计算机与信息技术基础(第4版)第1章.ppt

1、,第1章信息技术概论,1.1信息与信息技术概述1.2信息处理装置的发展1.3计算思维1.4信息的数字化,21世纪高等学校公共课计算机教材,1.1信息与信息技术概述,当今社会被称为“信息社会”，人们越来越多地接触和使用信息，从而使得信息与信息技术遍布生活的每一个角落。随着社会的进步和发展，信息量骤增，信息间的关联也日益复杂，人们对信息的开发利用不断深入，因此对信息的处理就显得越来越重要。而计算机的出现，使得对大容量信息进行高速处理成为可能。为此，学习和掌握有关信息和信息技术的基础知识，既有助于我们更好地进行工作、学习和交流，又有助于我们进一步学习信息技术打下基础。,1.1.1信息与数据,信息(I

2、nformation)：广义地说，就是人类的一切生存活动和自然存在所传达出来的信号和消息；是客观存在的事物，是客观事物运动和变化的一种反映。,1.1.1信息与数据,1.1.1信息与数据,数据（Data）：是指人们看到的形象和听到的事实，是信息的具体表现形式，是一些未经组织的事实的集合。,1.1.1信息与数据,信息和数据的关系：是两个相互联系、相互依存、又相互区别的概念,数据：当信息采用数据形式来表示时，数据就是信息的载体。数据具有多种多样的形式，也可以进行转换，但其中包含的信息内容不会改变。,信息：是经过加工并对人类社会实践和生产经营活动产生决策影响的数据；是对数据的说明和解释；是数据处理的结

3、果。,数据和信息都直接反映了客观事物,数据是反映信息的一种形式，而不是唯一的形式，因而不能把任何情况下的数据等同于信息本身,信息和数据的关系：是两个相互联系、相互依存、又相互区别的概念,1.1.1信息与数据,信息处理：获取原始信息、对其进行加工整理（转换、识别、分类、加工、整理、存储等），使之成为有用信息的过程称为信息处理,信息系统（InformationSystem，IS）：基于计算机技术、网络互联技术、现代通讯技术和各种软件技术，各种理论和方法于一体，提供信息服务的人机系统,信息系统一般包括：数据处理系统、管理信息系统、决策支持系统和办公自动化系统。,1.1.2信息技术,信息技术IT（In

4、formationTechnology）：一切与信息的收集、存储、处理、传输、应用等有关的各种技术现代信息技术：在计算机、通信、微电子等技术基础上发展起来的信息技术,现代计算机技术、通信技术,信息技术核心:,1.1.2信息技术,1.1.2信息技术,信息技术的发展:人类在认识世界的过程中，认识到信息是构成世界三大要素（物质、能量、信息）之一,苏美尔人楔形文字,人类历经信息技术革命,语言的使用,文字的使用,甲骨文,1.1.2信息技术,印刷术的发明,雕版印刷,活字印刷,发展,1.1.2信息技术,电报、电话、广播和电视的使用,亚历山大格拉汉姆贝尔与电话,马可尼无线电发报机,贝尔德最原始的电视机,1.1

5、.2信息技术,计算机、现代通信技术的广泛应用,1.1.2信息技术,1.1.3信息技术的研究热点,1、可信计算（TrustedComputing）一种新的信息系统安全技术，它把人类社会成功的管理经验用于计算机信息系统和网络空间，以确保计算机信息系统和网络空间的安全可信。,Page18,可信计算概念,依据客观特征，适应机器判断,ISO/IEC在其发布的目录服务系列标准中基于行为预期性定义：如果第二个实体完全按照第一个实体的预期行动时，则第一个实体认为第二个实体是可信的。TCG(TrustedComputingGroup)(2002)：用实体行为的预期性来定义可信，一个实体是可信的，如果它的行为总是

6、以预期的方式，朝着预期的目标。IEEE：可信是指计算机系统所提供的服务是可论证其是可信赖的，这里可信赖主要指系统的可靠性和可用性。中国学者：可信计算系统是能够提供系统的可靠性/可用性、信息和行为安全性的计算机系统，可信包括许多方面，如正确性、可靠性、安全性、可用性、效率等，但安全性和可靠性是现阶段可信最主要两方面，简称可信=可靠+安全,1.1.3信息技术的研究热点,2、云计算（CloudComputing）一种由规模经济驱动的大规模分布式计算模式，通过这种计算模式，实现抽象的、虚拟的、可动态扩展、可管理的计算、存储、平台和服务等资源池，由互联网按需提供给外部用户。,云计算特征,云计算特征,1.

