信息技术基础 课件 第1章信息技术概论

第1章信息技术概论1.1信息与信息技术主要内容：1.1.3信息社会1.1.1信息与数据1.1.2信息技术011.1.1信息与数据1.1.1信息与数据信息数据信息是利用文字、符号、声音、图形、图像等形式作为载体，通过各种渠道传播的信号、消息、情报等内容。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。信息具有普遍性、载体依附性、有用性、时效性、共享性。同一个信息也可以用不同形式的数据表示，例如，同样是星期日，英文用“Sunday”表示。021.1.2信息技术1.1.2信息技术信息技术是指在信息的获取、整理、加工、存储、传递和利用过程中所采用的技术和方法。它主要是应用计算机科学和通信技术来设计、开发、安装和实施信息系统及应用软件。现代信息技术是以电子技术，尤其是微电子技术为基础，以计算机技术为核心，以通信技术为支柱，以信息技术应用为目的的科学技术群。031.1.3信息社会1.1.3信息社会为物质和精神产品生产的技术基础为主导经济形式导致了人类教育理念和方式的改变，导致了生活、工作和思维模式的改变，也导致了道德和价值观念的改变信息经济信息技术信息文化1.2计算机技术概述

主要内容1.2.3计算机的应用1.2.4计算机的发展趋势1.2.1计算机的起源与发展1.2.2计算机的特点及分类011.2.1计算机的起源与发展1.2.1计算机的起源与发展第一台真正意义上的电子计算机ENIAC(ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator)于1946年2月在美国宾夕法尼亚大学正式投入运行。1．计算机的起源计算机的发展12345第一代：电子管计算机（1946—1956年）第二代：晶体管计算机（1956—1964年）第三代：集成电路计算机（1964—1971年）第四代：超大规模集成电路计算机（1971年至今）新一代计算机1.2.1计算机的起源与发展021.2.2计算机的特点及分类1.2.2计算机的特点及分类存储容量大具有逻辑判断能力工作自动化通用性强运算速度快计算精度高计算机的特点计算机的分类按处理的对象划分模拟计算机数字计算机混合计算机根据计算机的用途划分通用计算机专用计算机根据计算机的规模划分巨型机大型机小型机微型机工作站1.2.2计算机的特点及分类031.2.3计算机的应用1.2.3计算机的应用科学计算科学计算是计算机最早的应用领域，为解决科学计算，世界上第一台计算机研制成功。信息处理信息处理是指以计算机技术为基础，对大量信息进行加工处理，如分析、合并、分类、统计等，从而形成有用的信息，信息处理是非数值形式的数据处理。过程控制计算机用于生产过程的自动控制要求具有较高的实时性，故又称为实时控制，也称为过程控制。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，常见的有计算机辅助设计，计算机辅助制造，计算机辅助教学等。人工智能又称机器智能，是用计算机模拟人类的一部分智能活动，主要研究智能机器所执行的通常与人类智能有关的功能。计算机网络与通信利用通信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，并能交互式的交流信息，这是传统通信手段难以达到的。多媒体应用随着电子技术特别是通信和计算机技术发展，文本、音频、视频、动画、图形和图像等各种媒体综合构成了“多媒体”。嵌入式系统嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件能灵活变化以适应所嵌入的应用系统，对功能、可靠性、成本、体积、功耗等有严格要求的专用计算机系统。1.2.3计算机的应用041.2.4计算机的发展趋势1.2.4计算机的发展趋势2．微型化3．多媒体化4．网络化5．智能化1．巨型化巨型化是指不断研制速度更快，存储容量更大和功能更强大的超级计算机，巨型机主要用来承担国家重大科学研究、国防尖端技术和国民经济领域的大型计算课题等任务。微型化是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。多媒体是以数字技术为核心的图像、声音与计算机通信等融为一体的信息环境的总称。网络化就是有效结合计算机技术与现代通信技术，将世界各地的计算机通过通信线路连接起来，从而形成一个功能强大、规模巨大、传递信息速度较快的大型网络。智能化是指计算机具有模拟人的感觉和思维过程的能力，智能计算机是目前正在研制的新一代计算机要实现的目标。1.3计算机中信息的表示主要内容1.3.3信息的编码1.3.1信息表示1.3.2数制及其转换011.3.1信息表示1.3.1信息表示

