计算机一考试.ppt

1 第1章信息与计算机 1 1信息技术与信息科学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计算机系统组成 2 1 1信息与信息科学 1 什么是信息 Information 1 日常生活 指音信 消息和情况 是人们互相交流中要告诉对方的某种内容 2 香农 从研究通信理论出发 信息是在通信的任何可逆的重新编码或翻译中那些保持不变的东西 3 维纳 信息是在我们适应外部世界 并且使这种适应为外部世界感觉到的过程 同外部世界进行交换的内容的名称 信息定义的多样化 3 现代 信息 的概念 已经与半导体技术 微电子技术 计算机技术 通讯技术 网络技术 多媒体技术 信息服务业 信息产业 信息经济 信息化社会 信息管理 信息论等含义紧密地联系在一起 4 2 信息技术的定义与发展信息技术 指利用电子计算机和现代通信手段实现获取信息 传递信息 存储信息 处理信息 显示信息 分配信息等相关技术 主要包括 感测技术 通信技术 计算机技术和控制技术 5 迄今为止 人类发生过五次信息技术革命 第一次革命是语言的使用 第二次革命是文字的创造 第三次革命是印刷技术的发明 第四次革命是电报 电话 广播 电视的发明和普及应用 第五次革命是电子计算机的普及应用及计算机与现代通信技术的结合 6 3 信息科学 信息科学是以信息为主要研究对象 以信息的运动规律和应用方法为主要研究内容 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 7 信息科学的其研究范围是 信源理论和信息的获取信息的传输 存储 检索 变换和处理模式信息处理知识信息处理决策和控制 8 4 信息化 信息技术的驱动下 以传统工业为主的社会向以信息产为为主的社会演进的过程 是培育 发展以计算机为主的智能化工具为代表的新生产力 并使之造福于社会的历史进程 9 5 信息素养 信息素养包括三个层面 文化素养 知识层面 信息意识 意识层面 和信息技能 技术层面 10 1 2计算机的发展及应用 1 计算机发展概论图灵机是一种理论模型 可用来制造一种十分简单但运算能力极强的计算装置 11 计算机的定义 计算机是电子数字计算机的简称 是一种自动地 高速地进行数值运算和信息处理的电子设备 它主要由一些机械的 电子的器件组成 再配以适当的程序和数据 程序及数据输入后可以自动执行 用以解决某些实际问题 12 冯 诺依曼型计算机 冯 诺依曼思想 原理 一是计算机内部直接采用二进制数进行运算 其二是将指令和数据都存储起来 由程序控制计算机自动执行 冯 诺依曼提出 存储程序原理 确定了现代存储程序式电子计算机的基本结构和原理 其主要由五部分组成 存储器 运算器 控制器 输入设备 输出设备 13 第一台计算机的产生 1946年 第一台电子积分计算机ENIAC在美国宾夕法尼亚大学诞生 其主要电子元件为电子管 世界第一部电子计算器为JohnMauchly和J PresperEckert于1946年所创造的ENIAC 14 1946ENIAC永载史册世界上第一台通用数字电子计算机ENIAC的问世 宣告了人类从此进入电子计算机时代 15 2 计算机的四个发展阶段 16 3 计算机分类 17 18 19 4 计算机的特点 运算速度快 每秒几百亿次几千亿次 计算精度高 可使用足够多的二进制位数来获得所要求的数据精度 具有 记忆 能力 提供大容量的存储器来存储程序和数据 逻辑判断能力 这是区别于其它任何机器的一个特点 高度自动化 可靠性高 通用性强 20 5 计算机的发展趋势 巨型化微型化网络化智能化多媒体化 21 未来计算机 生物计算机光学计算机量子计算机 22 6 计算机的应用 四 计算机的应用 科学计算数据处理 信息处理 过程控制 自动控制 人工智能计算机辅助工程 CAD CAM CAE计算机辅助测量 CIMS计算机集成制造系统 电子设计自动化 EDA 电子商务计算机网络现代教育 CAI 计算机模拟 多媒体教室 网上教学和电子大学 家庭管理与娱乐 23 