计算机信息技术基础.ppt

1、计算机信息技术基础,数据（ Data ）：用于记录、描述可客观事物的可鉴别的符号（如数字、声、文字、电磁波、颜色、符号、图形、图像等等）。 信息（ Information ）：经过对数据的加工、处理等具有一定的且对决策有价值的数据。,信息技术概述,数据是信息的载体，信息是数据的含义。,信息处理：,信息获取 （感觉器官）,信息传递 （神经系统）,信息加工与存储 （大脑）,信息传递 （神经系统）,信息施用 （效应器官）,事物客体,人工进行信息处理的过程,P1,眼/耳/鼻/舌/身,手/脚/身,信息技术概述,P2,指的是用来扩展人们信息器官功能、协助人们更有效地进行信息处理的一类技术。,人的信息器官及

2、功能： 感觉器官（眼耳鼻舌身）获取信息 神经网络传递信息 思维器官（大脑）处理信息并再生信息 效应器官（手脚）施用信息,信息技术概述,扩展感觉器官功能的感测（获取）与识别技术-提高人们的感知范围、感知精度和灵敏度。 扩展神经系统功能的通信技术-消除人们交流信息的空间和时间障碍。 扩展大脑功能的计算（处理）与存储技术-增强人们的信息加工处理能力。 扩展效应器官功能的控制与显示技术-增强人们的信息控制能力。,信息技术概述,是指利用电子计算机和现代通信手段实现信息的获取、传递、存储、显示和分配等相关技术。,文字识别、语音识别、图像识别,通信手段,编码、压缩、加密,显示、控制,信息输入,信息存储/传递

3、,信息处理,信息输出,信息技术概述,用于辅助人们进行信息获取、传递、存储、加工处理、控制及显示的综合使用各种信息技术的系统，可以通称为信息处理系统,通信/存储,信息加工,通信/存储,控制与显示,感测与识别,信息输入,信息输出,信息技术概述,P3,信息处理系统举例:,例：图书馆管理系统 信息的获取：图书登记、人员登记、借书规章等 信息的存储：主存储硬盘、光盘、后援存储设备等 信息的加工处理：增加、删除、修改信息等 信息的使用：查询书目，借书、还书，上网浏览查询等 内务处理：催还图书、休馆公告、过期罚款等,信息技术概述,微电子技术 通信技术 计算机技术,信息技术的支撑技术（信息技术的三大要素）,最

4、重要部分是“计算机computer”,“通信communication”,“控制control ” 即3C技术。,信息技术概述,现代信息技术的主要特征:,以数字技术为基础 以计算机为核心 采用电子技术（包括激光技术）,信息技术概述,P3,微电子技术与集成电路,微电子技术是信息技术领域中的关键技术，是发展电子信息产业和各项高技术的基础,是实现电子电路和电子系统超小型化及微型化的技术. 微电子技术的核心是集成电路技术,P3,微电子技术与集成电路,电子管 (1904),基础元件的演变:,P4,微电子技术与集成电路,集成电路(简称IC),以半导体单晶片作为材料，经平面工艺加工制造，将大量晶体管、电阻等

5、元器件及互连线构成的电子线路集成在基片上，构成一个微型化的电路或系统。 现代集成电路使用的半导体材料通常是硅(Si)，也可以是化合物半导体如砷化镓(GaAs)等.,超大规模集成电路,小规模集成电路,集成电路的优点： 体积小、重量轻 功耗小、成本低 速度快、可靠性高,根据所包含的晶体管数目分为：,集成电路芯片是微电子技术的结晶，它是计算机和通信设备的硬件核心，是现代信息的产业。,微电子技术与集成电路,P4,微电子技术与集成电路,按用途分： 通用集成电路 专用集成电路（ASIC） 按电路的功能分： 数字集成电路 模拟集成电路 按晶体管结构、电路和工艺分： 双极型（Bipolar）电路 金属氧化物半

6、导体(MOS)电路 双极金属-氧化物-半导体集成电路（Bi-MOS）等,P4,集成电路的制造,集成电路的制造：400多道工序,晶圆是指硅半导体积体电路制作所用的硅晶片 ，硅晶片上可加工制作成各种电路元件结构,Moore定律：单块集成电路的集成度平均每1824个月翻一番 (Gordon E.Moore,1965年),安腾 Itanium 2（2002） 221M晶体管 安腾双核 Itanium 2 Dual-Core（2006）1.7B 晶体管,P5,集成电路技术的发展趋势,集成电路技术的发展趋势,IC卡(chip card、smart card)，又称为集成电路卡，它是把集成电路芯片密封在塑料

