信息时代与计算机.ppt

第1章 信息时代与计算机,信息与信息技术 计算机概述 计算机系统工作原理和组成 计算机中信息的表示,信息与信息技术,信息、数据 信息技术概述,信息与数据,信息(Information)是人们用于表示具有一定意义的符号的集合，这些符号可以是文字、数字、图形、图像、动画、声音、光等。 数据(Data)是指存储在某种媒体上可以鉴别的符号资料。,数据是信息的具体表现形式，是信息的载体，而信息是对数据进行加工后得到的结果。,信息技术(IT) (Information Technology),是指与信息的产生、获取、处理、传输、控制和利用等有关的技术。 这些技术包括计算机技术、通信技术、微电子技术、传感技术、网络技术、新型元器件技术、光电子技术、人工智能技术、多媒体技术等。,计算机技术、通信技术和网络技术是它的核心技术,计算机概述,计算机起源与发展 计算机的特点及分类 计算机的应用 计算机的发展趋势,计算机,计算机（电脑）是一种具有计算功能、记忆功能和逻辑判断的电子设备。它能接收数据、保存数据、按照预定的程序对数据进行处理，并提供和保存处理结果。,1946年(美)宾夕法尼亚大学第一台电子数字积分计算机ENIAC诞生。,现代计算机的起源,电子管 18000多只 占地 160平方米 重 30余吨 耗电 150kw 运算速度为 5000次/秒,第一代：(1946-1956) 电子管时代 (机器和汇编语言) 第二代：(1956-1964) 晶体管时代 (高级编程语言) 第三代：(1964-1971) 中小规模集成电路 (操作系统成熟) 第四代：(1971至今) 大规模、超大规模集成电路 (出现网络，使用面日益广泛),计算机的发展,按照计算机所使用的逻辑部件将计算机的发展分为四代：,未来计算机以量子计算机、分子计算机、生物计算机、超导计算机和光计算机为代表。,1956：开始研制计算机 1958：电子管 计算机 1964：晶体管 计算机 1971：集成电路 计算机 1983：研制成功每秒运行1亿次的“银河I”巨型机 2010：首台千万亿次计算机“天河一号”投入使用 （2009研制成功）,中国计算机的发展,中国超级计算机“天河一号”,计算机的特点,运算速度快、精确度高,可靠性好、存储容量大,具有记忆和逻辑判断能力,计算机内部自动化操作,计算机的分类,按原理分类 数字计算机：处理的数据是用离散数据表示的 模拟计算机：处理的数据是用连续模拟量表示 的。主要用在要求响应速度快但 精度低的过程控制中。 按计算机用途分类 通用计算机：为解决多种问题而设计的具有较强通 用性的计算机 专用计算机：针对某一特定用途而设计的计算机,按计算机规模分类 巨型机、大型机、小型机和微型计算机,计算机规模一般指计算机的一些主要技术指标：字长、运算速度、存储容量等。,计算机技术的应用,科学计算 为解决科学和工程中的数学问题利用计算机进行的数值计算。 数据处理 以计算机技术为基础，对大量数据进行加工处理，形成有用的信息 计算机辅助系统 指通过人机对话，使计算机辅助人们从事设计、加工、计划和学习等工作。,CAD: 计算机辅助设计 CAM: 计算机辅助制造 CBE: 计算机辅助教育 CAI: 计算机辅助教学 CMI：计算机辅助教学管理 CAT: 计算机辅助测试,过程控制 用计算机及时采集检测数据,按最佳值迅速地对控制对象进行自动控制或自动调节。 人工智能(AI) 研究怎样让计算机做一些通常认为需要人的智力才能做的事情。 计算机网络与通信 利用通讯技术，将不同地理位置上的计算机互联，实现信息的交换和共享。,性能不断提高；体积不断缩小；价格持续下降；信息处理功能多媒体化；与通信相结合，进入“网络计算机时代”。,计算机的发展趋势,计算机正向着巨型化、微型化、网络化和智能化的方向发展。,计算机系统工作原理和组成,计算机的工作原理 计算机系统组成,计算机的工作原理,美籍匈牙利数学家冯 诺依曼提出了以“二进制”和“存储程序” 工作原理为基础的现代计算机的体系结构。,所谓“二进制”是指： 以二元逻辑为基础，用0和1二进制码组成各种信息进行运算。 “存储程序”的工作原理是： 在计算机中设置存储器，将二进制编码表示的计算步骤和数据存放到存储器中，计算机一经启动，就能按照程序指定的逻辑顺序依次取出存储器中的内容进行处理，直到得出结果。,指令：是指计算机完成某一种操作的命令，是一 组二进制代码。