7、1.3信息技术的研究热点,3、物联网（InternetofThings）就是物物相连的互联网，是一个基于互联网、传统电信网等信息载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互连互通的网络。,物联网特征,和传统的互联网相比，物联网有其鲜明的特征：,各种感知技术的广泛应用,建立在互联网上的泛在网络,本身具有智能处理的能力，能够对物体实施智能控制,物联网上部署了海量的多种类型传感器，每个传感器都是一个信息源，不同类别的传感器所捕获的信息内容和信息格式不同。,物联网技术的重要基础和核心仍旧是互联网，通过各种有线和无线网络与互联网融合，将物体的信息实时准确地传递出去。,物联网将传感器和智能处理相结合，利

8、用云计算、模式识别等各种智能技术，扩充其应用领域。,1.1.3信息技术的研究热点,4、绿色计算（GreenComputing）是指以环保的理念设计、使用计算机及其相关资源的行为。一般认为，绿色计算机就是符合环保概念的计算机主机和相关产品（含显示器、打印机等外设），具有省电、低噪声、低污染、低辐射、材料可回收及符合人体工程学特性的产品。,1.1.3信息技术的研究热点,5、信息物理融合系统（Cyber-PhysicalSystem，CPS）是一个综合计算、网络和物理环境的多维复杂系统。CPS的概念最早由美国国家基金委员会在2006年提出，其核心是通过3C（Computation，Communica

9、tion，Control）即计算、通信与控制技术的有机融合和深度协作，实现大型工程系统的实时感知、动态控制和信息服务。近年来，CPS不仅已成为国内外学术界和科技界研究开发的重要方向，预计也将成为企业界优先发展的产业领域。开展CPS研究与应用对于加快我国培育推进工业化与信息化融合具有重要意义。,CPS应用领域广阔,智能交通系统医疗设备系统能源保护环境监控航空航天软件关键基础设施（电力、水）普适自适应通信节能建筑生物系统,1.1.4信息社会,自动化生产方式代替了传统的机械化生产方式，进而将人们从繁重的体力劳动中解放出来；刚性生产方式到柔性生产方式的转变；大规模集中型生产方式转变为规模适度的分散型生

10、产方式。,传统农业和工业生产在信息社会将占据越来越小的比重，信息产业将迅速发展，并成为全社会的支柱产业，其产值将在国民经济总产值中占绝对优势。,产业结构的变化必将导致就业结构的变化。在信息社会，将有大量的各类劳动者转向信息产业，从事信息产业的人数将占从业人数的大多数。,信息社会交易方式出现了新的变化。信息技术提供了新的交易手段，电子商务将成为基本的交易形态，它扩大了市场的交易空间。,随着工业社会向信息社会的演进，中心大城市的发展速度减缓，中、小规模城市的发展速度加快，各种规模和等级的城市通过发达的交通网和通信网，形成功能上相互补充、地域上相互渗透的城市群。,在高度信息化的社会，电话网、电视网和

11、计算机网络将形成一个智能化网络，遍及社会的各个角落，各种家用数字化产品和基于网络的家电将被广泛使用，无论你在何时、何地，都可以获取文字、声音和图像信息，可以控制家用电子化设备。,1.1.4信息社会,信息技术对当今社会的影响,信息技术已对人类社会生活的各个领域产生了广泛而深远的影响，它推动了社会生产力的变革，提高了人类社会开发利用信息资源的能力。,信息过度增长，人们处于一种信息超载的状态。社会信息流中混杂虚假、迷信、暴力等信息。造成了新的贫富差距。信息安全问题。,正面影响,负面影响,1.2信息处理装置的发展,人类最初发明计算机装置是为了使其承担枯燥、烦琐的数值计算，从而减轻人的脑力劳动强度，然而