现代计算机有数字电子计算机和模拟电子计算机两大类。目前大量使用的计算机属于数字电子计算机，它只能接受0、1形式的数字数据。但是现实由计算机处理的信息形式各种各样，既有文字、数字、图形、图像等静态信息，亦有声音、动画、活动影像等动态信息，但是计算机无法直接“理解”这些信息，所以计算机需要采用数字化编码的形式对信息进行存储、加工、和传送。无论哪种形式的信息，现代计算机技术的发展，已经能很方便地把这些信息转换成0、1组合的数字数据形式输入计算机，进而由计算机进行存储、处理。1.3.1信息表示计算机内部采用二进制的原因：12345技术实现简单，计算机是由逻辑电路组成，逻辑电路通常只有两个状态，开关的接通与断开，用“1”和“0”表示。简化运算规则：两个二进制数和、积运算组合各有三种，运算规则简单，有利于简化计算机内部结构，提高运算速度。适合逻辑运算：逻辑代数是逻辑运算的理论依据，二进制只有两个数码，与逻辑代数中的“真”和“假”吻合。易于进行转换，二进制与十进制数易于互相转换。用二进制表示数据具有抗干扰能力强，可靠性高等优点。因为每位数据只有高低两个状态，当受到一定程度的干扰时，仍能可靠地分辨出它是高还是低。021.3.2数制及其转换1.3.2数制及其转换1．数制的概念

进位计数制是利用固定的数字符号和统一的规则来计数的方法。数制也称计数制，是指用一组固定的符号和统一的规则来表示数值的方法。按进位的方法进行计数，称为进位计数制。1.3.2数制及其转换

一种进位计数制包含一组数码符号和三个基本因素：数码：一组用来表示某种数制的符号。例如，十进制的数码是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9；二进制的数码是0、1。基数：某数制可以使用的数码个数。例如，十进制的基数是10；二进制的基数是2。数位：数码在一个数中所处的位置。权值：权是基数的幂，表示数码在不同位置上的数值。1.3.2数制及其转换2．常用的进位计数制（1）十进制（DecimalSystem）十进制计数是我们日常使用最多的计数方法,它的计算规则是每相邻的两个计数单位之间的进率都为十，即逢十进一，借一当十。它有0、1、2、3…9一共10个字码，基数为10，每一位的权值是以10为底的幂。例如：十进制数4123=4*103+1*102+2*101+3*1001.3.2数制及其转换（2）二进制（BinarySystem）

二进制是计算技术中广泛采用的一种数制。由18世纪德国数理哲学大师莱布尼兹发现。当前的计算机系统使用的基本上是二进制系统。它的计算规则是每相邻的两个计数单位之间的进率都为二，即逢二进一，借一当二。二进制数据是用0和1两个数码来表示的数。它的基数为2，每一位的权值是以2为底的幂。例如：二进制数1111=1*23+1*22+1*21+1*201.3.2数制及其转换（3）八进制（OctalSystem）

八进制计算规则是每相邻的两个计数单位之间的进率都为八，即逢八进一，借一当八。八进制有0、1、2、3、4、5、6、7一共8个字码。它的基数为8，每一位的权值是以8为底的幂。例如：八进制数7654=7*83+6*82+5*81+4*80

1.3.2数制及其转换（4）十六进制（HexadecimalSystem）

十六进制计算规则是每相邻的两个计数单位之间的进率都为十六，即逢十六进一，借一当十六。十六进制有0、1、2、3、4…E、F一共16个字码。它的基数为16，每一位的权值是以16为底的幂。

采用十六进制的有点在于它可以大大缩短二进制数的数的位数，一位16进制数相当于4位二进制数，书写起来及其方便。例如：十六进制数12EF=1*163+2*162+E*161+F*1601.3.2数制及其转换注意：为了区别不同的进制的数据，在书写表示的时候可以采用后缀或下标标注的形式。（1）把数值用圆括弧括起来，然后使用下标注明进制。例如(1111)2表示二进制数，(123)8表示8进制数。（2）在数值后面加大写英文字母后缀表示进制。B后缀表示二进制，O后缀表示八进制，D后缀表示十进制，H后缀表示十六进制。例如：123H=1*162+2*161+3*160。1.3.2数制及其转换1.3.2数制及其转换3．数制的转换（1）二进制、八进制、十六进制转换为十进制

