇总、排序、压缩、形式转换等，使原信息增值，为不同的信息使用者提供所需的有价值的信息。 可重用性 信息的可重用性源于信息可传递和可复制，低廉的信息传递和复制费用方便了信息的重用，使人类可共享信息。但时刻不要忘记，信息是有价值的，有产权的。分享别人的信息必须遵守法律法规，遵守社会道德准则。,1.1.1 信息概述,厦门大学 计算机应用基础 林子雨 2010年10月,2 信息技术 信息技术是人类开发和利用信息的方法和手段。信息技术包括信息的产生、收集、表示、存储、传递、处理、利用等方面的技术。信息技术涵盖了计算机技术、通讯技术、多媒体技术、信息处理技术等。信息技术的基础是微电子技术。与信息技术相关的技术有自动控制技术、传感技术、新材料技术等。,1.1.1 信息概述,厦门大学 计算机应用基础 林子雨 2010年10月,3 信息产业 社会经济活动中从事信息技术、设备、产品的生产以及提供信息服务的产业部门的总称，是一个包含信息采集、生产、检测、存储、传递、处理、分配、应用等门类众多的产业群”。信息产业的产品和信息资源、信息技术有关。 具体地，信息产业可划分为：信息技术研究及设备制造业与信息服务业。信息技术研究及设备制造业又包含微电子技术及器件制造业、计算机技术及软硬件制造业、通讯与网络技术及设备制造业、多媒体技术及设备制造业；信息服务业又包含科技情报服务、图书档案服务、标准服务、专利服务、计算机信息处理、软件生产、通讯网络系统、数据库开发应用、电子出版物、办公自动化、网络信息与咨询服务等。,1.1.1 信息概述,厦门大学 计算机应用基础 林子雨 2010年10月,4 信息文化 信息文化也称信息素养。学生具备信息素养的9大标准如下： 能够有效地、高效地获取信息； 能够熟练地、批评性地评价信息； 能够精确地、创造性地使用信息； 能够探索与个人兴趣有关的信息； 能够欣赏作品及其他对信息进行创造性表达的内容； 能够力争在信息查询和知识创新中做得最好； 能够认识到信息对民主化社会的重要性，并对社会做出积极贡献； 能够实行与信息及信息技术相关的符合伦理道德的行为； 能够积极参与活动来探求和创造信息。,1.1.1 信息概述,厦门大学 计算机应用基础 林子雨 2010年10月,Google Earth 新发现,克罗地亚外海的爱情小岛,Google Earth发现“中国军事机密”,1.1.1 信息概述,厦门大学 计算机应用基础 林子雨 2010年10月,网络红人 小胖（原型）,1.1.1 信息概述,厦门大学 计算机应用基础 林子雨 2010年10月,1.1.1 信息概述,厦门大学 计算机应用基础 林子雨 2010年10月,5 信息社会 信息社会具有下列主要特征: 信息成为重要的战略资源 信息业上升为最重要的产业 信息网络成为社会的基础设施,1.1.2 信息技术的发展,厦门大学 计算机应用基础 林子雨 2010年10月,语言的产生、文字的使用和印刷术的发明，是人类文化发展史上的三个里程碑 ；以计算机技术为中心，以通信技术为传播途径，使人类文明发展越过第四个里程碑 。 信息技术的新进展主要体现在以下三个方面： 因特网应用持续扩展 移动电话方兴未艾 数码产品蓬勃发展,1.1.2 信息技术的发展,厦门大学 计算机应用基础 林子雨 2010年10月,中国电信、中国联通、中国移动、中国网通、中国铁通、中国卫通、中国吉通,邮电,中国邮政,中国电信,中国联通,中国吉通,中国移动,中国电信,中国卫通,中国网通,中国铁通,中国吉通,中国网通,中国铁通,中国联通,中国电信,中国网通,中国移动,中国联通,中国卫通,中国铁通,中国移动,中国电信,中国联通,1.1.3 计算机技术的发展,厦门大学 计算机应用基础 林子雨 2010年10月,计算机发展的四个时代： 第一代计算机（1946-1958年）：电子管 第二代计算机（1958-1964年）：晶体管 第三代计算机（1964-1970年）：集成电路 第四代计算机（1971年至今）：大规模集成电路,电子管,1947年第一颗晶体管,集成电路,超大规模集成电路,1.2.1 