计算机基础信息技术概述PPT课件.ppt

计算机应用基础 1苏州大学 关于本课程的有关要求 1 本课程的目的和要求学校考试 省等级考试1级 自选 考试模式 笔试 机考考试内容 理论 操作学期总成绩 10 平时 20 期中 21 实验 期末上机考试 49 期末 笔试 2 介绍本课程的教学模式2 22 1节理论 1节操作2 机房操作 2 关于本课程的有关要求 3 本课程学习方法讲解 自学 练习 操作4 上机可以使用的教学平台 教学资源注册到自己的班级 任课老师机房电脑上的各种软件省等级考试客户端软件模拟考试 3 5 主要参考书 一级考试试卷汇编 计算机信息技术 江苏省高等学校计算机等级考试中心编苏州大学出版社其它自选参考书 4 5苏州大学 学习目标与要求 1 了解什么是信息 什么是信息处理 什么是信息技术 2 了解什么是微电子技术 它的作用和意义 3 初步理解通信系统的组成和数据通信的基本原理 4 了解通信系统的分类和通信技术的发展前景 5 理解什么是比特和比特的运算 掌握二进制数与十进制数 八进制数 十六进制数的关系 熟悉整数和实数在计算机内的表示方法 6苏州大学 1 1信息与信息技术 信息信息是认识主体所感知或所表述的事物运动及其变化方式的形式 内容和效用 信息是人们认识世界 改造世界的一种基本资源 与人类的生存和发展有着密切的关系 信息处理 掌握 是指信息的收集 加工 存储 传递和施用的过程 一 信息与信息处理 7 二 信息技术 信息技术指的是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 掌握 信息技术包括 扩展感觉器官功能的感测 获取 与识别技术 扩展神经网络功能的通信与存储技术 扩展思维器官功能的计算 处理 技术 扩展效应器官功能的控制和显示技术 8苏州大学 现代信息技术在扩展人的信息器官功能方面已经取得了许多杰出的成就 极大地提高了人们信息功能的水平 例如 1 雷达 卫星遥感等感知和识别技术使人们的感知范围 感知精度和灵敏度大为提高 扩展了感觉器官功能的感测 获取 与识别技术 2 电话 电视 因特网等通信技术消除了人们交流信息的时间和空间障碍 扩展神经网络功能的通信技术 3 光 电 磁等信息存储技术 扩展思维器官功能的计算 处理 与存储技术 4 计算机 机器人等信息处理和控制技术大大增强了人们的信息加工处理和控制能力 扩展效应器官功能的控制和显示技术 信息技术已经成为当今社会最具活力 最有效益的生产力之一 9苏州大学 三 信息处理系统 用于辅助人们进行信息获取 传递 存储 加工处理 控制及显示的综合使用各种信息技术的系统 统称为信息处理系统 通信 存储 信息加工 通信 存储 感测与识别 控制与显示 输入 输出 10苏州大学 实际世界中存在着多种多样的信息处理系统 例如 雷达是一种以感知与识别为主要目的的信息系统 电视 广播系统是一种单向的 点到多点 面 的 以信息传递为主要目的的信息系统 电话是一种双向的 点到点的 以信息交互为主要目的的信息系统 银行是一种以处理金融业务为主的信息系统 Internet则是一种跨越全球的多功能信息处理系统 11苏州大学 现代信息技术的特点 掌握 以数字技术为基础 以计算机为核心 采用电 光 子技术 包括激光技术 进行信息的收集 传递 加工 存储 显示与控制 现代信息技术的领域包括 掌握 通信 广播 计算机 微电子 遥感遥测 自动控制 机器人等 其中微电子 通信和数字技术是三项最核心的技术 12 1 2微电子技术简介 一 微电子技术与集成电路微电子技术是信息领域中的关键技术 它是以集成电路为核心的一种电子技术 a 电子管 早期的电子技术以真空电子管为基础元件 在这个阶段产生了广播 电视 无线电通信 仪器仪表 自动化技术和第一代电子计算机 13 b 晶体管 1948年晶体管的发明 再加上印制电路组装技术的使用 使电子电路在小型化方面前进了一大步 14苏州大学 c 小规模集成电路 d 超大规模集成电路 集成电路 简称IC 是上世纪50年代出现的 它以半导体单晶片作为材料 