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1、第一章第一章 计算机与信息社会计算机与信息社会 1.1 计算机的发展计算机的发展 1.2 计算机的分类计算机的分类 1.3 信息技术概述信息技术概述 1.4 计算机在信息社会中的应用计算机在信息社会中的应用1.5 数制转换及运算数制转换及运算1计算工具的发展计算工具的发展手工到机械自动手工到机械自动 史前时期，我们的祖先就采用石块和贝壳记数；史前时期，我们的祖先就采用石块和贝壳记数； 唐代时期，开始使用算盘；唐代时期，开始使用算盘； 17世纪，出现了计算尺；世纪，出现了计算尺； 1642年，法国数学家年，法国数学家Pascal创造了第一台能完成加、减运创造了第一台能完成加、减运算的机械计算器，
2、计算税收；算的机械计算器，计算税收； 1822年，英国数学家巴贝奇提出了自动计算机的基本概念，年，英国数学家巴贝奇提出了自动计算机的基本概念，并设计出差分机和分析机；机械计算到电动计算并设计出差分机和分析机；机械计算到电动计算 1884年，美国工程师霍雷斯创造了第一台电动计算机年，美国工程师霍雷斯创造了第一台电动计算机,用于用于人口普查；人口普查； 1944年，美国哈佛大学数学教授霍华德年，美国哈佛大学数学教授霍华德阿肯提出设计思想，阿肯提出设计思想，由由IBM承建，设计出承建，设计出“马克马克1号号”计算机。计算机。 机电全自动到电机电全自动到电子数字子数字 1946年，第一台数字式计算机年
3、，第一台数字式计算机ENIAC诞生在美国，从此人诞生在美国，从此人类社会进入以计算机为主导的信息时代。类社会进入以计算机为主导的信息时代。2n1、计算机的发展历程、计算机的发展历程 计算机技术的发展计算机技术的发展 算筹算筹 算盘、计算算盘、计算尺尺机械式计算机机械式计算机 电子计算机电子计算机 n电子计算机的发展电子计算机的发展 电子管电子管晶体管晶体管集成电路集成电路 大规模集成电路大规模集成电路318121812年差分机年差分机 查尔斯查尔斯. .巴贝奇巴贝奇 1834年设计的分析机年设计的分析机 1.1 计算机的发展计算机的发展 1.1.1近代计算机近代计算机由许多轮子组成的保存数据的
4、存储库；由许多轮子组成的保存数据的存储库；运算装置；运算装置；能对操作顺序进行控制，并选择所需处能对操作顺序进行控制，并选择所需处理的数据以及输出结果的装置。理的数据以及输出结果的装置。4现代计算机体系结构现代计算机体系结构冯冯诺依曼机：诺依曼机：“存储程序存储程序”的的概念概念五十多年来，计算机系统基本结五十多年来，计算机系统基本结构没有变。构没有变。 英国科学家艾兰英国科学家艾兰. .图灵图灵建立图灵机（建立图灵机（Turing machineTuring machine）模模型，奠定了可计算理论的基础；型，奠定了可计算理论的基础；提出图灵测试，阐述了机器智能的提出图灵测试，阐述了机器智能
5、的概念概念 。美籍匈牙利数学家冯美籍匈牙利数学家冯. .诺依曼诺依曼1.1.1 近代计算机近代计算机51.1.2 电子计算机的问世电子计算机的问世1946年年2月由宾州大学月由宾州大学研制成功的研制成功的ENIAC电子计算机时代的到来电子计算机时代的到来 Electronic Numerical Integrator And Calculator电子数字积分计算机电子数字积分计算机重达30吨占地250m2启动工耗150000瓦18000个电子管保存80个字节61.1.3 计算机的分代时时代代年份年份器件器件软件软件应用应用一一 46-58电子管电子管机器语言汇编机器语言汇编语言语言 科学计算科
6、学计算二二58-64晶体管晶体管高级语言高级语言数据处理工业数据处理工业控制控制 三三64-71集成电路集成电路操作系统操作系统文字处理图形文字处理图形处理处理四四71年迄年迄今今大规模集成大规模集成电路电路数据库、网络数据库、网络等等社会的各个领社会的各个领域域7中国计算机的发展中国计算机的发展n大型机及巨型机大型机及巨型机 银河、曙光、神威银河、曙光、神威 n微型机微型机 长城、联想、方正长城、联想、方正 n中央处理器中央处理器 “龙芯龙芯”芯片（芯片（2001）、曙光）、曙光推出具有中国知识产权推出具有中国知识产权“龙腾龙腾”服务器服务器（2002）。）。 n软件软件 YHOS 、CCD
