第一章 信息技术与计算机文化

第一章 信息技术与计算机文化

1.1 信息与信息技术

1.1.1 信息与数据

信息是在自然界、人类社会和人类思维活动中普遍存在的一切物质和事物的属性。

数据是指存储在某种媒体上可以加以鉴别的符号资料。这里所说的符号，不仅指文字、字母、数字，还包括了图形、图像、音频与视频等多媒体数据。

信息与数据区分：

⑴数据是信息的载体，是信息的具体表现形式；

⑵信息是对数据加工得到的结果。

信息作为继物质和能源之后的第三资源，在社会发展中起着主导作用

1.1.4 计算机文化

文化的核心是: 观念和价值

人类文化发展的四个里程碑：

①语言的产生②文字的使用③印刷术的发明④计算机文化

1.2 计算机技术概述

1.2.1 计算机的起源与发展

19世纪中期，英国数学家巴贝奇（被称为“计算机之父”）提出了通用数字计算机的基本设计思想。第一台真正意义上的数字电子计算机ENIAC（ElectronicNumerical Integrator And Calculator），于1946年2月在美国的宾夕法尼亚大学正式投入研制成功并运行。

从ENIAC到今天，人们根据计算机采用的主要元器件的不同，将电子计算机的发展分为四代：

年代

名称

元器件

语言

应用

第一代

1946～1957

电子管计算机

（真空管计算机）

电子管

机器语言

汇编语言

科学计算

第二代

1958～1964

晶体管计算机

晶体管

出现了高级程序设计语言

数据处理

第三代

1965～1970

集成电路计算机

中小规模集成电路

高级程序设计语言得到发展

出现了操作系统和会话式语言

应用于各个

领域

第四代

1971～现在

超大规模集成电路

计算机

大规模或产、超大

规模集成电路

操作系统不断完善

开始了计算机

网络时代

第五代

未来计算机

光子、量子、DNA等

1.2.2.1 计算机的特点

⑴运算速度快⑵存储容量大⑶通用性强⑷工作自动化⑸精确性高

1.2.2.2 计算机的分类

⒈按处理对象划分

⑴模拟计算机：指专用于处理连续的电压、温度、速度等模拟数据的计算机；

⑵数字计算机：指专用于处理数字数据的计算机；

⑶混合计算机：指模拟技术与数字技术灵活结合的计算机，输入\出既可是数字数据，也可是模拟数据

⒉根据计算机的用途划分

⑴通用计算机：用于解决一般问题，其适应性强，应用面广

⑵专用计算机：用于解决某一特定方面的问题，如自动化控制、工业仪表、军事等领域

⒊根据计算机的规模划分

⑴巨型机：主要用于承担重大的科学研究、国防尖端技术和国民经济领域的大型课题及数据处理等

⑵大型主机：主要用于金融、证券等大中型企业数据处理或用作网络服务器；

⑶小型计算机：适用于中小企业、学校等单位的服务器

⑷微型计算机：简称微机，又叫个人计算机（PC）

⑸工作站：是一种主要面向特定专业应用领域，具备强大的数据运算与图形、图像处理能力的高性能计算机

1.2.3 计算机的应用

⑴科学计算 ⑵信息管理 ⑶过程控制 ⑷人工智能 ⑸计算机网络与通信

⑹计算机辅助系统：计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助教育（CBE）计算机辅助测试（CAT）、计算机集成制造系统（CIMS）

1.2.4 计算机的发展趋势

⑴巨型化 ⑵微型化 ⑶网格化 ⑷智能化

1.3 计算机中信息的表示

1.3.1 数制及其转换

1. 进位计数制：指用进位的方法进行计数的数制，简称进制。

进制三要素：

⑴数码：一组用来表示某种数制的符号。如：1、2、3、4、A、B、C、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ等。