12、，随着各种信息编码技术的发明，在人类研究和开发计算机装置及计算技术的过程中，不仅使其具有加、减、乘、除等基本运算能力，而且逐步赋予了计算机逻辑判断能力，使其可以根据问题的性质，执行不同的运算。计算机不仅能够处理数值，还能够处理更为广泛的其他形态的信息，如文本、图形、图像、声音和视频等，使计算机成为了名副其实的信息处理装置。,1.2.1机械式计算装置,中国最早的计算工具算筹,公元600年左右，我国出现新的计算工具算盘,17世纪欧洲出现对数计算尺和机械式计算器,20世纪由于电器元件的发展，出现了机电式计算机。美国哈佛大学的霍华德艾肯在巴贝齐著作的启发下，利用当时的电子技术，制成了自动程序控制机算机

13、“马克1号”（MARKI）,19世纪英国数学家巴贝齐(1792-1871)提出通用计算机的基本设计思想（输入、存储、处理、控制和输出）。被世人公认为是“计算机之父”,1.2.2图灵机,1945年6月，冯诺依曼与戈德斯坦、勃克斯等人，联名发表了一篇长达101页纸的报告，即计算机史上著名的“101页报告”。报告明确规定出计算机的五大部件，并用二进制替代十进制运算。,1937年英国数学家图灵(1912-1954)提出了著名的“图灵机”的模型。,1.2.3现代计算机发展史,什么是计算机,1.2.3现代计算机发展史,S=1!+2!+3!+20!S=0FORI=1TO20P=1FORJ=1TOIP=P*J

14、NEXTJS=S+PNEXTI?S=,SRETURN,1.2.3现代计算机发展史,2.75米高的金属柜总重量30吨占地170平方米体积90立方米耗电150千瓦耗资约50万美元电路的焊接点多达50万个每分钟可以输入125张卡片，输出100张卡片电子管平均每隔7分钟就要被烧坏一只,1.2.3现代计算机发展史,17468只电子管6000只继电器7200个二极管70000多电阻器10000多只电容器6000个开关5000次加法/秒500次乘法/秒100次除法/秒,ENIAC标志着电子计算机的创世，人类社会从此大步迈进了电脑时代的门槛,1.2.3现代计算机发展史,17468只电子管6000只继电器720

15、0个二极管70000多电阻器10000多只电容器6000个开关5000次加法/秒500次乘法/秒100次除法/秒,ENIAC标志着电子计算机的创世，人类社会从此大步迈进了电脑时代的门槛,1.2.3现代计算机发展史,1.2.3现代计算机发展史,1.2.3现代计算机发展史,1.2.3现代计算机发展史,1.2.4计算机发展的趋势,ENIAC,1.2.4计算机发展的趋势,1.2.4计算机发展的趋势,1.3计算思维,2006年，美国卡内基梅隆大学周以真教授首次提出了计算思维（ComputationalThinking）的概念。她认为，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、人类行为理解

16、等涵盖计算机科学广度的一系列思维活动。,1.3.1计算思维的基本概念,周以真教授,计算思维是什么？,“我们所使用的工具影响着我们的思维方式和思维习惯，从而也将深刻地影响着我们的思维能力。”1972年图灵奖获得者EdsgerDijkstra,艾兹格（EdsgerDijkstra）,1.3.1计算思维的基本概念,回顾历史，不同的计算工具的发明与使用阶段，都会影响甚至决定这个时期的文化普识教育方向与趋势，都会约束和限制这个时期的科技创新与思维活动的能力，都会在这个时期留下属于这个工具时代的烙痕与印记。,1、计算思维是概念化的抽象思维而不只是程序设计。像计算机科学家那样去思维意味着远不止能为计算机编程

