第1章计算机和数字基础知识讲义.ppt

1、计算机和数字基础知识,第1章,2,本章目的,了解数字化革命的社会背景，了解计算机的基础知识，理解计算机的数据表示与数据处理的基本原理，理解微处理器工作原理。,3,第1章 计算机和数字基础知识,3,本章内容,A部分: 一切数字事物 B部分: 数字设备 C部分: 数字数据表示 D部分: 数字化处理 E部分: 密码安全,4,第1章 计算机和数字基础知识,4,一切数字事物,数字革命 一体化 数字社会,5,第1章 计算机和数字基础知识,5,数字革命,数字革命是正在发生的由数字技术（例如计算机和因特网）引起的社会、政治和经济变化的改变过程 一大批技术, 包括数字电子, 计算机, 通信网络, Web以及数字

2、化加速了数字革命,6,第1章 计算机和数字基础知识,6,数字革命,数字电子技术用电子电路来表示数据 现在，数字电子装置包括计算机、便携式媒体播放器（如iPod）、数码相机和摄像机、蜂窝电话、收音机和电视机、GPS、DVD and CD播放器、电子书阅读器和街机游戏,7,第1章 计算机和数字基础知识,7,数字革命,数字革命的第二阶段始于因特网的使用对公众开放 之时 电子邮件 电子公告牌 聊天组 博客 在线社交网络,8,第1章 计算机和数字基础知识,8,数字革命,计算机网络是一组用有线或者无线技术连接到一起的计算机，其目的是共享数据和资源 Web是可以通过因特网访问的链接的文档、图片和声音的集合

3、网际空间是一个术语，指大量出现在计算机网络中的实体 数字化是一个将文本、数字、声音、照片和视频转化为能被数字设备处理的数字信息的过程,9,第1章 计算机和数字基础知识,9,一体化,技术一体化是一些具有不同功能的技术整合在一起形成单一产品的过程 一体化易于提高功能性和方便性,10,第1章 计算机和数字基础知识,10,数字社会,数字技术和通信网络使跨越文化和地理鸿沟变得容易 匿名的网站（如Freenet）和匿名的工具可以隐藏人的身份，甚至可以实现在报复压力下的言论自由 自由社会的公民有保护自我隐私的期望 知识产权是指对某些类型的信息、概念或表示的所有权,11,第1章 计算机和数字基础知识,11,数

4、字社会,数字技术在全球和国家的经济中是一个重要因素，另外，它还影响到个人的经济状况 全球化可以被定义为由跨国商业的增加和金钱在国家间更为自由的流动引起的世界范围的国家间经济互相依赖 个人会受到数字鸿沟的影响，数字鸿沟是指接触数字技术的人与不接触数字技术的人之间的鸿沟 数字技术渗入到现代生活最核心的部分,12,第1章 计算机和数字基础知识,数字设备,计算机基础知识 个人计算机、服务器、大型机和超级计算机 PDA、便携式播放器和智能电话 微控制器,13,计算机基础知识,计算机的定义： 计算机是在程序的指令集控制下，接受输入、处理数据、存储数据并产生输出的多用途设备。,14,计算机的概念,输入是指送

5、入计算机系统的一切数据。输入可以由人、环境或其他的计算机提供。 数据泛指那些表示某些事实、对象和思想的符号。例如：单词、数据、符号、图形、温度、音频信号以及计算机指令等。 处理指用不同的方法操作数据。计算机处理数据的方式包括执行计算、对词汇和数字的列表进行排序、修改文档或图片以及绘图。 中央处理器(CPU)是计算机的核心和“大脑”，它负责处理、运算计算机内部的所有数据 。大部分的数据处理在中央处理器中进行。,15,计算机的概念,内存是计算机中临时存放正在等待处理、存储或者输出的数据的地方。 存储器是长期存储那些不需要立即处理的数据的地方。 文件是存在于存储介质中的命名的数据集合。 输出是指计算

6、机产生的结果。输出的形式包括报表、文档、音乐、图形和图片等。,16,第1章 计算机和数字基础知识,16,计算机基础知识,计算机程序指控制计算机执行处理任务的指令集，或简称程序。程序构成了软件。 软件是一系列按照特定顺序组织的电脑数据和指令的集合，能使计算机执行某个特定任务。 应用软件是一套帮助人执行任务的计算机程序 系统软件的主要目的是帮助计算机系统监视自身，以便更有效率的运行 操作系统 (OS),17,计算机的概念,18,手势识别系统,19,Wii的动态感应操作,20,个人计算机、服务器、大型机和超级计算机,计算机的分类是指根据计算机的用途、价格、体积和性能等标准将其分成几个不同的类型。 在