7、OS、WPS、LinuxOS、COSIX64、OpenBASE 曙光3000超级计算机81.1.4 计算机的分类计算机的分类 按综合性能按综合性能指标分类指标分类巨型机：巨型机：速度最快、处理能力最强速度最快、处理能力最强例如：曙光例如：曙光40004000L644GBL644GB内存，浮点运算达每秒内存，浮点运算达每秒3 3万亿次万亿次 大型、通用、较快、较强大型、通用、较快、较强大型机：大型机：作作“客户机客户机/ /服务器服务器”的服务器的服务器 作作“终端终端/ /主机主机”的主机的主机 小型机小型机：规模小，结构简单，设计试制周期短规模小，结构简单，设计试制周期短 工艺先进、使用维护
8、简单工艺先进、使用维护简单 工作站工作站：介于介于PCPC与小型机之间与小型机之间 高分辨率、大容量内外存，图形功能较强高分辨率、大容量内外存，图形功能较强微型计算机微型计算机：小、巧、轻、使用方便、价格便宜小、巧、轻、使用方便、价格便宜中央处理器：一个芯片中央处理器：一个芯片网络计算机网络计算机：基于：基于JavaJava技术的瘦客户机系统技术的瘦客户机系统 91.1.5 未来新型计算机未来新型计算机1光计算机光计算机利利用用光光作作为为信信息息的的传输媒体传输媒体 2生物计算机（分子计算机）生物计算机（分子计算机）生生物物计计算算机机在在2020世世纪纪8080年年代代中中期期开开始始研研
9、制制，其其最最大大的的特特点点是是采采用了生物芯片用了生物芯片3量子计算机量子计算机是是指指利利用用处处于于多多现现实实态态下下的的原原子子进进行行运运算算的的计计算算机机，这种多现实态是量子力学的标志。这种多现实态是量子力学的标志。 101.2 信息技术概述信息技术概述1.2.1 信息技术基础知识信息技术基础知识 信息与数据信息与数据 病历卡上记载病人的体温病历卡上记载病人的体温39oC是数据。数据是数据。数据39oC本本身是没有意义的。当数据以某种形式经过处理、描述或身是没有意义的。当数据以某种形式经过处理、描述或与其它数据比较时，才能成为信息。某个病人的体温是与其它数据比较时，才能成为信
10、息。某个病人的体温是39oC，这才是信息，信息是有意义的。这才是信息，信息是有意义的。信息信息 各种事物的变化和特征的反映各种事物的变化和特征的反映 数据数据 信息的载体。信息的载体。 例如：数值、文字、语言、图形、图像等。例如：数值、文字、语言、图形、图像等。 111.2.1 信息技术基础知识信息技术基础知识 信息技术信息技术 Information Technology联合国教科文组织对信息技术的定义联合国教科文组织对信息技术的定义 应用在信息加工和处理中的科学、技术与工程的训应用在信息加工和处理中的科学、技术与工程的训练方法和管理技巧；上述方面和技巧和应用；计算练方法和管理技巧；上述方面
11、和技巧和应用；计算机及其与人、机的相互作用；与之相应的社会、经机及其与人、机的相互作用；与之相应的社会、经济和文化等诸种事物。济和文化等诸种事物。 121.2.2 现代信息技术的内容现代信息技术的内容 1. 信息基础技术信息基础技术 微电子技术微电子技术 当今世界新技术革命的基石当今世界新技术革命的基石 光电子技术光电子技术 采用光子作为信息的载体采用光子作为信息的载体 2. 信息系统技术信息系统技术 信息获取技术信息获取技术 传感技术、遥测技术和遥感技术传感技术、遥测技术和遥感技术 信息处理技术信息处理技术 计算机技术成为现代信息技术的核心计算机技术成为现代信息技术的核心 信息传输技术信息传