计算机在处理计算量大 时间性强的数值计算中尤其表现出巨大威力 1 科学计算 数值计算 24 对大批量的信息进行收集 分类 排序 传送 存储以及打印报表和图形等 在办公自动化 事务管理和情报检索等领域应用十分广泛 2 数据处理 非数值计算 25 在生产过程中对现场数数据进行巡回检测并由计算机按某种标准或最隹值进行自动调节和控制 这对提高产品的数量和质量特别有效 现代化的武器系统尤其需要计算机的控制 3 过程控制 26 CAD ComputerAidedDesign 利用计算机的图形功能做各种设计工作 CAM ComputerAidedManufacture 利用计算机管理 控制生产设备及其操作 CAI ComputerAidedInstruction 利用多媒体计算机的图 文 声功能实施教学 4 计算机辅助系统 CAE计算机辅助测量 CIMS计算机集成制造系统 27 人工智能的主要目的是用计算机来模拟人的智能 包括 模式识别 景物分析 自然语言理解和生成 专家系统 机器人等 5 人工智能 28 电子商务 是指通过计算机和网络进行商务活动 在目前的条件下 因网上支付手段的不完善而最后交付款采取其他形式的 可认为是初级的 电子商务 6 电子商务 29 信息高速公路实际上是一个交互式多媒体网络 它将我们通常所使用的通讯工具 如电视 广播 报纸 电脑 传真 电话等所能提供的视像 声音 数据等信息通过通讯设施传递到网络所联结的用户终端 从而使人们获得信息的方式发生根本变化 并将大大提高社会工作效率 7 信息高速公路 30 1 3计算机的信息表示与编码 1 信息在计算机中的表示1940年 维纳首先提出采用二进制编码形式 以解决数据在计算机中的表示问题 二进制的特点是 基数为2 用0 1表示 逢二进一 采用二进制计数的优点 容易表示 可行性 运算简单逻辑性强可靠性高 31 二进制的单位 位 bit 译音比特 代表二进制位 是存储器中最小的单位 字节 Byte 简写为B 存储容量的基本单位 1字节 8位1K 210 10241M 1024K1G 1024M1T 1024G1P 1024T 32 字 Word 计算机进行数据存取 传送与处理的单位 一个字所包含的二进制位数称为字长 字长是衡量计算机性能的重要指标 1字长 n 位 n 8 字节 常用的字长有 8位 16位 32位和64位数据在机内的表示方法1 按值表示 在选定的二进制中正确地表示数值 2 按形表示 按一定的编码方法表示数据 33 2 信息的编码编码 用按一定规则组合而成的若干位二进制码来表示数字或字符 1 ASCII码 美国标准信息交换代码 采用7位的二进制编码 表示128个字符 用一个字节表示 最高位不用为0 共表示128个字符 常用字符的ASC 码值 A 65 41H a 97 61H 0 48 30H 回车 13 DH 空格 32 20H 34 2 中文信息编码及标准包括输入码 交换码 内部码和字型码 汉字输入码常见的有 音码 如智能全拼 形码 如五笔 音形码 如自然码 等汉字交换码 国标码GB2312 80 一个汉字用两个字节表示 且各字节最高位为0 国标码包括6763个汉字 一级汉字3775个 按拼音顺序 二级汉字3008个 按部首顺序 还包括全角字符 中文标点 数字序号及特殊符号等 35 汉字机内码 计算机存储 处理汉字信息时所用代码 一个汉字的内码占两个字节 且各字节最高位为1 注 汉字的机内码 汉字的国标码 8080H汉字字型码 一种以点阵表示汉字字型的编码 它是汉字的输出形式 例 一个16 16点阵的汉字字型 需要多少存储空间 36 一个16 16点阵的汉字字型编码其中被画到的地方用 表示 空白处用 表示一个汉字点阵占16 16 8 32字节 37 字库 汉字字型的集合 一般存在外存上 需要时才装入内存 字库所占存储空间为 每个汉字所占字节数 字数 其它中文编码标准 国家标准GB18030 2000BIG5 大5码 针对繁体汉字的汉字编码 3 Unicode编码 工业标准 目的在全球范围内统一代码 它采用32位对字符进行编码 38 例 