,一条指令的执行过程可分为取指令、分析 指令、执行指令3个阶段,指令的执行过程,开 始,从存储器取一条指令,分析指令？,执行指令,结 束,计算机工作过程,计算机系统的组成,CPU,外部设备,计算机硬件系统的组成,主机,计算机软件系统的组成,软件是各种程序及其文档的总称。 软件是用户与机器的接口 。,裸机：不装备任何软件的计算机。,硬 件,作为系统，计算机具有层次性。 内核是硬件系统：是进行信息处理的实际物理装置。 最外层是使用计算机的人，即用户。 人与硬件系统之间的接口是软件系统。,运算器(ALU) 中央处理单元（CPU ) 主机 控制器 内存储器 硬件 外存储器 外设 输入设备 计算机 输出设备 系 统 操作系统 系统软件 程序语言及其编译、解释程序 调试程序、测试及诊断程序 软件 应用软件,计算机中信息的表示,数制 信息编码,计算机中的信息是用二进制表示的。因为： 物理上容易实现 运算简单 逻辑性强 在计算机中只能识别二进制数码信息，因此，一切字母、数字、符号等信息都必须用二进制特定编码来表示；信息才能传送、存储和处理,二进制的示例,数制：是指表示数值的方法，有进位计数制和非进位计数制 进制：按照进位的原则进行计数的数制称为进位计数制，简称“进制”。 数码：一组用来表示某种数制的符号 基数：数制所使用的数码个数，常用R表示，称R进制 位权：指数码在不同位置上的权值。其大小是以基数R为底，数码所在位置的序号为指数的整数次幂。,数制的概念,在十进制数中，358.72 可表示为： 358.72=3102+5101+8100+710-1+210-2,常用的进位计数制,不同数制间数的转换,R进制数,十进制数,R进制数,十进制数,二、八、十六进制之间的转换,示例： (1110.1) 2 = 123+122 + 121 + 020+1 2-1 = 8 + 4 + 2 + 0 + 0.5 = (14.5)10 (a12f.28) 16 = 10163+1162 + 2161 +15160 +2 16-1 + 816-2 = (41263.15625)10,R进制数 = 十进制数,位权法：把R进制数按位权展开求和,十进制 = R进制,整数转换 小数转换,结果：144,余数法：除基数取余法，连续除以基数，并取其余数，直到商为零，将所得余数倒序排列即可 示例： 100 - 八进制,十进制整数= R进制整数,100,8,4,12,8,4,1,8,1,0,结果为：1100001,示例： 97 - 二进制,97,2,48,1,2,24,0,2,12,0,2,6,0,2,3,0,2,1,1,2,0,1,进位法：乘基数取整，连续乘以基数，并取其整数，直到积为零或达到所要求的精度时，将所得整数正序排列即可 示例： 0.625 = 二进制,结果：0.101,取整数,十进制小数 = R进制小数,二、八与十六进制之间的转换,二进制与十六进制 4位二进制数 1位十六进制数 二进制与八进制 3位二进制数 1位八进制数,示例：,100101110111.011 1,00,421,7,6,5,4,.,3,4,示例：,421,3 5. 2,101,011,.,010,示例：,1000 1010 0101. 1111,5,A,8,.,F,8421,例: 将（741.566）8 转换成为二进制数 例: 将（5A.B8）16 转换成为二进制数,输入设备,输出设备,内存,信息的编码,信息单位 数值编码 字符编码,信息的存储单位,位(bit) 简记b，也称比特 是计算机存储数据的最小单位。一个二进制位只能表示0或1。 字节(Byte) 简记B 1B = 8 bit 计算机中，字节是存储信息的最小单位，即以字节为基本单位来解释信息。,其他单位 KB 千字节 MB 兆字节 GB 吉字节 TB 太字节 PB 拍字节,1 KB = 210 B = 1024 B l MB = 210 KB = = l024 KB 1 GB = 210 MB = l024 MB 1 TB = 210 GB = 1024 GB 1 PB = 210 TB = 1024 TB,位,字，字长,字节（8位）,字 是计算机进行数据处理时,一次存取、加工和传送的一组二进制位。它的长度叫字长。,常见的微处理器字长有8位、16位、32位和64位。