12、输技术 光纤通信技术、卫星通信技术等光纤通信技术、卫星通信技术等 信息控制技术信息控制技术 利用信息传递和反馈来实现利用信息传递和反馈来实现 信息存贮技术信息存贮技术 缩微品、磁盘、光盘缩微品、磁盘、光盘 通通信信技技术术、计计算算机机技技术术和和控控制制技技术术合合称称为为3 3C C（CommunicationCommunication、ComputerComputer和和Control Control ）技术。技术。3. 信息应用技术信息应用技术如信息管理、信息控制、信息决策如信息管理、信息控制、信息决策 131.2.3 未来信息技术的发展趋势未来信息技术的发展趋势 数字化数字化 大量信
13、息可以被压缩，并以光速进行传输。大量信息可以被压缩，并以光速进行传输。 多媒体化多媒体化 文文字字、声声音音、图图形形、图图像像、视视频频等等信信息息媒媒体体与与计计算算机机集集成成在在一一起，以接近于人类的工作方式和思考方式来设计与操作。起，以接近于人类的工作方式和思考方式来设计与操作。 高速度、网络化、宽频带高速度、网络化、宽频带 下一代的下一代的InternetInternet技术。技术。 智能化智能化 在在超超媒媒体体的的世世界界里里，软软件件代代理理收收集集任任何何可可能能想想要要在在网网络络上上取取得得的信息。的信息。141.3 计算机在信息社会中的应用 计算机的应用类型计算机的应
14、用类型1. 科学计算科学计算2. 数据处理数据处理3. 电子商务电子商务4. 过程控制过程控制5. CAD/CAM/CIMS6. 多媒体技术多媒体技术 7. 7. 虚拟现实虚拟现实8. 人工智能人工智能 计算机的主要应用领域计算机的主要应用领域1. 工商：工商：电子商务、电子商务、CAD/CAM2. 教育：教育：多媒体教育、远程教育多媒体教育、远程教育3. 医药：医药：CAT、MRI、远程医疗远程医疗4. 政府：政府：电子政府电子政府5. 娱乐：娱乐：虚拟现实、电影特技虚拟现实、电影特技 6. 科研：科研：数据采集、计算分析数据采集、计算分析7. 家庭：家庭：家庭信息化家庭信息化 151.5
15、数据在计算机中的表示数据在计算机中的表示 二进制优点二进制优点：物理上容易实现，运算简单，可靠性、通用性强 自然界中具有两个固定状态的物理量很多，自然界中具有两个固定状态的物理量很多，例如：电流的有无、电压的高低等。例如：电流的有无、电压的高低等。 161.5 数据在计算机中的表示数据在计算机中的表示 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1 0 117十进制表示法十进制表示法 在按位定制的计数制中，十进制数可以表示成下列形式(用D代表):(D)10 = Di10i = Dn-110n-1+Dn-210n-2+D0100+D-110-1+D-m10-m特点：有0-9十个数字符号，
16、逢10进位。 举例: 519.02 = 5102+ 1101+ 9100+ 010-1+ 210-2 18二进制表示法二进制表示法 一个二进制数可以表示成下列形式一个二进制数可以表示成下列形式(用用B代表代表): (B)2= Bi2i =Bn-12n-1+Bn-22n-2+B020+B-12-1 + B-m2-m 特点：有0和1两个数字符号，逢2进位。举例举例: 1101.01 = 123+ 122+ 021+120+ 02-1+12-2 19十六进制表示法十六进制表示法一个十六进制数可以表示成一个十六进制数可以表示成(用用H代表代表): (H)16= Hi16i =Hn-116n-1+Hn-
17、216n-2+H020+H-116-1 + H-m16-m 特点：有特点：有0-9及及A-F共共16个数字符号，逢个数字符号，逢16进位。进位。 举例举例: A3F.3B =10162+316+15160+316-1+1116-2 201010进制制转换为2 2进制制 整数部分用整数部分用辗转除法除法 212 75 1 2 37 1 2 18 0 2 9 1 2 4 0 2 2 0 2 1 1 0例：例：221010进制制转换为2 2进制制 小数部分用乘小数部分用乘2 2取整法取整法 2324二、十进制转换二、十进制转换将2进制转换成10进制。 例 11110 = 124+ 123+122+
