计算机信息技术与计算机文化
计算机中的信息表示

数制及其转换

数制：用进位的原则进行计数数码：数制中表示基本数值大小的不同数字符号基数：一种数制所使用的数码个数位权：数码在不同位置的权值

数制的转换

• R进制转化为十进制数

• 十进制转化为R进制数

• 二进制转八进制

• 八进制转二进制

• 二进制与十六进制相互转换

• 注：部分十进制小数无法用二进制，八进制，十六进制精确转换

信息的编码

计算机中数据的单位

• 位（bit）

• 简记：b，称为比特，是计算机中存储数据的最小单位

• 字节（Byte）

• 简记：B，1B=8bit。字节是存储信息的基本单位

• B<KB<MB<GB<TB

• 字（Word）

• 计算机进行数据处理时，CPU通过数据总线一次存取，加工和传送的数据称为字

• 一个字通常由一个字节或若干字节组成，根据CPU的性能（32位，64位）决定

• 字长

• 字长是计算机一次能同时处理的二进制数据的位数

• 由于字长是计算机一次能同时处理的二进制数据的位数，所以字长是衡量计算机性能的重要指标

数值的表示

• 通常规定一个数的最高位为符号位，0表示正，1表示负

• 机器数：采用二进制表示形式的联通数符一起代码化了的数据，为了计算机的输入输出操作中能更迅速直观的与常用十进制对应，用四位二进制数表示一位十进制数的编码方式称为BCD码，或者8421编码

• 西文字符编码

• ASCII码（美国标准信息交换代码）ASCII码是一种西文机内码（最高位为0）

• 标准ASCII码

• 一个字节表示一个字符，7位数值位，最多可表示128个不同字符

• 拓展ASCII码

• 一个字节表示一个字符，8位数值位，做多可表示256个不同字符

• 汉字编码

• 汉字交换码（最高位为0）----国标码

• 2个字节（16个二进制位）表示一个汉字我国第一个汉字交换码标准GB2312-80，简称国标码GBK也是一种汉字交换码

• 汉字机内码（最高位为1）—内码

• 为了区分ASCII码和汉字，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

• 汉字字形码（不具有唯一性）–输出码

• 将汉字显示到屏幕或者打印到纸上所需要的图形数据所有不同字体，字号的汉字字形构成汉字库

• 点阵码
• 矢量码
• 汉字输入码—外码

• 编码规则应该易于接受，学习，记忆和掌握，重码少

• 根据编码规则，汉字输入码可分为流水码，音码，形码，音形结合码根据汉字特征：汉字输入码可分为音码，形码，音形结合码

• 图像的表示

• 图像数字化

• 采样

• 找像素点

• 量化

• 给像素点赋值

• 编码

• 将采样和量化的数据转成二进制代码0和1的过程

• 图像的参数

• 颜色模型

• RGB（红蓝绿）

• 桌面

• CMYK（青蓝，洋红，黄，黑

• 彩色打印，印刷工业

• YUV（亮度，色度）

• 彩色电视信号传输

• 图像分辨率

• 在图像数字化的过程中，会将图像扫描划分为mxn个像素，取样后的总像素数目被称为图像分辨率

• 位平面数

• 矩阵的数目，图像模型中彩色分量数目

• 颜色质量

• 也称颜色深度或像素深度，指存储每个像素所用的二进制位数，包括8位，16位（64K色），24位（真彩色），32位

• 图像编码

• 图像数据量=水平分辨率x垂直分辨率x像素深度/8 (单位，字节B)