7、历史上，可以界定三种不同类型的计算机：大型机、小型机和微型计算机。 现在，计算机可以分为：个人计算机、掌上电脑、工作站、视频游戏控制台、大型机、超级计算机以及服务器。,21,个人计算机,个人计算机是为满足个人计算的需要而设计的一种微型计算机。个人计算机通常能运行类型广泛的应用软件。个人计算机有桌面计算机、笔记本和平板电脑等几种形式。 桌面计算机可以放置在桌面上，使用墙壁上的电源供电。 笔记本电脑是一种体积小、重量轻，并将屏幕、键盘、存储器以及处理器整合成一个便携整体的个人计算机。 平板电脑是带有能用作手写板或绘图板的触摸式屏幕的便携式计算机。,22,个人计算机,23,“可转式”平板电脑,24,

8、工作站,工作站的第一个含义指为执行专业任务所设计的性能强劲的桌面计算机。例如建筑设计、医学成像、计算机辅助设计等。 工作站大多专用于设计任务，而不用于完成文字处理、相片编辑和Web访问等常见的微型计算机应用程序。 工作站的第二个含义是指与网络建立了连接的普通个人计算机。,25,视频游戏控制台,视频游戏控制台是计算机，但一般不被视为一种计算机类型。（例如，任天堂GameCube、索尼PlayStation、微软Xbox） 现在的视频游戏控制台包括一个高性能的微处理器，并能产生高质量的图像。其他附件包括键盘、DVD播放器以及因特网连接等。,26,大型计算机,大型计算机通常体积庞大、价格昂贵、能够同

9、时为几百甚至数千用户同时处理数据。 大型计算机特点是高可靠性、高可用性以及高服务性 。 大型计算机一般应用于企业或政府部门，为大量数据提供集中式存储、处理和管理。,IBM z9 109大型计算机,27,超级计算机,超级计算机通常是指由数百数千甚至更多的处理器（机）组成的、能计算普通PC机和服务器不能完成的大型复杂课题的计算机 。 超级计算机通常包括数千个微处理器和海量内存。例如，中国曙光5000A包括6000颗CPU和100TB内存。 超级计算机能够承担其他计算机所不能处理的复杂任务。例如天气预报、模拟核弹爆炸、核能开发、蛋白质结构分析等。,28,第1章 计算机和数字基础知识,28,超级计算机

10、,蓝色基因超级计算机,29,服务器,在计算机行业，服务器可以指硬件、专门的软件以及软硬件的结合体。 服务器的目的是通过给网络（如因特网和局域网）上的计算机提供数据来提供服务。向服务器请求数据的个人计算机、工作站或软件称为客户端。 任何个人计算机、工作站、大型机或者超级计算机都可以配置成服务器。,30,PDA和掌上电脑,PDA（个人数字助理）是袖珍数字记事簿，它带有小型标准键盘或者触摸屏幕，靠电池运行，并在掌中使用。 掌上电脑在本质上是带有例如移动存储器、电子邮件、Web接入、语音通信、内置相机和GPS等功能的加强版PDA。 掌上电脑的功能几乎包括台式机的所有功能。 掌上电脑的缺点是处理数据的速

11、度较慢，屏幕较小，数据输入较困难，电池供电时间短等。,31,第1章 计算机和数字基础知识,31,智能电话和便携式播放器,智能电话，除了语音通讯外，还包含其它功能，如完整的标准键盘、文本消息、电子邮件、Web接入、移动存储器、照相机、FM收音机、数字音乐播放器、游戏软件、财务管理、个人管理、GPS和地图等。 iPod和其它类似装置被归类于便携式媒体播放器，因为他们的主要功能是播放音乐、播放视频和存储照片。,32,第1章 计算机和数字基础知识,32,微控制器,微控制器是一种内置到它所控制的机器中的专用微处理器 微控制器可以被嵌入到各类日常使用的设备中,33,第1章 计算机和数字基础知识,数字数据表