,符号位的表示 计算机中数据的符号也是用二进制表示的，正数用0表示，负数用1表示,计算机中数值的表示,机器数 把一个数据连同其符号在机器中的表示加以数值化，这样的数据称为机器数。一般用最高位来表示符号。,+97,符号位,机器数在计算时必须考虑符号位的处理，为了便于运算，对数中有三种表示方法,原码 反码 补码,原码 原码就是机器数,最高位为符号位，数值部分是原数的绝对值 反码 正数的反码和原码相同，负数的反码是对其原码除符号位外各位求反（0变1，1变0） 补码 正数的补码和原码相同，负数的补码是对其反码最后一位加1,+97,原码,反码,补码,-97,原码,反码,补码,假定一个数在机器中占用8位,可以将减法运算转化为加法运算来完成 数的符号位可参与运算 两数和(差)的补码等于两数的补码之和(差),补码运算具有如下优点,数的定点表示和浮点表示,在计算机中表示小数时根据其小数点位置是否固定，分为：,定点表示法 浮点表示法,定点表示法 约定小数点隐含地固定在某个位置不变，为了方便，把小数点规定在数的最前面或最后面。即把所有数化为纯小数或纯整数来对待。 浮点表示法 小数点的位置可以改变的表示数的方法。,数的定点表示,定点小数：,定点整数：,符号位,隐含小数位(+0.625),符号位,隐含小数位(-10),数的浮点表示,尾数,= 0.112233 104,0.0001101B = 0.1l012-11,1122.33,= 1.12233 103,= 11.2233 102,阶码部分,阶 符,阶码,尾数部分,数 符,0.00000011101011B 0.1l1010112-110,不同的计算机中，阶码和尾数各占多少位都有具体的规定。 阶码部分用补码表示成定点纯整数；尾数部分用补码表示成定点纯小数。,计算机处理的信息除了数值数据以外，还有其他大量的非数值数据，非数值数据中主要是字符数据。由字符数据转换成二进制数值数据，最好的方法就是为字符编码，即对字符进行编号。,字符编码,每一个字符有一个唯一的编码。,西文字符的编码,ASCII码 美国标准信息交换代码 American Standard Code for Information Interchange,采用一个字节编码，可表示256种不同的字符。,范围128-255, 共128种,标准ASCII,范围0-127, 共128种,最高位为0的编码,扩展ASCII,最高位为1的编码,汉字的编码,汉字输入码 汉字国标码 汉字机内码 汉字输出码,汉字输入码,输入汉字使用的编码称为汉字输入码，也称为汉字外部码，简称外码。,音码类：全拼、双拼、微软拼音、自然码和智能ABC等 形码类：五笔字型法、郑码输入法等,我国在1980年制定了信息交换用汉字编码字符集基本集作为国家标准GB2312-80编码字符集，称为国标码。 GB2312-80中规定了信息交换用的6763个汉字和682个非汉字图形符号（包括字母、数字和符号，例如英文、俄文、日文平、片假名等）的代码。,汉字国标码,区位码,区号,位号,区位码：汉字和汉字符号被分成了94个区、94个位。区、位的序号均从01到94。 每个汉字占两个字节。其中：汉字6763个，汉字符号682个。一级汉字3755个；二级汉字3008个。,汉字国标码 = 汉字区位码 + 2020H,用四位十进制数表示，前两位数是区号，后两位数是位号。,汉字的机内码,汉字机内码是计算机内部处理汉字信息时所用的汉字编码，也称汉字的内码。,汉字机内码 =汉字国标码 + 8080H =汉字区位码 + A0A0H,这样保证汉字机内码的两个字节的最高位均为1，容易与西文ASCII码区分开。,国标码,汉字内码,高位,低位,汉字字形码,汉字字形码通常有：点阵和矢量两种表示方式 点阵：汉字字形点阵的数字代码，字形中每一点都由一个二进制位来表示 1616、2424、3232、4848 矢量：存储的是描述汉字字形的轮廓特征的代码 如：PostScript字库、TrueType字库,指汉字字形点阵信息的数字代码，存放在汉字库中,1616点阵汉字,点阵和矢量方式区别： 前者特点 编码、存储方式简单、无需转换直接输出，但字形放大后产生的效果差，而且同一种字体不同的点阵需要不同的字库； 矢量方式特点正好与前者相反。,每个汉字字形码在汉字字库中的逻辑地址。地址码和机内码要有简明的对应转换关系。,汉字地址码,查阅资料写一篇论文，题目内容自定，例如： 对信息社会的感受和认识 计算机的起源学说 计算机的未来,作业,