7、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 保密性能强 可以防止伪造和窃用 抗干扰能力强 可靠性高 应用举例： 作为电子证件，记录持卡人的信息，用作身份识别（如身份证、考勤卡、医疗卡、住房卡等） 作为电子钱包（如电话卡、公交卡、加油卡等）,IC卡,按所镶嵌的集成电路芯片分类： 存储器卡：封装了几KB-几十KB的存储器，可通过读卡器改写，如电话卡、公交卡等 CPU卡（智能卡）：集成了中央处理器（CPU）、程序存储器和数据存储器，还配有操作系统。如手机中使用的SIM卡 按使用方式分类：接触式和非接触式,接触式IC卡,非接触式IC卡,IC卡,通信技术概述,通信 定义 广

8、义 ：各种信息的传递通称 现代电信：使用电波或光波传递信息，通常称为电信(telecommunication)，如电话、传真等 组成(三要素) 信息的发送者(信源) 信息的接受者(信宿) 信息的载体与传播媒质(信道),通信系统的模型,通信的三要素：,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,被传输的信息都必须以某种电(或光)信号的形式才能进行传输,发送信息的设备,接收信息的设备,信源和信宿中使用的发信和收信设备,也称为通信终端。,通信系统的模型,通信的三要素：,模拟信号与数字信号,电（或光）信号有两种形式： 模拟信号形式: 通过连续变化的物理量（如信号的幅度）来表示信息，例如人们打

9、电话或者播音员播音时声音经话筒(麦克风)转换得到的电信号； 数字信号形式: 使用有限个状态(一般是2个状态)来表示（编码）信息，例如电报机、传真机和计算机发出的信号都是数字信号,信道采用的传输技术：模拟传输和数字传输技术。,对通信系统的一般要求,远距离：传输距离要远 低成本：传输成本要低 高速度：从发生到接收延迟时间要短 可靠：传输的信息不能有错误 方便：任何时间和地点都能通信 安全：传输的信息要保密，不能泄漏,模拟通信（模拟传输技术）,模拟通信的基础是模拟传输技术。 近距离传输： 直接传输 (如：MP3播放器 耳机 ；计算机输出信号 投影仪) 远距离传输： 通过载波来传输模拟信号(如：广播电

10、台收音机) 什么是载波？ 研究发现，高频振荡的正弦波信号在长距离通信中能够比其他信号传送得更远。因此若把高频振荡的正弦波信号作为携带信息的载波，把模拟信号放在(调制在)载波上传输，则可比直接传输远得多,模拟通信（模拟传输技术）,调制：利用信源信号去调整载波的某个参数（幅度、频率或相位），所使用设备为“调制器” 解调：把载波所携带的信号检测出来恢复为原始信号，所使用设备为“解调器” 实现信号调制与解调的设备分别称为“调制器”和“解调器” 通信双向进行，需要使用“调制解调器”,基本调制方法：调幅，调频，调相,模拟传输技术中采用的多路复用技术是“频分多路复用”。 频分多路复用：为了提高传输线路的利用

11、率，多路数据传输合用一条传输线。 应用： (传统的)有线载波电话 无线电广播 电视（卫星电视、数字有线电视除外） 优点：历史长，技术成熟，结构简单，成本低。 缺点：在信号的调制和传输过程中易受噪声干扰，传输质量不够稳定。 趋势：已经越来越多地被数字通信所取代 。,模拟通信（模拟传输技术）,模拟通信（模拟传输技术-频分多路复用）,思想：将每个通信终端发送的信号调制在不同频率的载波上，通过频分多路复用器(MUX)将它们复合成为一个信号，然后在同一传输线路上进行传输。抵达接收端之后，借助分路器(DEMUX)把不同频率的载波分离出来，送到不同的接收设备 工作原理：,将不同频率的载波信号合成在一起,使用

12、一组滤波器分解出不同频率的载波信号,数字通信（数字传输技术）,数字通信的基础是数字传输技术 数字传输技术：直接用数字信号来传输信息（基带传输）或者通过用数字信号对载波进行调制来传输信息（频带传输）的技术。 基带传输技术：直接使用数字信号来传输信息的技术。数字信号不经过调制就在信道上直接进行传输，适合近距离传输。计算机之类的数字设备相互通信时，需要传输的是来自计算机或数据终端输出的“数字基带信号” （信号中含有丰富的低频分量，甚至的直流分量）。 频带传输技术：数字信号对特定频率的载波进行调制，使之变为适合于传送的信号，然后再进行传输，较长距离传输时数字信号采用频带传输。,数字通信采用的技术,数字