⑵基数：数制所使用的数码个数。常用“R”表示，称R进制。如二进制的数码是：0、1，那基数便为2。

⑶位权：指数码在不同位置的权值。在进位计数制中，处于不同数位的数码代表的数值不同。课本10页

⒉ 常用的进位计数制

⑴ 十进制（Decimal ）：由0、1、2、…、8、9十个数码组成，即基数为10。特点为：逢十进一，借一当十。用字母D表示。

⑵ 二进制（Binary ）：由0、1两个数码组成，即基数为2。二进制的特点为：逢二进一，借一当二。用字母B表示。

⑶八进制（Octal）：由0、1、2、3、4、5、6、7八个数码组成，即基数为8。八进制的特点为：逢八进一，借一当八。 用字母O表示。

⑷十六进制（Hexadecimal）：由0、1、2、…、9、A、B、C、D、E、F十六个数码组成，即基数为16。十六进制的特点为：逢十六进一，借一当十六。用字母H表示。

⒊数制转换

⑴十进制数转化为二进制数

十进制数的整数部分和小数部分在转换时需作不同的计算，分别求值后再组合。

整数部分采用除2取余法，即逐次除以2，直至商为0，得出的余数倒排，即为二进制各位的数码。小数部分采用乘2取整法，即逐次乘以2，从每次乘积的整数部分得到二进制数各位的数码。

⑵二进制数与八进制数的相互转换

二进制数转换成八进制数的方法是：将二进制数从小数点开始，对二进制整数部分向左每3位分成一组，不足3位的向高位补0；对二进制小数部分向右每3位分成一组，不足3位的向低位补0凑成3位。每一组有3位二进制数，分别转换成八进制数码中的一个数字，全部连接起来即可。

⑶二进制数与十六进制数的相互转换

二进制数转换成十六进制数，只要把每4位分成一组，再分别转换成十六进制数码中的一个数字，不足4位的分别向高位或低位补0凑成4位，全部连接起来即可。

十六进制数转换成二进制数，只要将每一位十六进制数转换成4位二进制数，然后依次连接起来即可。

⒋二进制运算规则见课本12页

1.3.2 信息的编码

1. 计算机中数据的单位

1）位（bit）

简记为b，也称为比特，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。

2）字节（Byte）

字节来自英文Byte，简记为B。规定1B=8bit。

1 KB = 210B，1 MB = 220 B，1GB = 230 Bunix媒体转换， 1 TB = 240B

3）字（Word）

一个字通常由一个字节或若干个字节组成。计算机处理数据时，CPU通过数据总线一次存取、加工和传送的数据称为字。而字长是计算机一次所能处理的实际位数长度，字长是衡量计算性能的一个重要指标。

2. 数值的表示

计算机中，所有数据都以二进制的形势表示，通常规定一个数的最高位作为符号位，“0”表示正，“1”表示负。把在机器内存放的正负号数码化后的数称为机器数；把在机器外存放的由正负号表示的数称作真值。例如真值+127的机器数是011111111，真值-127的机器数是111111111。为了在计算机的输入输出操作中能直观迅速地与常用的十进制数相对应，习惯上用二进制代码表示十进制数，这种编码方法简称BCD码或8421编码。课本13页

3. 文字信息的表示

1）字符编码：

目前采用的字符编码主要是ASCII码，作为国际通用的信息交换标准代码。ASCII码是一种西文机内码，有7位ASCII码和8位ASCII码两种，7位ASCII码称为标准ASCII码，8位ASCII码称为扩展ASCII码。7位标准ASCII码用一个字节（8位）表示一个字符，并规定其最高位为0，实际只用到7位，因此可表示128个不同字符。同一个字母的ASCII码值小写字母比大写字母大32（20H）。

2）汉字编码

A. 汉字交换码：由于汉字数量极多，一般用连续的两个字节（16个二进制位）来表示一个汉字。我国颁布的第一个汉字编码字符集标准，该标准编码简称国标码。

B. 汉字机内码：国标码GB2312不能直接在计算机中使用，因为与基本的信息交换代码ASCII码的冲突。为了能区分汉字与ASCII码，在计算机内部表示汉字时把交换码（国标码）两个字节最高位改为1，称为“机内码” ，机内码是计算机内处理汉字信息时所用的汉字代码，机内码是真正的计算机内部用来存储和处理汉字信息的代码。

