信息技术与计算机基础.pptx

,大学计算机基础,第1章 信息技术与计算机基础,2019/7/24,2,2019/7/24,1.1 信息技术概述,信息技术（Information Technology，简称：IT），是指主要用于管理和处理信息所采用的各种技术总称。它主要是应用计算机科学和通信技术来设计、开发、安装和实施信息系统及应用软件，也常被称为信息和通信技术。,2019/7/24,1.1.1信息与信息技术,2019/7/24,1.1.1信息与信息技术,信息技术定义,2019/7/24,1.1.1信息与信息技术,信息技术,2019/7/24,1.1.1信息与信息技术,信息技术分类,2019/7/24,1.1.1信息与信息技术,信息技术发展阶段,2019/7/24,1.1.2信息化和信息化社会,信息化,2019/7/24,1.1.2信息化和信息化社会,信息化社会,2019/7/24,1.1.2信息化和信息化社会,信息化对社会的影响,2019/7/24,1.1.3信息技术的发展趋势,信息化对社会的影响,2019/7/24,1.2 计算机概述,现代的数字电子计算机是一种能够根据程序指令的要求，高速、准确、自动地进行数值运算和逻辑运算，以完成对各种数字化信息的处理，并具有记忆存储功能的电子设备。,2019/7/24,1.2.1计算机的发展历程,计算工具的发展,2019/7/24,1.2.1计算机的发展历程,现代计算机的发展,2019/7/24,1.2.1计算机的发展历程,现代计算机的发展,2019/7/24,1.2.1计算机的发展历程,未来新型计算机,2019/7/24,1.2.2计算机的特点与分类,计算机的特点,2019/7/24,1.2.2计算机的特点与分类,计算机的分类,2019/7/24,1.2.2计算机的特点与分类,计算机的分类,2019/7/24,1.2.3基于计算机的信息处理过程,人类信息处理过程,把课本上的一段文字用拼音输入法输入到计算机,2019/7/24,1.2.4计算机的应用,2019/7/24,1.2.4计算机的应用,2019/7/24,1.2.5计算机新技术,2019/7/24,1.2.5计算机新技术,2019/7/24,1.3 信息的表示与存储,1.3.1 计数制的概念 数制又称计数制, 是指用一组固定的数码和一套统一的规则来表示数值大小的方法. 根据计数规则和特点的不同, 数制可分为两类: 1. 非进位计数制 表示数值大小的数码与它在数中的位置无关. 罗马数字, 七个数码: I(1), V(5), X(10), L(50), C(100), D (500), M(1000). 不论其位置怎样变化, 七个数码各自所代表的数不变. 例: II=2, IV=4, VII=7, XII=12,2019/7/24,1.3.1 计数制的概念,2. 进位计数制 表示数值大小的数码与它在数中的位置有关, 采用进位原则的计数制. 常用进位计数法 十进制计数法: 有09十个数码, 逢十进一. 六十进制: 计时: 时-分-秒; 角度: 度-分-秒. 十二进制: 计时: 年-月; 昼/夜-时; 计量: 打, 箩; 呎(英尺), 吋(英寸). 二十四进制: 计时: 日-时; 七进制: 星期-天; 十六进制: 旧制斤-两; 二进制: 对, 双, 副.,2019/7/24,1.3.2. 进位计数制的相互转换,构成进位计数制的三个要素: 1. 基数 进位计数制使用R个数码, R称为该计数制的基数, 逢R进一. R 等于几即为几进制, 逢几进一. 如: 十进制数有 0 9 十个数码, 逢十进一 ; 二进制数有 0 和 1 两个数码, 逢二进一. 2. 数位 数码在一个数中的位置. 如十进制数中的个位, 十位, 百位 ; 十分位, 百份位 等等.,2019/7/24,3. 位权 进位计数制中, 处于不同位置的相同数码所代表的数值不同. 某位数的数值大小等于该位的数码乘以一个与所在位置相关的常数. 该常数称为该数位的位权. 如十进制数666.66表示为按位权展开表达式:,666.66=6102+6101+6100.+610-1+610-2,小数点,1.3.2. 