13、调制/解调技术 调幅；调频；调相 多路复用技术 时分多路；频分多路；波分多路 交换技术 电路交换；分组交换 模-数和数-模转换技术； 数字编码和数据压缩技术,数字通信（性能指标）,信道带宽（信道容量） 在模拟传输系统中，带宽指的是可以几乎无失真地传输的模拟信号的频率变化范围（最高频率-最低频率，单位Hz） 在数字通信系统中，一个信道允许的最大数据传输速率称为信道的带宽（信道容量），与传输介质、距离等多因素有关 数据传输速率（数据速率）：指实际进行数据传输时单位时间内传送的二进位数目，采用千位/秒（Kbps）、兆位/秒（Mbps）、千兆位/秒（Gbps）等 误码率：数据传输中规定时间内出错数据占

14、被传输数据总数的比例 端端延迟：数据从信源传送到信宿所花费的时间,数字技术基础,数字技术 用0和1两个数字来表示、处理、存储和传输一 切信息的技术 数字技术的处理对象：“比特”，只有两种状态：0或1。组成信息的最小单位 技术内涵：全面采用数字技术实现信息系统 电子计算机采用数字技术 通信和信息存储大量采用数字技术 广播电视正走向数字化,比特的运算（布尔代数）,逻辑乘（与运算，符号：AND、 、 ）：,逻辑加（或运算，符号：OR、 、+）：,两个多位二进制数进行逻辑运算时，按位独立进行，相邻位之间不发生关系。,取反运算（非运算，符号：NOT、）： “0”取反后为“1”，“1”取反后为“0”。,数

15、据通信和网络传输速率,网络传输二进位信息时，是一位一位串行传输，度量单位是每秒多少比特，采用10的幂次计算。 常用的传输速率单位有： 比特/秒（b/s），bps（波特率） 千比特/秒（Kb/s）， 1Kb/s =103比特/秒=1000b/s 兆比特/秒（Mb/s），1Mb/s = 106比特/秒=1000Kb/s 吉比特/秒（Gb/s）， 1Gb/s = 109比特/秒=1000Mb/s 太比特/秒（Tb/s）， 1Tb/s = 1012比特/秒=1000Gb/s,比特与二进制数,数制(计数制)：用一组固定的符号和统一的规则来表示数值的方法 数位：数码在一个数中所处的位置 基数(r)：该数制

16、所用数(代)码的个数 “逢r进一，借一当r” 十进制 356.89D J=10，可使用0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 二进制 1101.01B J=2 ，可使用0,1 八进制 753.66O J=8 ，可使用0,1,2,3,4,5,6,7 十六进制 A25.CH J=16 ，可使用0,.,9,A,B,C,D,E,F,PC机中数的主要类型,计算机中的数,小数点固定隐含在个位数右面,小数点不固定,整数（定点数）表示,整数：不带符号的整数和带符号的整数 n个二进制位表示无符号整数的范围为02n-1 n个二进制位表示有符号整数的范围为-2n-1-12n-1-1 表示方法： 原码：就是对有符号的

17、整数中的正负号用1位二进制数字“0”和“1”表示，通常放在用二进制表示的整数的最高位。 补码：对于正整数的补码和原码相同；对于负整数的补码，符号位不变，其他各位按位取反，末位加1,计算机中数的表示法,符号：用0，用1表示 一般地，在计算机中，一个二进制数的最左边的那一位表示符号位，即：最高位作为符号位，0表示正，1 表示负。 例如，以一个字节代表一个数据： 0010101143 1010101143,符号位为0 表示正数,符号位为1 表示负数,计算机中对负数引入原码、反码、补码三种表示方式（对于正数没有区别），在计算机内部采用“补码”的方式。,负数的补码表示？ 先表示为自然码 将自然码的每一位

18、取反码 在最低位加“1” 如: - 43用8位补码表示 所以： - 43 的8位补码为：11010101 如： - 64用8位补码表示 所以： - 64 的8位补码为：11000000,43 = 0101011 取反： 1010100 加1： 1010101,64 = 1000000 取反： 0111111 加1： 1000000,整数（定点数）表示,0的表示,+0的原、补码表示：00000000原、00000000补 - 0的原、补码表示：10000000原、00000000补 补码只有一个0：00000000补，因此能比原码多表示一个数。 由于： 11111111补=-1 10000001补=-127 因此用 10000000补表示成 -128 10000000补无原码,3种整数的比较,计算机中整数有多种，同一个二进制代码表示不同类型的整数时，其含义（数值）可能不同 一个代码它到底代表哪种整数（或其它东西），是由指令决定的,实数的特点与表示方法,特点： 既有整数部分又有小数部分，小数点位置不固定 整数和纯小数是实数的特例 任何一个实数总可以表达成一个乘幂和一个纯小数之积 例如： 56.725 = 0.56725102