18、21+020 =30 25八进制与二进制转换八进制与二进制转换将3位2进制数编码，即可转换为1位8进制数。 例如，1101110= 001 101 110 = 156 将8进制转换为10进制 156 = 182 + 581 +680 = 110 26十六进制与二进制转换十六进制与二进制转换将4位2进制数组合编码为1位十六进制数， 例如 101110 101110 = 0010 1110 = 2E 16进制数转换为10进制 2E = 2161 + 14160 = 46 27(3)补码补码0X1|X|0=XX=0+7： 00000111 +0：00000000 - - 7： 10000111 -
19、- 0：10000000 X原原=+7： 00000111 +0：00000000 0X1|X|0=XX=00X1|X|+10=XX=0 +7： 00000111 +0：00000000 - -7：11111000 - - 0：11111111 - - 7：11111001 - - 0：00000000 (2)反码反码X反反=X反反=带符号数的表示 假定一个数在机器中占用假定一个数在机器中占用8位。位。最高位为最高位为1代表负数代表负数，最高位为最高位为0代表正数代表正数(1) 原码原码281.5.2 字符字符 西文字符西文字符计算机是美国人发明的，因此计算机的字符集中自然包含了英计算机是美国
20、人发明的，因此计算机的字符集中自然包含了英文的文的26个字母。个字母。 计算机要在全世界通用，必须采用公认的标准格式对字符、符计算机要在全世界通用，必须采用公认的标准格式对字符、符号进行编码。号进行编码。 常用的字符编码有常用的字符编码有ASCII码、码、BCD码等。码等。 29ACSII码码(American Standard Code for Information Interchange) 128个常用字符，用个常用字符，用7位二进制编码，从位二进制编码，从0到到127 控制字符：控制字符：032，127；普通字符：；普通字符：94个。个。 例如：例如：“a”字符的编码为字符的编码为11
21、00001，对应的十进制数是，对应的十进制数是97； 换行换行 0AH 10 回车回车 0DH 13 空格空格 20H 32 09 30H39H 4857 AZ 41H5AH 6590 az 61H7AH 9712230用多长的编码来表示，取决于计算机要处理的符用多长的编码来表示，取决于计算机要处理的符号有多少。例如，在计算机的键盘中常用的字符号有多少。例如，在计算机的键盘中常用的字符符号最多有符号最多有128个（个（27），因此，用一个字节就可），因此，用一个字节就可以表示以表示128种不同的编码组合。种不同的编码组合。 汉字有成千上万个，显然一个字节是无法表示所汉字有成千上万个，显然一个字
22、节是无法表示所有编码组合的。有编码组合的。 31n我国在我国在1980年制定了年制定了信息交换用汉字编码字信息交换用汉字编码字符集符集基本集基本集作为国家标准作为国家标准GB2312-80编码编码字符集，称为字符集，称为国标码国标码。GB2312-80中规定了信中规定了信息交换用的息交换用的6763个汉字和个汉字和682个非汉字图形符号个非汉字图形符号（包括字母、数字和符号，例如英文、俄文、日（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。文平、片假名等）的代码。 在国家标准在国家标准GB2312-80中，每个汉字采用中，每个汉字采用双字节双字节表示。每表示。每个字节只用个字
23、节只用ASCII码中的低码中的低7位，最高位为位，最高位为0。32n例如，汉字例如，汉字“中国中国”在两个字节中的存放为：在两个字节中的存放为：n中中 5650H 国国 397AHn0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 n0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 033汉字编码(1) 汉字输入码汉字输入码音码类音码类 全拼、双拼、微软拼音、全拼、双拼、微软拼音、自然码和智能自然码和智能ABC等等 形码类形码类 五笔字型法、郑码输入法等五笔字型法、郑码输入法等 。(2) 汉字国标码汉字国标码(GB231280) 每个汉字占两个字节。每个汉字占两个字节。
