计算机与信息技术基础 课件 第1章 计算机与计算思维

第1章计算机与计算思维01计算机的发展02计算机系统04计算机的信息表示03计算机思维目录Content05程序设计基础发展阶段起止年份电子元件特点应用领域第一代1946-1956电子管运算速度5000~30000次/秒，体积大，可靠性差军事计算、科学实验（如弹道计算等）第二代1957-1964晶体管运算速度几万~几十万次/秒，体积缩小，可靠性提高数据处理、工业控制、早期航空航天等第三代1965-1970小规模集成电路运算速度几十万~几百万次/秒，体积和重量进一步缩小，可靠性提高企业级应用、远程通信、教育科研等第四代1971-至今大规模、超大规模集成电路运算速度几百万次~上亿次/秒，体积和重量空前缩小，可靠性显著提高个人计算、互联网、多媒体、移动设备、云计算等第五代1980-至今超大规模集成电路和其他新型物理元件运算速度和存储能力都空前提高，高度智能化大数据分析、自动驾驶、物联网、智慧城市、AI研究计算机的发展1956年，计算机被列为发展科学技术的重点之一。1958年，中国第一台电子管计算机“103机”研制成功。2010年11月，中国国防科技大学研制的“天河一号”超级计算机以每秒2570万亿次的运算速度排名世界第一。2022年11月的全球超算Top500榜单中，中国在超级计算机的数量方面保持领先优势，“神威·太湖之光”和“天河二号”分别位列第七和第十位。中国的计算机发展计算机系统组成结构图办公软件、网络软件、多媒体软件等计算机硬件系统硬件系统即组成计算机的所有实体部件的集合。计算机硬件系统包括主机和外设。输入设备输出设备存储器运算器控制器程序、数据输出数据程序数据指令地址数据数据

冯·诺依曼计算机体系结构图CPUCPU是中央处理器（CentralProcessingUnit），是一块超大规模的集成电路，是计算机的运算核心和控制核心，决定着计算机的性能。功能：主要是解释执行计算机指令以及处理数据运算。目前Intel处理器占80%以上市场份额，此外常见还有AMD处理器、国产龙芯。内存内存（主存）又称为内部存储器，是计算机中的主要部件，它是外存与CPU进行沟通的桥梁。作用：用于暂时存放CPU中的运算数据，以及与硬盘等外部存储器交换的数据。内存是直接与CPU相连并协同工作的存储器。计算机中所有程序的运行都是在内存中进行的，内存的存取速度直接影响计算机的整体运行速度。根据存取方式的不同，内存分为随机存取存储器、只读存储器和高速缓冲存储器内部存储器的构成

随机存储器（RAM）只读存储器（ROM）高速缓存（CACHE）用以存放固定的程序和数据(BIOS)。只能读出，不能写入。断电后，信息不会丢失。既可以从中读出数据，也可以写入数据。断电后，信息会丢失。用以临时存放用户的程序和数据。最重要的存储器。整个计算机系统的内存容量主要由这个部分的容量决定。是位于CPU与内存之间，是一个读写速度比内存更快的存储器。通常包括一级cache,二级cache和三级cache。计算机的主要性能指标外存容量通常是指硬盘容量。运算速度计算机单位时间内执行指令的平均条数显存、硬盘转速、软件配置等内存容量主要是指RAM的部分。字长计算机一次运算中处理的一组二进制数的长度。计算机主要性能指标字长计算机在一次运算中处理的一组二进制数称为一个计算机的“字”，而这组二进制数的位数就是“字长”。字长总是8的整数倍。计算机字长一般分为8位、16位、32位、64位等。这里所说的内存容量主要是指RAM的部分，即通常所说的内存条。内存容量的大小反映计算机动态存储信息的能力。内存容量越大，能处理的数据量就越庞大。内存容量外存主要用来长期保存数据信息。外存容量通常是指硬盘容量（包括内置硬盘和移动硬盘）。外存储器容量越大，可存储数据就越多。外存容量运算速度计算机运算速度，是指计算机每秒钟所能执行的指令条数，用“百万条指令／秒”（MIPS，MillionInstructionPerSecond）来描述。微型计算机一般采用主频(CPU时钟频率）来描述运算速度。一般说来，主频越高，运算速度就越快。对比项目ENIAC微机（IntelCore10thi7)年代19462019运算速度5000次加法/s43亿次运算/s重量28吨1.3kg（笔记本电脑）尺寸占地100m213、14、15英寸计算机软件系统软件系统系统软件操作系统：Windows、Unix、Linux等办公软件、网络软件、多媒体软件等语言处理程序

