信息技术与计算机文化

计算机文化基础,枣庄学院计算机科学系主讲教师：黄超E-mail:toit,第一章信息技术与计算机文化,第一章信息技术与计算机文化,1.1信息与信息技术1.2计算机技术概述1.3计算机中信息的表示1.4计算机系统1.5微型计算机系统1.6多媒体技术基础,1.1信息与信息技术,1.1.1信息与数据1.1.2信息技术1.1.3信息社会1.1.4“计算机文化”的内涵,返回,1.1.1信息与数据,美国数学家维纳认为：信息是我们在适应外部世界、感知外部世界的过程中与外部世界交换的内容。信息论的创始人美国数学家香农则认为：信息是能够用来消除不确定性的东西。一般认为：信息是在自然界、人类社会和人类思维活动中普遍存在的一切物质和事物的属性。,返回,数据的定义所谓数据，是指存储在某种媒体上可以加以鉴别的符号资料。这里所说的符号，不仅指文字、字母、数字，还包括了图形、图像、音频与视频等多媒体数据。信息与数据的区别在一般用语中，信息与数据并没有严格的区分。但是，从信息科学的角度来看，它们是不等同的，数据是信息的具体表现形式，是信息的载体，而信息是对数据进行加工得到的结果，它可以影响到人们的行为、决策，或对客观事物的认知。,返回,1.1.2信息技术,定义信息技术是指人们获取、存储、传递、处理、开发和利用信息资源的相关技术。现代信息处理技术现代信息处理技术由传感技术、计算机技术、通信技术、网络技术等多种不同技术构成。信息的符号化就是数据，所以数据是信息的具体表示形式。,返回,1.1.3信息社会,从20世纪90年代开始，随着计算机的普及和计算机网络的高速发展，人类开始进入信息社会，也称信息化社会。定义：是指以信息活动为社会发展的基本活动，以信息经济为主导经济，以信息技术为技术基础，以信息文化改变人类教育、生活和工作方式以及价值观念的新兴社会形态。信息作为继物质和能源之后的第三资源，在社会发展中起着主导作用，当今社会的主导产业将从传统工业转向信息产业和知识产业。,返回,1.1.4“计算机文化”的内涵,1.文化的定义所谓文化，是人类在物质和精神两方面具有整体性的创造力的表现，是人类对客观世界整体性把握的一种能力，也是人类进步的一种标志。核心是:观念和价值,返回,2.文化具有的基本属性广泛性：既涉及全社会的每一个人、每一个家庭，又涉及全社会的每一个行业、每一个应用领域。传递性：这种事物应当具有传递信息和交流思想的功能。教育性：这种事物应能成为存储知识和获取知识的手段。深刻性：不是给社会某一方面带来变革，而是给整个社会带来全面、深刻的根本性变革。,返回,3.计算机文化计算机文化的提法最早出现在20世纪80年代初，在瑞士洛桑召开的第三届世界计算机教育大会上。定义：就是以计算机为核心，集网络文化、信息文化、多媒体文化为一体，并对社会生活和人类行为产生广泛、深远影响的新型文化。计算机文化是人类文化发展的四个里程碑之一（前三个分别为：语言的产生、文字的使用与印刷术的发明）。,返回,1.2计算机技术概述,1.2.1计算机的起源与发展1.2.2计算机的特点及分类1.2.3计算机的应用1.2.4计算机的发展趋势,返回,1.2.1计算机的起源与发展,1.计算机的起源第一台真正意义上的数字电子计算机ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator）于1946年2月在美国的宾夕法尼亚大学正式投入运行，用十进制计算,图1计算机起源,返回,图2第一台电子管计算机（ENIAC）,返回,1946年2月由宾州大学研制成功的ENIAC电子计算机时代的到来,重达30吨占地250m2启动工耗150000瓦18000个电子管保存80个字节,2.计算机的发展,返回,1.2.2计算机的特点及分类,1.计算机的特点1）运算速度快2）存储容量大3）通用性强4）工作自动化5）精确性高,返回,2.计算机的分类,表2计算机的分类,返回,1.2.3计算机的应用,1.科学计算科学计算是指科学和工程中的数值计算。与理论研究、科学实验一起成为当代科学研究的三种主要方法。2.信息管理是指非数值形式的数据处理，是指以计算机技术为基础，对大量数据进行加工处理，形成有用的信息。,返回,3.