计算机信息技术概述

图写彻胸思国画

主讲：信良工程学院

陈志敏

联系方法：

注£:87971685(0)

^maiC:zmchen@

皎9160939

T教学目标

-掌握计算机科学的基础知识

-具有熟练的计算机基本操作能力

-培养学习方法及信息获取能力

基础知识篇

第一章计算机信息技术

第二章计算机硬件

第三章计算机软件

第四章多媒体技术

第五章计算机网络

第一章计算机信息技术

学习目标

■信息与信息技术

■信息处理工具——计算机

■信息表7K

・信息逋信

信息与信息技术

什么是信息?

■信息(Information)

-认识主体感知或表述事物运动状态及变化的方式

-语言、文字、声音、图片等都是信息的表现形式

■与物质和能量一起成为人类社会的一种基本资源

■信息特征

-可度量、共享、存储、传输、加工…

信息处理

包括

■信息的收集（如信息的感知、测量、获取、输入等）

-信息的加工（如信息的分类、计算、分析、转换等）

■信息的存储（如书写、摄影、录音、录像等）

■信息的传递（如邮寄、电报、电话等）

■信息的施用（如控制、显示等）

人工信息处理过程

■人工信息处理的不足:

-算不快

-记不住W二＞信息技术(IT)

-传不远

■看(听)不清

信息技术

■信息技术（InformationTechnology,简称IT）

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

-信息技术包括

-扩展感觉器官功能的感测（获取）与识别技术

■扩展大脑功能的计算（处理）与存储技术

■扩展神经系统功能的通信技术

-扩展效应器官功能的控制与显示技术

■电子信息技术核心

■计算机技术

■微电子技术

■传感技术

■通信技术

信息技术的发展历史

◎语言的形成和使用

◎文字的创造

◎印刷技术的发明

◎电报和电话通信

◎广播、电视

◎雷达、卫星（遥感感测）

◎计算机、机器人

◎因特网

信息处理工具

计算机

什么是计算机?

■一种通用的信息处理工具

■一种能够接收信息并按照存储在其内部的程序对输入

信息进行处理，最终产生输出结果的高度自动化的数

字电子设备

输入信息计算机输出信息

①

输

入

计算机有哪些特性?

■速度快

■存储容量大

■通用性好

-计算机之间具有互连、互通和互操作的能力

计算机的负面影响

・系统崩溃给社会带来不可预测的严重后果

■信息欺骗和计算机犯罪增加

■知识产权保护更加困难

■不良和有害信息肆意传播和泛滥

■个人隐私受到威胁

■长期沉迷于计算机游戏、网络聊天等给青少

年生理和心理带来严重危害

早期的计算机

]——手摇机械讨算机

・1642〜1644,帕斯卡（法国）

•第一台机械式计算机—加法机

早期的计算机

---二进^缶,的手把“十£

■1671年，莱布尼兹（德国）

■四则运算

・二进位运算制

早期的计算机

--差分机

•巴贝奇（英国）

•1822年，差分机

・1833~1835年,分析机

输入、处理、存储、控制和输出

早期的计算机

--第一个程序员AdaByron

•142年,AdaByron（英国）

•Ada语言

早期的计算机

----人工智能之父阿兰•图林

■1936年，图林论文《理想计算机》，

证明了通用计算机存在的可能性

■1950年，图林论文《机器能思考吗》，

奠定了人工智能的基础

■1956年，设立“图林奖”

早期的计算机

---存储程序的计算机

-1945年，冯•诺依曼（美国）

■明确规定五大部件

■二进制替代十进制I

■“存储程序”和“程序控制”思龙

第一含电子数李计算机

——“ENIAC”

•ElectronicNumericalIntegratorandCalculator

・1946年2月14日，宾夕法尼亚大学

•相关情况

一大小：长24m,宽6m,高2.5m

-速度：5000次/s

-重量：30吨

—功率：140KW

-平均无故障运行时间：7min

电子计算机发展的8个时代

第1代一也子管计算机

■1946~1958

■主要元件：电子管

■运行速度：每秒几千次〜几万次

电子计算机发展的8个时代

第2代一晶体管计算机

■1959~1964

■主要元件：晶体管

■运行速度：每秒几十万次

早期的船体管

电子计算机发展的四个时代

第3代一集成电路计算机

■1965~1970

-主要元件：集成电路

■运行速度：每秒几十万次〜几百万次

小规模集成电路

电子计算机发梭的四个时代

第4代一大规模/超大规模集成电路计算机

■1971-

■主要元件：LSI,VLSI

■运行速度：每秒几百万次〜亿次

什么是集成电路?

