大学计算机教程第六版第1章计算机思维与信息技术基础课件

1、大学计算机教程(第6版) 第1章 计算机思维与信息技术基础清华大学出版社 教育部“十一五”国家级规划教材2013北京市教学成果二等奖2013北京市精品教材本章主要内容计算思维与信息新技术发展计算思维与计算机科学计算机信息技术基础计算机用户与计算机系统现代计算机技术的演变与发展计算机系统与应用分类信息道德与守法计算机信息系统安全计算机系统运算基础与信息编码1.1 计算思维培养信息技术创新意识 以计算思维为核心，发挥计算机信息技术结合本学科应用创新能力的培养优势。1.1.1计算思维与新技术发展 计算机技术高度发达，使我们走进了IT网络无处不在、智能化产品层出不穷、信息技术无人不用的计算物联网时代。

2、 在计算机信息技术领域，计算（Computing）不只是数学本意，是整个自然科学计算方法（Computing Method）的表达实现工具。1.1 计算思维培养信息技术创新意识1.1.2计算思维与计算机科学 计算机学科研究涉及计算模型和计算系统，而计算思维基于计算环境或计算模型实现问题求解，以及如何有效利用计算系统实现应用或信息处理的学科，包括算法模型、计算机软件、硬件系统构建方法与设计的研究。1.1 计算思维培养信息技术创新意识1.1.3 计算思维与大学计算机教学 大学计算机课按照教育部教指委有关计算思维教学要求，结合国内外高等教育发展，按各学科IT需求人才，构建计算机基础教学内容，为各专业

3、建设和学生后续选课学习规划服务。 大学计算机课程涉及知识包括系统平台、计算环境、数据处理、信息资源管理、计算方法、程序设计、基础等等，涵盖了计算思维各层面上问题求解的思维与方法。1.1 计算思维培养信息技术创新意识计算思维能力培养 大学计算机教学，不仅要培养计算环境和计算方法应用，还要培养学生掌握不同计算环境下的问题求解综合技能。图1.1计算思维能力培养技术核心1.2 计算机信息技术基础1.2.1 计算机与信息技术 信息是客观世界中各种事物，通过人的感官感知和头脑加工而形成的对事物的认识或概念，是对人们有用的知识。 数据则是载荷信息的载体。计算机数据可以是数字、文字、图形、图像、语言、声、光、

4、色等有意义描述体的单一载体。计算机信息数据处理过程 信息技术应用在实践中广泛使用，其系统基本构成，如图1.3所示。信息技术系统模式1.2.2 计算机用户与计算机系统 计算机用户与计算机系统分层视图，如图1.4所示。1.2.3 现代计算机技术的演变与发展 目前，人们日常使用和常见的计算机一般是通用电子计算机，简称微型计算机、微机、个人电脑等。 现代计算机(computer)无论是哪一种机型，它们都有共同特性，即计算机是一种能够自动执行程序指令，对各种信息高速处理，并有记忆存储能力的电子设备。 现代计算机的发展中，杰出的代表人物是英国的艾兰图灵(Alan Mathison Turing) 一是建立

5、了图灵机(Turing machine, TM)的理论模型，对数字计算机的一般结构、可实现性和局限性具有深远的意义； 二是提出了定义机器智能的图灵测试(Turing test)，奠定了“人工智能”的理论基础。艾兰图灵(Alan Mathison Turing) 另一位杰出的代表人物是美籍匈牙利人冯诺依曼(Johon Von Neumann) 冯诺依曼是在纯粹数学、应用数学、量子物理学、逻辑学、气象学和经济学等诸多领域，都有重要建树和贡献的伟大学者。 冯诺依曼首先提出了在计算机中存储程序的概念，使用处理单元完成计算、存储及控制操作。冯诺依曼(Johon Von Neumann)第一代计算机技术特

6、征 电子管计算机时代(1946年到20世纪50年代末期)，主要特点是采用电子管作为基本器件，运算速度一般每秒数千次至数万次。 硬件方面没有随机存储介质，软件方面没有文件管理、没有操作系统，但有了程序设计的概念，程序指令发展到了符号程序。 第二代晶体管计算机时代技术特征 晶体管计算机时代(从20世纪50年代中期到20世纪60年代末期)。其主要特征是采用晶体管元件，开始使用磁芯和磁鼓作存储器，由于体积缩小，功耗降低，从而提高了运算速度和可靠性，一般每秒为数十万次，最高可达300万次，价格却在不断下降。 软件方面产生高级程序设计语言和批处理操作系统。 第三代中小规模集成电路技术机特征 小规模集成电路