进位计数制,厦门大学 计算机应用基础 林子雨 2010年10月,十进制(用D表示) 基数是10，各数位的权是以10为底的幂 123.45(D) 1102210 1310 041015102 二进计数制（用B表示） 基数是2，各数位的权是以2为底的幂 101.11(B) =122+021+120+12-1+12-2 =4+0+1+0.5+0.25=5.75（D）,1.2.2 不同计数制之间的转换,厦门大学 计算机应用基础 林子雨 2010年10月,二进制转换成十进制 1101.01（B） 12 312 202 112 0021122 13.25（D）,1.2.2 不同计数制之间的转换,厦门大学 计算机应用基础 林子雨 2010年10月,十进制小数转换成二进制小数 采用连续乘2取整法,1.2.2 不同计数制之间的转换,厦门大学 计算机应用基础 林子雨 2010年10月,十进制整数转换成二进制整数 采用逐次除2取余法 83（D）1010011（B）,1.2.2 不同计数制之间的转换,厦门大学 计算机应用基础 林子雨 2010年10月,二进制数(B)与十六进制数(H)之间的关系 一个数据用二进制表示往往位数很多，不便于阅读与书写，而把二进制数转化为十六进制后，人们就可以较方便书写与阅读了。 2416，因此四位二进制数刚好对应一位十六进制数，一个字节刚好可以表示2位十六进制数。 二进制转化为十六进制数采用四位并一法 例子：110110001.001101(B)=1B1.34(H),1.2.3 计算机使用二进制数,厦门大学 计算机应用基础 林子雨 2010年10月,可行性 计算机中使用二进制数，只要表示0、1两种状态，这在技术上容易实现 简易性 二进制数的运算法则比较简单 逻辑性 二进制数的0、1两个编码，可以代表逻辑代数中的“假”和“真”两个逻辑值，这使得数值代数和逻辑代数有机结合，使得计算能够很方便地实现逻辑运算,1.2.4 计算机信息编码技术,厦门大学 计算机应用基础 林子雨 2010年10月, 数值型数据的编码 机器数 原码、反码和补码 数的定点表示与浮点表示 文字的编码 字符编码 汉字编码,1.2.4 计算机信息编码技术,厦门大学 计算机应用基础 林子雨 2010年10月,机器数 在生活中表示数的时候,如果是正数一般在数值前面加一个“+”号或数值前不写任何符号；如果是负数，则必须在数值前面加一个“-”号。这种由正负号表示的数值称为真值。 计算机中，“+”号和“-”号也必须用计算机能识别的0、1代码表示 在计算机中通常采用0表示数值的正号，用1表示数值的负号，这样符号就数字化了 为了能区分符号和数值，约定数的第一位为符号位，0表示正，1表示负 这种在计算机中连同符号一起数字化的数称为机器数 例如：一个占8个二进制位的数，真值为+1101（B），则机器数为00001101；如果真值为-1001（B），则机器数为10001001。机器数中第一位为符号位，其余7位为数值位，不足7位数值时，左边补0。,1.2.4 计算机信息编码技术,厦门大学 计算机应用基础 林子雨 2010年10月,原码、反码和补码 为了简化运算，计算机中通过引入数值的反码和补码表示形式 数值采用补码形式表示后，运算时不用单独考虑符号位，即把符号位并入数值位同时参加运算，这样可以将减法运算转换为加法运算。,例1.2.6 求+12和-12八位原码、反码和补码表示 +12的原码为00001100；反码为00001100；补码为00001100； -12的原码为10001100；反码为11110011；补码为11110100。,1.2.4 计算机信息编码技术,厦门大学 计算机应用基础 林子雨 2010年10月,数的定点表示与浮点表示 在讨论数值型数据时，经常用到数值范围和精度这两个概念。数值范围是指数据所能表示的最大值和最小值；数据精度是指数据的有效数字位数。在计算机中，数值范围和精度不仅与存储数据的空间大小有关，还与数据的表示方法有关。 