【正文】 第一章 信息技術(shù)與計算機文化信息與信息技術(shù) 信息與數(shù)據(jù)信息：是在自然界、人類社會和人類思維活動中普遍存在的一切物質(zhì)和事物的屬性數(shù)據(jù)：是指存儲在某種媒體上可以加以鑒別的符號和資料舉例說明什么是信息，什么是數(shù)據(jù)。如學(xué)生的身高和給人的印象信息與數(shù)據(jù)的關(guān)系：數(shù)據(jù)是信息的具體表現(xiàn)形式，是信息的載體，而信息是對數(shù)據(jù)進(jìn)行加工得到的結(jié)果，它可以影響到人們的行為、決策，或?qū)陀^事物的認(rèn)知。 信息技術(shù)1．概念：信息技術(shù)是指人們獲取、存儲、傳遞、處理、開發(fā)和利用信息資源的相關(guān)技術(shù)。2．現(xiàn)代信息處理技術(shù)的組成：傳感技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等 信息社會留給學(xué)生自己學(xué)習(xí) “計算機文化”的內(nèi)涵計算機技術(shù)概述 計算機的起源與發(fā)展1．計算機的起源1854布爾提出了符號邏輯的思想1832 巴貝奇 提出通用數(shù)字計算機的基本設(shè)計思想，被稱為“計算機之父”圖靈計算機界的諾貝爾獎項圖靈獎1946年 誕生美國賓夕法尼亞大學(xué)名為ENIAC2．計算機的發(fā)展第一代：電子管計算機，也叫真空管計算機，它的主要邏輯元件是電子管。第二代：晶體管計算機，它的主要邏輯元件是晶體管。第三代：中小規(guī)模集成電路計算機，它的主要邏輯元件是中小規(guī)模集成電路。第四代：大或超大規(guī)模集成電路計算機，邏輯元件是大或超大規(guī)模集成電路新一代計算機：量子計算機、分子計算機、生物計算機、和光計算機。 計算機的特點及分類1．計算機的特點：運算速度快、存儲容量大、通用性強、工作自動化、精確性高2．計算機的分類1)按處理對象分：模擬計算機、數(shù)字計算機和混合計算機。2)按用途分：專用計算機和通用計算機。3)按規(guī)模分：巨型機、大中型計算機、小型計算機、微型計算機和工作站。 計算機的應(yīng)用科學(xué)計算、信息管理、過程控制、計算機輔助系統(tǒng)(CAD、CAM、CBE、CAI)人工智能(AI)、計算機網(wǎng)絡(luò)與通信 計算機的發(fā)展趨勢：巨型化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化(Grid)、智能化計算機中信息的表示 數(shù)制及其轉(zhuǎn)換進(jìn)位計數(shù)制：是指用進(jìn)位的方法進(jìn)行計數(shù)的數(shù)制，簡稱進(jìn)制。數(shù)碼：一組用來表示某種數(shù)制的符號。基數(shù)：數(shù)制所使用的數(shù)碼個數(shù)稱為“基數(shù)”或“基”，常用“R”表示，稱R進(jìn)制。位權(quán)：指數(shù)碼在不同位置上的權(quán)值。1．常用的進(jìn)位計數(shù)制。十進(jìn)制(Decimal System)：由0、…9十個數(shù)碼組成，基數(shù)為10，用D表示二進(jìn)制(Binary System)：由0、1構(gòu)成，基數(shù)為2，特點：逢二進(jìn)一，用B表示。八進(jìn)制(Octal System)：由0、…8八個數(shù)碼組成，基數(shù)為8，用O表示。十六進(jìn)制(Hexadecimal System)：由0、…A、B、C、D、E、F十六個數(shù)碼組成，基數(shù)為16，用H表示。2．?dāng)?shù)制的轉(zhuǎn)換1) R進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)：權(quán)位展開法：2) 十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為R進(jìn)制數(shù)整數(shù)部分：除基數(shù)取余法小數(shù)部分：乘基數(shù)取整法。3)二、八、十六進(jìn)制數(shù)間的相互轉(zhuǎn)換3．二進(jìn)制的運算規(guī)則：算術(shù)運算規(guī)則、邏輯運算規(guī)則 信息的編碼1）位（bit）：位，簡記為b,也稱為比特，是計算機存儲數(shù)據(jù)的最小單位。一個二進(jìn)位只能表示0或1。2）字節(jié)（Byte）字節(jié)來自英文Byte,=。微機存儲器是由一個個存儲單元構(gòu)成的，每個存儲單元的大小就是一個字節(jié)。