12、示,数据表示基础知识 数字、文本和图片的表示 位和字节的量化 电路和芯片,34,数据表示基础知识,数据表示是指数据存储、处理和传输的形式 数字设备处理的是离散数据，例如0和1 模拟设备处理的是连续的数据,数字,模拟,35,数字、文本和图片的表示,计算机是数字设备。计算机电路中只有“开”和“关”两种形式。“开”代表1，“关”代表0。一个0或者1称为一个位。 例如：1100可表示为“开”“开”“关”“关”四个位。 计算机用0和1或者说“开”和“关”来表示数字、字母、标点符号、音乐、图片和视频等数据。,36,数字、文本和图片的表示,数字数据由可用在算术运算中的数字组成。 计算机使用二进制数字系统来表

13、示数字数据。 二进制数字系统以2为基，只有两个数字：0和1,37,十进制与二进制,十进制有十个数字，二进制只有两个。 在十进制中，数到9要进位，在二进制中，数到1要进位。 在十进制中，用“10”来表示9以后的下一个数，其中“0”是占位符，“1”代表由10个1组成的一组。 在二进制中，用“10”来表示1以后的下一个数，其中“0”是占位符，“1”代表由2个1组成的一组。,38,数字、文本和图片的表示,字符数据由字母、符号和不用在算术运算中的数字组成。 计算机用一系列的位表示字母、字符和不用在算术运算中的数字。,39,计算机编码的种类,ASCII码（美国信息交换标准码）用7位的0和1来表示每个字符。

14、 ASCII码为128个字符提供编码，这些字符包括大小写英文字母、标点符号和数字。 例如：大写“A”的ASCII码是1000001 扩展ASCII码（Extended ASCII）是ASCII码的扩展，它用8位的0和1来表示每个字符。 扩展ASCII码提供的编码比普通ASCII码多128个字符，增加的字符包括花边文字、圆和其他图形符号。 例如：大写“A”的扩展ASCII码是01000001,40,扩展ASCII码,41,计算机编码的种类,EBCDIC码（扩展二-十进制交换码）是8位的扩展ASCII码的替代，它通常用在旧式的IBM公司的大型计算机上。 统一编码(Unicode)用16位二进制数为

15、65000个字符提供了编码。 它可以用来表示多种语言的字母。 例如：俄国古代的拉夫字母的大写“A”为 0000 0100 0001 0000,42,计算机编码的种类,GB2312 字符集全称为信息交换用汉字编码字符集基本集，是中国国家标准的简体中文字符集。 GB2312收录简化汉字及一般符号、序号、数字、拉丁字母、日文假名、希腊字母、俄文字母、汉语拼音符号、汉语注音字母，共 7445 个图形字符。 其中包括6763个汉字，其中一级汉字3755个，二级汉字3008个；包括拉丁字母、希腊字母、日文平假名及片假名字母、俄语西里尔字母在内的682个全角字符。,43,计算机编码的种类,GB18030 字

16、符集全称是GB18030-2000信息交换用汉字编码字符集基本集的扩充。 是我国政府于2000年3月17日发布的新的汉字编码国家标准。 2001年8月31日后在中国市场上发布的软件必须符合本标准。 GB 18030字符集标准解决汉字、日文假名、朝鲜语和中国少数民族文字组成的大字符集计算机编码问题。 该标准的字符总编码空间超过150万个编码位，收录了27484个汉字，覆盖中文、日文、朝鲜语和中国少数民族文字。 与Unicode 3.0版本兼容。并且与以前的国家字符编码标准（GB2312，GB13000.1）兼容。,44,数字、文本和图片的表示,声音与图片必须转换成计算机能处理的数字形式。 数字化

17、就是把原始的模拟数据转换为由0和1表示的数字。 数字图像就是用颜色数字表示图像中所有的点。,45,数字、文本和图片的表示,声音（音乐和语音）是由声音波形的特性来区分的。 声音波形可以用数字化的形式来表示。数字化声音的方法是将声音采样为很多点，然后将这些点转换成数字。收集的样本越多，这些点形成的图形就越接近波形的图样。,46,计算机如何将声音转变成编码？,47,位和字节的量化,一个”位“（bit）是一个二进制数字 0 1 “位”（bit）可以缩写为小写字母“b” 一个”字节“（byte）由8个位组成 0010 0100 0000 1111 “字节”（byte）可以缩写为大写字母“B”,48,位和