进位计数制的相互转换,2019/7/24,对任意一个 R 进制数 M 均可表示为按其权展开的多项式之和, 即:,M=an-1rn-1an-2rn-2a0r0.a-1r-1 a-mr-m,ai 称为系数, 是R个数码符号中的某一个. 系数与该位权值的乘积称为加权系数( airi ), 则任意进制的数值就是其基数的加权系数和。,1.3.2. 进位计数制的相互转换,2019/7/24,1. 二-十进制间的转换 二进制十进制 按权展开的多项式之和. 即各位数码乘以各自位权值所得积的和, 例: (10101)B=12401220120 =21 (11.11)B=121120.12-112-2=5.75, 十进制二进制: 整数、小数分别转换 整数: 除以 2 取余数; 小数: 乘以 2 取整数.,1.3.2. 进位计数制的相互转换,2019/7/24,100D,例: 100.345 D,1100100.01011B,=144O,= 64H,十进制(整数) 其他进制,1.3.2. 进位计数制的相互转换,2019/7/24,001 101 101 110 . 110 101B=1556 . 65O 1 5 5 6 6 5 0011 0110 1110 . 1101 0100B=36E . D4H 3 6 E D 4,2. 二进制八/十六进制 整数: 从右向左按三四位进行分组 小数: 从左向右按三四位进行分组 两端不足位者补零,一位八进制数对应三位二进制数 一位十六进制数对应四位二进制数,1.3.2. 进位计数制的相互转换,2019/7/24,3. 任意进制十进制: 各位数码乘以各自权值所得积的和. 例: (10101)B = 24+22+20 = 21 (101.11)B =22+20+2-1+2-2=5.75 (101)O = 82+ 80 = 65 (71)O = 781 + 80 = 57 (101A)H = 163+161+10160 =4122,进制符号: B 二进制 O 八进制 D 十进制 H 十六进制,十进制 任意进制 整数: 除以基数取余数; 小数: 乘以基数取整数.,1.3.2. 进位计数制的相互转换,2019/7/24,4. 计算机技术中的常用数制,2019/7/24,5. 计算机与二进制 计算机中只能使用二进制数表示各种数据并进行运算. 计算机为什么采用二进制? 表示方便: 计算机由电子电路组成, 而电子电 路很容易实现两个状态. 运算简单: 二进制数的运算法则简单. 逻辑运算: 计算机工作原理建立在逻辑运算的 基础上, 逻辑代数是逻辑运算的理论依据.,1.3.2. 进位计数制的相互转换,2019/7/24,可靠性高: 两个状态表示二进制的两个数码, 在进行传输和处理时不容易出错. 转换方便: 二进制与十进制, 八进制,十六进制间的转换简单方便.,1.3.2. 进位计数制的相互转换,2019/7/24,1.3.3. 二进制数的运算,1. 二进制数的加法运算,2. 二进制数的减法运算,算术运算,2019/7/24,3. 二进制数的乘法运算,4.二进制数的除法运算,1.3.3. 二进制数的运算,2019/7/24,1. 逻辑非 运算 短路开关,2. 逻辑与 运算 串联开关,逻辑与的真值表,逻辑运算,1.3.3. 二进制数的运算,2019/7/24,逻辑或的真值表,3. 逻辑或运算 并联开关,由与, 或, 非三种基本逻辑运算可以组成各种复杂的逻辑运算. 如: 异或, 同或等.,1.3.3. 二进制数的运算,2019/7/24,计算机中信息(数据)的表示,内 存 内 存,2019/7/24,1.3.4. 数值数据的表示,1. 真值与机器数 真值: 计算机外部用+, -号表示的数值. 机器数: 计算机内部将+, -号数字化后的数值.,2. 定点数与浮点数,符号数的机器数表示:,2019/7/24,规格化的形式: 尾数绝对值大于等于 0.1 且小于 1, 唯一地规定了小数点位置.,1.3.4. 数值数据的表示,2019/7/24,N=(数符)尾数2 (阶符)阶码 尾数的位数决定数的精度 阶码的位数决定数的范围,110.011B = 1.100112+10 = 0.1100112+11 = 11001.12-10,1.3.4. 