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信息技术知识 一 信息技术与计算机概述 1 信息与数据 1 信息是指用某些符号传送的报道 而报道的内容是接受符号者预先不知道的 可以把声音 图形 文字 数字 光电信号等看做各种各样的符号 通过它们所传送 表达的内容就是具有实际意义的信息 2 信息的基本形式可能是数据 符号 文字 语言 图像等 2 信息的表示与传播 1 传统形式的媒体耳 眼 鼻等器官接收信息 表情 语言 体态 肢体等交流信息 后来 通过文字 图形记录等实现信息传递 2 模拟形式的媒体以电磁波为载体 实现文字 视频 音频等信息传递 3 数字形式的媒体计算机网络成为传递信息重要方式 可实现文本 图形 声音 影像的传递 3 信息的基本特征 1 普遍性和无限性 2 可传递性 共享性信息在空间上的传递称为通信 在时间上的传递称为存储 3 载体 方式的可变性 4 信息科学概述 1 信息技术和信息科学信息技术的概念 主要是信息的获取 加工 处理 传递 存储 表示和应用等技术 它是高科技的前导 信息科学的概念 是指研究 收集 组织 存储 管理 传播 交换 检索 处理 应用数据信息的理论与方法 4 信息科学概述 2 五次信息技术的革命第一次信息革命是语言的使用 语言成为人类进行思想交流和信息传播不可缺少的工具 时间 后巴别塔时代 第二次信息革命是文字的出现和使用 使人类对信息的保存和传播取得重大突破 较大地超越了时间和地域的局限 时间 铁器时代 约公元前14世纪 4 信息科学概述 第三次信息革命是印刷术的发明和使用 使书籍 报刊成为重要的信息储存和传播的媒体 时间 第六世纪中国随代开始有刻板印刷 至15世纪才进入臻于完善的近代印刷术 第四次信息革命是电话 广播 电视的使用 使人类进入利用电磁波传播信息的时代 时间 19世纪 第五次信息革命是计算机与互连网的使用 即网际网络的出现 时间 现代 以1946年电子计算机的问世为标志 二 计算机的概念 分类及应用 1 计算机及其产生计算机的概念及特点计算机是一种能够按照人们编写的程序连续 自动地工作 对输入的数据信息进行加工 存储 传送处理的 由电子的 机械的部件组成的电子设备 主要特点 运算速度快 运算精度高 存储容量大 能连续地 自动地运行工作 1 计算机及其产生 电子计算机的产生和发展世界范围内计算机技术的发展1946年 在美国宾西法尼亚大学世界上第一台电子数字计算机ENIAC ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator 电子数值积分和计算机 诞生了 如图所示 它标志着计算机时代的到来 1 计算机及其产生 人们根据计算机的性能和使用主要元器件的不同 将计算机的发展划分成几个阶段 第一代计算机 1946 20世纪50年代末 电子管时代计算机 第二代计算机 1958 1964年 晶体管计算机时代 第三代计算机 1964 1972年 集成电路计算机时代 第四代计算机 1972年至今 大规模 超大规模集成电路计算机时代 1 计算机及其产生 1 计算机及其产生 计算技术在中国的发展1958年和1959年 中国先后制成第一台小型和大型电子管20世纪60年代中期 中国研制成功一批晶体管计算机 并配制了ALGOL等语言的编译程序和其他系统软件 20世纪60年代后期 中国开始研究集成电路计算机 20世纪70年代 中国已批量生产小型集成电路计算机 1 计算机及其产生 20世纪80年代以后 中国开始重点研制微型计算机系统并推广应用 在大型计算机 特别是巨型计算机技术方面也取得了重要进展 建立了计算机服务业 逐步健全了计算机产业结构 在计算机科学与技术的研究方面 中国在有限元计算方法 数学定理的机器证明 汉字信息处理 计算机系统结构和软件等方面都有所建树 在计算机应用方面 中国在科学计算与工程设计领域取得了显著成就 在有关经营管理和过程控制等方面 计算机应用研究和实践也日益活跃 2 计算机的分类及应用 1 计算机的分类超级计算机或称巨型机小超级机或称小巨型机大型主机 经历了批处理 分时处理 分散处理和集中管理阶段 小型机工作站个人计算机或称微型机 2 计算机的分类及应用 2 计算机的应用科学计算数据处理 电子数据处理 管理信息系统 决策支持系统 过程控制计算机辅助系统人工智能网络应用 三 计算机中的信息表示 1 关于二进制特点 电路简单 工作可靠 运算简单 逻辑性强 基数是2 数中0和1的位置不同 它所代表的数值也不同 逢二进一 1 关于二进制 二进制运算算术运算 加 减 0 0 00 1 11 0 11 1 100 0 00 1 11 0 11 1 0逻辑运算 与 或 非 与 0 0 00 1 01 0 01 1 1或 0 0 00 1 11 0 11 1 1非 0取反为1 1取反为0 2 数据单位 