过程控制又称实时控制，指用计算机及时采集检测数据，按最佳值迅速地对控制对象进行自动控制或自动调节。4.计算机辅助系统指通过人机对话，使计算机辅助人们进行设计、加工、计划和学习等工作。如CAD、CAM、CBE、CAT等。,返回,5.人工智能人工智能（AI，ArtificialIntelligence）是研究怎样让计算机做一些通常认为需要智能才能做的事情，又称机器智能，主要研究智能机器所执行的通常是人类智能的功能，如判断、推理、证明、识别、感知、理解、设计思考、规划、学习和问题求解等思维活动。,返回,6.计算机网络与通信利用通讯技术，将不同地理位置的计算机互联，可以实现世界范围内的信息资源共享，并能交互式地交流信息。,返回,1.2.4计算机的发展趋势,1.巨型化2.微型化3.网格化4.智能化5.多媒体化,返回,1.巨型化：指研制速度更快的、存储量更大的和功能更强大的巨型计算机。2.微型化：指利用微电子技术和超大规模集成电路技术，把计算机的体积进一步缩小，价格进一步降低。,返回,3.网格化网格（Grid）技术可以更好地管理网上的资源，它把整个互联网虚拟成一台空前强大的一体化信息系统，犹如一台巨型机，在这个动态变化的网络环境中，实现计算资源、存储资源、数据资源、信息资源、知识资源、专家资源的全面共享，从而让用户从中享受可灵活控制的、智能的、协作式的信息服务，并获得前所未有的使用方便性和超强能力。,返回,4.智能化计算机智能化是指使计算机具有模拟人的感觉和思维过程的能力。智能化的研究包括模拟识别、物形分析、自然语言的生成和理解、博弈、定理自动证明、自动程序设计、专家系统、学习系统和智能机器人等等。,返回,1.3计算机中信息的表示,1.3.1数制及其转换进位计数制：用进位的方法进行计数的数制，简称进制。数码：一组用来表示某种数制的符号。如：1、2、3、4、A、B、C、等。基数：数制所使用的数码个数称为“基数”或“基”，常用“R”表示，称R进制。如二进制的数码是：0、1，基为2。位权：指数码在不同位置上的权值。在进位计数制中，处于不同数位的数码代表的数值不同。例如十进制数111，个位数上的1权值为100，十位数上的1权值为101，百位数上的1权值为102。,N=an-1rn-1an-2rn-2a0r0a-1r-1a-mr-m,r进制数N可表示为：,R进制数用r个基本符号（例如0，1，2，r-1）表示数值,1.常用的进位计数制,1）十进制（DecimalSystem）由0、1、2、8、9十个数码组成，即基数为10。特点为：逢十进一，借一当十。2）二进制（BinarySystem）由0、1两个数码组成，即基数为2。二进制的特点为：逢二进一，借一当二。用B表示3）八进制（OctalSystem）由0、1、2、3、4、5、6、7八个数码组成，即基数为8。八进制的特点为：逢八进一，借一当八。用O或Q表示4）十六进制（HexadecimalSystem）由0、1、2、9、A、B、C、D、E、F十六个数码组成，即基数为16。十六进制的特点为：逢十六进一，借一当十六。用H表示,表3十进制、二进制、八进制、十六进制之间的对应关系,2.数制的转换,1）二进制、八进制、十六进制数转化为十进制数对于任何一个二进制数、八进制数、十六进制数，可以写出它的按权展开式，再按十进制进行计算即可转换为十进制数。例如：（1111.11）2=123+122+121+120+12-1+12-2=15.75（A10B.8）16=10163+1162+0161+11160+816-1=41227.5注意：在不至于产生歧义时，可以不注明十进制数的进制，如上例。,2）十进制数转化为二进制数十进制数的整数部分和小数部分在转换时需作不同的计算，分别求值后再组合。整数部分采用除2取余法，即逐次除以2，直至商为0，得出的余数倒排，即为二进制各位的数码。小数部分采用乘2取整法，即逐次乘以2，从每次乘积的整数部分得到二进制数各位的数码。,例：将十进制数100.125转化为二进制数。先对整数100进行转换：,由上得出，100D=1100100B,对于小数部分0.125的转换：0.1252=0.2500a-10.252=0.50a-20.52=11a-3由上得出，0.125D=0.001B。