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1、大学计算机应用基础,作者：贾积有,责任编辑：邹小宁 吴昌雷 出版日期：2008年9月 IDPN：308-2008-010 课件章数：9,第1章 计算机基础知识,1.1 信息时代与计算机文化,1.1.1 信息与信息社会,信息 科学家申农和维纳在1948年提到的“信息是以消除随机不确定性的东西。”和“信息就是信息，既不是物质，也不是能量。”为信息学的建立奠定了理论基础 。 人们每时每刻都在自觉或不自觉地通过自身的感觉器官来感受着外界传来的大量信息。人们感受到的信息分为：未加工的信息和加工后的信息。,未加工的信息包括,用眼睛看到的天空、海洋、山川、大漠等自然景象；用耳朵听到的雨声，雷声，蝉鸣等声音；
2、用鼻子嗅到的花香、鱼腥等气味；用舌头品尝到的各种水果的酸、甜等味道；用身体感受到的天气的冷暖、物体的质感等。,加工后的信息,对于直接感受到的外界传来的信息，通过加工处理，再用各种各样的信息媒体形式表达出来，信息会更加清晰、准确，更有利于对客观事物的研究分析和判断处理。 如：钟表的数字和指针来表示时间 。,信息的本质与特性,从本质上看，信息是事物运动的状态和方式，信息的基本功能就是消除认识上的不确定因素。 客观性 信息是客观存在的 。 普遍性 信息存在于自然界和人类的社会之中，无时无刻，无所不在。 认知性 信息是可以认知和理解的 。 共享性 信息可以复制，不断地重复产生信息副本 。 时效性 随着
3、事物的发展与变化，信息的可利用价值也会相应地发生变化 。 依附性 信息必须依附于某种载体而存在，而且同一信息可以借助多种载体表现出来。如：一条新闻可以通过看报纸、听收音机、看电视等形式获得。,信息社会,信息社会亦称为“后工业社会”。高度工业化的社会，进一步发展将成为信息社会，即信息起主要作用的社会。 在信息社会中，信息产业高度发达且在产业结构中占据优势；信息资源充分开发利用且成为经济增长的基本资源；信息技术高度发展且在社会经济发展中广泛应用，从根本上改变了人们的生活方式、行为方式和价值观念。,1.1.2计算机简史,我国古代的计算思想和工具 人类最早有实物作证的计算工具“算筹”，诞生在中国 。
4、在使用算筹进行计算时，古人创造了纵式和横式两种不同的摆法，按照纵横相间的原则表示任何自然数，从而进行加、减、乘、除、开方以及其它的代数计算。负数出现以后，算筹分为红黑两色，计算时，红筹表示正数，黑筹表示负数。由此可见，算筹属于硬件，而摆法就是“算筹计算机”的软件。 中国古代在计算工具领域的另一项发明是算盘，它结合了十进制计数法和一整套计算口诀并一直沿用至今，被许多人看作是最早的“数字计算机”。,西方近代的计算思想和工具,1642年法国数学家帕斯卡发明齿轮式加法器；1673年德国数学家莱布尼兹（C N Leibniz）发明了第一台可以运行完整的四则运算的乘法机。,加法器,乘法机,西方近代的计算思
5、想和工具,1822年，英国数学家巴贝奇（C Babbage）发明了差分机，专门用于航海和天文计算。这是最早采用寄存器来存储数据的计算机，体现了早期程序设计思想的萌芽。这台差分机可以处理3个5位数，计算精度达到6位小数。,巴贝奇的分析机概念,1834年，巴贝奇提出了分析机的概念。这台分析机由三个具有现代意义的装置组成： 保存数据的齿轮式寄存器，类似现在的存储器； 从寄存器取出数据进行运算的装置，并且机器的乘法以累次加法来实现，类似现在的运算器； 控制操作顺序、选择所需处理的数据以及输出结果的装置，类似现在的控制器。 巴贝奇的分析机同现代计算机一样可以编程，有关程序方面的概念，也与现代计算机一致。