其他度量單位：KB，MB，GB和TB其換算關(guān)系：1KB=210B,1MB=220B,1GB=230B,1TB=240B3)字（Word）計算機處理數(shù)據(jù)，CPU通過數(shù)據(jù)總線一次存取、加工和傳送的數(shù)據(jù)稱為字，計算機的運算部件能同時處理的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)稱為字長。一個字通常由一個字節(jié)或若干個字節(jié)組成。字長越長，速度越快，精度越高。不同微處理字長是不同的，常見微處理的字長有8位、16位、32位和64位。2．?dāng)?shù)值的表示：BCD碼：常用8421BCD碼。3．文字信息的表示1)字符編碼ASCII (American Standard Code for Information Interchange)用七位二進(jìn)制表示一個字符，占用一個字節(jié)，規(guī)定最高位為O，可表示128個字符，其中包括數(shù)字、26個小寫英文字母、26個大寫英文字母，以及各種標(biāo)點符號、運算符號和控制命令等。注意：同一個字母的不ASCII值，小寫字母比大寫字母大32。2)漢字編碼所謂漢字編碼，就是采用一種科學(xué)可行的辦法，為每個漢字編一個唯一的代碼，以便計算機辨認(rèn)、接收和處理。(1)漢字交換碼1980年頒布信息交換用漢字編碼字符集基本集，即GB231280，簡稱國標(biāo)碼。其中收錄了6763個漢字及682個符號，共7445個字符。(2)漢字機內(nèi)碼：機內(nèi)碼是計算機內(nèi)處理漢字信息時所用的漢字代碼。在漢字信息系統(tǒng)內(nèi)部，對漢字信息的采集、傳輸、傳輸、存儲、加工運算的各個處理過程都要用到機內(nèi)碼。機內(nèi)碼是真正的計算機內(nèi)部用來存儲和處理漢字信息的代碼。(3)漢字字形碼漢字字形碼記錄了漢字的外形，是漢字的輸出形式。記錄漢字字形通常有兩種方法：點陣法和矢量法。(4)漢字輸入碼：漢字輸入碼根據(jù)編碼規(guī)則可分為流水碼、音碼、形碼和音形碼。 計算機系統(tǒng)　　本節(jié)要求：重點講解計算機硬件系統(tǒng)的五大組成部分及各自的主要功能、軟件的功能及分類。 計算機硬件系統(tǒng)一、計算機硬件系統(tǒng)　　計算機硬件是指計算機系統(tǒng)中由電子、機械和光電元件等組成的各種計算機部件和計算機設(shè)備。這些部件和設(shè)備依據(jù)計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的要求構(gòu)成一個有機整體，稱為計算機硬件系統(tǒng)。未配置任何軟件的計算機叫裸機，它是計算機完成工作的物質(zhì)基礎(chǔ)。1．輸入設(shè)備：輸入設(shè)備的主要功能是把原始數(shù)據(jù)和處理這些數(shù)據(jù)的程序轉(zhuǎn)換為計算機能夠識別的二進(jìn)制代碼。通過輸入接口輸入到計算機存儲器中，供CPU調(diào)用和處理。常用的輸入設(shè)備有：鼠標(biāo)、鍵盤、掃描儀、數(shù)字化儀、數(shù)碼攝像機。條形碼閱讀器、數(shù)碼相機、A/D轉(zhuǎn)換器。2．運算器：運算器是計算機中執(zhí)行數(shù)據(jù)處理指令的部件。運算器負(fù)責(zé)對信息進(jìn)行加工和運算，它的速度決定了計算機的運算速度?！?）運算器的功能：運算器能進(jìn)行算術(shù)運算和邏輯運算?！?）運算器的組成：算術(shù)邏輯單元（ALU，Arithmetic Logic Unit）、寄存器和控制門3．控制器：控制器是整個計算機系統(tǒng)的控制中心，它指揮計算機各部分協(xié)調(diào)工作，保證計算機按照預(yù)先規(guī)定的目標(biāo)和步驟有條不紊的進(jìn)行操作和處理。通常把控制器和運算器合稱為中央處理器（CPU，Central Processing Unit）.：存儲器是計算機中用于存放程序和數(shù)據(jù)的部件，并能在計算機運行過程中高速、自動地完成程序或數(shù)據(jù)的存取?！?）存儲器的分類：內(nèi)存（主存）和外存（輔存）內(nèi)存是CPU可直接訪問的存儲器，是計算機的工作存儲器，當(dāng)前正在運行的程序與數(shù)據(jù)都必須放在內(nèi)存中。計算機工作時，所執(zhí)行的指令及操作數(shù)都是從內(nèi)存中取出的，處理的結(jié)果也放在內(nèi)存中。內(nèi)存和CPU構(gòu)成計算機的主機部分?！?）內(nèi)存儲器的分類：ROM、RAM和CACHE?。?）