大学计算机信息技术 基础教程,计算机科学与通信工程学院 刘志锋,内容安排 第一章 信息技术概述 第二章 计算机组成原理 第三章 计算机软件 第四章 计算机网络与因特网 第五章 数字媒体与应用 第六章 信息系统与数据库,第一章 信息技术概述,本章学习目标与要求,1. 了解计算机发展 2. 了解什么是信息，什么是信息处理，什么是信息技术 3.描述计算机信息处理的特点 4.了解什么是二进制，为什么计算机使用二进制 5. 掌握二进制、八进制、十进制、十六进制之间换算 6.掌握定点数及浮点数的表示方法以及原、反、补码之间的换算关系 7.了解什么是微电子技术，它的作用和意义,1.1 计算机技术,计算机的诞生与发展,公元前5世纪 中国的算盘 1642年，Blaise Pascal设计了自动进位加法器 1694年，德国数学家Gottfried Wilhemvon Leibniz改进了Pascal的加法器，使之可以计算乘法 法国人Colmar发明了可以进行四则运算的计算器。 1812年英国数学家C巴贝奇开始研究差分机，并描绘出程序控制方式的计算机的雏型基本原理为IPOS,加法器,计算机的诞生与发展,1935年IBM公司推出IBM 601机，它是一台有算术部件且能在1秒钟内算出乘法的穿孔卡片计算机 电驱动计算机 COLOSSUS： 二次大战时英国人为破译德国的密码而设计，英国数学家Turing协助设计，1934年开始使用。由于属于军事秘密，三十年后才公开。,图为Alan Turing,计算机的诞生与发展,对计算机的诞生和发展做出重大贡献的两个人： 阿伦图灵（Alan Turing) 冯诺依曼（John Von Neumman ）,计算机的诞生与发展,阿伦.图灵 英国数学家、哲学家、密码破译家 30年代初，发表了一篇著名的论文论数字计算在决断难题中的应用，他提出了一种十分简单但运算能力极强的理想计算装置，用它来计算所有能想象得到的可计算函数。图灵的思想奠定了现代计算机科学的理论基础。 图灵机有限状态自动机,计算机的诞生与发展,1945年Von Neuuman、H.H.Goldstin、A.W.Burks 发表了一篇论文电子计算机装置逻辑结构初探 提出了两个主要论点: * 使用二进制 * 存储程序和程序控制 奠定了当代计算机硬件 由控制器、运算器、存 储器、输入设备、输出 设备等组成的结构体系,冯诺依曼教授（John Von Neumman）和他设计的“存储程序式”计算机EDVAC（埃德瓦克）,计算机的诞生与发展,第一台电子计算机诞生 ENIAC ：电子数字积分机与计算机 （Electronic Numerical Integrator And Computer） 时 间：1946年2月 地 点：美国宾夕法尼亚大学 用 途：军事计算 运算速度：5000次/秒 体积价格：170平方米，30吨，140千瓦，40万美元,1943年由 John Brainered领导ENIAC开始研究。图为 John Mauchly 及J. Presper Eckert负责这计划的执行者,计算机的诞生与发展,此后，计算机速度提高、功能增加、体积缩小、成本降低、应用扩大，其发展之快，不断改写预测。 早期，810年其运算速度就提高十倍，而成本和体积却是原来的1/10。 1980s开始，几乎每三年计算机的性能就提高近四倍，成本却下降一半。 推动力：微电子技术的进展和计算机应用需求 为计算机划代：按主机所使用的元器件,计算机的诞生与发展,以计算机使用的基本电子元件作为划分依据，计算机的发展经历了四个阶段。 基本电子元件的演变： 集成电路（IC）,电子管,晶体管,中小规模集成电路芯片,大规模超大规模集成电路芯片,计算机的诞生与发展,按主要元器件分代 第一代（约1946-1957） 电子管计算机 几十次/秒几万次/秒， 水银延迟线内存，千字 外设：磁鼓、纸带、卡片、磁带 机器语言编程 第二代（约1957-1964） 晶体管计算机 几十万次/秒， 汇编语言或高级语言编程 1948年Bell发明晶体管，磁芯十万字，磁盘,图为美国于20世纪50年代生产的IBM704型采用电子管的第一代电子计算机,图为在第一代电子计算机中使用的磁鼓,计算机的诞生与发展,第三代（约1965-1972）中小规模集成电路计算机 (SSI,MSI-Medium Scale Integration) 几十万次/秒几百万次/秒 半导体存储器 汇编语言或高级语言编程 第四代（1971年起）是大规模(LSI)和超大规模集成电路计算机 (Very Large Scale Integration) 几百万次/秒亿次/秒 汇编语言或高级语言编程,计算机的诞生与发展,过去很长时间人们都按照计算机主机所使用的元器件，为计算机划代。,计算机信息处理的特点,（1）通用性强、速度高 （2）提供友善的使用方式和多种多样的信息输出形式 （3）具有庞大的信息存储能力和极快的信息存取速度 （4）打破时空限制，实现信息的共享与交流 （5）计算机在辅助开发新的信息处理应用方面能提供有力的支持,计算机的巨大作用,（1）开拓了人类认识自然、改造自然的新资源 （2）增添了人类发展科学技术的新手段 （3）提高了人类物质生产水平和社会生产率，促进了经济的飞跃 （4）提供了人类创造文化的新工具 （5）引起了人类的工作与生活方式的变化,国际计算机界的重要奖项,ACM 图灵奖 1966年由ACM（美国计算机学会）创建，该奖有计算机界的诺贝尔奖之称。 IEEE 计算机先驱奖 1980年由IEEE-CS(美国电气与电子工程师学会-计算机学会)创建，是世界范围内计算机科学技术领域另一个最重要的奖项，和图灵奖是互为补充的。