• 图像编码方法分类

• 有损编码

• 无损编码

计算机系统

计算机工作原理

指令

• 计算机执行某种操作的命令，由一串二进制数码组成，这串二进制代码包括操作码和地址码

• 操作码

• 操作码规定了操作的类型

• 地址码

• 地址码规定了操作对象存放在什么地址中，以及操作结果存放在什么地址中

• 所有指令的集合称为计算机指令系统计算机系统不同，指令系统也不同

• 精简指令系统

• 复杂指令系统

存储程序工作原理

• 计算机能够自动完成运算或处理过程的基础是“存储程序“工作原理

• 基本思想

• 存储程序

• 程序控制

• 尽管计算机发展到第四代，但其基本工作原理没有改变

计算机的工作过程

• 取指令

• 控制器从内存中取出指令，送到指令寄存器

• 分析指令

• 对指令寄存器中存放的指令进行分析，确定执行什么操作，并由地址码确定操作数的地址

• 执行指令

• 由控制器发出完成该操作所需要的一系列控制信息

• 指令周期：三个指令都执行一次，包含若干机器周期机器周期：完成三者其中一个单独过程为机器周期

关于冯诺依曼

• 提出存储程序控制原理

• 计算机能够自动完成运算或处理过程的基础是“存储程序”工作原理

• 两个基本思想

• 存储程序

• 程序控制

• 将计算机硬件系统分为五个部分

• 输入设备，输出设备，运算器，控制器，存储器

• 将二进制引入计算机

• 现代计算机之父

计算机硬件系统

输入设备

• 功能：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

• 鼠标，键盘，扫描仪，数字化仪，数位板，数码摄像机，条形阅读器，A/D转换器

输出设备

• 功能：将计算机处理的数据，计算结果等内部信息转换成人们习惯接受的信息形式

• 显示器，打印机，音响，绘图仪，D/A转换器

• 从信息输入输出的角度来说：磁盘，触摸屏，磁带机，存储器，磁盘驱动器既可以看作输入设备，又可以看做输出设备

运算器

• 组成：算术逻辑运算单元（ALU）+指令寄存器

• 功能：进行算术运算和逻辑运算

控制器

• 功能：控制器是整个计算机系统的控制中心他指挥计算机各部分协调工作。控制器从内存中顺序取出指令，并对指令代码进行翻译，然后向各个部件发出响应的命令

• 中央处理器（CPU）=控制器+运算器

存储器

• 内存

• 只读存储器（ROM）

• 特点：固定程序，不可修改，断电数据不丢失，容量较小

• BIOS(基本输入输出系统)

• 开机自检和初始化，程序服务处理和硬件中断处理

• 随机存储器（RAM)

• 特点：信息可以读写，断电信息丢失，存放正在运行的程序和数据

• CMOS

• 存储计算机系统的实时时钟信息，硬件配置信息等，由系统电源和后备电池供电

• 高速缓存（cache）

• 协调CPU和内存的速度差

• 计算机处理的数据和执行的命令都来自内存

• 外存（外存储器，辅助存储器）

• 可成批的与内存交换信息

• 不能和CPU直接交换信息

主机

• CPU

• 内存

外设

• 输入设备

• 输出设备

• 外存

计算机软件系统

计算机中的信息

• 软件：程序+数据+相关文档

• 程序：为解决特定问题而设计的计算机指令序列或集合

系统软件：管理监控和维护计算机资源，开发应用软件的软件，居于计算机系统最靠近硬件的一层

• 操作系统

• 操作系统是一组对计算机资源进行控制和管理的系统化程序结合

• 操作系统是直接运行在裸机上的最基本的系统软件

• 语言处理程序

• 用各种程序语言编写的源程序，计算机不能直接执行，需要翻译，这些翻译程序就是语言处理程序

• 种类

• 汇编程序

• 编译程序

• 把高级语言编写的源程序翻译成与之等价的机器语言

• 解释程序

• 对源程序一边翻译，一边执行，不产生目标程序

• 执行速度：编译型语言系统 > 解释型语言系统

• 系统支撑和服务程序

• 系统诊断程序，调试程序，排错程序，编辑程序，查杀病毒程序

• 数据库管理系统

应用软件

• 杀毒软件，通信软件等等

程序设计语言

• 程序=算法+数据结构

• 算法的特征

• 有穷性

• 确定性

• 可行性

• 输入项

• 输出项

• 种类

• 机器语言

• 计算机唯一能识别不要翻译，直接供计算机使用

• 程序编写难度大，直观性差，容易出错

• 由于不同计算机指令系统不同，可能导致在另一台计算机上无法运行，通用性和移植性差

• 用机器语言编写程序充分发挥硬件功能的特点

• 汇编语言

• 符号化的机器语言，用助记符代替操作码，用符号代表操作数地址

• 比机器语言易读，但仍属于面向机器的语言，依赖与具体机器

• 机器语言和汇编语言称为低级语言

• 高级语言

• 屏蔽机器的细节，与具体计算机指令系统无关，表达方式接近人的理解

微型计算机系统

计算机的主要性能指标

• 主频：计算机CPU在单位时间内发出的脉冲数

• 字长：是指计算机能同时处理的二进制数据的位数

• 内核数

• 多核心处理技术的推出，大大提高了CPU的多任务处理性能

• 内存容量

• 是指内存中能存储信息的总字节数

• 存取周期

• 存取周期越小，运算速度越快

• 运算速度

• 单位时间内执行的计算机指令数

• MIPS

• 每秒10的6次方条指令

• BIPS

• 每秒10的9次方条指令

常见微型计算机的硬件设备

• 微处理器

• 运算器，控制器，高速缓存集成在一起的超大规模继承电路芯片

• 存储器

• 内存储器

• 计算机中的内心寻一般指随机存储器（RAM)