位 bit 音译为比特 是计算机存储数据的最小单位 是二进制数据中的一个位 字节 byte 简记为B 规定一个字节为8位 即1B 8bit 字节是计算机数据处理的基本单位 并主要以字节为单位解释信息 字 word 字是计算机进行数据处理时 一次存取 加工和传送的数据长度 它决定了计算机数据处理的速度 是衡量计算机性能的一个重要标识 字长越长 性能越好 3 字符信息编码 ASCII码 目前计算机中用得最广泛的字符集及其编码 是由美国国家标准局 ANSI 制定的ASCII码 AmericanStandardCodeforInformationInterchange 美国标准信息交换码 它已被国际标准化组织 ISO 定为国际标准 称为ISO646标准 4 汉字信息编码 汉字输入码 汉字输入方法大体可分为 区位码 数字码 音码 形码 音形码 区位码 优点是无重码或重码率低 缺点是难于记忆 音码 优点是大多数人都易于掌握 但同音字多 重码率高 影响输入的速度 形码 根据汉字的字型进行编码 编码的规则较多 难于记忆 必须经过训练才能较好地掌握 重码率低 音形码 将音码和形码结合起来 输入汉字 减少重码率 提高汉字输入速度 4 汉字信息编码 汉字交换码汉字交换码是指不同的具有汉字处理功能的计算机系统之间在交换汉字信息时所使用的代码标准 自国家标准GB2312 80公布以来 我国一直延用该标准所规定的国标码作为统一的汉字信息交换码 4 汉字信息编码 字形存储码字形存储码是指供计算机输出汉字 显示或打印 用的二进制信息 也称字模 通常 采用的是数字化点阵字模 5 计数制的产生 1673年 德国数学家莱布尼兹发明乘法机 这是第一台可以运行完整的四则运算的计算机 根据莱布尼兹的观点 中国是现代计算机理论中 二进制 的故乡 莱布尼兹系统地提出了二进制运算法则 为计算机采用二进制奠定了基础 进位计数制的基本特点 逢N进一N 进位计数制表示一位数需要的符号数目 称基数 十进制数由0 1 2 3 4 5 6 7 8 9十个数字符号组成 需要符号数目10个 基数为十 逢十进一 二进制由0和1两个数字符号组成 需要符号数目2个 基数为二 逢二进一 6 进位计数制 一切数据 数值 文字 声音 图像等 在计算机内部都以二进制数的方式被传送 存储和处理 进位计数制 按进位的原则进行计算 常用进位计数制 十进制 二进制 八进制和十六进制等 进位计数制的基本特点 采用位权表示法不同位置上的数字代表的数值不同 某个数字在某个固定位置上代表的值确定 这个固定的位置称为位权或权 各种进位制中 位权的值恰好是基数的若干次幂 每一位数码与该位 位权 的乘积表示该位数值的大小 进位计数制的基本特点 进位计数制表示的数都可写成按位权展开的多项式之和 位权和基数是进位计数制中的两个要素 常用进位计数制 二进制 八进制和十六进制 进位计数制的基本特点 对于任意进位计数制 基数可用正整数R来表示 数N可表示为 n 1N KiRii m式中 m n均为正整数 Ki则是0 1 R 1 中的任何一个 R是基数 采用 逢R进一 的原则进行计数 7 几种进制及其特点 十进制数每位有10种数码状态0 1 2 9 逢10进1 基数是10 不同位置上的数符所代表的值与它所在位置的权有关 十进制数各数位的权是10 基数 的乘幂 二进制数每位上有2种数码状态0和1 逢2进1 基数是2 二进制数各数位的权是基数2的乘幂 7 几种进制及其特点 八进制数每位有8种数码状态0 1 2 7 逢8进1 基数是8 十六进制数每位有16种数码状态0 1 2 8 9 A B E F 逢16进1 A相当于10 B相当于11 基数是16 各数位的权是基数16的乘幂 四 计算机系统组成 1 计算机系统的组成计算机硬件系统硬件是指组成计算机的各种物理设备 包括计算机的主机和外围设备 计算机软件系统软件可分为系统软件和应用软件两大类 1 计算机系统的组成 系统软件控制和协调计算机硬件及其外部设备 支持应用软件的开发和运行的软件 用户通过系统软件间接地使用计算机硬件资源 既方便用户 且提高工作效率 常用的系统软件有操作系统 程序设计语言及处理程序 数据库管理系统 各种服务性程序等 1 计算机系统的组成 应用软件为解决具体的实际应用问题而编制的程序 计算机应用领域广泛 应用软件的种类也特别多 常见的有科学计算程序 文字处理软件 计算机辅助教学软件 计算机辅助设计软件包 CAD 等 软件和硬件的关系 硬件与软件是相辅相成的 硬件是计算机的物质基础 没有硬件就无所谓计算机 软件是计算机的灵魂 没有软件的计算机硬件称为裸机 裸机是不能工作的 所以 一个完整的计算系统是由硬件和软件构成的 2 计算机的工作原理 冯 诺依曼的 存储程序 设计思想 2 计算机的工作原理 冯 诺依曼设计思想可以简要地概括为以下三点 1 计算机应包括运算器 存储器 控制器 