,1.2 信息与信息技术,1.2.1 信息与信息处理,信息定义,信息就是信息，它既不是物质也不是能量。 N.Wiener（控制论创始人） 事物运动的状态及状态变化的方式。 客观事物立场 认识主体所感知或所表述的事物运动及其变化方式的形式、内容和效用。 认识主体立场,“信息”和“数据”，这2个术语的概念在计算机信息处理中是既有区别又有联系的。 计算机是一种基于二进制运算的信息处理机器，任何需要由计算机进行处理的信息，都必须进行一定程度的形式化，并表示成二进制编码的形式。这就引进了数据的概念。,国际标准化组织ISO： “数据是计算机中对事实、概念或指令进行描述的一种特殊格式，这种（特殊）格式适合于使用计算机及其相关设备自动地进行传输、翻译（转换）或加工处理。” 在这个定义中，首先强调的是数据表达了一定的内容，即“事实、概念或指令”，这就是数据的语义；其次，数据具有一定的格式（即数据的语法），其目的是使计算机能自动进行加工处理、通信传递以及翻译转换。,数据的定义,信息处理过程,与信息处理相关的行为和活动,信息收集感知、测量、识别、获取、输入等 信息加工分类、计算、分析、综合、转换、检索、管理等 信息存储 信息传递 信息施用控制、显示等,1.2.2 信息技术,信息技术,信息技术：用来扩展人的信息器官功能、协助人们进行信息处理的一类技术。 人的信息器官及功能： 感觉器官（眼耳鼻舌身）获取信息 神经网络传递信息 思维器官（大脑）处理信息并再生信息 效应器官（手脚）施用信息,基本信息技术,感知与识别技术扩展感觉器官功能, 提高人们的感知范围、感知精度和灵敏度 通信技术与存储技术扩展神经网络功能, 消除人们交流信息的空间和时间障碍 计算处理技术扩展思维器官功能, 增强人们的信息加工处理能力 控制与显示技术扩展效应器官功能，增强人们的信息控制能力,1.2.3 信息处理系统,信息处理系统,用于辅助人们进行信息获取、传递、存储、加工处理、控制及显示的综合使用各种信息技术的系统。,信息处理系统结构,信息处理系统分类,依据自动化程度人工的、半自动的、全自动的 依据技术手段机械的、电子的、光学的 依据通用性专用的、通用的 ,信息处理系统实例,雷达是一种以感知与识别为主要目的的系统 电视/广播系统是一种单向的、点到多点（面）的以信息传递为主要目的的系统 电话是一种双向的、点到点的以信息交互为主要目的的系统 银行是一种以处理金融业务为主的系统 图书馆是一种以信息收藏和检索为主的系统 Internet是一种跨越全球的多功能信息处理系统,1.2.4 电子信息技术简介,概述,现代信息技术的特点： 采用电(光)子技术：进行信息的收集、传递、加工、存储、显示与控制 以数字技术为基础（computer_based） 以计算机及其软件为核心（software_centric） 现代信息技术领域： 微电子、通信、广播、计算机、遥感遥测、自动控制、机器人等,1.3 数字技术基础,1.3.1 二进制,二进制信息的计量单位（一）,比特(bit) 字节(byte) 字(word),二进制数的运算（一）,对二进制数可以进行两种不同类型的基本运算： 算术运算和逻辑运算 算术运算： 两个一位数的加法和减法的基本运算规则是： 加法 减法 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 10 0 1 1 0 （向高位进1） （向高位借1） 两个多位二进制数的加、减法可以从低位到高位按上述规则进行，但必须考虑进位和借位的处理,二进制数的运算（二）,最基本的逻辑运算有三种： 逻辑加（也称“或”运算，用符号“OR”、“”或“”表示） 逻辑乘（也称“与”运算，用符号“AND”、“”或“”表示） 取反（也称“非”运算，用符号“NOT”或“”表示） 异或（两个值不同时为真，相同时为假，用符号“XOR”表示） 运算规则如下： 逻辑加 逻辑乘 取反 异或 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 两个多位二进制数进行逻辑运算时，按位独立进行，相邻位之间不发生关系,二进制信息的计量单位（二）,在计算机信息处理系统中，使用各种不同类型的存储器来存储二进制信息时，存储容量的度量单位要比字节或字大得多，经常使用的单位有： “千字节”(KB)，1KB = 210字节 = 1024B “兆字节”(MB)，1MB = 220字节 = 1024KB “吉字节”(GB)，1GB = 230字节 = 1024MB（千兆字节） “太字节”(TB)，1TB = 240字节 = 1024GB（兆兆字节）,二进制信息的计量单位（三）,在计算机网络中传输二进制信息时，由于是一位一位串行传输的,传输速率的度量单位与上述有所不同，且使用的是十进制。经常使用的速率单位： “比特秒”(b/s)，也称“bps”。如：9600bps(9600b/s)、56 kbps(56kb/s) “千比特秒”(kb/s)，1Kb/s = 103 比特秒 = 1000 b/s “兆比特秒”(Mb/s)，1Mb/s = 106 比特秒 = 1000 Kb/s “吉比特秒”(Gb/s)，1Gb/s = 109 比特秒 = 1000 Mb/s “太比特秒”(Tb/s)，1Tb/s = 1012比特秒 = 1000 Gb/s,任意（R）进制数,每种进位制都有固定的数码基数 按基数进位或借位逢R进一 用位权值来计数 位权值：在任何进位计数制中，数码所处的位置不同，代表的数值大小也不同。对每一个数位赋予的位值，在数学上叫做“权”。 位权与基数的关系：位