• 外存储器

• 外存储器容量大，可靠性高，价格低，断电后可以永久保存信息

• 种类

• 光存储器

• 光盘
• 半导体存储器（闪存）

• U盘
• 磁盘

• 硬盘

• 硬盘是计算机上最重要的外存

• 非硬盘文件不进入回收站

• 软盘
• 磁带

• 计算机常见的总线标准

• 计算机各功能部件之间传送信息的公共通信干线

• 一般分为数据总线，地址总线，控制总线

• 主板

• 主板是微型计算机系统中最大的一块电路板，有时又称为母版或系统板，是一块带有各种插口的大型印刷电路板（PCB）

• 输入设备

• 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

• 鼠标和键盘是最基本的输入设备

• 输出设备

• 显示系统

• 显示系统是微型机最基本的，也是必备的输出设备

• 他包括显示器和显示适配器（又称显示卡）

• 性能指标

• 显示分辨率

• 颜色质量

• 刷新速度

• 打印机

• 点阵打印机

• 噪声较大，单色打印，适用于打印发票

• 喷墨打印机

• 激光打印机

• 高速度，高精度，低噪声的非击打式打印机

• 最高打印质量和最快打印速度

• 拓展：总线

• 数据总线

• 数据总线是双向的，具体传送信息的方向由CPU控制

• DB的宽度决定了CPU和计算机其他部件之间每次交换数据的位数

• 即字长

• 地址总线

• 用于传送地址信息。通常是单向的

• 若地址总线为n位，则寻址空间位2的n次方字节，并对应这么些个存储单元

• 控制总线

• 用来传送控制信号，以协调各部件的操作

• 计算机内各功能部件传送信息的公共交通干线

计算机技术概论

起源

查尔斯巴贝奇最先提出通用数字计算机的基本设计思想，被称为计算机之父

时间：1946年

第一台电子计算机计算机：ENIAC

地点：美国

工作原理：非存储程序控制的计算机

采用十进制计算，无键盘，无鼠标，无存储器

发展

四化

• 微型化

• 体积微型化

• 巨型化

• 运算速度更快，功能更强大，体积更小

• 网络化

• 智能化

两极

• 微型化

• 巨型化

特点

大罗精通运动

• 存储容量大

• 具有逻辑运算能力

• 计算精准度高

• 通用性强

• 运算速度快

• 工作自动化

分类

按照处理对象划分

• 模拟计算机，数字计算机，混合计算机

按照用途划分

• 专用计算机，通用计算机

根据规模划分

• 巨型机，大型机，小型机，微型机，工作站

应用领域

科学计算（数值计算）

• 主要应用在航天，气象，地震，核能技术，石油勘探，密码解译•等需要复杂计算领域

信息管理（数据处理）

• 以计算机技术为基础，对大量数据进行加工，形成有用的信息

• 非数值形式的数据处理

• 办公自动化，事务处理，情报检索，企业管理和知识系统等领域

过程控制（实时控制）

• 过程中

• 工业自动化

计算机辅助系统

• CAD

• 计算机辅助设计

• CAM

• 计算机辅助制造

• CAI

• 计算机辅助教学

• CBE

• 计算机辅助教育

• CMI

• 计算机管理教学

• CAT

• 计算机辅助测试

• CIMS

• 计算机集成制造系统

人工智能

• 机器人，语言识别，图像识别，自然语言处理，专家系统

发展趋势

四化

• 巨型化：速度更快，存储量更大，功能更强大

• 微型化：体积更小

• 网络化

• 智能化

两极

• 巨型化

• 微型化

信息与信息技术

信息与数据

信息：信息是一切物质和事物的属性

数据：加以鉴别的符号资料

区别与联系

• 数据是信息的具体表现形式，是信息的载体是信息的符号化。信息是对数据加工得到的结果。

信息技术

信息技术是指开发利用信息资源的技术

现代信息处理技术中，传感技术，计算机技术，通信技术，网络技术为主导技术，其中计算机起主导作用，它首先是一种信息处理机

信息社会

信息高速公路：高速度，大容量，多媒体的信息传输网络

国家信息基础设施：NII，由美国政府提出

计算机文化

20世纪80年代初，计算机文化被人们普遍接受

培养人具有计算机信息处理能力