将整数和小数部分组合，得出：100.125D=1100100.001B。,3）二进制数与八进制数的相互转换方法：将二进制数从小数点开始，对二进制整数部分向左每3位分成一组，对二进制小数部分向右每3位分成一组，不足3位的分别向高位或低位补0凑成3位。每一组有3位二进制数，分别转换成八进制数码中的一个数字，全部连接起来即可。,例：把二进制数11111101.101转化为八进制数。,所以，11111101.101B=375.5O。,反过来，将八进制数转换成二进制数，只要将每一位八进制数转换成相应的3位二进制数，依次连接起来即可。,4）二进制数与十六进制数的相互转换,二进制数转换成十六进制数，只要把每4位分成一组，再分别转换成十六进制数码中的一个数字，不足4位的分别向高位或低位补0凑成4位，全部连接起来即可。反之，十六进制数转换成二进制数，只要将每一位十六进制数转换成4位二进制数，依次连接起来即可。,例：将10110001.101B转换为十六进制数。,所以，10110001.101B=B1.AH。,3.二进制的运算规则,1）算术运算规则加法规则：0+0=0；0+1=1；1+0=1；1+1=10（向高位有进位）减法规则：0-0=0；0-1=1（向高位借位）；1-0=1；1-1=0乘法规则：00=0；01=0；10=0；11=1除法规则：0/1=0；1/1=12）逻辑运算规则逻辑与运算（AND）：00=0；01=0；10=0；11=1逻辑或运算（OR）：00=0；01=1；10=1；11=1逻辑非运算（NOT）：；逻辑异或运算（XOR）：00=0；01=1；10=1；11=0逻辑异或运算即实现按位加的功能，只有当两个逻辑值不相同时，结果才为1。,1.3.2信息的编码,1.计算机中数据的单位1）位（bit）简记为b，也称为比特，是计算机存储数据的最小单位。一个二进制位只能表示0或1，2）字节（Byte）字节来自英文Byte，简记为B。规定1B=8bit。1KB=210B，1MB=220B，1GB=230B，1TB=240B3）字（Word）字长一个字通常由一个字节或若干个字节组成。字长是计算机一次所能处理的实际位数长度，所以字长是衡量计算性能的一个重要指标。,2.数值的表示通常规定一个数的最高位作为符号位，“0”表示正，“1”表示负。例如+127的真值是011111111，-127的真值是111111111。,3.文字信息的表示1）字符编码：目前采用的字符编码主要是ASCII码，它是AmericanStandardCodeforInformationInterchange的缩写（美国标准信息交换代码），已被国际标准化组织ISO采纳，作为国际通用的信息交换标准代码。ASCII码是一种西文机内码，有7位ASCII码和8位ASCII码两种，7位ASCII码称为标准ASCII码，8位ASCII码称为扩展ASCII码。7位标准ASCII码用一个字节（8位）表示一个字符，并规定其最高位为0，实际只用到7位，因此可表示128个不同字符。同一个字母的ASCII码值小写字母比大写字母大32。,2）汉字编码（1）汉字交换码：由于汉字数量极多，一般用连续的两个字节（16个二进制位）来表示一个汉字。1980年，我国颁布了第一个汉字编码字符集标准，即GB2312-80信息交换用汉字编码字符集基本集，该标准编码简称国标码，是我国大陆地区及新加坡等海外华语区通用的汉字交换码。GB2312-80收录了6763个汉字，以及682符号，共7445个字符，奠定了中文信息处理的基础。其中一级汉字码3755，按拼音字母排序同音按笔划排；二级汉字3008个，按部首排序,（2）汉字机内码：国标码GB2312不能直接在计算机中使用，以为它没有考虑与基本的信息交换代码ASCII码的冲突。比如：“大”的国标码是3473H，与字符组合“4S”的ASCII相同,“嘉,”的汉字编码为3C4EH,与码值为3CH和4EH的两个ASCII字符“”和“N”混淆。为了能区分汉字与ASCII码，在计算机内部表示汉字时把交换码（国标码）两个字节最高位改为1，称为“机内码”。这样，当某字节的最高位是1时，必须和下一个最高位同样为1的字节合起来，代表一个汉字。