18、字节的量化,“kilo”代表1000，被缩写为”K“。在以2为基数的计算机中，”kilo“精确地表示1024或210 一个千位（kilobit，缩写为kb或kbit）是1024个位 一个千字节（kilobyte，缩写为KB或Kbyte）是1024个字节 ”mega“代表百万，被缩写为”M“。在以2为基数的计算机中，”mega“精确的表示1 048 576（220） 一个兆位（megabit, Mb或Mbit）是1 048 576个位 一个兆字节（megabyte, MB或MByte）是1 048 576个字节 “giga”代表10亿，被缩写为”G“。在以2为基数的计算机中，”giga“精确的表

19、示1 073 741 824（230） 一个千兆位（gigabit, Gb或Gbit）大约是10亿个位 一个千兆字节（gigabyte, GB或GByte）大约是10亿个字节,49,位和字节的量化,50,电路和芯片,“位”以电脉冲的形式在电路里传送。计算机中所有的电路、芯片和机械元件等都能处理“位”。 可以将“位”想像成电子电路的两个状态。“1”表示“开”状态，而“0”表示“关”状态。 实际应用中，“1”位是由高电压（如+5V）表示，“0”位是用低电压（如0V）表示。 计算机传送“位”就像电灯开关打开后，电在电线中流动一样。,51,电路和芯片,计算机内部所包含的大部分电子元件是集成电路。 集成

20、电路（Integrated Ciruit, IC），又被称为“计算机芯片”、“微芯片”和“芯片”，是由半导体材料组成的极薄的薄片，它上面有诸如电线、晶体管、电容器、逻辑门和电阻等微型电路元件。,52,电路和芯片,计算机芯片是由半导体材料（硅）组成的。 计算机芯片可以分为微处理器、内存模块和支持电路等。 双列直插式封装（DIP） 双列直插式内存模块（DIMM） 引脚网络阵列（DIMM） 单边插接卡盒（SEC）,53,电路和芯片,54,电路和芯片,被称为系统板（“母板”或“主板”）的计算机主电路板中包含所有必要的芯片，并为这些芯片之间提供了连接电路。,55,芯片怎样组装在一起组成计算机？,56,系

21、统单元,57,第1章 计算机和数字基础知识 识,数字化处理,程序和指令集 处理器逻辑,58,计算机程序,数据是在计算机程序或是软件的控制下进行处理的。 控制数字设备的程序是由计算机程序员用高级编程语言（Basic、C、C+、C#、Java等）编写的。 编程语言使用命令词汇（例如Print、If、Write、Display以及Get等）的有限集来形成程序语句。 由程序员用高级语言编写的程序叫做源代码。,59,计算机程序,#include int main (int argc, char *argv) int l; int sum=0; for(l=0;l=100;l+) sum+=l * l;

22、printf(“The sum 0.100=%dn”,sum); ,60,怎样转换源代码？,编译器和解释器可以将源代码转换成0和1的序列。 编译器能转换单独程序组中一个程序的所有语句，并将生成的叫做目标代码的结果指令存放在新的文件中。,61,怎样转换源代码？,解释器在程序运行时，一次只能转换并执行一条语句。在语句被执行后，解释器会转换并执行下一条语句，并会一直执行这种操作，直到程序结束。,62,指令集,微处理器是硬布线式的，只能做有限的事情（例如，加法、减法、计数和比较等），这些预编好程序的活动集合叫做指令集。 指令集不是用来执行特定任务的，它是通用的。程序员必须创造性的使用指令集。 每一条指

23、令都拥有与之对应的0和1序列。 例如，00000100可能对应“加”指令 机器语言是微处理器指令集的编码列表，它能由处理器的电路直接执行。 程序所使用的一系列机器语言指令叫做机器代码。,63,机器代码,机器代码指令包括两部分：操作码和操作数。 操作码是代表操作（例如：加、比较或跳转）的命令字。 指令的操作数指定了需要操作的数据或数据的地址。,操作码,00000100,00000001,操作数,64,转换过程如何工作？,65,转换过程如何工作？,程序员,高级语言源代码,编写,编译器或解释器,转换,机器代码,微处理器,66,计算机芯片内部如何工作？,微处理器内部有两类最主要的操作单元：算术逻辑单元和控制单元。 ALU（算术逻辑单元）是微处理器能够用来进行算术运算（例如：加法和减法）以及逻辑运算（例如：比较两数是否相等）的部分。 ALU使用寄存器来存放需要处理的数据。 控制单元是用来获取指令、解释指令、取出数据以及告诉ALU应该执行哪个处理操作。,67,计算机芯片内部如何工作？,控制单元取出ADD（加）指令，