17、，还要求能够在抽象的多个层次上思维。2、计算思维是基本的而不是死记硬背的技能。根本技能是每一个人为了在现代社会中发挥职能所必须掌握的。刻板技能意味着机械的重复。具有讽刺意味的是，当计算机像人类一样思考之后，思维可就真的变成机械的了。3、计算思维是人的而不是计算机的思维方式。计算思维是人类求解问题的一条途径，但绝非是要人类像计算机那样地思考，是人类赋予计算机激情。,计算思维7大特征：,4、计算思维是数学和工程思维的互补与融合。计算机科学在本质上源自数学思维，它的形式化解析基础筑于数学之上。计算机科学又从本质上源自工程思维，因为我们建造的是能够与实际世界互动的系统，基本计算设备的限制迫使计算机学家

18、必须计算性地思考，不能只是数学性地思考。5、计算思维是思想而不是人造品。不只是我们生产的软件硬件等人造物将以物理形式到处呈现并时时刻刻触及我们的生活，更重要的是还将有我们用以接近和求解问题、管理日常生活、与他人交流和互动的计算概念。,计算思维7大特征：,6、计算思维面向所有的人和所有地方。当计算思维真正融入人类活动的整体以致不再表现为一种显式之哲学的时候，它就将成为一种现实。7、计算思维关注依旧亟待理解和解决的智力上极具挑战性的科学问题。这些问题的范围和解决方案的范围之唯一局限就是我们自己的好奇心和创造力。,计算思维7大特征：,科学方法与科学思维,科学方法实验方法、理论方法、计算方法科学思维实

19、验思维（重现、自洽、预见）实验：物理理论思维（公理、规则、结论）推理：数学计算思维（能行、构造、模拟）使自动：计算机,1.3.1计算思维的基本概念,计算思维的本质,计算思维（能行、构造、模拟）使自动：计算机运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计、以及人类行为理解的涵盖了计算机科学之广度的一系列思维活动。本质：抽象，自动化,1.3.1计算思维的基本概念,计算机是工具，帮助提升人的能力,计算机能干什么？多记一些数据、多接收一些信息、算得快一些,交流更方便些。以亿次的计算,求解繁复的微分方程和方程组,描绘超乎想象的图像,模拟无法实现或耗资巨大的过程等等。,计算机不能干什么？,不能替人拿主意、

20、定方案。人机分界面恰在于“思考”二字,即把计算机所不具备的直觉、综合、机敏,甚至艺术家的灵感留给人,由人来创造性地开发各种所需的算法、模型、方法。,计算思维在生活中的例子,考虑这些日常中的事例：当你去上学校时，会把需要的东西放进背包-这就是预置和缓存。当你弄丢东西时，你会沿走过的路回寻-这就是回推。在超市付账时你应当去排哪个队呢？这就是多服务器系统的性能模型。为什么停电时你的电话仍然可用？这就是失败的无关性和设计的冗余性。,计算思维能力,计算思维能力建立起利用计算机技术解决问题的思路，并理解问题的可求解性。问题抽象、模型建立、算法设计、实现,1.3.1计算思维的基本概念,计算思维不仅仅属于计算

21、机科学家，它应当是每个人的基本技能。计算思维将渗透到我们每个人的生活之中。每个孩子在培养解析能力时不仅掌握阅读、写作和算术，还要学会计算思维。实现计算机科学从前沿高端到基础普及的转型。,计算思维的明天,1.3.2计算思维的典型方法,抽象（Abstraction）分解（Decomposition）并行（Parallel）缓存（Cache）排序与索引（Sort因此，每三位二进制数对应一位八进制数，每四位二进制数对应一位十六进制数，所以可以分别对应进行转换。二进制八（十六）进制的转换方法如下：是以小数点为中心，分别向前、后每三（四）位一组，不足三（四）位则以“0”补足，再把每组二进制数转换为相应的八

22、（十六）进制数即可。,例如：（10110.1001）2=（？）8,八（十六）进制二进制只要把每个八（十六）进制数码对应的二进制数码写出来,再去掉首尾的“0”即可。,例如：（3DB.4A）16=（？）2,解：（3DB.4A）16,=（1111011011.0100101）2,小结：二进制数在计算机内使用是适宜的，但书写、阅读不方便，记忆困难。由于十进制数符合人的日常使用习惯，在使用计算机时，仍然使用十进制数，由计算机自动转换为二进制数。八进制数、十六进制数常表示常数或地址。,1.4.4计算机中的常用编码,在计算机中只能识别二进制数码信息，因此任何形式的数据如数字、字母、汉字等信息进入计算机都要用