计算机中二进制数的表示方法有两种： 定点表示（定点整数和定点小数） 浮点表示,1.2.4 计算机信息编码技术,厦门大学 计算机应用基础 林子雨 2010年10月,数的定点表示与浮点表示 数的定点表示 在机器中，小数点位置固定的数称为定点数，一般纯小数采用定点小数表示法，纯整数采用定点整数表示法。定点小数表示法把小数点固定在符号位与最高位之间；定点整数表示法把小数点固定在数的最低位之后。定点数的运算规则比较简单，但不适宜表示数值范围变化比较大的数据。,1.2.4 计算机信息编码技术,厦门大学 计算机应用基础 林子雨 2010年10月,数的定点表示与浮点表示 数的浮点表示 为了在有限位数的储存空间中，既扩大数的表示范围，又保持数的精度，可采用小数点位置不固定（浮动）的方法，即小数点位置根据数值大小确定。这就是数的浮点表示。 在浮点表示中，由于小数点浮动不固定，所以要用阶数和尾数来表示一个完整的数。其中阶数表示小数点的位置，尾数表示数的有效位。例如： -1230=-0.123104=-1.23103=-123101 任何一个二进制数都可写成： N=M*2E 其中E称为阶码，M称为尾数,阶符,阶码,数符,尾数,1.2.4 计算机信息编码技术,厦门大学 计算机应用基础 林子雨 2010年10月,字符编码（ASCII码） 键盘上的字符在计算机中都必须转换为二进制数，才能被识别。现在绝大部分计算机的字符编码采用ASCII码。 ASCII码（American Standard Code For Information Interchange）即美国标准信息交换码，这一编码方案最初是由美国制订，后来由国际标准组织（ISO）确定为国际标准字符编码。为了和国际标准兼容，我国根据它制定了国家标准，即GB1988。其中除了将货币符号转换为人民币符号外，其他相同。 ASCII码采用七位二进制位编码，七位二进制数最多可表示的字符数为128（27）。计算机中用8位二进制数（1字节）存储一个ASCII码，将字节的最高位取0。,1.2.4 计算机信息编码技术,厦门大学 计算机应用基础 林子雨 2010年10月,字符编码（ASCII码）,1.2.4 计算机信息编码技术,厦门大学 计算机应用基础 林子雨 2010年10月,汉字编码,汉字信息处理过程包含三个环节：即文字信息的输入、处理和输出，因此汉字编码分为输入码、内码、字形码。,1.2.4 计算机信息编码技术,厦门大学 计算机应用基础 林子雨 2010年10月,汉字编码,（1）内码 汉字内码是指汉字在计算机内部进行存储、传递和运算所使用的数字代码。汉字的输入方式可以不同，但是对于每一个汉字，它的内码是固定的，即每个汉字有唯一的内码。 我国国家标准局公布的“信息交换用汉字编码字符集基本集”即GB2312-80作为国家标准，共收录最常用汉字（俗称一级汉字）3755个和次常用汉字（俗称二级汉字）3008个，各种符号、图形682个，总计7445个。规定用两个字节存储一个汉字。为了区别汉字和英文字符，英文字符的机内代码（ASCII码）是7位二进制，其字节的最高位为“0”，汉字机内码中两个字节的最高位均为“1”。 随着计算机的应用范围的扩展，7445个汉字与图形明显不能满足汉字处理的需要。从2001年1月1日开始执行新的GB18030标准，GB18030标准采用单、双、四字节混合编码，新的汉字编码字符集包含27000多个汉字和少数民族文字，并与旧标准兼容。,1.2.4 计算机信息编码技术,厦门大学 计算机应用基础 林子雨 2010年10月,汉字编码,（2）输入码 借助于标准键盘，用英文字母和数字组合进行汉字输入，即用若干个键代表一个汉字。这组字母数字串称为汉字的输入码。 汉字输入码主要有按数字编码、按拼音编码、按字形编码和按音形编码四类。,1.2.4 计算机信息编码技术,厦门大学 计算机应用基础 林子雨 2010年10月,汉字编码,（3）汉字字形码（字模码） 汉字字形码（字模码）用于显示或打印汉字时产生的字形。字形码有点阵方式字形码和矢量方式字形码两种。 