输入和输出设备五大基本部件 2 计算机内部应采用二进制来表示指令和数据 每条指令一般具有一个操作码和一个地址码 其中操作码表示运算性质 地址码指出操作数在存储器中的地址 3 采用存储程序方式 将编好的程序送人内存储器中 然后启动计算机工作 计算机勿需操作人员干预 能自动逐条取出指令和执行指令 计算机的组成部分及功能 由运算器 控制器 存储器 输入装置和输出装置五大部件组成计算机 每一部件分别按要求执行特定的基本功能 运算器或称算术逻辑单元 ArithmeticalandLogicalUnit 运算器的主要功能是对数据进行各种运算 这些运算除了常规的加 减 乘 除等基本的算术运算之外 还包括能进行 逻辑判断 的逻辑处理能力 即 与 或 非 这样的基本逻辑运算以及数据的比较 移位等操作 存储器 Memoryunit 存储器的主要功能是存储程序和各种数据信息 并能在计算机运行过程中高速 自动地完成程序或数据的存取 存储器是由成千上万个 存储单元 构成的 每个存储单元存放一定位数 微机上为8位 的二进制数 每个存储单元都有唯一的编号 称为存储单元的地址 存储器 Memoryunit 计算机采用按地址访问的方式到存储器中存数据和取数据 即在计算机程序中 每当需要访问数据时 要向存储器送去一个地址指出数据的位置 同时发出一个 存放 命令 伴以待存放的数据 或者发出一个 取出 命令 控制器 ControlUnit 控制器是整个计算机系统的控制中心 它指挥计算机各部分协调地工作 保证计算机按照预先规定的目标和步骤有条不紊地进行操作及处理 控制器从存储器中逐条取出指令 分析每条指令规定的是什么操作以及所需数据的存放位置等 然后根据分析的结果向计算机其它部分发出控制信号 统一指挥整个计算机完成指令所规定的操作 输入设备 Inputdevice 用来向计算机输入各种原始数据和程序的设备叫输入设备 输入设备把各种形式的信息 如数字 文字 图像等转换为数字形式的 编码 即计算机能够识别的用1和0表示的二进制代码 实际上是电信号 并把它们 输入 INPUT 到计算机内存储起来 键盘是必备的输入设备 常用的输入设备还有鼠标器 图形输入板 视频摄像机等 输出设备 Outputdevice 从计算机输出各类数据的设备叫做输出设备 输出设备把计算机加工处理的结果 仍然是数字形式的编码 变换为人或其它设备所能接收和识别的信息形式如文字 数字 图形 声音 电压等 常用的输出设备有显示器 打印机 绘图仪等 4 计算机工作过程 取出指令分析指令执行指令为执行下一条指令做好准备 即形成下一条指令地址 4 计算机的软件系统 指令和指令系统指令是指微机完成规定操作的命令 一条指令通常由操作码和地址码组成 操作数指计算机在运行过程需要的数据称为操作数 指令中操作码指明了指令的操作性质及功能 地址码则给出了操作数或操作数的地址 每一种计算机都有一套完整的指令 称之为指令系统或指令集 4 计算机的软件系统 不同类型计算机的指令系统和指令条数如何不同 一般都有下面几种类型的指令 运算指令 包括算术运算指令 逻辑运算指令 移位指令 比较指令等 传送指令 包括寄存器之间 寄存器与主存储器之间的传送指令等 控制指令 包括条件转移指令 无条件转移指令 转子程序指令等 输入输出指令 包括各种外围设备的读 写指令等 有的计算机将输入 输出指令包含在数据传送指令类中 特殊指令 包括诸如实现置存储保护 中断处理等功能的管理指令 4 计算机的软件系统 程序程序 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 为实现预期目的而进行操作的一系列语句和指令 一般分为系统程序和应用程序两大类 4 计算机的软件系统 程序设计语言计算机语言的种类非常的多 总的来说可以分成机器语言 汇编语言 高级语言三大类 机器语言 机器语言是直接用二进制代码指令表达的计算机语言 指令是用0和1组成的一串代码 它们有一定的位数 并分成若干段 各段的编码表示不同的含义 计算机可以直接识别机器语言 不需要进行任何翻译 每台机器的指令 其格式和代码所代表的含义都是硬性规定的 故称之为面向机器的语言 也称为机器语言 它是第一代的计算机语言 机器语言对不同型号的计算机来说一般是不同的 汇编语言 汇编语言 AssemblyLanguage 是面向机器的程序设计语言 在汇编语合中 用助记符代替操作码 用地址符号或标号代替地址码 这样用符号代替机器语言的二进制码 就把机器语言变成了汇编语言 于是汇编语言亦称为符号语言 使用汇编语言编写的程序 机器不能直接识别 要由一种程序将汇编语言翻译成机器语言 这种起翻译作用的程序叫汇编程序 汇编程序是系统软件中语言处理系统软件 汇编程序把汇编语言翻译成机器语言的过程称为汇编 高级语言 计算机语言具有高级语言和低级语言之分 而高级语言又主要是相对于汇编语言而言的 它是较接近自然语言