对于任意一个二进制、八进制、十六进制数转换十进制数，采用按位权展开，再按十进制相加计算就可以了。例如：二进制数1101.11转换为十进制数。1101.11B=1*23+1*22+0*21+1*20+1*2-1+1*2-2=13.75D十六进制数ABC.1转换为十进制数ABC.1=10*162+11*161+12*160+1*16-1

=2748.0625D1.3.2数制及其转换（2）十进制数转换为二进制数整数部分：除基到0，反向写余。小数部分：乘基到一，正向写整。

1.3.2数制及其转换例如：十进制数100.125转换为二进制数。首先进行整数部分的转换。采用除基到0，反向写余的方法。

0.125*2=0.250

0.25*2=0.50

0.5*2=1.01所以得到：100D=1100100B，再看小数部分的转换。所以得到的结果是：0.125D=0.001B所以最后的结果有整数部分和小数部分组合起来：100.125D=1100100.001B1.3.2数制及其转换3）二进制数与八进制数相互转换二进制转换为八进制：

011

111.111B=37.7O，八进制转换为二进制：

204O=010000100B1.3.2数制及其转换4）二进制数与十六进制数相互转换二进制转换为十六进制：

00110111.1110B=37.EH，十六进制转换为二进制：

3A.6H=00111010.0110B031.3.3信息的编码1.3.3信息的编码1．计算机中数据的单位

（1）bit(比特)。

（2）字节（Byte）1kB＝1024B＝210B1MB＝1024kB=220B1GB=1024MB＝230B 1TB=1024GB＝240B

（3）字（word）1.3.3信息的编码2．数值型数据编码

规定一个数的最高位作为符号位，用0表示正数，用1表示负数，使数的符号数字化，符号和数一起进行存储和运算。例如，机器数01111111的真值是+1111111，也就是十进制数+127。

1.3.3信息的编码3．非数值型数据编码（1）西文字符编码①ASCII编码。标准ASCII码扩展ASCII码1.3.3信息的编码3．非数值型数据编码（1）西文字符编码②Unicode编码。Unicode是一本很厚的字典，记录着世界上所有字符对应的一个数字。Unicode给所有的字符指定了一个数字用来表示该字符。1.3.3信息的编码3．非数值型数据编码（2）数字编码（BCD码）BCD(BinarycodedDecimal)码或8421码是十进制数在计算机中的一种表示方法。它是将十进制数的每一位直接用4位二进制码表示。十进制数BCD码000001000120010300114010050101601107011181000910011.3.3信息的编码3．非数值型数据编码（3）汉字编码①交换码（国标码）中国标准总局1981年制定了中华人民共和国国家标准GB2312-80《信息交换用汉字编码字符集--基本集》，即国标码。1.3.3信息的编码3．非数值型数据编码（3）汉字编码②机内码汉字在计算机内部进行存储和处理时，要表示为机内码，即一个汉字输入计算机后首先要转换为机内码，然后才能在机器内流动、处理。

1.3.3信息的编码3．非数值型数据编码（3）汉字编码③汉字字形码点阵码矢量码1.3.3信息的编码3．非数值型数据编码（3）汉字编码④汉字输入码汉字输入码也称汉字外码，是为将汉字输入到计算机设计的代码。流水码拼音类输入法拼形类输入法音形结合类输入法1.3.3信息的编码3．非数值型数据编码（3）汉字编码1.4计算机系统CONTENTS1.4.2计算机硬件系统1.4.3计算机软件系统1.4.1计算机工作原理011.4.1计算机工作原理1.4.1计算机工作原理按照一定格式构成的二进制代码串，是指示计算机执行某种操作的命令。操作码源操作数（或地址）目的操作数地址操作码指示机器执行什么操作，即给出操作要求；操作数指出操作数在存储器或通用寄存器组中的位置，即给出操作数的地址。指令由操作码和操作数两部分组成。

指令

指令一台计算机有许多指令，作用也各不相同。所有指令的集合称为计算机指令系统。计算机系统不同，指令系统也不同，目前常见的指令系统有复杂指令系统（CISC）和精简指令系统（RISC）。1.4.1计算机工作原理