数据库管理系统

应用软件系统工具软件位于软件系统最底层管理计算机硬件满足不同应用需求而开发的程序操作系统（OperatingSystem)：是计算机软件中最重要和最基本的系统软件，是计算机裸机与应用程序及用户之间的桥梁。负责指控制和管理整个计算机系统的硬件和软件资源。常用的操作系统有Windows、Unix、Linux系统等。操作系统在计算机中的作用可以概括为两点：1.对计算机的软硬件资源进行统一管理和调度，以提高计算机的使用效率。其中软件资源包括有关的程序和文档，硬件资源包括CPU、主存和外部设备等。2.为用户提供良好的人机界面，使得用户不必了解过多的计算机硬件细节，可以更便利达到使用和操作计算机的目的。计算机由五个基本部分组成。采用二进制形式表示计算机的指令和数据。“存储程序”与“程序控制”计算机设计的三大思想预先将需要执行的任务用程序设计语言写成程序（指令序列），与需要处理的原始数据一起通过输入设备输入并存储在计算机的存储器中存储程序

程序控制

每一条指令中明确规定了计算机从哪个地址取数，进行什么操作，然后送到什么地址去等步骤。运算器数据流计算机基本工作原理输入设备存储器输出设备控制流程序/数据指令流控制器0000001100000101+0000100035800001000计算思维

进入信息社会后，人们解决问题思维方式是利用现代计算工具进行数据处理和构建新的数据模型。这种运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计和理解人类行为的思维方式，称为计算思维。

在当今大数据网络时代，计算思维是人人都需要掌握的一种解决问题的能力。计算思维：是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计、以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。计算机信息存储单位位（bit,b)：最小的信息单位字节（byte,B)：最基本的信息存储单位1B（字节）=8b1KB（千字节）=210B=1024B1MB（兆字节）=220B=1024KB1GB（吉字节）=230B=1024MB1TB（太字节）=240B=1024GBTerabyteGigabyteMegabyteKilobytebyte计算机信息存储单位文件内存容量：8GB、16GB、32GB、64G等

硬盘容量：500GB、1TB

、2TB、4TB等U盘容量：128GB、256GB、1TB等数制，以表示数值所用的数符个数来命名，并按一定进位规则进行计数的方法。每一种数制都有它的基数和各数位的位权。二进制0、1两个基本数符逢二进一基数是2十进制0、1、2…9十个基本数符逢十进一基数是10八进制0、1、2…7八个基本数符逢八进一基数是8十六进制0…9，A…F十六个基本数符逢16进一基数是16数制与数制转换BinaryOctalHexadecimalDecimal

十进制数5678.123可以写成：10是基数，第i位的权是10i-1()1010

310

210

110010-110-210-3数制与数制转换千位百位十位个位十分位百分位千分位

2是基数，第i位的权是2i-1任意进制转换为十进制八进制

十进制十六进制

十进制二进制

十进制（3B）H=（）D想一想：59十进制转换为任意进制整数部分，除“n”取余，直到商为零。将所得各次余数依次排列，先取的余数为低位，后取的为高位。转换后R进制整数部分为余数自下而上排列。1363102222……1……0……1……1