一个汉字信息系统具有的所有汉字字形码的集合构成了汉字库。 根据输出汉字的质量要求不同，汉字点阵的多少也不同。点数越多，汉字输出的质量越高。点数的多少以横向点数乘纵向点数表示。目前在微机中，普遍采用1616，2424，3232，4848的字形点阵，图1.2.4是一个1616的字形点阵。 不同字体的汉字需要不同的点阵字库,1.3 计算机系统,厦门大学 计算机应用基础 林子雨 2010年10月,1.3.1 硬件系统,厦门大学 计算机应用基础 林子雨 2010年10月,计算机硬件系统的基本功能是在程序的控制下实现数据输入、数据存储、数据处理和数据输出等操作。 计算机硬件仍然采用冯.诺伊曼提出的传统结构，即计算机硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五部分组成。 运算器和控制器合在一起称为中央处理器(Central Processing Unit，CPU)。微机的CPU由大规模集成电路实现，并集成在小硅片上，称为微处理器(P，Micro-processor)。,1.3.1 硬件系统,厦门大学 计算机应用基础 林子雨 2010年10月,中央处理器 运算器和控制器合在一起称为中央处理器 运算器 运算器的运算包括算术运算和逻辑运算 算术运算指加、减、乘、除等算术操作；逻辑运算指逻辑乘（与）、逻辑加（或）等逻辑操作 在运算过程中，操作结果暂时存放在运算器的累加器中 控制器 控制器是计算机的控制部件，它根据内存中的程序控制和协调计算机各部件有序地工作,1.3.1 硬件系统,厦门大学 计算机应用基础 林子雨 2010年10月,存储器 存储数据的容器，存储单位是存储器的度量单位： 最小的存储单位是比特（bit，简写b），它表示一个二进制位 字节（byte，简写B，1B=8b） 千字节（简写K或者KB，1KB=1024B） 兆字节（简写M或者MB，1MB=1024KB） 吉字节（简写G或者GB，1GB=1024MB） 太字节（简写T或者TB，1TB=1024GB） 皮字节（简写P或者PB，1PB=1024TB ） 存储器的容量是以字节为基本单位的。每个英文字母要占一个字节，一个汉字要占两个字节。,1.3.1 硬件系统,厦门大学 计算机应用基础 林子雨 2010年10月,存储器 内存储器（又称主存储器，MainMemory） 通过系统总线与CPU直接相连的存储器称为内存储器，用来存放当前正在使用的或随时要使用的程序或数据，位于主板上。 内存储器分为只读存储器、随机读/写存储器和高速缓冲存储器三类。 只读存储器(ROM)：只读存储器的内容只能读出而不能写入，断电后信息不丢失 随机读/写存储器(RAM)：随机读/写存储器的内容既可以读出，又可以修改，重新写入。但是，断电后RAM中的信息将丢失。外存储器（又称辅助存储器，Auxiliary Memory） Cache即高速缓冲存储器，容量小，但存取速度较RAM快。,1.3.1 硬件系统,厦门大学 计算机应用基础 林子雨 2010年10月,存储器 外存储器 外存储器不直接与微处理器打交道，要使用外存中的数据必须先将其调入内存，再由处理器进行处理。其上数据断电后仍然存在 硬盘 每个硬盘由一组盘片组成，每个盘片的每面对应一个磁头，每盘面上又划分磁道、磁道又划分扇区。 硬盘的存储容量为： 盘面数磁道数（柱面数）扇区数512(Byte) 特点：存储容量大、可靠性高,1.3.1 硬件系统,厦门大学 计算机应用基础 林子雨 2010年10月,存储器 外存储器 光盘 分为只读型(CD-ROM)、只写一次型(CD-R)和可擦写型(CD-RW)。 容量为650M 一般的光驱只能读取光盘，只有称为刻录机的光盘驱动器才具有对光盘的写入功能，但也只能对可写性光盘进行写操作 DVD全称为Digital Versatile Disc（数字通用光盘），同CD相比,DVD具有更高的存储数据量 DVD-ROM读取DVD盘片 优盘 “移动存储器”，要通过USB接口与电脑相连，属即插即用设备，可带电插拔，在Window 2000或XP系统下无需安装驱动程序就能直接使用，在Windows98下需要安装驱动程序。 