只讀存儲器（ROM，Read Only Memory）ROM中的數(shù)據(jù)或程序一般是在將ROM裝入計算機前事先定好的。一般情況下，計算機工作過程中只能從ROM中讀出事先存儲的數(shù)據(jù)，而不能改寫。ROM的容量較小，斷電后其中數(shù)據(jù)和程序仍能長期保存?！。?）隨機存儲器（RAM，Random Access Memory）隨機存儲器的容量比ROM要大得多，CPU從RAM中既可以讀出信息又可以寫入信息，但斷電后所存的信息就會丟失。?。?）高速緩存（Cache）隨著CPU主頻的不斷提高，CPU對RAM的存取速度加快了，而RAM的響應(yīng)速度相對較低，造成CPU等待，降低了處理速度，浪費了CPU的能力。為協(xié)調(diào)二者之間的速度差，就引入了 Cache。 Cache分為一級和二級。5．輸出設(shè)備：輸出設(shè)備是指從計算機中輸出信息的設(shè)備。它的功能是將計算機處理的數(shù)據(jù)、計算結(jié)果等內(nèi)部信息轉(zhuǎn)換成人們習(xí)慣接受的形式，然后將其輸出。最常用的輸出設(shè)備是顯示器、打印機和音箱，還有繪圖儀、各種數(shù)模轉(zhuǎn)換器?！　男畔⒌妮斎胼敵鼋嵌葋碚f，磁盤驅(qū)動器和磁帶機既可以看作輸入設(shè)備，也可以看作輸出設(shè)備。 計算機軟件系統(tǒng)1．存儲程序工作原理　1）指令　　指令是指示計算機執(zhí)行某種操作的命令，它由一串二進(jìn)制數(shù)碼組成，這串二進(jìn)制數(shù)碼包括操作碼和地址碼兩部分?！　∷械闹噶畹募戏Q為計算機指令系統(tǒng)。目前常見的有復(fù)雜指令系統(tǒng)（CISC）和精簡指令系統(tǒng)（RISC）。　2）程序　　程序是由一系列的指令組成的，它是為解決某一問題而設(shè)計的一系列排列有序的指令的集合?！?）存儲程序工作原理　　計算機能夠自動完成運算或處理過程的基礎(chǔ)是存儲程序工作原理，它的要點是：為解決某個問題，需事先編制好程序，程序可以用高級語言編寫，但最終需要轉(zhuǎn)換為由機器指令組成，即程序是由一系列指令組成的。將程序輸入到計算機并存儲在外存儲器中，控制器將程序讀入內(nèi)存儲器中（存儲原理）并運行程序、控制器按地址順序取出存放在內(nèi)存儲器中的指令（按地址順序訪問指令），然后分析指令，執(zhí)行指令的功能，遇到程序中的轉(zhuǎn)移指令時，則轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)移地址，再按地址順序訪問指令（程序控制）。計算機軟件基礎(chǔ)　1）軟件　　軟件是指使計算機運行所需的程序、數(shù)據(jù)和相關(guān)的文檔的總和。　　數(shù)據(jù)是程序的處理對象，文檔是與程序的研制、維護(hù)和使用有關(guān)的資料?！?）分類　　計算機軟件通常分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。　　系統(tǒng)軟件，特別是操作系統(tǒng)是整個軟件系統(tǒng)的核心?！　?yīng)用軟件是為解決某一問題而由用戶或軟件公司開發(fā)的?！?）系統(tǒng)軟件?。?）操作系統(tǒng)　　操作系統(tǒng)（OS）是一組對計算機資源進(jìn)行控制與管理的系統(tǒng)化程序集合，它是用戶和計算機硬件系統(tǒng)之間的借口，為用戶和應(yīng)用軟件提供了訪問和控制計算機硬件的橋梁。　　操作系統(tǒng)是直接運行在裸機上的最基本的系統(tǒng)軟件，任何其他軟件必須在操作系統(tǒng)的支持下才能運行?！　〔僮飨到y(tǒng)的管理功能包括：處理器管理、存儲器管理、設(shè)備管理、文件管理和作業(yè)管理。　　操作系統(tǒng)按其管理用戶的數(shù)量和管理的作業(yè)數(shù)分可以分為：單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng)（dos）、單用戶多任務(wù)　　操作系統(tǒng)（win9x系列）、多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)（winnt、Linux、Unix）。?。?）語言處理程序?。?）系統(tǒng)支撐和服務(wù)程序　（4）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)3．程序設(shè)計語言　　一個計算機程序主要描述兩個部分內(nèi)容：描述問題的每個對象和對象之間的關(guān)系，以及描述對這些對象進(jìn)行處理的處理規(guī)則?！　