计算机文化基础,第1章 计算机文化概论,1.1 计算机的发展与分类 1.2 计算机的特点与应用 1.3 计算机文化与社会信息化 1.4 计算机内的信息表示 1.5 如何学好大学计算机基础,1.1 计算机的发展与分类,1.1.1 计算机的发展史 计算机也叫“电脑”。第一台计算机于1946年2月诞生于美国夕法尼亚大学，它的名字叫“ENIAC”(Electronic Numerical Integrator And Calculator)，是宾州大学莫克利(John Mauchly)教授和他的学生埃克特(J.P.Eckert)博士为军事目的而研制的。它以电子管为主要元件。,其内存为磁鼓(存储容量小)，外存为磁带，使用机器语言编程，运算速度为每秒5000次，主要应用领域为数值计算。,1946年6月，曾担任ENIAC小组顾问的美籍旬牙利科学家冯诺依曼(John von Neumman)教授发表了电子计算机逻辑结构初探的论文，并为美国军方设计了第一台存储程序式的计算机EDVAC(the Electronic Discrete Variable Automatic Computer，电子离散变量计算机)。,与ENIAC相比，EDVAC有两点重要的改进：采用二进制，提高了运行效率；把指令存入计算机内部。但世界上第一台实现存储程序式的计算机是EDSAC(the Electronic Delay Storage Automatic Calculator)，于1949年5月制成并投入运营。,1959年，第二代计算机出现，其特征是：以晶体管为主，内存为磁芯存储器，外存为磁盘或磁带，运算速度为每秒几万到几十万次。 使用高级语言(如FORTRAN，COBOL等)编程。主要应用领域为数值计算、数据处理及工业过程控制。,1965年，第三代计算机出现，其特征是：以集成电路为主(集成电路就是由晶体管、电阻、电容等电子元件集成的一个小硅片)，内存为半导体存储器，外存为磁盘，运算速度为每秒几十万次到几百万次，机种成系列，采用积木式结构及标准输入输出接口，用高级语言编程。 以操作系统来管理硬件资源，主要应用领域为信息处理(处理数据、文字、图像)。,1970年左右，第四代计算机出现，其特征是：以大规模及超大规模集成电路为主(一个芯片上可集成数十到上百万个晶体管)，内存为半导体存储器，外存为磁盘，运算速度每秒几百万次到上亿次，应用领域扩展到各个方面。 此时微型计算机也开始出现，并在20世纪80年代得到了迅速推广。,20世纪80年代，日本首先提出了第五代计算机的研制计划，其主要目标是使计算机具有人类的某些智能，如听、说、识别对象，并且具有一定的学习和推理能力。 目前科学家正在研究的新一代计算机有：神经网络计算机、生物计算机等。,1.1.2 计算机技术发展动向 计算机未来的发展方向是巨型化、微型化、网络化、智能化及多媒体化。 1.1.3 计算机的分类 我国将计算机分为：巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机。 第一、二代计算机主要是大型机；第三代计算机有大、中、小三类，第四代计算机则包括了所有类别。,1989年11月，美国电气和电子工程师协会(IEEE)将计算机分为主机、小型机、个人计算机、巨型机、小巨型机和工作站6类。,1.2 计算机的特点与应用,1.2.1 计算机的特点 1. 运算速度快、计算精度高 2. 记忆能力强 3. 可靠的逻辑判断能力 4. 工作自动化 另外计算机还具有可靠性高、通用性强的特点。,1.2.2 计算机的性能指标 评价计算机的性能指标可以从主频、字长、内存容量、存取周期和运算速度等方面来衡量。 1. 主频 主频是指时钟频率，其单位是兆(或吉)赫兹(MHz或GHz)。,2. 字长 字长是指计算机的运算器能同时处理的二进制数据的位数，它确定了计算机的运算精度，字长越长，计算机的运算精度就越高，其运算速度也越快。另外字长也确定计算机指令的直接寻址能力。,3. 内存容量 内存储器中可以存储的信息总字节数称为内存容量。 4. 存取周期 把信息存入存储器的过程称为“写”，把信息从存储器取出的过程称为“读”。,存储器的访问时间(读写时间)是指存储器进行一次读或写操作所需的时间；存取周期是指连续启动两次独立的读或写操作所需的最短时间。 目前微机的存取周期约为几十到一百纳秒(ns)左右。,5. 运算速度 运算速度是一项综合的性能指标，用MIPS(Million Instructions Per Second的缩写，意思是“每秒执行百万指令”)表示。 主频和存取周期对运算速度的影响最大。,1.2.3 计算机的应用 1. 科学计算 2. 自动控制系统 3. 数据处理与信息加工 4. 计算机辅助系统 5. 人工智能,人工智能(AI：Artificial Intelligence)的主要目的是用计算机来模拟人的智能，其主要任务是建立智能信息处理理论，进而设计可以展现某些近似人类智能行为的计算机系统。,目前的主要应用方面有：机器人(Robots)、专家系统(ES：Expert System)、模式识别(Pattern Recognition)和智能检索(Intelligent Retrieval)等。,1.3 计算机文化与社会信息化,1.3.1 计算机文化的概念 计算机文化是在 1981 年召开的第三次世界计算机教育会议上提出的。在这次大会上科学家们提出了要树立计算机教育是文化教育的观念，并呼吁人们高度重视计算机文化的教育。,这种文化是以计算机为中心，以计算机技术与通信技术相结合为标志而产生的。 计算机文化可以理解为具有计算机应用知识和应用能力。