24、 一级汉字：一级汉字：3755个；二级汉字：个；二级汉字：3008个。个。汉字分区，每个区汉字分区，每个区94个汉字。个汉字。(3)机内码机内码汉字在设备或信息处理系统内部最基本的表达形式。汉字在设备或信息处理系统内部最基本的表达形式。汉字汉字 国标码国标码 汉字内码汉字内码 中中 8680(01010110 01010000)B (11010110 11010000)B 华华 5942(00111011 00101010)B (10111011 10101010)B 区号区号区中位置区中位置34汉字字形编码汉字字形编码(4) 汉字字形码汉字字形码点阵：点阵：汉字字形点阵的代码汉字字形点阵的代
25、码 有有1616、2424、3232、4848等等编码、存储方式简单、无需转换直接输出编码、存储方式简单、无需转换直接输出放大后产生的效果差放大后产生的效果差矢量：矢量：存储的是描述汉字字形的轮廓特征存储的是描述汉字字形的轮廓特征 矢量方式特点正好与点阵相反矢量方式特点正好与点阵相反（5 5）汉字地址码）汉字地址码每个汉字字形码在汉字字库中的相对位移地址每个汉字字形码在汉字字库中的相对位移地址地址码和机内码要有简明的对应转换关系地址码和机内码要有简明的对应转换关系35UCS编码组组平面平面行行 字位字位最高位为0基本多文种平面（基本多文种平面（BMP）：）：0组组0平面，包含字母、音节及表意文
26、平面，包含字母、音节及表意文字等。字等。例如：例如：A 41H(ASCII) 00000041H(UCS) 大大 3473H(GB2312) 00005927H(UCS(6) 其他汉字编码其他汉字编码UCS码、码、Unicode码、码、GBK码、码、BIG5码等码等 国际标准：国际标准： 通用多八位编码字符集通用多八位编码字符集UCS(Universal Code Set)世界各种文字世界各种文字的统一的编码方案，一个字符占的统一的编码方案，一个字符占4个字节。分为：个字节。分为：36其他汉字编码其他汉字编码 Unicode码码 另一国际标准：采用双字节编码统一地表示世界上的主要文字。另一国际
27、标准：采用双字节编码统一地表示世界上的主要文字。 其字符集内容与其字符集内容与UCSUCS的的BMPBMP相同。相同。 GBKGBK码码 GBKGBK等同于等同于UCSUCS的新的中文编码扩展国家标准，的新的中文编码扩展国家标准，2 2字节表示一个汉字字节表示一个汉字 第一字节从第一字节从81H-FEH81H-FEH，最高位为最高位为1 1； 第二字节从第二字节从40H-FEH40H-FEH，第二字节的最高位不一定是第二字节的最高位不一定是1 1。 BIG5BIG5编码编码 台湾、香港地区普遍使用的一种繁体汉字的编码标准，包括台湾、香港地区普遍使用的一种繁体汉字的编码标准，包括440440个个
28、符号，一级汉字符号，一级汉字5 4015 401个、二级汉字个、二级汉字7 6527 652个，共计个，共计13 06013 060个汉字。个汉字。 37思考题思考题1. 计算机的发展经历了哪几个阶段？各阶段的主要特征是计算机的发展经历了哪几个阶段？各阶段的主要特征是什么？什么？2. 按综合性能指标，计算机一般分为哪几类？按综合性能指标，计算机一般分为哪几类？3. 信息与数据的区别是什么？信息与数据的区别是什么？4. 什么是信息技术？什么是信息技术？ 5. 信息处理技术具体包括哪些内容？信息处理技术具体包括哪些内容？3C的含义是什么？的含义是什么？6. 试述当代计算机的主要应用。试述当代计算机的主要应用。7. 浮点数在计算机中是如何表示的？浮点数在计算机中是如何表示的？8. “D”、“d”、“3”和空格的和空格的ASCII码值？码值？38