⊥ǔ？梢哉J(rèn)為“程序=算法+數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”　1）程序設(shè)計的基礎(chǔ)?。?）算法　算法有幾個性質(zhì)：有窮性、確定性、可行性和輸入/輸出。?。?）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)　數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是從問題中抽象出來的數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，它代表信息的一種組織方式，用來反映一個數(shù)據(jù)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。　2）程序設(shè)計語言　　程序設(shè)計語言是用戶編寫應(yīng)用程序使用的語言，是人與計算機之間交換信息的工具?！。?）機器語言　　它是計算機系統(tǒng)唯一能夠識別、不需要翻譯直接供機器使用的程序設(shè)計語言，所以機器語言也是執(zhí)行速度最快的程序設(shè)計語言?！。?）匯編語言　　匯編語言是機器語言的“符號化”，由于匯編語言與特定的計算機結(jié)構(gòu)及其指令系統(tǒng)密切相關(guān)，因此匯編語言的可移植性很差?！　C器語言和匯編語言一般都稱為低級語言?！。?）高級語言　　高級語言編寫的程序是由一系列的語句（或函數(shù)）組成的?！　「呒壵Z言有兩類，分別是解釋型和編譯型微型計算機系統(tǒng)　　本節(jié)要求：重點講解微機的主要性能指標(biāo)，對于微機常見硬件略講。 微型計算機分類　1)單片機：將微處理器(CPU)、一定容量的存儲器及I/O接口電路等集成在一個芯片上，就構(gòu)成了單片機?！?)單板機：將微處器、存儲器、I/O接口電路安裝在一塊印刷電路板上，就成為單板機?！?)PC(Personal Computer，個人計算機)：供單個用戶使用的微機一般稱為PC機，是目前使用最多的一種微機?！?)便攜式微機：便攜式微機大體包括筆記本計算機和個人數(shù)字助理(PDA)等。便攜式微機將主機和主要的外部設(shè)備集成為一個整體，可以用電池直接供電。 微機的主要性能指標(biāo)1．主頻　　主頻即時鐘頻率，是指計算機CPU在單位時間內(nèi)發(fā)出的脈沖數(shù)，它在很大程度上決定了計算機的運算速度，主頻的單位是赫茲（Hz）2．字長　　字長是指計算機的運算部件能同時處理的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)，它與計算機的功能和用途有很大的關(guān)系。字長越長，計算機處理信息的效率就越高，計算機內(nèi)部所存儲的數(shù)值精度就越高，計算機所能識別的指令個數(shù)就越多，功能就越強。3．內(nèi)核　　隨著社會對CPU處理效率的要求的提高，尤其是對多任務(wù)處理速度的要求的提高，Intel和AMD分別推出了雙核心處理器。所謂雙核處理器簡單地說就是在一塊又CPU基板上集成了兩個處理核心，并通過并行總線將各處理器核心連接起來。4．內(nèi)存容量　　內(nèi)存容量是指內(nèi)存儲器中能存儲信息的總字節(jié)數(shù)。一般來說，內(nèi)存容量越大，計算機的處理速度越快。5．運算速度　　運算速度是項綜合性指標(biāo)、其單位是MIPS（Million Instructions Per Second,每秒106條指令）和 BIPS（Billion Instructions Per Second,每秒109條指令）。影響計算機運算速度的的因素很多，一般來說，主頻越高，運算速度越快；字長越長，運算速度越快；內(nèi)存容量越大，運算速度越快；存取周期越小，運算速度越快。　　性能/價格比也是一項綜合性評價計算機性能的指標(biāo)。 常見微型計算機的硬件設(shè)備1．微處理器　　微型計算機的CPU也稱為微處理器，是將運算器、控制器、高速內(nèi)部緩存集成在一起的大規(guī)模集成電路芯片，是計算機的核心部件?！　∮嬎銠C系統(tǒng)中，微處理器的發(fā)展速度最快，目前生產(chǎn)廠家有Intel公司、IBM公司、AMD公司和我國臺灣的威盛公司等，近幾年來我國研制的龍芯系列微處理器已經(jīng)初步形成了規(guī)模。2．存儲器　1)內(nèi)存　　微機中的內(nèi)存一般指隨機存儲器(RAM)。目前常用的有兩種：　　SDRAM(Synchronous DRAM)：同步動態(tài)隨機存儲器，帶寬64bit?！　DR SDRAM