■集成电路（IntegratedCircuit,简称IC）小规模集成电路

以半导体单晶片作为基片，采用平面工艺，将晶体管、

电阻、电容等元器件连接而成的电路制作在基片上所构

成的一个微型化的电路或系统

■优点

■体积小、重量轻

■功耗小、成本低

-速度快、可靠性高

超大规模集成电路

集成电路的分类

丁按用途分

集成电路规模元器件数目

■通用集成电路

小规模集成电

-专用集成电路<100

路

-按电路的功能分(SSI)

中规模集成电

-数字集成电路100-3000

-模拟集成电路路(MSI)

大规模集成电

■按集成度分300030万

路(LSI)

超大规模集成

10万~100万

电路(VLSI)

极大规模集成

〉100万

电路(ULSI)

［集成电路的制造流程（选学）

硅抛光片|玉型工A丽］检叫分A区用封装假成电,成品测试A丽

--------艺-----关

单

晶

武

锭

硅平面工艺包括氧化、光

对晶圆上的每进行成品测试,

刻、掺杂和互连等工序，

个电路进行检按其性能参数

单晶硅锭经切最终在硅片上制成包含多

II测，然后将晶分为不同等级,

割、研磨和抛层电路及电子元件的集成

圆切开成小片,贴上规格型号

光后制成镜面电路。通常每一硅抛光片

把合格的电路及出厂日期等

卜样光滑的圆上可制作成百上千个独立

分类，再封装标签，成品即

形薄片,称为的集成电路，这种整整齐

卜'硅抛光片"成一个个独立可出厂

齐排满了集成电路的硅片的集成电路

称作“晶圆”

集成包路的封装

手常见封装方式

■单列直插式（SIP）

-双列直插式（DIP）

-阵列式（PGA）

FC-PGA2封装方式

（Pentium4处理器）集成电路插座

集成也路的发展超势

Moore定律：单块集成电路的集成度平均

每18个月翻一番(GordonE.Moore,1965年)

晶体管数

例：Inte1微处理5务集成度1的发展100,000,000

Ppnfiiiiri4

PentiumAIILZ>

10,000,000

Pentiuin^^^

-PemumII

80486^^1,000,000

80386^一

8(100,000

厂8086

10,000

808U、)

8008

40041,000

1970197519801985199019952000

进一步提,集成度的问题与出路

■问题

-线宽进一步缩小后，晶体管线条小到纳米级时，其电流

微弱到仅有几十个甚至几个电子流动，晶体管将逼近其

物理极限而无法正常工作

■出路

-在纳米尺寸下，纳米结构会表现出一些新的量子现象和

效应，人们正在利用这些量子效应研制具有全新功能的

量子器件，使能开发出新的纳米芯片和量子计算机

-同时，正在研究将光作为信息的载体，发展光子学，研

制集成光路，或把电子与光子并用，实现光电子集成

IC卡简介（选学）

-IC又称集成电路卡，是把集成电路芯片密封在塑料卡基片

内，使其成为能存储信息、处理和传递数据的载体

■特点

-存储信息量大PPC

-保密性能强SmartCard

memorydnpor

-可以防止伪造和窃用microproceuofchip

-抗干扰能力强

-可靠性高

■应用：电子证件、电子钱包

ic卡的类型r楼芯片分类）

■存储器卡

-封装的集成电路为存储器

-信息可长期保存，也可通过读卡器改写

-结构简单，使用方便

-用于安全性要求不高的场合，如水电卡、公交卡、医疗卡等

■CPU卡

-封装的集成电路为中央处理器（CPU）和存储器

-配有操作系统，处理能力强

-保密性更好，常用作证件和信用卡使用

41c卡的类型（按使用方式分类）

・接触式ic卡

■表面有方型镀金接口，共8个或6个镀金触点使

用时必须将IC卡插入读卡机

■易磨损、怕脏、寿命短

接触式ic卡

■用于信息量大、读写操作比较复杂的场合

■非接触式IC卡（射频卡、感应卡）

-采用电磁感应方式无线传输数据，解决了无源

和免接触问题

■操作方便，防水、防污，使用寿命长

■用于读写信息较简单的场合

非接触式ic卡

非接触式IC卡的工作原理

当IC卡处在读卡器有效范围（一般为

5~10cm）内时，卡内的一个LC串联谐

「读卡器发出一组固定:

振电路（谐振频率相同的）便产生电磁共

频率的无线电波（射频振，使电容充电，从而为卡内其它电

信号），通过天线向外｛各提供2V的工作电压

读卡器收到数据后，通过接口将IC去（或接收读卡器送来的数

卡数据传送给PC,PC将判断该卡［据）___________

的合法性，作出相应处理

二代身份证

■一非接触式CPU卡

■电子防伪功能

-个人数据和人脸图像经加密后存储在芯片中，需要时

可通过非接触式读卡器读出验证

■数字管理功能

-能储存多达几兆字节的信息，采用分区存储，按不同

安全等级授权读写

-采用数据库和网络技术，可实现全国联网快速查询和

身份识别

计算机的应用

-数值计算

■信息处理

■实时控制

■辅助系统

-计算机辅助设计(CAD)

■计算机辅助制造(CAM)

■计算机辅助教学(CAI)

■人工智能(AI)

信息表示

信息的基本单位

比特(bit)

■比特(binarydigit),也称“二进位”

■只有两种取值：0,1

■组成数字信息的最小单位

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表

示

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i

像

比特在计算机中如何表示？

-电路的高电平状态或低电平状态(CPU)

・电容的充电状态或放电状态(RAM)

■两种不同的磁化状态(磁盘)

-光盘面上的凹凸状态(光盘)

例：CPU内部二进位信息的表示

■通常使用高电平表示，低电平表示o

o

例：磁盘存储器中比特的表示

■磁盘表面微小区域中，磁性材料粒子的两种不

同的磁化状态分别表示0和1

磁性材料粒子

I^ij：CD/DVD盘片上比特的表示

・•表面的凹、凸状态用于表示和存储二进位信息

CD光盘表面DVD光盘表面

,比特与二进制数

■什么是数制？

・也称计数制、进位计数制

・用一组固定符号和统一规则来表示数值的方法

十进制

・由0,1,2,3,4,5,6,7,8,9组成

■低位与高位的关系是：逢十进一

・基数为10,各位的权值为10°,101,102...

例：6666=6X103+6X102+6X101+6X10。

二进制(Binary)

-什么是二进制？

-每一位由o,1组成，使用1个“比特”表示

-逢二进一

■基数为2,各位的权值为2。，21,22...

■例：(1010)2=1010B

■为什么计算机采用二进制？

-物理实现容易

-运算规则简单

-可进行逻辑运算

二进制运算

■算术运算

■0+0=0,0+1=1,1+0=1,1+1=10

■0—0=0,0—1=1,1-0=1,1-1=0

■举例

1011001

+100-100

~1001--0101

■逻辑运算（与、或、取反）

.0A0=0,0Al=0,1AO=O,1A1=1

.0V0=0,OV1=1,1VO=1,1V1=1

■0取反为工，工取反为0

/I进制(Octal)

■有0,1,2,3,4,5,6,7构成

■逢八进一

■基数为8,位权分别是8。,81,82...

例：（37）8=37Q

十六进制(Hexadecimal)

■有0,1,2,……,9,A,B,C,D,E,F构成

■逢十六进一

■基数为16,位权分别是16。，16,162…

例：(1A5)16=1A5H

不同进位制数的比较

十进制二进制八进制十六进制

0000000

1000111

2001022

3001133

4010044

5010155

6011066

7011177

81000108

91001119

10101012A

11101113B

12110014C

13110115D

14111016E

15111117F

不同进位制数之间的转换

■二(八、十六)进制数少十进制数

方法：乘权求和

2

例：1O1OB=1X23+0X2+1X240X2°=(10)10

37Q=3x81+7x8°=31

1A5H=1X162+10X1645X16°=421

不同进位制数之间的转换

■十进制数今二（八、十六）进制数

■整数转换：除基取余（反向）

例：（23）10=（10111）2

2di

2|11------11低位

207--1

2[2-一1

2上一一0高位

0——1口

不同进位制数之间的转换

■十进制数转换为二（八、十六）进制数

■小数转换：乘基取整

例：（0.625）10=坦也_

0.625

x2

1.250

0.25

x2

0.50

0.5

（/x2

1.0

不同进位制数之间的转换

■二进制数分八进制数八进制数二进制数

■二f八：三位合一位0000

lz011,010z100B=1324Q1001

■八f二：一位变三位2010

(724)8=111,010,10083011

4100

5101

6110

7111

不同进位制数之间的转换

十六进制数二进制数

■二进制数少十六进制数00000

10001

■二f十六：四位合一位20010

101101,0100B=2D4H30011

z40100

■十六f二：一位变四位50101

60110

BO1H=1O11ZOOOOZOOO1B70111

81000

91001

A1010

B1011

C1100

D1101

E1110

1111

思考题

下列数中最小的为?