计算机工作原理自动取下一条指令指令译码取指令执行指令计算机基本工作原理包含“程序存储”和“程序控制”，也称“冯诺依曼原理”。1.4.1计算机工作原理

计算机工作原理（1）取指令。即按照指令计数器中的地址，从内存储器中取出指令，并送到指令寄存器中。（2）分析指令。即对指令寄存器中存放的指令进行分析，确定执行什么操作，并由地址码确定操作数的地址。（3）执行指令。即根据分析的结果，由控制器发出完成该操作所需要的一系列控制信息，去完成该指令所要求的操作。（4）指令计数器加1。（5）再取出下一条指令，重复上述步骤。1.4.1计算机工作原理021.4.2计算机硬件系统计算机的硬件系统主要由运算器、控制器、存储器、输入设备及输出设备五大部分组成。1.4.2计算机硬件系统计算机硬件系统输入设备控制器运算器存储器内存储器外存储器高速缓存输出设备

输入设备输入设备是从计算机外部向计算机内部传送信息的设备。其功能是将数据、程序及其他信息，转换为计算机能够识别和处理的二进制代码输入到计算机内部。 1.4.2计算机硬件系统

控制器控制器是对输入的指令进行分析，并统一控制计算机的各个部件完成一定任务的部件。它一般由指令寄存器、状态寄存器、指令译码器、时序电路和控制电路组成。控制器就是协调指挥计算机各部件工作的元件，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。1.4.2计算机硬件系统

运算器又称算术逻辑部件（ArithmeticandLogicUnit，ALU），主要用于算术运算和逻辑运算。它的速度决定了计算机的运算速度。

内部结构：ALU、寄存器、控制电路

执行操作：算术运算（+

-

×

÷）、

逻辑运算（与、或、非、异或）、移位、补位操作（左移、右移）

性能指标：字长和运算速度。1.4.2计算机硬件系统

存储器存储器是计算机的记忆装置，它的主要功能是存放程序和数据。存储器内存储器外存储器1.4.2计算机硬件系统

存储器内存储器内存可以被CPU直接访问。内存容量小、速度快、掉电后RAM信息全部消失。内存储器随机存储器RAM可读可写，掉电消失只读存储器ROM只读不写，掉电不失高速缓冲存储器Cache速度快于内存，容量小于内存1.4.2计算机硬件系统

存储器外存储器外存作为内存储器的延伸和后援，存取速度慢，存储容量大，间接和CPU联系，用来存储大量的暂时不用的数据和程序，一旦需要，可成批地与内存交换信息。外存储器磁表面存储器硬盘、移动硬盘、磁带光存储器光盘半导体存储器U盘、SD卡、固态硬盘1.4.2计算机硬件系统

输出设备将计算机的处理结果传送到计算机外部供计算机用户使用的设备。其功能是将计算机内部二进制形式的数据信息转换成人们所需要的或其他设备能接受和识别的信息形式。1.4.2计算机硬件系统031.4.3计算机软件系统1.4.3计算机工作原理软件是指使计算机运行所需的程序、数据和有关文档的总和。

软件指令程序文档软件软件是用户与硬件之间的接口界面，计算机软件通常分为系统软件和应用软件两大类。系统软件是负责管理计算机系统中各种独立的硬件，使得它们可以协调工作。

系统软件应用软件数据库管理系统系统支撑服务程序语言处理程序操作系统裸机应用软件数据库管理系统系统支撑服务程序语言处理程序操作系统裸机1.4.3计算机工作原理操作系统（OS，OperatingSystem）是一组对计算机资源进行控制与管理的系统化程序集合，它是用户和计算机硬件系统之间的接口，为用户和应用软件提供了访问和控制计算机硬件的桥梁。操作系统是直接运行在裸机上的最基本的系统软件，任何其他软件必须在操作系统的支持下才能运行。

系统软件1.4.3计算机工作原理语言处理程序语言处理程序就是能够将高级语言或汇编语言编写的程序翻译成某种机器语言程序，使程序能够在计算机上执行。语言处理程序主要分为汇编程序、编译程序和解释程序三种。