,1.3.2 计算机文化的主要特征 计算机文化与传统文化不同，它具有自己的特征，这些特征主要表现在以下几个方面：,信息处理是计算机文化的核心； 信息可以有多种不同的表现形式，包括文本(Text)、语音(Voice)、音乐(Music)、图形(Graph)和图像(Image)等； 所有的信息处理都要受到程序的控制； 计算机网络化，从根本上改变了人们使用计算机的方式。,1.3.3 信息社会的主要特征 1. 信息成为重要的战略资源 2. 信息业成为重要的支柱产业之一 3. 信息网络成为社会的基础设施,1.4 计算机内的信息表示,在计算机中，各种信息都是以二进制数的形式表示的。采用这种进位制具有运算简单、电路实现方便、成本低的特点。,1.4.1 数制及其特点 各种进位计数值都可统一表示为下列的形式：,式中：R 表示进位计数制的基数，在十进制、二进制、八进制、十六进制中R的值分别为10、2、8、16； i 位序号，个位为0，向高位(左边)依次加1，向低位(右边) 依次减1； ai 第i位上的一个数符，其取值范围为0R-1；,Ri 表示第i位上的权； m,n 最低位和最高位的位序号。 一切进位计数制都有两个基本特点：即按基数进、借位；用位权值来计数。,所谓按基数进、借位，就是在执行加法或减法时，要遵循“逢R进一，借一当R”的规则。 因此R进制的最大数符为R-1，而不是R，每个数符只能用一个字符表示。,1. 十进制(Decimal System) 十进制的基数为10，它有10个数符：0，1，2，8，9。逢十进一，各位的权是以10为底的幂，书写时数字用括号扩起来，再加上下标10。对十进制，下标通常省略不写。 例：345.56=(345.56)10=3102+4101+5100+510-1+610-2,2. 二进制(Binary System) 二进制的基数为2，只有2个数符：0，1。二进制数逢二进一，各位的权是以2为底的幂，书写时数字用括号扩起来，再加上下标2。,3. 八进制(Octare System) 八进制的基数为8，它有8个数符：0，1，2，6，7。八进制数逢八进一，各位的权是以8为底的幂，书写时数字用括号扩起来，再加上下标8。,4. 十六进制(Hexadecimal System) 十六进制的基数为16，它有16个数符：0，1，2，8，9,A,B,C,D,E,F。十六进制数逢十六进一，各位的权是以16为底的幂，书写时数字用括号扩起来，再加上下标16。 遵循每个数符只能用一个字符表示的原则，在十六进制中对值大于9的6个数(即1015)分别借用AF等6个字母来表示。,1.4.2 不同数制之间的转换 1. 二、八、十六进制转换为十进制 给出一个二、八、十六进制转换为十进制，可以按照求和的形式容易地计算出相应的十进制数。,例: (11101.101)2=124+123+122+021+120+12-1+02-2+12-3=29.625 (753.65)8=782+581+380+68-1+58-2=491.828125 (A85.76)16=10162+8161+5160+716-1+616-2=2693.4609375,2. 十进制转换为二、八、十六进制 将十进制转换为二、八、十六进制，其整数部分和小数部分的转换规则如下： 整数部分：用除R(基数)取余法则(规则：先余为低，后余为高)； 小数部分：用乘R(基数)取整法则(规则：先整为高，后整为低)。,例：将(29.65)10转换为二进制 用“除2取余”法先求出整数29对应的二进制数,29,14,7,3,1,0,2,2,2,2,2,1,0,1,1,1, a0, a1, a2, a3, a4,余数,用“乘2取整”法求出小数0.65对应的二进制数 由此可得(29.65)10=(11101.101)2,1.30,0.65,2,2,0.30,0.60,2,0.60,1.20,1,0,1,取整数部分,3. 二进制与八进制、十六进制之间的转换 从23=8、24=16我们可以看出每位八进制数可用3位二进制数表示，每位十六进制数可用4位二进制数表示，利用这一特点可以很容易地进行二进制与八进制、十六进制之间的转换。, 八进制、十六进制转换为二进制 只要把每位的八进制数或十六进制数展开为3位或4位二进制数，最后去掉整数首部的0或小数尾部的0即可。,例：(753.65)8 =111 101 010.110 101 =(111101010.110101)2 (A85.76)16=1010 1000 0101.0111 0110 =(101010000101.01110110)2, 二进制转换为八进制、十六进制 以小数点为中心，分别向左、右每三位或四位分成一组，不足三位或四位的则以“0”补足，然后将每个分组用一位对应的八进制数符或十六进制数符代替即可，这就是转换为八进制或十六进制的结果。,例：(11101.101)2 =011 101.101 =(35.5)8 (11101.101)2 =0001 1101.1010 =(1D.A)16,1.4.3 计算机中字符的表示方法 1. ASCII码 ASCII(American Standard Code for Information Interchange，美国标准信息交换，是被国际标准化组织所采用的计算机在相互通信时共同遵守的标准。,ASCII有两种：7位ASCII码和8位ASCII码，后者称为扩充ASCII码。 ASCII码共包含有27=128个不同的编码，也就是128个不同的字符。 其中前32个和最后一个为控制码，是不可显示或打印的。,主要用于控制计算机某些外围设备的工作特性和某些计算机软件的运行情况。 其余95个为可打印/显示字符(包括空格符号) ，它包括英文大小写字母52个，09共10个数字，标点符号、运算符号和其他符号共33个。,ASCII码表中的可打印字符在键盘上都可以找到。在按键时，一方面显示器上显示出相应的字符，另一方面该字符的ASCII码将输入存储器中等待用户的处理。,计算机中字符的