经平面工艺加工制造 将大量晶体管 电阻等元器件及互连线构成的电子线路集成在基片上 构成一个微型化的电路或系统 现代集成电路使用的半导体材料通常是硅 也可以是化合物半导体如砷化镓等 15苏州大学 集成电路的分类 集成电路按它所包含的晶体管数目可分为 小规模SSI 集成度小于100个电子元件 中规模MSI 集成度100 3000个电子元件之间 大规模LSI 集成度3000 10万个电子元件之间 超大规模VLSI 集成度10万 100万个电子元件之间 极大规模ULSI 集成度大于100万个电子元件 PC机中使用的微处理器 芯片组 图形加速芯片等都是超大规模和极大规模集成电路 16苏州大学 集成电路按所用晶体管结构 电路和工艺的不同 分为 双极型集成电路金属 氧化物 半导体集成电路 MOS 双极 金属 氧化物 半导体集成电路 按集成电路的功能来分 数字集成电路 存储器微处理器数字信号处理器等 模拟集成电路 信号放大器功率放大器 按集成电路的用途来分 通用集成电路 微处理器 存储器芯片 专用集成电路 17苏州大学 集成电路芯片是微电子技术的结晶 它们是计算机和通信设备的硬件核心 先进的微电子技术制造出先进的集成电路芯片 使用先进的芯片可以制造出高性能的计算机 集成电路是现代信息产业的基础 是改造和提升传统产业的核心技术 世界集成电路产业的发展十分迅速 为了在未来高科技竞争中取得领先地位 我们必须充分重视和加快发展以集成电路为代表的微电子技术 18苏州大学 二 集成电路的制造 了解 集成电路的制造工序繁多 从原料熔炼开始到最终产品包装大约需要400多道工序 工艺复杂且技术难度非常高 有一系列的关键技术 兴建集成电路工厂投资非常巨大 硅衬底 硅抛光片 切割 研磨 抛光 晶圆 氧化 光刻 掺杂 互连 芯片 剔除 切割 集成电路 引线 封装 19苏州大学 三 集成电路的发展趋势 集成电路的特点是体积小 重量轻 可靠性高 集成电路的工作速度主要取决于组成逻辑门电路的晶体管的尺寸 晶体管的尺寸越小 其极限工作频率越高 门电路的开关速度就越快 所以 从集成电路问世以来 人们就一直在缩小门电路面积上下功夫 芯片上电路元件的线条越细 相同面积的晶片可容纳的晶体管就越多 功能就越强 速度也越快 摩尔 G E Moore 定律 参见P5 20苏州大学 人们将有可能制造出0 06 m甚至线宽更小的新一代芯片 21苏州大学 目前 缩小芯片尺寸 最典型的技术就是纳米芯片技术 同时 人们还在研究把电子与光子并用 实现光电子集成 相信不久的将来 纳米芯片技术和许多其它新的微电子技术相结合 必将在电子学领域中引起一次新的革命 把信息技术推向一个更高的发展阶段 四 IC卡 自学 1 按功能分 存储器卡 带加密逻辑的存储器卡 CPU卡2 按使用方式分 接触式IC卡 非接触式IC卡 22苏州大学 1 3通信技术入门 1 3 1通信的基本原理1 3 2模拟通信与数字通信1 3 3光纤通信和无线通信1 3 4移动通信 23 1 3 1通信的基本原理 1 通信系统的基本模型 2 调制与解调 3 多路复用技术 24 什么是通信 communication 广而言之 通信就是信息的 远距离 传递与交流现代通信 使用电波或光波传递信息的技术 也称为电信 telecommunication 如电报 电话 传真 电子邮件 BBS QQ等通信的发展历史 1836年 英国建成第一条电报线路 Morse电报 1876年 美国人A G Bell研制成可供实用的电话20世纪初 马可尼实现了跨越大西洋的无线电报通信1918年出现收音机和无线电广播1938年第一个电视台开始播出1940 s出现彩色电视1960 s出现计算机网络 25 通信系统的模型 通信的三要素 举例 信道的任务是迅速 可靠而准确地将信号从信源传输到信宿 被传输的信息都必须以某种电 或光 信号的形式才能进行传输 发送信息的设备 接收信息的设备 26 模拟信号与数字信号 t t a 模拟信号 b 数字信号 模拟信号 时间上连续 包含无穷多个值数字信号 时间上离散 仅包含有限数目的预定值 27 