U盘的内部封装半导体存储芯片，这一芯片被称为Flash Memory(即“闪存”). 容量大，存储速度快，体积小，便于携带，性能可靠等。,1.3.1 硬件系统,厦门大学 计算机应用基础 林子雨 2010年10月,CPU并不直接与外存储器交换数据，而是采用速度快的内存与之交流 微机中一般都在CPU与内存之间放置高速缓存。高速缓存的速度接近CPU的速度 高速缓存将该段时间常用指令先由内存读入，CPU需要时先在高速缓存中寻找，如果都找到，就不需再访问内存,存储系统的层次结构,1.3.1 硬件系统,厦门大学 计算机应用基础 林子雨 2010年10月,输入设备 输入设备将数据和程序转化为电信号输入到计算机中，人们通过输入设备操作和控制计算机。 键盘 鼠标 麦克风 手写输入设备,人体工程学键盘,1.3.1 硬件系统,厦门大学 计算机应用基础 林子雨 2010年10月,输出设备 输出设备将计算机中的运算结果以人们能够识别的形式打印或显示出来。 显示器 显示器和显示适配器配套使用 阴极射线管显示器 技术指标，分辩率、颜色数或灰度级、刷新频率。 液晶显示器 性能指标：亮度/对比度、响应时间和可视角度 打印机 点阵针式打印机：通过打印头中的钢针打击色带，在打印纸上以点阵形式构成字符。速度慢、打印质量差且打印过程中噪声大。 激光打印机：印刷原理类似于静电复印。输出速度快、打印质量高。 喷墨打印机：将墨水直接喷到纸上实现印刷。印刷质量好，但速度和质量比不上激光打印机。 绘图仪：用于一些工程设计图的输出,1.3.1 硬件系统,厦门大学 计算机应用基础 林子雨 2010年10月,总线 总线分类 内部总线：内部总线是同一功能部件内部各部件之间的总线。 系统总线：系统总线是计算机系统内部各部件之间的总线， 外部总线：多台计算机之间及计算机与其他设备之间的总线，用于设备级的互连。 总线组成 数据总线：传送数据的总线称为数据总线。数据总线的数量一般和CPU的字长相同，它决定了CPU和计算机其它部件之间每次交换数据的位数。 地址总线：传送地址信息的总线称为地址总线。它用于传送CPU发出的地址信息 地址总线的数量限制了CPU的最大寻址能力，也就是计算机所能配置的最大内存容量。例如，80286CPU有24根地址线，其最大寻址能力为224个地址，即16MB，可配内存最大容量为16MB。 控制总线：传送控制信息的总线称为控制总线。 通用串行总线（USB,Universal Serial Bus） USB接口提供了外部设备和主机的无接口卡连接方式。,1.3.1 硬件系统,厦门大学 计算机应用基础 林子雨 2010年10月,微型计算机系统主要技术指标 字长 字长表示CPU在一次操作中能处理的最大二进位数。字长越长，CPU可同时处理的数据位数就越多，功能就越强。 时钟周期和主频 时钟周期的长短反映出计算机的运算速度。时钟频率是时钟周期的倒数，它等于CPU在1秒钟内能够完成的工作周期数，称为主频。主频越高，计算机的运算速度越快。 运算速度 MIPS（百万条指令/s）。 内存容量 内存容量以字节（Byte）为基本单位。运行速度很快 存取周期 指存储器连续启动两次独立的“读”或“写”操作所需的最短时间。存取周期越短，则存取速度越快。 外存容量 外存容量主要指硬盘容量，外存容量反映计算机储存信息的能力。,1.3.2 软件系统,厦门大学 计算机应用基础 林子雨 2010年10月,软件分类,系统软件,操作系统 Windows、UNIX,语言处理程序 Turbo C,连接程序 LINK,诊断程序,数据库系统 FoxPro、Oracle,应用软件,文字处理软件 WPS、Word,表格处理软件 Excel,辅助设计软件 AutoCAD,画图、网络软件,1.3.2 软件系统,厦门大学 计算机应用基础 林子雨 2010年10月,操作系统(Operating System) 管理和控制计算