7、计算机时代以中小规模集成电路作为计算机的主要元件，进一步提高了运算速度和可靠性。 软件方面也有了更进一步的发展，出现了操作系统；有了标准化程序设计语言；使操作系统更加完善普及，形成了操作系统、编译系统和应用程序三个独立的软件系统。 第四代大规模超大规模集成电路技术特征 1971年起大规模集成电路使计算机进入了第四代；1971年Intel公司制成了第一批微处理4004，这一芯片集成了2250个晶体管组成的电路，PC(Personal Computer)个人计算机得到迅猛发展。 目前计算机主要朝着巨型化、微型化、网络化、智能化、多媒体化五种趋向发展。 1.2.4 计算机系统分类 目前，国内外较多沿

8、用的分类方法是根据美国电气和电子工程师协会(IEEE)于1989年11月提出的标准来划分的，即把计算机划分为 巨型机(supercomputer) 小巨型机(mini super) 大型主机(mainframe) 小型机(minicomputer或minis) 工作站(workstation) 个人计算机(personal computer)等6类。 2013年中国“天河2号”再次夺冠，2014年“天河2号”在全球高性能超级计算机500强榜单中仍高居榜首，领先美国的Titan号。1.2.5 计算机技术应用分类 1. 数值计算或科学计算 2. 数据处理或信息处理 3. 自动控制 4. 计算机辅助

9、系统 5. 人工智能（artifical intelligence,AI) 6. 计算机网络通信技术(computer network) 7. 多媒体（multiMedia）技术 8. 数据库(database applications)技术1.3 信息道德与系统安全 1.3.1 信息道德与守法 作为有文化的时代青年必须要有健康的心里去看待信息世界衍生的各种文化，特别要以正确人生观世界观来看待世界，提高自己的鉴别能力，汲取信息文化的营养，摈除糟粕，拒绝误导，特别是要抵制网络中传播的虚假信息、反动信息，色情、恐怖等有害信息，还要拒绝盗版。 个人上网时一定要遵守文明公约，在学校机房或社会网吧上网，

10、要遵守机房或网吧的管理制度，爱惜公共设备，不要沉溺于玩游戏。严禁传播、制作病毒或黄色、反动等非法信息。总之，要严格要求自己，避免不道德行为和犯罪行为 。1.3.2 计算机信息系统安全主要有以下两个方面 系统的环境安全：计算机的工作环境应有一定的要求：防火、防盗、防高温、防潮等。 系统的信息安全：安全可靠的系统控制与管理：网络管理、电源管理、数据库管理等。 在计算机安全问题上，最令人关注的是计算机病毒(Computer Virus)。 1.3.3计算机病毒防范 中华人民共和国计算机信息系统安全保护条例中指出：“计算机病毒，是指编制或者在计算机程序中插入的破坏计算机功能或者毁坏数据，影响计算机使用

11、，并能自我复制的一组计算机指令或程序代码。” 利用计算机作为犯罪工具的高科技犯罪，成为日益严重的社会问题，不仅阻碍计算机的应用和发展，而且构成了对整个社会的严重威胁。1.计算机病毒侵入计算机系统途径 （1）网络通讯： 文件传输、下载软件、电子邮件等；（2）携带病毒的存储介质： 被感染的光盘、软盘、闪盘（U盘）等；（3）感染病毒的软件： 盗版软件、游戏软件、互借使用工具软件等；（4）游戏程序： 游戏程序极易携带计算机病毒，有的游戏程序本身就有病毒； 2.计算机病毒的表现 （1）磁盘存储不正常：系统不能识别磁盘设备，整个磁盘上的信息均遭破坏；（2）文件异常：文件长度无常，发生变化，文件内的数据被改

12、写或破坏；（3）屏幕显示及蜂鸣器发生异常：屏幕上出现异常信息或画面；（4）系统运行异常：计算机系统速度下降，死机或不能启动，系统内存与磁盘空间大幅度减少，磁盘上多出许多坏扇区等；（5）使用打印机时出现异常：打印机不能联机，打印出一些不可辨识的符号等。 3.计算机病毒的诊断 从下面列举的一些现象，可供参考来判断机器是否可能有病毒存在。 (1)文件读入的时间变长；(2)磁盘访问时间变长；(3)用户并没有访问的设备出现“忙”的信息；(4)出现莫明其妙的隐藏文件；(5)有规律地出现异常信息；(6)可用存储空间突然减小；(7)程序或数据神秘地丢失；(8)可执行文件的大小发生变化；(9)磁盘空间突然变小；

13、(10)文件建立或修改的日期和时间发生了变化；.新病毒总是在随时产生，所以病毒扫描程序和杀毒软件也要不断更新4.计算机病毒的预防 (1)硬件措施 一种比较有效的预防计算机病毒的方法是采用计算机病毒防护卡。 (2)软件措施 软件预防一般采用计算机实时监控程序，这种程序能够监督系统运行，防止某些病毒入侵。 5.计算机病毒的清除 一般的普通用户不易用手工编程等方法清除病毒，最好选择正版杀毒软件做经常性查毒清理。 有时也需要用未感染病毒的系统引导盘启动机器，使用正版杀毒软件做彻底检测和查杀计算机病毒。6.加强教育与管理 目前国家法律对计算机犯罪已有明确的规定。对于制造和传播计算机病毒的犯罪行为要依法追