已知小写字母 m 的ASCII码的十进制值为109 那么大写字母 R ASCII码的十进制值为 109 32 5 82 其中32指同一字母大写字母与小写字母的ASCII值差 5指R与M之间距离 例 存储6763个16 16点阵的汉字最节省的存储空间是 6763 16 16 8 2164616B 211 34375KB 39 练习 已知大写字母 D 的ASCII码的十进制值为68 则小写字母j的ASCII码的值是 一个汉字的国标码是用2个字节来表示 每个字节的最高位分别是 在32 32点阵的字库中 存储1000个汉字的字模信息需要 空间 40 3 数制及其转换 数制 NumberSystem 用一组固定的数字和一套统一的规则来表示数目的方法基数 Base 一个数制所包含的数字符号的个数位值 PlaceValue 也叫权 通常称某个固定位置上的计数单位为位值数值的按权展开126 07 1 102 2 101 6 100 7 10 2 41 42 几种进制的关系 43 不同进制间的转换 1 k进制数 十进制数各位数字按位权展开后相加例 二进制11011B 十进制数110011 20 10 21 00 22 01 23 81 24 16 11001 2 1 24 1 23 0 22 0 21 1 20 25 10 44 例 八进制数27651O 十进制数 27651 8 2 84 7 83 6 82 5 81 1 80 12201 10 45 例 十六进制数2D CH 十进制数 2D C 16 2 161 13 160 12 16 1 32 13 0 75 45 75 10 46 2 十进制数 k进制数整数部分 除k取余 倒取 小数部分 乘k取整 顺取 例 512 75 10 1000 6 8 47 例 130 125 10 10000010 001 2 48 例 0 6 10 100110011001 2 0 6 循环小数位数由转换精度来定 49 3 八 十六进制数 二进制数每1位八 十六进制数用3 4位二进制数取代 整数前及小数末尾的零可略 例 63 54 8 110011 101100 2 小数点末尾的零可略 50 例 D8 C4 16 11011000 11000100 2 51 4 二进制数 八 十六进制数以小数点为基点 分别向左 向右每3 4位二进制数用1位八 十六进制数取代 不足的位用零补齐 例 110011 101100 2 63 54 8110 22 21 6011 21 20 3101 22 20 5100 22 4 52 例 11000 110001 2 18 C4 160001 20 1 10 1 161000 23 8 10 8 161100 23 22 12 10 C 160100 22 4 10 4 16 前补0 后补0 53 练习 11010 101 2 10 B7A 8 16 10 275 04 8 10 13 10 2 0 625 10 2 7D C4 16 2 11110 11101 2 8 54 5 数值数据的机内表示 机器数是将数本身及符号一起数字化了的数 机器数分为定点数和浮点数 55 1 定点整数的表示例 110010 即十进制数 50 设字长为8位 符号位 1表示负数0表示正数 56 2 定点小数的表示例 0 011001 设字长为8位 符号位 1表示负数0表示正数定点小数绝对值均小于等1 57 例 10101 101表示为 1 0101101 2100也可表示为 0 10101101 2101规格化浮点数 小数点后第一位数不为0 如上例的0 10101101 2101即为规格化浮点数 3 浮点数的表示 58 5 25D 101 01 二进制真值 0 10101x1011 规格化二进制 尾数 0 10101阶 11底 10 59 在机器内部 表示定点整数 含浮点数的阶码 定点小数 含浮点数的尾数 的方法有三种 原码表示法反码表示法补码表示法 4 原码 反码与补码 60 X 90 十进制真值 1011010 二进制真值 设字长为8位 X 原 