C.汉字字形码：

所谓汉字字形码实际上就是用来将汉字显示到屏幕上或打印到纸上所需要的图形数据。

汉字字形码记录汉字的外形，是汉字的输出形式。记录汉字字形通常有两种方法：点阵法和矢量法，分别对应两种字形编码：点阵码和矢量码。所有的不同字体、字号的汉字字形构成汉字库。

点阵码是一种用点阵表示汉字字形的编码，它把汉字按字形排列成点阵，一个16×16点阵的汉字要占用32个字节，一个32×32点阵的汉字则要占用128字节，而且点阵码缩放困难且容易失真。

矢量码是使用一组数学矢量来记录汉字的外形轮廓

D.汉字输入码：

将汉字通过键盘输入到计算机采用的代码称为汉字输入码，也称为汉字外部码（外码）。

我国的汉字输入码根据编码规则可分为流水码、音码、形码和音形结合码四种

1.4 计算机系统

计算机系统由硬件系统和软件系统两部分组成，软件系统又可以分为系统软件和应用软件，其中，操作系统是最重要的系统软件。

1.4.1 计算机硬件系统

未配置任何软件的计算机叫裸机

冯·诺依曼提出的存储程序工作原理决定了计算机硬件系统由以下五个基本部分组成：

1.输入设备：主要功能是把原始数据和处理这些数据的程序转换为计算机能够识别的二进制代码

2.输出设备:

1）显示系统:包括显示器和显示适配器（又称显示卡）

2）打印机

3）声音系统:采样频率是指每秒钟对音频信号的采样次数。单位时间内采样次数越多，即采样频率越高，数字信号就越接近原声。

从信息的输入输出角度来说，磁盘驱动器和磁带机既可以看作输入设备，又可以看作输出设备。

输入/输出（I/O）设备是计算机系统与外界进行信息交流的工具

3.运算器：负责对信息进行加工运算,包括：算术运算（加、减、乘、除）和逻辑运算（与、或、非等）

4.控制器：是整个计算机系统的控制中心，它指挥计算机各部分协调工作

通常把控制器和运算器合称为中央处理器（CPU，Central Processing Unit）。

5. 存储器: 内存储器和外存储器，简称内存和外存。

内存：

⑴只读存储器（ROM）：只能读出事先存储的数据，而不能改写，并且断电后数据仍能长期保存，ROM容量较小，一般存放系统的基本输入输出系统（BIOS）等；

⑵随机存储器（RAM）：CPU从RAM既可读出信息又可写入信息，但断电后信息就会丢失；

⑶高速缓存（Cache）：为协调CPU与RAM之间的速度差，可在CPU与RAM之间设置一个与CPU速度接近、高速的、容量相对较小的存储器，即为高速缓存存储器（Cache），简称缓存；

外存是主机的外部设备，是主存储器的后备和补充，不能与CPU直接数据交换

1.4.2 计算机软件系统

1.指令是指示计算机执行某种操作的命令，它由一串二进制数码组成，这串二进制数码包括操作码和地址码两部分。

所有指令的集合称为计算机指令系统。指令系统有：复杂指令系统（CISC）和精简指令系统（RISC）。

2. 程序是由一系列指令组成的，它是为解决某一问题而设计的一系列排列有序的指令的集合。

软件是指使计算机运行所需的程序、数据和有关的文档的总和。数据是程序的处理对象，文档是与程序的研制、维护和使用有关的资料。

3.计算机软件基础

系统软件

操作系统：

⒈操作系统主要有四种特性：

1）并发性 2）共享性 3）虚拟性 4）异步性

⒉操作系统的基本功能：

1. 处理机管理 2. 存储管理 3. 设备管理 4. 文件管理 5. 网络与通信管理 6. 用户接口

⒊操作系统的分类：

操作系统①按其运行的环境可分为实时操作系统、分时操作系统和批处理操作系统。②按其管理用户的数量可分为单用户操作系统和多用户操作系统。③按同时管理的作业数可分为单用户单任务操作系统、单用户多任务操作系统和多用户多任务操作系统。见课本18、34页。