系统软件1.4.3计算机工作原理系统支撑和服务程序服务性程序是指为了帮助用户使用与维护电脑，提供服务性手段并支持其他软件开发而编制的一类程序。服务性程序是一类辅助性的程序，它提供各种运行所需的服务。主要有工具软件、编辑程序、软件调试程序以及诊断程序等几种。

系统软件1.4.3计算机工作原理数据库管理系统数据库系统是为适应数据处理的需要而建立的存储各种数据资料的数据库，并进行操作和维护的系统，是存储介质、处理对象和管理系统的集合体。常见的数据库系统有：MySQL、SQLServer、Oracle等。

系统软件1.4.3计算机工作原理为解决计算机各类应用问题而编写的软件称为应用软件。应用软件（Application）是用户可以使用的各种程序设计语言编制的程序的集合，应用软件可以满足用户不同领域、不同问题的应用需求，它可以拓宽计算机系统的应用领域，放大硬件的功能。只为完成某一特定专业的任务，针对某行业、某用户的特定需求而专门开发的软件，如某个公司的管理系统等，都是应用软件。

应用软件1.4.3计算机工作原理程序设计语言是用于书写计算机程序的语言。语言的基础是一组记号和一组规则。程序设计语言有3个方面的因素，即语法、语义和语用。程序设计语言可以分为机器语言、汇编语言、高级语言。

程序设计语言机器语言直接用二进制无需翻译效率高使用繁琐汇编语言使用助记符较易掌握需要翻译通用性差高级语言最接近人类语言容易使用易于移植需要翻译效率较低解释型语言编译型语言1.4.3计算机工作原理1.5微型计算机系统CONTENTS1.5.2微机的主要性能指标1.5.3常见微型计算机的硬件设备1.5.1微型计算机分类011.5.1微型计算机分类1.5.1微型计算机分类分类1245单片机单板机个人计算机便携式微机021.5.2微机的主要性能指标1.5.2微机的主要性能指标主频即时钟频率，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）。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。CPU内执行指令的运算器和控制器的数量。多核心处理技术的推出，大大地提高了CPU的多任务处理性能，并已成为市场的主流。字长内核数内存容量内存储器中能存储信息的总字节数。一般来说，内存容量越大，计算机的处理速度越快。随着更高性能的操作系统的推出，计算机的内存容量会继续增加。单位时间内执行的计算机指令数。单位有MIPS和BIPS。一般来说，主频越高，运算速度越快；字长越长，运算速度越快；内存容量越大，运算速度越快；存取周期越小，运算速度越快。机器的兼容性，系统的可靠性（平均无故障工作时间MTBF），系统的可维护性（平均修复时间MTTR）等。另外，性能价格比也是一项综合性的评价计算机性能的指标。运算速度其他1.5.2微机的主要性能指标031.5.3微型计算机的硬件设备1.5.3常见微型计算机的硬件设备微型计算机的硬件设备有微处理器、存储器、主板、总线、输入/输出设备等组成。微处理器是将运算器、控制器和高速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。

微处理器图1

IntelCPU（左）和龙芯CPU（右）

1.5.3常见微型计算机的硬件设备微机中的内存一般指指随机存储器(RAM)，目前常用的内存有SDRAM和DDRSDRAM。

存储器图2

DDR内存1.5.3常见微型计算机的硬件设备硬盘是微机上最重要的外存储器，它由多个质地较硬的涂有磁性材料的金属盘片组成，是目前存取速度最快的外存。

存储器闪存的存储介质为半导体集成电路，是主流的可移动外存，又称“优盘”，可反复存取数据。光存储器是利用激光技术存储信息的装置，具有价格低、保存时间长、存储量大等特点，目前用于计算机系统的光盘可分为：只读光盘（CD-ROM、DVD）、追记型光盘（CD-R、WORM）和可改写型光盘（CD-RW、MO）等。1.5.3常见微型计算机的硬件设备总线（Bus）是计算机各功能部件之间传送信息的公共通信干线，它是由导线组成的传输线束。微机内部信息的传送是通过总线进行的，各功能部件通过总线连在一起。微机中的总线一般分为数据总线、地址总线和控制总线，分别用来传输数据、数据地址及控制信号。

总线1.5.3常见微型计算机的硬件设备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