01011010 X 反 01011010 X 补 01011010正数的符号位为0 其原码 反码和补码的形式是完全一致的 X 90 十进制真值 1011010 二进制真值 设字长为8位 X 原 11011010 X 反 10100101 X 补 10100110负数的符号位为1 原码数值部分是该数绝对值的二进制表示 反码数值部分是原码各位变反 补码的数值部分是在反码的基础上加1 1 定点整数机器码 61 X 0 8125 十进制真值 2 1 2 2 2 4 0 1101 二进制真值 设字长为8位 X 原 01101000 X 反 01101000 X 补 01101000正数 其原码 反码和补码的形式是完全一致的 2 定点小数机器码 X 0 8125 十进制真值 2 1 2 2 2 4 0 1101 二进制真值 设字长为8位 X 原 11101000 X 反 10010111 X 补 10011000负数的符号位为1 原码数值部分是该数绝对值的二进制表示 反码数值部分是原码各位变反 补码的数值部分是在反码的基础上加1 62 练习 例 求二进制数 38 38的原码 反码 补码例 用1个字节二进制补码能表示有符号的定点整数的范围是 63 6 二进制的算术运算 二进制的加减乘除运算法则 加法规则 0 0 01 0 0 1 11 1 10减法规则 0 0 01 0 11 1 010 1 1 借位 乘法规则 0 0 00 1 1 0 01 1 1除法规则 0 1 01 1 1 0不能作除数 64 例 1010 0110 100001010 0110 0100 1010 011010000 1010 01100100 65 1101 1011 100011111010 10 101 1101 101111011101 110110001111 1010 10够减 商101 10不够减 商010 10够减 商10 66 1 逻辑或运算 逻辑或真值表 7 逻辑运算 67 2 逻辑与运算 逻辑与真值表 68 3 逻辑非运算 逻辑非值表 69 4 异或运算 异或逻辑真值表 70 例 1010求反 结果为0101例 11001010 00001111 00001010例 11001010 00001111 11001111例 11001010 00001111 11000101 71 1 4计算机系统的组成 完整的计算机系统包括两大部分 即硬件系统和软件系统 所谓硬件 是指构成计算机的物理设备 即由机械 电子器件构成的具有输入 存储 计算 控制和输出功能的实体部件 软件是指系统中的程序以及开发 使用和维护程序所需的所有文档的集合 裸机 不含任何软件的计算机 72 1 4计算机系统的组成 一 微型计算机硬件系统从外形看 微型机硬件系统基本是由显示器 主机箱 键盘和鼠标构成 主机安装在主机箱内 主机箱有卧式和立式两种类型 在主机箱内有主板 硬盘驱动器 CD ROM驱动器 内存条 电源 显示适配器 显示卡 声卡 网卡等 从基本结构看 微型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个基本部分组成 也称计算机的五大部件 73 1 4计算机系统的组成 计算机的五大部件 74 1 4计算机系统的组成 1 中央处理器计算机的核心部件 由控制器 运算器两大部件和若干寄存器和高速缓冲存储器 Cache 通过总线连接 CPU的性能指标 字长和时钟主频 字长表示CPU每次处理数据的能力 时钟主频表示运算速度 其主要的生产厂家是Intel AMD等公司 75 计算机系统的组成 2 存储器存储器是计算机的记忆和存储部件 用来存放信息 可分为内存储器和外存储器 76 计算机系统的组成 1 内存储器 主存储器 内存 临时存储器 内存储器 内存 主存 是微机主机的一个组成部分 用来存放当前正在使用的 或者随时要使用的程序和数据 对于内存 CPU可以直接对它进行访问 微机中的内存储器采用半导体存储器 内存储器可分为随机存储器RAM和只读存储器ROM 77 计算机系统的组成 1 随机存储器 