,（3）汉字字形码：所谓汉字字形码实际上就是用来将汉字显示到屏幕上或打印到纸上所需要的图形数据。汉字字形码记录汉字的外形，是汉字的输出形式。记录汉字字形通常有两种方法：点阵法和矢量法，分别对应两种字形编码：点阵码和矢量码。所有的不同字体、字号的汉字字形构成汉字库。点阵码是一种用点阵表示汉字字形的编码，它把汉字按字形排列成点阵，一个1616点阵的汉字要占用32个字节，一个3232点阵的汉字则要占用128字节，而且点阵码缩放困难且容易失真。,汉字字形编码,点阵：汉字字形点阵的代码1616、2424、3232、4848。编码、存储方式简单、无需转换直接输出放大后产生的效果差矢量：存储的是描述汉字字形的轮廓特征矢量方式特点正好与点阵相反,（4）汉字输入码：将汉字通过键盘输入到计算机采用的代码称为汉字输入码，也称为汉字外部码（外码）。汉字输入码的编码原则应该易于接受、学习、记忆和掌握，码长尽可能短。目前我国的汉字输入码编码方案已有上千种，但是在计算机上常用的有几种，根据编码规则，这些汉字输入码可分为流水码、音码、形码和音形结合码四种。,返回,1.4计算机系统,一个完整的计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。1.4.1计算机硬件系统1.4.2计算机软件系统,返回,1.4.1计算机硬件系统,冯诺依曼（VonNeumann）提出的存储程序工作原理决定了计算机硬件系统的五个基本组成部分,图3硬件系统五大组成部分框图,返回,程序与数据一样存放在内存,硬件指的是计算机系统中由电子、机械和光电元件等组成的各种计算机部件和计算机设备。这些部件和设备依据计算机系统结构的要求，构成一个有机整体，称为计算机硬件系统。未配置任何软件的计算机叫裸机，它是计算机完成工作的物质基础。,返回,1.输入设备,常用的输入设备有：鼠标器、键盘、扫描仪、数字化仪、数码摄像机、条形码阅读器、数码相机、A/D转换器等,返回,2.运算器,运算器负责对信息进行加工和运算，它的速度决定了计算机的运算速度。参加运算的数（称为操作数）由控制器指示从存储器或寄存器中取出到运算器。,返回,3.控制器,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。通常把控制器和运算器合称为中央处理器（CPU，CentralProcessingUnit）。它是计算机的核心部件，它的工作速度和计算精度等性能对计算机的整体性能有决定性的影响。,返回,4.存储器,存储器是具有“记忆”功能的设备，由具有两种稳定状态的物理器件（也称为记忆元件）来存储信息。存储器分为两大类：内存储器和外存储器，简称内存和外存。内存储器又称为主存储器，外存储器又称为辅助存储器。,返回,图4存储器分类,5.输出设备,输出设备是指从计算机中输出信息的设备。最常用的输出设备是显示器、打印机和音箱，还有绘图仪、各种数模转换器（D/A）等。从信息的输入输出角度来说，磁盘驱动器和磁带机既可以看作输入设备，又可以看作输出设备。,返回,1.4.2计算机软件系统,输入计算机的信息一般有两类，一类称为数据，一类称为程序,返回,2.计算机软件基础,软件是指使计算机运行所需的程序、数据和有关的文档的总和。,返回,3.程序设计语言,数据结构和算法是程序最主要的两个方面，通常可以认为“程序=算法+数据结构”。2）程序设计语言程序设计语言可以分为机器语言、汇编语言和高级语言三类。,返回,1.5微型计算机系统,1.5.1微型计算机分类1.5.2微机的主要性能指标1.5.3常见微型计算机的硬件设备,返回,1.5.1微型计算机分类,微型计算机按其性能、结构、技术特点等可分为:（1）单片机：将微处理器（CPU）、一定容量的存储器以及I/O接口电路等集成在一个芯片上，就构成了单片机。（2）单板机：将微处理器、存储器、I/O接口电路安装在一块印刷电路板上，就成为单板机。（3）PC（PersonalComputer，个人计算机）：供单个用户使用的微机一般称为PC，是目前使用最多的一种微机。（4）便携式微机：便携式微机大体包括笔记本计算机和个人数字助理(PDA）等。,返回,1.5.2微机的主要性能指标,1.