6、 尽管这台分析机最终未能问世，但是却为后人留下了一份宝贵的遗产。他的设计思想为现代电子计算机的结构设计奠定了基础。现代电子计算机的中心结构部分恰好包括了巴贝奇提出的分析机的三个部分。,西方近代的计算思想和工具,1888年，美国人赫尔曼霍勒斯发明了制表机，它采用穿孔卡片进行数据处理，并用电气控制技术取代了纯机械装置。霍勒斯于1896年创立了制表机公司，1911年该公司并入CTR（计算制表记录）公司，1924年，托马斯沃森一世把CTR更名为“国际商业机器公司”，即鼎鼎大名的IBM公司。,制表机,现代计算机的诞生,1946年2月15日，世界上第一台通用电子数字积分计算机“埃尼阿克”（Electron
7、ic Numerical Integrator And Computer简称ENIAC）宣告研制成功。,ENIAC的运算速度为每秒5000次加法，一条炮弹的轨道只用了20秒钟就计算出来了，比炮弹本身的飞行速度还快。,现代计算机的发展阶段,电子管时代（1946年50年代末期）； 晶体管时代（20世纪50年代中期60年代末期）。 集成电路时代（20世纪60年代中期70年代初期）。 大规模和超大规模集成电路时代（20世纪70年代初期现在）。,电子管,晶体管,微处理器,第一台微处理器“4004芯片”于1971年由英特尔公司研制成功，这块集成了2300个晶体管的芯片的面积只有4.23.2平方毫米 ，其功
8、能却已相当于1950年时像房子那么大的电路板。 此后，微处理器的发展如同乘上了高速列车，每隔18个月，性能价格比就翻一番。 以微处理器为核心组成的微型计算机，掀起了计算机的新纪元，从而使得计算机的应用迅速普及。,4004芯片,1.1.3 计算机的特点,计算速度快 存储能力强 多媒体功能 网络功能 一定程度的智能,人工智能,人工智能（Artificial Intelligence，简称为AI）可以解释为利用人工的方法和技术，研制智能的机器，或者使用智能系统来模仿、延伸和扩展人的智能，实现机器的“思维”和“智能行为”。它用来解决在特定条件下，人类不容易实现，甚至不可能完成的问题。 人工智能研究涉及
9、到的领域很多，如编制智能程序解决问题；正确理解处理自然语言；根据特征识别不同事物；实现对数据库的智能管理；适应特定环境下的智能机器人；计算机能够自动查找和验证程序中错误的自动程序设计；模仿人的推理和演绎过程的自动定理证明；在因特网上用来做自动搜寻器的智能代理以及虚拟现实等等。,人工智能的应用-问题求解,人工智能研究、发展了求解“下棋程序”的难题。在下棋程序中，应用了某些技术，如：向前看几步，并把难题分成一些比较容易解决的子问题，从而发展成为搜索和问题归纳这样的人工智能基本技术。 在1997年，国际象棋世界冠军卡斯帕罗夫与计算机“深蓝”进行了6局的对抗赛。在前5局以2.5对2.5打平的情况下，在
10、第6盘决胜局中，卡斯帕罗夫仅走了19步就被迫向“深蓝”认输，整场比赛进行了不到一个小时。“深蓝”赢得了这场具有特殊意义的对抗。,人工智能的应用-机器人学,人工智能的一个长远目标是发明出可以具备人脑功能的机器人（Robot）。,这种机器需要具备感知能力、记忆与思维能力、学习能力以及行为能力等几个方面的人类智能的特征。机器人是在计算机程序控制下能够自动完成人类部分工作的机器。智能机器人不仅可以模拟人的动作，更重要的是模拟人的思维。,1.1.4 计算机的分类,大型计算机： 主要作为大型计算机中心、大型信息处理中心的核心系统。其主机运算速度高，存储容量大，事务处理能力强，数据输入输出的吞吐率高，为众多
11、用户提供服务。 微型计算机 ：微型计算机又称为个人计算机（PC） 嵌入式计算机（Embedded Computer）: 以嵌入方式纳入系统作为该系统一个组成部分的计算机。一块微机芯片配以一段程序就可以构成用于洗衣机的嵌入式计算机。,1.1.5 计算机的应用领域,科学计算 ： 指利用计算机来完成科学研究和工程技术中提出的数学问题的计算，是计算机最早最重要的应用领域。 自动控制 ：是用计算机及时地采集数据，对数据进行分析，根据分析结果选择最佳方案从而对过程进行控制。 数据管理：数据处理是指对各种数据进行收集、存储、整理、分类、统计、加工、利用、传播等一系列活动的统称。 网络通信：计算机技术与现代通