23、二进制数的特定编码表示。当然编码可以有多种方法，但为了便于交换、处理，必须采用统一的编码方法。,8421BCD码与十进制数的关系表,例如（62.38）10=(?)BCD解：(62.38)10=(01100010.00111000)BCD,数字编码BCD（BinaryCodedDecimal）编码（二十进制编码/8421BCD码），用四位二进制数的形式直接表示一位十进制数。,ASCII码ASCII码是由美国国家标准委员会制定的一种包括数字、字母、通用符号、控制符号在内的字符编码集，全称叫美国国家信息交换标准代码。ASCII码是一种7位二进制编码，能表示27=128种国际上最通用的西文字符。其中包

24、括四类最常用的字符：数字“0”“9”；字母，包括26个大、小写的英文字母；通用字符和控制符号。,字符编码表示文字信息和控制信息的基础是各种字符，各种字符必须按一定规则用二进制编码表示，才能为计算机所识别。常用的字符编码有ASCII码、EBCDIC码和Unicode码等。,ASCII码是目前计算机中，特别是微型计算机中使用最普遍的字符编码集。常用于输入/输出设备，如键盘的输入、显示器输出和打印机输出等。从键盘输入字符信息时，编码电路将字符转换成对应的ASCII码输入计算机内，经处理后，再将ASCII码表示的数据转换成对应的字符后在显示器和打印机上输出。,EBCDIC代码。即所谓的扩展二十进制交换

25、码（ExtendedBinary-CodedDecimalInterchangeCode）。这种字符编码主要用在IBM公司的计算机中，采用8位二进制表示，有256个编码状态，但实际运用时只选用其中一部分。,Unicode码。Unicode是一种16位的编码，能够表示65000个字符或符号。而目前世界上的各种语言一般都只用到34000多个符号，所以Unicode可以用于大多数的语言。Unicode与ASCII码完全兼容。目前，Unicode已经在WindowsNT、OS/2、Office2000等软件中广泛使用。,国家标准总局制定的“中华人民共和国国家标准信息交换汉字编码”，代号为“GB2312

26、80”。这种编码称为国标码。统计出最常用的6763个汉字，其中一级汉字3755个，按汉语拼音排列；二级汉字3008个，按便旁部首排列，图形符号682个。每个汉字占两个字节。在GB231280中，将全部国标汉字及符号组成一个9494的矩阵。在此方阵中，每一行称为一个“区”，每一列称为一个“位”。这样就组成了一个有94个区（0194），每个区有94个位（0194）的汉字字符集。将区号和位号组合在一起就形成了“区位码”。区位码可以唯一确定某一个汉字或符号，反之也一样。,汉字编码为了适应计算机处理中文信息的需要，从输入、处理、保存、输出等方面对汉字进行编码。有：输入码、国标码、机内码、字形码等。,在计

27、算机内部，汉字作为字符（不涉及字形）进行存储、加工等处理时所用编码称为汉字机内码，简称机内码或内码。目前使用的汉字机内码是国标码的变形，即把国标码的二字节表示中的每个字节的最高位改为1，即得到机内码。,汉字字形码即汉字字形的编码，亦称字模。用于汉字在屏幕或打印机的输出。一般把一个汉字看成一个特定的图形，用点阵进行描述，还有矢量和曲线逼近等描述方式。,目前，我国已颁布了1616、2424、3232和4848点阵的字模标准。通常点阵越大，字符的笔画就越光滑，但相应字模的存储量也随之加大。,标准的计算机键盘不具备直接输入汉字的功能，只能依靠另行设计的汉字输入码来实现现行的汉字输入方案众多，每种方案对同一汉字的输入编码固然并不相同，但经转换后存入计算机内的机内码均相同，这个工作由汉字代码转换程序依靠事先编制好的输入码对照表完成转换。常用的有全拼拼音输入法、智能ABC输入法、微软拼音输入法、五笔字型输入法等。,汉字输入码,本章从信息、数据、信息处理、信息系统等基本概念入手，首先介绍了信息技术的发展和应用