A.52Q

B.2BH

C.44D

D.101001B

思考题

设有某进制数运算：2X2=10,根据该规则

十进制运算3+6的结果写成该数制为？

A.21

B.9

C.18

D.15

二进制信息的计量单位

■比特（bit）:信息表示的最小单位

-字节（Byte）：信息的基本编址单位

■计算机存储器容量的计量单位

■KB:1KB=21。字节=1024B（千字节）

■MB:1MB=22。字节=1024KB（兆字节）

-GB:1GB=23。字节=1024MB（吉字节、千兆字节）

■TB:1TB=24。字节=1024GB（太字节、兆兆字节）

数值在计算机内的表示

PC机中数的主要类型

小数点固定隐含

（在个位数右面J（无符号整数

计

（定点数了

算

机I带符号整数

中

的

数32位（单精度浮点数）

实数

64位（双精度浮点数）

小数位（扩充精度浮点数）

（八占、、不I128

无符号整数的表示

十进制数8位无符号整数

-以二进制自然码表示000000000

■所有位都表示值的大小100000001

200000010

11110110300000011

■取值范围由位数决定400000100

500000101

8••

■8位:可表示0〜255(2-1)••

范围内的所有正整数••

25211111100

25311111101

25411111110

用2个字节表示，取值范围是?25511111111

带符号整数的表示

最最

高低

位莅

符号位

数值部分

■符号部分：“0”表示正号(+),“I”表示负号㈠

■数值部分

(1)原码表示

(2)反码表示

(3)补码表示

,原码

符号：由最高位的0或I表示X的正或负

数值：X绝对值的二进制自然码表示

例：［+33］原=00100001［-33］原=10100001

［+0］原=00000000.0］原=10000000

8个二进位表示范围:一127〜+127(27.1)

i,反码

正数反码：与其原码相同

负数反码：原码除符号位外的各位取反

例：［+33］反=［+33］原=00100001

［33］反=11011110

［+0］反=［+0］原=00000000

［0］反=11111111(［-01^=10000000)

L补码

正数补码：与其原码相同

负数补码：原码除符号位外各位取反后最低位加1

例：［+33］补=［+33］反=［+33］原=00100001

［-33］补=11011111(［-33］反=11011110)

［+0］补=［+0］反=［+0］原=00000000

［-0］#=11111111+1=00000000

(［-0］原=10000000、［-0］反=11111111)

例：计算8・3

［+8］补=00001000

卜3］补=11111101

00001000

100000101

[实数（浮点数）的表示

-实数特点

-既有整数部分又有小数部分，小数点位置不固定

-任一个实数可表达成一个乘塞和一个纯小数之积

-例如：-0.0034756=-0.34756X102

-实数的表示方法：记阶法

-乘事中的指数：表示实数中小数点的位置

■纯小数部分（尾数）：表示实数中的有效数字部分

■数的正负（符号）

二进制实数的浮点表示

■任一个二进制实数N均可表示为：

N=±SX2P

（其中，土是该数的符号；S是N的尾数；P是N的阶码）

例如：1001.011B=0.1001011BX2100

-0.0010101B=-0.10101BX2』°

■因此，32位的单精度浮点数在计算机中可表示为:

尾符

阶符\-8位一:/23位-

HFT

信息通信

［通信及现代通信系统

•通信：各种信息的传递

・现代通信：指用电波或光波传递信息的技术

•通信四要素：信源、信宿、信道、信号

通信系统的模型信道的任务是迅速、可靠而

准确地将信号从信源传输到

信宿

y

信

号号

信源（宿）信道信宿（源）

发送信息被传输的信息都必须以

接收信息

、的设备某种电（或光）信号的形

y［式才能进行后输的设备

有线电话移动电话计算机通信

信源/信宿电话座机手机计算机

信号话音经电话机转话音经电话机转换成为编码、打包后的数字信号

换成为变化的电压缩编码后的数字信号

流信号

信道电话线和中继器无线电波、基站等双绞线、集线器、路由器、

等传输设备光纤等

模拟信号与数字信号

■电（光）信号的两种形式

-模拟信号：通过连续变化的物理量表示信息

-数字信号：使用有限个状态（一般2个）表示信息

信号信号

强度

tt

模拟信号数字信号

模拟信号如何传输?

-近距离传输

.直接传输（如：MP3播放器一＞耳机）

■远距离传输

・载波传输（如：广播电台一〉收音机）

模拟信号的三种调制方法

载波信号WVWVWVWVWW

(高频正弦波)

调制信号

(连续信号)

调幅(AM)

调频(FM)WWWWWWWWW

调相(PM)wwwwwwwwm

数字信号如何传输?

■远距离