二 模拟通信模拟通信的基础是模拟传输技术 1 模拟传输技术模拟传输技术指的是直接用连续信号来传输信息或者通过用连续信号对载波进行调制来传输信息的技术 例如 载波电话 无线电广播 模拟电视 信道的任务是迅速 可靠 准确地将信息从信源传送到信宿 信道传输技术 模拟传输技术和数字传输技术 28苏州大学 2 调制与解调在信息传输时 利用信源信号去调整载波 正弦波 的某个参数 幅度 频率或相位 这个过程称为 调制 所使用的设备称为 调制器 接收方把载波所携带的信号检测出来恢复为原始信号形式 这个过程称为 解调 所使用的设备称为 解调器 调制与解调总是成对使用 调制解调器 MODEM 就是用来实现信号调制和解调功能的一种专用设备 参见图1 8 P9 29苏州大学 三 数字通信数字通信的基础是数字传输技术 1 数字传输技术数字传输技术指的是直接用数字信号来传输信息或者通过用连续信号对载波进行调制来传输信息的技术 数字传输技术的优点 P9 30苏州大学 2 基带传输技术 数字信号不经过调制就在信道上直接传输 称为 基带传输 基带传输 适合近距离传输数字信号 3 频带传输技术 先用数字信号对特定频率的载波进行调制 称为数字调制 使其变为适合于传送的信号 然后再进行传输 31苏州大学 频带传输技术 传送数据时 发送方通过调制器利用 0 和 1 的区别略为调整一下正弦波信号的幅度 或频率 相位 然后就可以进行长距离传输了 这个过程称为 调制 到达目的地时 接受方再把正弦波信号携带的信息检测出来 并转换成适合计算机接受的高 低电平形式 称为 解调 参见图1 9数字调制的三种方式 P10 32 4 多路复用 通信系统中 传输线路的成本占整个系统相当大的份额 为了提高传输线路的利用率 采取的措施是使多路数据传输合用一条传输线 这就是多路复用技术 时分多路复用 TDM 即各终端设备以事先规定的顺序轮流使用同一传输线进行数据传输 参见P10图1 10 33苏州大学 频分多路复用 FDM 每一个发送设备使用一个给定频率的载波来传输数据 每一个接收设备被设置成为只接收给定频率的载波 如 有线电视波分多路复用 WDM 在同一根光纤中同时传输两个或众多不同波长光信号的技术 称为波分复用 码分多址复用 CDMA 蜂窝技术 34苏州大学 5 数字通信的应用 长途电话电话机到电信局 称为用户线 采用的是模拟传输技术 90 以上长途的中继线和长途线利用光纤使用数字传输技术 参见P11图1 11卫星电视电视台目前采用的是模拟传输技术 卫星通信采用数字传输技术 参见P12图1 12数字广播和数字电视 35 6 数字通信系统的性能指标 信道带宽 信道容量 一个信道允许的最大数据传输速率称为该信道的带宽 数据传输速率 数据率 单位时间内传送的二进位数目 千位 秒 kpbs 兆位 秒 Mbps 千兆位 秒 Gbps 误码率 码元在传输系统中被传错的概率端 端延迟指数据从信源传送到信宿所花费的时间 36苏州大学 四 传输介质 1 金属导体双绞线一般用于传输模拟信号或近距离基带传输数字信号 优缺点 p13同轴电缆基带同轴电缆一般用于局域网宽带同轴电缆一般用于有线电视 37苏州大学 四 传输介质 2 光导纤维单模单模光纤是一种设计用来传送单一光束 模 的光纤多模容许不同模式的光于一根光纤上传输 由于多模光纤的芯径较大 故可使用较为廉价的耦合器及接线器有关光纤的结构和通信原理参见P14 15 38苏州大学 采用无线信道传输信息的优缺点 P15无线电波可以按频率 或波长 分成中波 短波 超短波和微波 不同波段电磁波的传播特性各异 因此可以用于不同的通信系统 3 无线电波 例如 中波主要沿地面传播 短波具有较强的电离层反射能力 适用于环球通信 超短波和微波的绕射能力较差 可作为视距或超视距中继通信 39苏州大学 微波是一种具有极高频率的电磁波 波长很短 具有类似光波的特性 利用微波进行远距离通信的方式主要有以下三种 地面微波接力通信 卫星通信 对流层散射通信 地面微波接力通信具有容量大 建设费用省 抗灾能力强等优点 因而取得迅速的发展 