主频主频即时钟频率，是指计算机CPU在单位时间内发出的脉冲数，它在很大程度上决定了计算机的运算速度，主频的单位是赫兹（Hz）。2.字长字长是指计算机的运算部件能同时处理的二进制数据的位数，它与计算机的功能和用途有很大的关系。,返回,3.内核Intel和AMD分别推出了双核心处理器PentiumD和Athlon64X2。4.内存容量内存容量是指内存储器中能存储信息的总字节数。5.运算速度单位是MIPS（MillionInstructionsPerSecond，每秒106条指令）和BIPS（BillionInstructionsPerSecond，每秒109条指令）。,返回,1.5.3常见微型计算机的硬件设备,返回,1.微处理器,微处理器是将运算器、控制器、高速内部缓存集成在一起的超大规模集成电路芯片，是计算机中最重要的核心部件。图5中上面是p4，下面是一种汽车用微处理器RS1000。,图5微处理器,返回,2.存储器,微机中的内存一般指随机存储器(RAM)。目前常用的内存有SDRAM和DDRSDRAM两种。,图6内存,返回,3.微机常见总线标准,1）PCI总线2）AGP总线3）USB总线4）IEEE1394总线,返回,4.主板,主板是微型计算机系统中最大的一块电路板，有时又称为母板或系统板，是一块带有各种插口的大型印刷电路板（PCB）。它将主机的CPU芯片、存贮器芯片、控制芯片、ROMBIOS芯片等结合在一起。,图7主板,返回,5.输入设备,输入设备是将原始信息转化为计算机能接受的二进制数，以便计算机能够处理的设备。,键盘,鼠标,数码相机,图8输入设备,返回,6.输出设备,输出设备有显示器、打印机、绘图仪和音箱等。1）显示系统:包括显示器和显示适配器（又称显示卡）,显示器,显示卡,图9输出设备,返回,2）打印机,点阵(针式)打印机,喷墨打印机,激光打印机,图10打印机,返回,3）声音系统音频信号是连续的模拟信号，而电脑处理的只能是数字信号，因此，电脑要对音频信号进行处理，首先必须进行模/数（A/D）的转换。这个转换过程实际上就是对音频信号的采样和量化过程，即把时间上连续的模拟信号转变为时间上不连续的数字信号，只要在连续量上等间隔地取足够多的点，就能逼真地模拟出原来的连续量。这个“取点”的过程我们称为采样（Sampling），采样精度越高（“取点”越多）数字声音越逼真。,返回,采样频率是指每秒钟对音频信号的采样次数。单位时间内采样次数越多，即采样频率越高，数字信号就越接近原声。采样频率只要达到信号最高频率的两倍，就能精确描述被采样的信号。一般来说，人耳的听力范围在20Hz到20kHz之间，因此，只要采样频率达到40kHz，就可以满足人们的要求。现时大多数声卡的采样频率都已达到44.1kHz或48kHz，即达到所谓的CD音质水平了。,返回,声波采样与数字化,采样频率f：1/T，每秒钟的采样次数；采样点精度：存放采样点振幅值A的二进制位数；声道数：声音通道的个数，立体声为双声道。每秒钟存储声音容量的公式为：采样频率采样精度（位数）声道数/8=字节数,1.6多媒体技术基础,随着微电子、计算机、通信和数字化声像技术飞速发展，计算机处理的信息已经由原来只能处理字符信息，发展到可以处理声音、图像、视频等多种形式的信息，作为综合处理多种媒体的计算机多媒体技术也得到了迅速的发展，并加速了计算机进入家庭和社会生活的各个领域的速度。1.6.1多媒体技术概述1.6.2多媒体技术研究的主要内容,返回,1.6.1多媒体技术概述,1.媒体和多媒体媒体（Media）是指信息表示和传播的载体。例如，文字、声音、图形和图像等都是媒体，它们向人们传递各种信息。多媒体（Multimedia）是多种媒体的综合。,返回,2.多媒体技术和多媒体计算机,多媒体技术是把数字、文字、声音、图形、图像和动画等各种媒体有机组合起来，利用计算机、通信和广播电视技术，使它们建立起逻辑联系，并能进行加工处理的技术。,返回,多媒体技术有两层含义：,（1）计算机以预先编制好的程序控制多种信息载体，如CD、VCD、DVD、录像机、立体声设备等。（2）计算机处理信息种类的能力，即能把数字、文字、声音、图形、图像和动态视频信息集为一体的能力。当前指