数值数据的表示,2019/7/24,带符号数的表示：设一个数在机器中占8位,正数: 三码相同; 负数: 除符号位外, 反码按位取反, 补码则等于反码1, 而原码不变.,1. 原码,3. 补码,2. 反码,2019/7/24,1.3.5. 非数值数据的表示,1. BCD码( 二-十进制编码 ) 用四位二进制数表示一位十进制数的编码方法.,2019/7/24,2. ASCII 字符编码 (American Standard Code for Information Interchange) 128 个常用字符, 用 7 位二进制编码, 对应十进制数从 0 127. 控制字符: 34个, 从 0 32, 127; 普通字符: 94个, 从 33 126.,如:字母“a”的编码110 0001, 对应十进制数97; 换行符 0AH 10 ; 回车符 0DH 13 ; 空格符 20H 32 ; 09: 30H 39H 48 57 AZ: 41H 5AH 65 90 az: 61H 7AH 97 122,1.3.5. 非数值数据的表示,2019/7/24, 交换码(国标码) GB2312-80 规定: 每个汉字符用两个字节表示, 第一字节称区码, 第二字节称位码. 为了与ASCII码兼容, 各字节最高位为0. 一级3755个, 二级3008个, 共计6763个汉字符.,3. 中文字符编码,1.3.5. 非数值数据的表示,2019/7/24, 机内码 汉字在计算机内部存储, 处理时的表示形式. 为与ASCII码区分, 各字节最高位置为 1. 汉字符 国标码 机内码 中 (01010110 01010000)B (11010110 11010000)B 输入码 数字码: 区位码, 国标码, 电报码等. 拼音码: 全/双拼, 微软拼音, 智能ABC等. 字形码: 五笔字型, 郑码等. 音形码: 拼音码与字形码相结合, 自然码, 太极码等.,1.3.5. 非数值数据的表示,2019/7/24, 汉字字型码,汉字型点阵代码: 有 1616; 2424; 3232; 4848 等点阵编码.存储方式简单,无需转换可直接输出,但字型放大后效果较差.,矢量代码: 存储的是描述汉字字型的轮廓特征. 字型放大后的效果好.,1.3.5. 非数值数据的表示,2019/7/24, GBK码: 国标扩充规范, 收录了包括中, 日, 韩统一汉字符在内的繁, 简汉字和符号等二万七千余字. BIG5码: 台湾, 香港地区普遍使用的一种 繁体汉字编码标准, 包括440个符号, 一级5401个; 二级7652个; 共计13060个汉字符. Unicode码: 一种国际标准, 采用双字节 编码统一地表示世界上的主要文字. 其字符集内容与UCS码的BMP相同.,(5) 其他汉字编码,1.3.5. 非数值数据的表示,2019/7/24,基本多文种平面(BMP): 00组00平面, 包含字母文字, 音节文字及表意文字等. 如: A41H(ASCII)00000041H(UCS) 大3473H(GB2312)00005927H(UCS), UCS码(Universal Code Set) 国际通用标准多八位编码字符集, 是世界各种文字的统一编码方案, 每个字符占 4 个字节, 分为:,1.3.5. 非数值数据的表示,2019/7/24,1.3.6. 数据在计算机中的存储,1KB=210B=1024B 1MB=210KB=220B 1GB=210MB=230B 1TB=210GB=240B,位 (bit): 一个二进制数. 字节 (Byte): 8个二进制位组成(容量基本单位). 字长 (Word L): CPU 一次能处理的二进制位数. 地址 (Address): 确定内存单元的标识.,1. 几个计算机术语,2019/7/24,位模式: 由若干二进制位组成的序列, 长度取决于要表示的数据数量. 如表示128个符号需长度 7 的位模式. 字与字长 (Word Length): CPU一次能够处理的数据单位, 长度取决于运算器中的寄存器. 内存地址 (Memory Address): 用于区分, 识别内存单元的标识.,1.3.6. 数据在计算机中的存储,2019/7/24,数据在内存储器中以字为单位存储. 