成为长距离 大容量地面无线通信的主要手段 微波通信 40苏州大学 卫星通信 卫星通信是当前远距离及国际通信中一种先进的通信手段 它利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电信号 实现在两个或多个地球站之间的通信 卫星通信是微波接力通信向太空的延伸 是微波接力通信技术和空间技术相结合的产物 卫星通信的主要特点是通信距离远 频带很宽 容量很大 信号受到的干扰也较小 通信比较稳定 41苏州大学 五 移动通信系统 移动通信指的是处于移动状态的对象之间的通信 它包括蜂窝移动 集群调度 无绳电话 寻呼系统和卫星系统 最具代表性的是手机 它属于蜂窝移动系统 第1代个人移动通信采用的是模拟技术 称为蜂窝式模拟移动通信系统 基于模拟调制技术的蜂窝式小区结构覆盖组成服务区的大 中容量移动通信系统 42苏州大学 五 移动通信系统 第2代个人移动通信采用的是数字技术 例如 我国使用的GSM CDMA日本使用的JDC美国使用的IS 95第3代移动通信系统 3G 是由国际电联 ITU 提出的 称为IMT 2000 意指在2000年左右开始商用并工作在2000MHz频段上的国际移动通信系统 它的目标有四个 全球漫游 适应多种环境 提供高质量的多媒体业务 提供足够的系统容量 43苏州大学 a 移动电话网 移动通信系统由移动台 基站 移动电话交换中心等组成 44苏州大学 b 基站的有效区域 移动台是移动的通信终端 它是接收无线信号的接收机 包括手机 呼机 无绳电话等 基站是与移动台联系的一个固定收发机 它接收移动台的无线信号 每个基站负责与一个特定区域的所有的移动台进行通信 基站和移动交换中心之间通过微波或有线交换信息 进行彼此联系 移动交换中心再于公共电话网进行连接 每个基站的有效区域既相互分割 又彼此有所交叠 整个移动通信网就像是蜂窝 所以也称为 蜂窝式移动通信 45苏州大学 1 4数字技术基础 一 信息的基本单位 比特 1 什么是比特 数字技术的处理对象是 比特 Bit二进位数字 二进位 位两种状态 0或1 数字技术就是用0和1两个数字来表示 处理 存储和传输一切信息的技术 46苏州大学 比特是计算机和其他数字系统处理 存储和传输信息的最小单位 一般用小写的字母 b 表示 字母 8个比特表示汉字 16个比特表示稍大些的计量单位是字节 一般用大写的字母 B 表示 47苏州大学 2 比特的运算 算术运算 规则 0 0 00 1 11 0 11 1 10 B 减法 规则 0 0 01 0 10 1 11 1 0 C 乘法D 除法 A 加法 48 例1 10010100 0011001010010100 0011001011000110例2 11000101 100100111000101 1001001000110011 例题 49 逻辑运算A 逻辑加 或 规则 0 0 00 1 11 0 11 1 1 规则 0 1 01 0 00 0 01 1 1 C 取反 非 0变成1 1变成0 B 逻辑乘 与 50 例1 10010100 0011001010010100 0011001010110110例2 10010100 0011001010010100 0011001000010000 51 例3 10010100 反 10010100 反 01101011注意 算术运算按位运算 有进位 借位运算种类 加 减逻辑运算按位独立运算 无进位 借位运算种类 逻辑加 逻辑乘和取反 52 3 比特的存储 计量单位Bit 位 Byte 字节 与Word 字 8bit 1Byte 不同的计算机 字的长度不相同 53 B KB MB GB TB1KB 210B 1024B1MB 220B 1024KB1GB 230B 1024MB1TB 240B 1024GB 54 例1 1Mbit Byte1Mbit 1024 1024 8 128KByte 55 例2 1GByte bit1GByte 1024 1024 1024 8 8Gbit 56 4 比特的传输传输速率单位 