14、究其法律责任，使其受到法律制裁。 (1)计算机管理制度的建立与健全。 从计算机的使用、维护，到软盘软件的交流都有一整套的规定，并且定期进行安全检查，一旦发现病毒应及时清除。 (2)普及宣传教育。 认识了解病毒及其危害性，养成良好的防毒工作习惯，互相监督，杜绝制造病毒的犯罪行为。 1.4 计算机运算基础 1.4.1 计算机中信息的运算 计算机采用二进制计数系统 二进制数的求和、求积法则分别为：求和 00=001=1 10=111=10求积 00=001=1 10=011=1 1.4.2进位计数制1.十进制 人们最熟悉的计数制是十进制，有以下特点：（1）基本计数符号有十个09。（2）逢10进位。1

15、0是基数。 例如，一个十进制数2768.34，实际值与基数的关系可以这样表示： 2103 + 7102 + 6101 + 8100 + 310-1 + 410-2 = 2768.34 2.二进制 二进制是计算机使用的进位计数制：（1）基本计数符号只有两个0、1。（2）逢2进位，2是基数。 二进制数展开3.八进制八进制的特点是： (1) 基本计数符号有8个07。 (2) 逢8进位，8是基数。 4.十六进制 十六进制特点是： (1)有16个基本符号，09,A、B、C、D、E、F。其中AF对应十进制的1015。 (2) 逢十六进位，基数为十六。 总结起来，对任何L进制有以下特点： (1) 有0(L-

16、1)个基本计数符号。 (2) 逢L进位。1.4.3 几种计数制之间的转换 1.二进制数转换为十进制数 根据前面的公式，任何进制的数都可以展开成为一个多项式，其中每项是位权与系数乘积。多项式求和的结果，是所对应的十进制数。 例如：(11001.01)2=124+123+022+021+120+02-1+12-2=16+8+1+0.25=25.25 2.十进制转换为二进制数 （1）将十进制整数转换成二进制数。（2）将十进制小数转换成二进制数。 3.二进制与八进制、十六进制之间转换 （1）二进制转换为八进制 如 (100111101)2分组100，111，101 4 7 5 所以，(10011110

17、1)2=(475)8又如 (0.11011)2分组0.110，110 6 6 所以，(0.11011)2=(0.66)8 （2）八进制转为二进制 八进制转为二进制是将每一位八进制数分别转换为三位二进制数。 例如： 4 6 7 5 100 110 111 101 所以 (4675)8=(100110111101)2（3）二进制转换为十六进制数 例如： 0101 0110. 1110 1000 5 6 E 8 所以，(1010110.11101)2=(56.E8)16（4）十六进制数转换成二进制数 例如： (6 B C . D 8)16 0110 1011 1100 1101 1000所以 (6B

18、C.D8)16=(11010111100.11011)2几种进制间对照表 1.4.4西文信息在计算机中的表示 1.4.5中文信息在计算机中的表示 1.汉字国标码 汉字是象形文字，用英文的26个字母不能表达。我国在1981年公布了中华人民共和国国家标准信息交换汉字编码字符集-基本集，代号是“GB2312-80”，称为国标码。 2.区位码 按国标GB2312-80规定，全部国标汉字和图形符号排列在9494的矩阵内，如把行号称为区号，把列号称为位号，并用十进制表示，则每个汉字和图形符号，一定有确定的区号和位号，规定区号在前，位号在后，即组成了区位码。 3.字输入码 汉字输入码也称为外码，每个汉字输入

19、码对应一个汉字，用于输入汉字时的汉字编码。汉字输入编码方法可分为四类，即字音编码法、字形编码法、音形编码法和整字编码法。 4.汉字机内码 汉字机内码常称为汉字的内码，是一个汉字被系统内部处理使用的代码。 汉字的内码是统一的。为区别用ASCII码表示的西文和两个字节表示的汉字，汉字内码的最高位均为置1。5.汉字字形码 要显示汉字的字形就需要用点阵形式来组成每一个汉字的字形，称汉字字形码。所有汉字字形码的集合就是我们通常所说的“汉字库”。一个汉字的点阵越多，输出的字越细腻，但占用空间越大。 6.汉字地址码 汉字库中每个汉字字形都有一个存储区域，该区域的起始地址，就是汉字的地址码。 汉字库的设计，大多数是按汉字国标码次序排列，每个汉字通过机内码求得相应字形码。 然后才能在汉字字库中，取出该汉字字模，即汉字的字型。 7.汉字的输入方法（1）全拼输入法 拼音输入法分为全拼、简拼、双拼、微软拼音输入法等等。（2）五笔字型汉字输入法 这种汉字输入方法用130个字根组字或词，主要以击四键定一个汉字，不需要选字，基本没有重码，便于盲打，另外还有词组输入等。 1.5计算机常用术语 1.软件：软件(Software)计算机可以执行的程序与执行程序所需要数据与文档资料。