当计算机CPU字长与内存储器存储单元的字长相同时, 则每个存储单元可以存储一 个数据(字).,当CPU字长大于存储单元的字长时, 则将一个字按存储单元的字长拆分后顺序存储到连续的存储单元中.,2. 数据的存储,1.3.6. 数据在计算机中的存储,2019/7/24,系统软件 应用软件,计算机系统组成:硬件系统+软件系统,硬 件,软 件,1.4 计算机系统的组成与工作原理,2019/7/24,1.4.1. 冯诺依曼计算机体系结构,2019/7/24,冯.诺依曼思想: 二进制; 程序与数据同 样存放在内存; 硬件组成: 控制器, 运算器,内存储器, 输入设备, 输出设备 五大功能部分.,1.4.1. 冯诺依曼计算机体系结构,2019/7/24,1.4.1. 冯诺依曼计算机体系结构,2019/7/24,1.4.2. 计算机硬件系统,1. 控制器 （组成及其功能） 程序计数器(PC): 存放当前要执行的指令地 址;对程序中的指令进行计数,并能自动加 1. 指令寄存器(IR): 保存当前正在执行的指令. 指令从内存取出经数据寄存器(DR)送往(IR). 指令译码器(ID): 识别指令的功能, 分析指令 的操作要求. 时序控制电路: 生成时序信号, 协调计算机 各部件在指令执行周期的工作. 微操作控制电路: 产生各种控制操作命令.,2019/7/24,2. 运算器: 算术运算(加, 减, 乘, 除); 逻辑运算(与, 或, 非, 关系比较).,运算器,1.4.2. 计算机硬件系统,2019/7/24,存储器分为内存储器(主存)和外存储器(辅存).,3. 存储器：计算机存储 数据和程序 的记忆 单元的集合. 数据可从中读出/写入.,1.4.2. 计算机硬件系统,2019/7/24,内存储器的分类： 只读存储器(ROM) 信息只能读出, 正常情况下不能写入, 断电不丢失所保存的信息. 随机存取存储器(RAM) 信息可随意地读出或写入, 断电其中保存的信息即丢失, 是内存储器的主体. 高速缓冲存储器(Cache) 介于CPU和RAM之间的一种高速存储器, 用于解决CPU和内存之间工作速度的匹配问题, 以提高效率.,1.4.2. 计算机硬件系统,2019/7/24,4. 输入设备,键盘、鼠标、扫描仪、光笔、数码相机、数字化仪等.,5. 输出设备 显示器、打印机、绘图仪等.,1.4.2. 计算机硬件系统,2019/7/24,1.4.3. 计算机软件系统,是操作、运行、管理、维护计算机所需要的各种应用程序及其相关数据和技术文档资料的集合. 通常将软件分为两大类. 1. 系统软件 操作系统 (Operating System, OS) 管理、控制计算机系统的所有软、硬件资源, 提供用户与计算机交流信息的界面, 方便用户操作，使用计算机系统的各种资源和功能，以最大限度的发挥计算机的作用和效能的一组庞大的管理控制程序.,2019/7/24,功能完善的操作系统, 通常包括五个方面的功能: 处理机管理; 存储管理; 设备管理; 文件管理; 用户接口. (详细介绍见第2章-操作系统基础),1.4.3. 计算机软件系统,2019/7/24, 语言处理系统 (程序设计语言) 计算机语言分为三大类： 机器语言 计算机系统能够识别, 能直接接收并执行的程序设计语言. 每一条语句就是一条由若干位二进制数构成的指令代码或数据代码. 例如: 在某种 8 位的计算机中, 机器指令: 0000 0101 的功能是做加法运算; 0000 0110 的功能是做减法运算. 不同计算机系统的机器语言程序不能通用, 称为面向机器的语言.,1.4.3. 计算机软件系统,2019/7/24, 汇编语言 采用一些符号(称助记符)来表示机器语言中的指令和数据. 用汇编语言编写的程序(源程序)需要用汇编程序将其翻译成机器指令(目标程序)才能执行.,1.4.3. 计算机软件系统,2019/7/24, 高级语言 面向解题过程, 易写、易读、易记、易改, 且通用性强. 需翻译成机器指令(目标程序)才能执行. 翻译方式可分为两类: a. 编译方式: 将源程序完整地翻译成等价的目标程序后, 再执行该目标程序. 大部分高级语言都是(或都具有)编译方式, 如: Fortran、Pascal、C/C+、Visual Basic等.,1.4.3. 