RAM 读写存储器 存储当前使用的程序 数据 中间结果和与外存交换的数据 CPU可以直接读写RAM中的数据 RAM的主要特点 一是其中的信息随时可以读出或写入 当写入时 原来存储的数据将被冲掉 二是一旦断电 RAM中存储的数据就会消失 无法恢复 78 2 只读存储器ROM ROM中的信息只能被CPU读取 不能更改 主要用来存储固定不变的控制计算机的系统程序和数据 如 主板上ROM BIOS 特点 ROM中的信息用专门的设备一次写入的 存储的内容是永久的 关机或掉电也不会丢失 79 2 辅助存储器 外存储器 永久存储器 外存储器用来存放需要永久保存的或相对来说暂时不用的各种程序和数据 外存储器不能为微处理器直接访问 必须调入内存存储器中才能利用 特点 存储量大 价格低 断电时所存储的信息不会丢失 常用有磁盘 磁带 光盘 1 4计算机系统的组成 80 1 4计算机系统的组成 硬磁盘是由若干个硬盘片组成的盘片组 一般被固定在主机箱内 硬盘的存储格式与软盘类似 但硬盘的容量要大得多 存取信息的速度也快得多 目前微机上所配置的硬盘容量主要有60GB 80GB 120GB 160GB和320GB等 硬盘在第一次使用时 也必须首先格式化 81 1 4计算机系统的组成 光盘的存储介质不同于磁盘 它属于另一类存储器 主要利用激光原理存储和读取信息 光盘片用塑料制成 塑料中间夹入了一层薄而平整的铝膜 通过铝膜上极细微的凹坑记录信息 82 1 4计算机系统的组成 由于光盘的容量大 存取速度快 不易受干扰等特点 光盘的应用越来越广泛 光盘根据其制造材料和记录信息的方式的不同一般分为三类 只读光盘 一次性写入光盘和可擦写光盘 DVD ROM是CD ROM的后继产品 DVD ROM盘片的尺寸与CD ROM盘片完全一致 但不同的是单面单层的DVD盘的存储容量可提高至4 7GB 是CD ROM的7倍 而且DVD驱动器具有向下的兼容性 即也可以读取CD ROM的光盘 83 1 4计算机系统的组成 闪存是一种新型的外存 市面上常用的 优盘 有数码相机 MP3 MP4 MP5上用的CF CompactFlash 卡 SM SmartMedia 卡 MMC MultiMediaCard 卡等等 它们携带和使用方便 容量和价格适中 一般容量从几十 几百MB到以GB为单位 存储数据可靠性强 因此普及很快 深受广大计算机使用者的青睐 84 1 4计算机系统的组成 3 输入输出设备 输入设备输入设备将要加工处理的外部信息转换成计算机能够识别和处理的内部表示形式即二进制代码 输送到计算机中去 在微型计算机系统中 最常用的输入设备是鼠标和键盘 85 1 4计算机系统的组成 输出设备输出设备是将计算机内部以二进制代码形式表示的信息转换为用户所需要并能识别的形式 如十进制数字 文字 符号 图形 图像 声音 或者其它系统所能接受的信息形式 输出出来 在微型机系统中 主要的输出系统是显示器 打印机等 86 1 4计算机系统的组成 二 微型计算机软件系统把为了使计算机实现所预期的一系列执行步骤称为程序 软件是指系统中的程序以及开发 使用和维护程序所需要的所有文档的集合 软件分为系统软件和应用软件两大类 87 1 4计算机系统的组成 1 系统软件是由一组控制计算机系统并管理计算机软硬件资源的程序组成的 包括 操作系统 语言处理程序 服务性程序 数据库管理系统1 操作系统 是计算机软件中最重要的程序 用来管理和控制计算机系统中的硬件和软件资源的大型程序 是系统软件的核心 作用 一是用户和计算机的接口 二是统一管理计算机系统的软硬件资源 它包括五个功能模块 处理器管理 作业管理 存储器管理 设备管理和文件管理 88 1 4计算机系统的组成 2 语言处理程序人和计算机交流信息使用的语言称为计算机语言或称程序设计语言 计算机语言通常分为机器语言 汇编语言和高级语言三类 机器语言 其实就是指令系统 特点 A 不同型号的CPU 具有不同的指令系统 B 是计算机唯一能够识别并直接执行的语言 执行效率高 C 缺点 可读性差 不易记忆 编写困难 难调试 难修改 通用