12、信技术的结合构成了计算机网络通信系统。,计算机的应用领域,辅助设计：计算机辅助设计是利用计算机系统辅助设计人员进行工程或产品设计，以实现最佳设计效果的一种技术。它已广泛地应用于飞机、汽车、机械、电子、建筑和轻工等领域。 教育培训：计算机辅助教学（CAI）、校园网、远程教育网络正改变着传统的教学模式，构建着全新的立体化教学环境。 电子商务：电子商务就是利用计算机技术、网络技术和远程通信技术，实现整个商务（买卖）过程中的电子化、数字化和网络化。 休闲娱乐：家庭拥有计算机、上网、聊天、发邮件，听CD、看DVD 、网络游戏等。,1.1.6 软件知识产权意识,商品软件（Commercial Softwa
13、re） 被作为商品进行交易的软件。 共享软件（Shareware） “先使用后付费 ”的方式销售的享有版权的软件。 测试软件 很多软件公司都在新版软件推出前，先在网络上发布其Beta版的测试软件，让用户免费下载，加以推广并征求意见，以便在推出正式版之前进行改进。 自由软件（Freeware） 真正免费的软件，可以自由免费地使用，在使用上也不会有日期和功能上的限制。常见的自由软件有Linux、FoxMail、FreeBSD、Solaris等软件。,第1章 计算机基础知识,1.2 计算机中信息的表示,1.2.1 数制及其转换,进位计数制是人们利用符号来计数的方法，生活中人们使用十进制，在计算机中使
14、用二进制，而其余的几种进制如八进制、十六进制与二进制之间可以非常简单地相互转换。 十进制：十进制有10个数码，即：0， 1， 2， 3， 4， 5， 6， 7， 8， 9。十进制的加法运算法则是“逢十进一，借一当十” 二进制：二进制有2个数码，即：0， 1，而没有数码“2”。二进制的加法运算法则是“逢二进一，借一当二”,数制及其转换,八进制：八进制有8个数码，即：0， 1， 2， 3， 4， 5， 6， 7，而没有数码“8”。八进制的加法运算法则是“逢八进一，借一当八” 十六进制：十六进制有16个数码，即：0， 1， 2， 3， 4， 5， 6， 7， 8， 9， A， B， C， D， E，
15、 F ，而没有数码“16”。十六进制的加法运算法则是“逢十六进一，借一当十六”,数制及其转换,每种数制都有一个基本特征数，这个数表示了某种数制具有的符号的个数及进位规则，被称为“基数”。显然，十进制的基数为“十”，二进制的基数为“二”，十六进制的基数为“十六”。 在同一数制中，不同位置上的同一个符号所代表的值又是不同的。例如： 1 1 1 1 . 1 1 十进制 10 10 10 100 10-1 10-2 二进制 2 2 2 20 2-1 2-2 某种数制中各位“1”所表示的值为该位的“权”，或称“位权”。,二进制、十进制、十六进制“基数”和“权”对比表,二进制数十进制数,将每个二进制数位的
16、值写成2的各次降幂的形式，然后求和。例如：,十进制数二进制数,将十进制数转换为二进制数，要分整数和小数部分分别转换。 （5.625）10 (0101.101)2 （13.6）10(1101.1100)2 十进制整数转换为二进制数的方法是将十进制数值 “除二取余，倒向排列”。例如：,十进制数二进制数,十进制小数转换为二进制小数的方法是将十进制数值 “乘二取整,直到锝数为1或出现循环”。例如：,二进制数十六进制数,将二进制数从低位（右面）到高位（左面）进行分组，每4位一组，如果最左（后）面的一组不足4位的，在高位可用“0”补齐。然后，将每组的二进制数用十六进制数替换即可。 例如：将“信息”的二进制数编码数值分别转换为十六进制数值。,十六进制数二进制数,为二进制数转换为十六进制数的逆运算。,十进制数十六进制数,将每个十进制数值采用“除十六取余，倒向排列”。,十六进制数十进制数,将每个十六进制数位的值写成16的