比特 秒 b s 也称bps千比特 秒 Kb s 1Kb s 103b s 1000b s兆比特 秒 Mb s 1Mb s 106b s 1000Kb s千兆 吉 比特 秒 Gb s 1Gb s 109b s 1000Mb s太比特 秒 Tb s 57 任何形式的信息都需要转化为二进制编码 一 各种进制及其概念十进制十种状态 逢十进一 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 二进制两种状态 逢二进一 0 1 八进制八种状态 逢八进一 0 1 2 3 4 5 6 7 十六进制十六种状态 逢十六进一 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F 58 例如 135 67 10 1 10 3 10 5 100 6 10 7 10 135 67 8 1 8 3 8 5 80 6 8 7 8 93 86 10 101 01 2 1 2 0 2 1 20 0 2 1 2 5 25 10 每个符号处在不同的位子 表示不同的意义 59 二 八 十六 进制十进制 二 各进制之间转换 按权展开 例1 1101 101 2 10 1101 101 2 1 2 1 22 0 21 1 20 1 2 1 0 2 2 1 2 3 13 625 10例2 345 7 8 3 82 4 81 5 80 7 8 1 229 875 10例3 2AB C 16 10 2AB C 16 2 162 10 161 11 160 12 16 1 427 75 10 60 十进制二 八 十六 进制 整数部分 除2 8 16 取余 小数部分 乘2 8 16 取整 2107 1 低位 253 1226 0213 126 023 121 1 高位 0 例4 例 107 675 10 2 0 675高位 21 1 3500 350 20 0 7000 700 21 1 400低位 1101011 2 0 101 2 107 675 10 1101011 101 2 以此类推 61 八进制二进制十六进制二进制 例4 357 6 8 011101111 110 2例5 3C6 E 16 001111000110 1110 2例6 11101 01 2 011101 010 2 35 2 8例7 11101 01 2 00011101 0100 1D 4 16 3位二进制 1位八进制4位二进制 1位十六进制首尾补零 凑足三位 四位 二十八十六 八进制十六进制 62 三 整数 定点数 的表示 数据分为 数值 非数值计算机中的数据全是二进制用一个字节表示八位二进制数数值分为整数和实数两大类整数不使用小数点 或者说小数点始终隐含在个位数的右边 所以整数也叫 定点数 63 整数分为 正整数 不带符号的整数 整数 带符号的整数 它们可以用8位 16位 32位甚至64位来表示 正整数取值范围 8位 0 25516位 0 6553532位 0 232带符号的整数取值范围 正数最高位用0表示 负数最高位用1表示8位 127 27 1 127 27 1 16位 215 1 215 1 64 整数中负数的表示1 原码 反码 补码原码的形式 0 正 1 负例如 43 00101011 43 原 10101011负数采用补码表示补码的作用 统一加减法的运算规则 精简机构反码的形式 符号位仍为1 绝对值部分取反例如 43 反 11010100补码的形式 符号位也是1 反码的最低位加1例如 43 补 11010101再例如 56 原 10111000 56 反 11000111 56 补 11001000 正整数无原码 反码与补码之分 是相同的 00000000 11111111 65 四 实数 浮点数 的表示 实数是既有整数又有小数的数 纯小数是特例 一个实数可以表示成一个纯小数和一个乘幂之积56 725 102 0 56725 1894 0475 104 0 18940456 0 0034756 10 2 0 3475