计算机软件系统,2019/7/24,b. 解释方式: 将源程序逐句翻译并执行, 边翻边执行, 不产生目标程序. 如: Basic, Foxbase,开发阶段的Foxpro, Visual Basic等., 数据库管理系统,提供用户按一定的结构组织、管理、 加工、处理各类数据的能力. 如: Access, Dbase, FoxPor, Visual FoxPor, Oracle, SQL Server, Sybase, DB2等.,1.4.3. 计算机软件系统,2019/7/24,2. 应用软件 为某种专门应用目的, 在操作系统的支持下, 利用系统软件(程序设计语言)设计编制的程序及相关文档. 如: 文字处理软件、电子表格软件、CAD 软件、各类管理信息系统、图像处理软件、音频视频播放软件、网页制作软件、浏览器软件、防/杀病毒软件等等.,1.4.3. 计算机软件系统,2019/7/24,1.4.4. 计算机的工作原理,指令: 能被计算机识别并执行的二进制代码, 规定了计算机能完成的某一种操作. 指令系统: 所有指令的集合(取决于CPU类型). 程序: 是为完成一项特定任务而用某种语言 编写的一组指令序列.,1. 指令和程序,操作码: 要完成的操作类型或性质. 操作数: 操作的数据或其所在的内存地址.,2019/7/24,数据传送指令 数据处理指令 程序控制指令 输入/输出指令 其它指令,If Goto , And Or ,对计算机的硬件 进行管理等,指令分类及其功能:,1.4.4. 计算机的工作原理,2019/7/24,指令执行过程(4 个步骤): 取指令: 按照指令计数器中的地址, 从内存储器中取出指令, 并送往指令寄存器. 分析指令: 对指令寄存器中存放的指令进行分析, 由译码器对操作码进行译码, 将指令的操作码转换成相应的控制电位信号; 由地址码确定操作数地址. 执行指令: 由操作控制线路发出完成该操作所需要的一系列控制信息, 去完成该指令所要求的操作. 一条指令执行完成, 指令计数器加 1 或将转移地址码送入程序计数器, 然后返回到.,1.4.4. 计算机的工作原理,2019/7/24,1.4.4. 计算机的工作原理,2019/7/24,2. 计算机的工作过程 举例：计算 7+2=9 的计算程序,1.4.4. 计算机的工作原理,2019/7/24,1.4.4. 计算机的工作原理,2019/7/24,1.4.4. 计算机的工作原理,2019/7/24,CPU 内存 输入输出设备 硬盘驱动器 CD( DVD ) - ROM( RW )驱动器 显示器适配器( 显卡 ) 网络适配器( 网卡 ) 声卡 电源 系统主板( 母板 ),基本结构仍属于冯诺伊曼型: 五大部分,1.5 微型计算机的硬件组成,2019/7/24,1.5.1 微型计算机的主机,2019/7/24,总线: CPU与各部件和外围设备的信息传输线路.,1.5.1 微型计算机的主机,2019/7/24,1.5.1 微型计算机的主机,2019/7/24,常见的微机系统总线, ISA总线: 16位, 8MHz, 8MB/S. PCI总线: 外部互联总线, 32 64位, 33 66 MHz, 132 528 MB/S.,1.5.1 微型计算机的主机,2019/7/24,PCI 总线 示意图,1.5.1 微型计算机的主机,2019/7/24,1.5.2 常用外部设备及其接口,1. 输入设备 键盘: 输入文字和控制命令的设备. 鼠标: 定点输入设备(光电式和机械式). 扫描仪: 利用光电转换, 实现文字, 图像输入的设备. 手写板: 笔输入设备. 条形码阅读器: 利用光电转换实现信息输入. 光笔: 与相应软硬件配合, 实现在显示屏上作图, 修改等操作的输入设备. 触摸屏: 直接在屏幕上触摸实现输入的设备. 分电容式, 电阻式和红外式等.,2019/7/24,2. 输出设备 显示器: 输出文字和图像等, 实现人机对话的设备（液晶显示器）. 打印机: 可将数据等打印在纸张上保存. 有激光, 喷墨, 针式和单色, 彩色之分. 绘图仪: 图形输出设备, 可绘制各种复杂的图形, 多用于辅助设计(CAD)等