⒋典型操作系统：

⑴DOS操作系统：是一种单用户的微机操作系统，DOS采用汇编语言书写，系统开销小。

⑵Windows操作系统：…………另外，Windows操作系统还有嵌入式操作系统系列，包括嵌入式操作系统WindowsCE和手机用操作系统Stinger等

⑶Unix操作系统：Unix操作系统是一个通用、交互型分时操作系统

⑷Linux操作系统

⑸Mac OS操作系统 ：MacOS是全图形化界面和操作方式的鼻祖。

⒋程序设计语言

程序设计语言可分为三类：机器语言、汇编语言和高级语言

⑴机器语言：机器语言是计算机系统唯一能识别的、不需要翻译直接供机器使用的程序设计语言。机器语言中的每个语句（称为指令）都是二进制形式的指令代码，包括操作码和地址码两部分。

⑵汇编语言：用汇编语言编写的程序叫汇编语言源程序，计算机无法执行，必须用汇编程序把它翻译成机器语言目标程序，计算机才能执行，这个翻译过程称为汇编过程。

机器语言和汇编语言一般都称为低级语言。

（3 ）高级语言： ①解释程序 ②编译程序

解释程序是检测高级语言书写的源程序，然后直接执行源程序所指定的动作，并不产生目标程序；编译程序是首先将源程序翻译成目标代码，计算机再执行由此生成的目标程序。

1.5 微型计算机系统

⒈微机的主要性能指标：

⑴主频：即时钟频率，主频单位赫兹（Hz）

⑵字长：是指计算机的运算部件能同时处理的二进制数据的位数

⑶内核：CPU内核数指CPU内执行指令的运算器和控制器的数量。

⑷内存容量：是指内存储器中能存储信息的总字节数

⑸运算速度：单位时间内执行的计算机指令数。单位有MIPS（每秒106条指令）和BIPS（每秒109条指令）。

⒉微机常见总线标准：

微机中的总线一般分为数据总线、地址总线和控制总线，分别用来传输数据、数据地址及控制信号。

1）PCI总线：PCI总线与CPU之间没有直接相连，而是经过桥接（Bridge）芯片组电路连接。

2）AGP总线：是加速图形端口的缩写，它是为提高视频带宽而设计的总线结构，AGP总线使图形加速硬件与CPU和系统存储器之间直接连接

3）USB总线：即通用串行总线，是一种新型接口标准

4）IEEE1394总线：是一种串行接口标准，能达到实时传送多媒体视频流的高速高带宽数据传输效果

⒊主板是微型计算机系统中最大的一块电路板，有时又称为母板或系统板，是一块带有各种插口的大型印刷电路板（PCB）。它将主机的CPU芯片、存贮器芯片、控制芯片、ROM BIOS芯片等结合在一起。

1.6 多媒体技术基础

1.媒体和多媒体：媒体（Media）是指信息表示和传播的载体。例如，文字、声音、图形和图像等都是媒体，它们向人们传递各种信息。多媒体（Multimedia）是多种媒体的综合。

2.多媒体技术：多媒体技术是把数字、文字、声音、图形、图像和动画等各种媒体有机组合起来，利用计算机、通信和广播电视技术，使它们建立起逻辑联系，并能进行加工处理的技术。

多媒体特点：多样性、实时性、交互性、集成性

⒊ JPEG标准是适合于连续色调、多灰度单色或彩色静止图像数据压缩的国际标准。JPEG采用DCT算法来进行数据压缩

MPEG压缩标准包括MPEG视频、MPEG音频和MPEG系统三部分，适用于动态图像的压缩

MPEG-1标准压缩的数字存储媒体运动图像和声音的产品分别是VCD和MP3；

MPEG -2标准压缩的数字存储媒体的产品主要有DVD；

MPEG -4是目前视频压缩技术的最新发展水品，在因特网多媒体应用、广播电视、交互式游戏、实时可视通信等领域都有广泛应用。

（可用？代表单个字符，用*代表任意多个字符）

（编辑：成都站长网）

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