低位

高位(13)10=()2取余十进制整数转为二进制1101十进制转为R进制，将整数部分和小数部分分别转换，然后再组合。小数部分，乘“n”取整。用n乘十进制小数，乘积有整数和小数部分。把整数取出，再用n乘小数部分，直到余下的小数部分全为0或满足精度。将所得整数依次排列，以首次取得的整数部分为高位。……1……0……1……1高位

低位(0.6875)10=()20.68752×1.37500.37502×0.75000.75002×1.50000.50002×1.0000取整0.1011十进制小数转为二进制（13.6875）D=（）B想一想：1101.1011二进制转为八、十六进制二进制转化成八进制和十六进制。二进制转八进制三位一组，转十六进制四位一组，不足补零。整数部分：从右向左进行分组。小数部分：从左向右进行分组。

（11

0110

1110.1101

0100）B=（36E.D4）H

36E

D

4

（001

101

101

110.110

101）B=（1556.65）O

155665整数部分位于最高位的11，不足4位，应以零补足，00110011二进制八进制00000011010201131004101511061117(2C.1D)H=(0010

1100.0001

1101)B十六进制转为二进制二进制十六进制10008100191010A1011B1100C1101D1110E1111F二进制十六进制0000000011001020011301004010150110601117八、十六进制转为二进制使用计算器来实现数制转换，方便快捷。主要适合整数的转换。数制与数制转换字符编码国际上最广泛使用的字符编码是美国信息交换标准码，即ASCII码(AmericanStandardCodeforInformationInterchange)。字符编码，是指对一切输入到计算机中的字符进行二进制编码的方式。ASCII码通常用7位二进制数来进行编码，27=128，所以可以表示128个字符（如下表）。包括控制字符、数字字符和大写、小写字母等。完整的ASCII码表1010111用一个字节来存放，所以实际上是01010111ASCII码数字<大写英文字母<小写英文字母ASCII码值大小关系：ASCII编码规律A

0100000165二进制十进制a

01100001970

00110000481.汉字输入码是为将汉字输入到计算机的代码，也叫“外码”。

如拼音码、五笔字型码等。音码：微软拼音、搜狗拼音输入法等。形码：五笔字型五笔字型码：dd“大”拼音码：da计算机内部由外到内由内到外汉字编码汉字内码：是指计算机内部存储、处理汉字所用的编码，即汉字系统中使用的二进制字符编码。内码是唯一的。汉字内码由两个字节组成。计算机内部由外到内由内到外b7

b6b5b4b3b2b1b0

b7

b6b5b4b3b2b1b0

用0和1编码汉字,每个汉字在计算机内部由2个字节表示0011010001110011国标码1011010011110011(机)内码汉字编码“大”“大”用0和1编码无亮点和有亮点形成字形信息,便于显示。

oooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo11ooooo1oo1111111111111111oooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo111oooooooooooo11oo1oooooooooo11oooo1oooooooo11ooooo11ooooooo1ooooooo11ooooo1ooooooooo111o

11ooooooooooo1oo计算机内部由外到内由内到外大汉字字形码：是文字信息的输出编码，即通常所说的汉字字库。是使用计算机时显示或打印汉字的图像源。汉字字库分为点阵字库和矢量字库两种。汉字编码以“点阵字库”为例“大”da1011010011110011oooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo11ooooo1oo1111111111111111oooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo111oooooooooooo11oo1oooooooooo11oooo1oooooooo11ooooo11ooooooo1ooooooo11ooooo1ooooooooo111o11ooooooooooo1oo计算机内部由外到内由内到外汉字处理过程:通过汉字外码输入,以汉字内码存储,以汉字字形码输出程序设计的基础程序设计语言低级语言

高级语言机器语言汇编语言解释型语言编译型语言Python、Perl、Ruby和JavaScript等C、C++、C#、Rust和Go语言等是一组计算机能识别和执行的指令，是人们用以解决问题的信息化工具。程序通常用文件的形式保存，是程序员使用某种程序设计语言编写的语句序列。程序程序设计程序设计是给出解决特定问题程序的过程，是软件构造活动中的重要