第一章信息技术与计算机文化

第一章第一章

信息技术与计算机文化信息技术与计算机文化

第一章第一章

信息技术与计算机文化信息技术与计算机文化

潍坊教育学院信息工程系

第一章信息技术与计算机文化

1.1 信息与信息技术

1.2 计算机技术概述

1.3 计算机中信息的表示

1.4 计算机系统

1.5 微型计算机系统

1.6 多媒体技术基础


1.1 信息与信息技术

1.1.1 信息与数据1.1.2 信息技术1.1.3 信息社会1.1.4 “计算机文化”的内涵

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1.1.1 信息与数据

信息是现代社会中广泛使用的一个概念，关于信息的定义众说纷纭。

控制论创始人美国数学家维纳认为：信息是我们在适应外部世界、感知外部世界的过程中与外部世界交换的内容。

信息论创始人美国数学家香农认为：信息能够用来消除不确定性的因素。

一般认为：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。返回



所谓数据，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。由于描述事物的属性必须借助于一定的符号，所以这些符号就是数据的形式。

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信息与数据的区别与联系：在一般用语中，信息与数据并没有严格的

区分。但是，从信息科学的角度来看，它们是不等同的。数据是信息的具体表现形式，是信息的载体，而信息是对数据进行加工得到的结果，它可以影响到人们的行为、决策，或对客观事物的认知。

信息的符号化就是数据，所以数据是信息的具体表示形式，信息是数据抽象出来的逻辑意义。


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1.1.2 信息技术

信息技术是指自 20世纪 70年代以来，随着微电子技术、计算机技术和通信技术的发展，围绕着信息的产生、收集、存储、处理、检索和传递，形成的一个全新的、用以开发和利用信息资源的高技术群，包括微电子技术、新型元器件技术、通信技术、计算机技术、各类软件及系统集成技术、光盘技术、传感技术、机器人技术和高清晰度电视技术等，其中以微电子技术、计算机技术、软件技术和通信技术为主导。简单地讲，信息技术是指人们获取、存储、传递、处理、开发和利用信息资源的相关技术。

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1.1.3 信息社会

信息社会也称信息化社会，是指以信息活动为社会发展的基本活动，以信息经济为主导经济，以信息技术为技术基础，以信息文化改变人类教育、生活和工作方式以及价值观念的新兴社会形态。

在信息社会里，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，当今社会的主导产业将从传统工业转向信息产业和知识产业。

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1.1.4 “计算机文化”的内涵

一、文化的定义对于文化的定义，尽管众说纷纭，但有一点得到公认，即都认为文化是人类社会的特有现象。所谓文化，是人类在物质和精神两方面具有整体性的创造力的表现，是人类对客观世界整体性把握的一种能力，也是人类进步的一种标志。文化的核心是 : 观念和价值

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二、文化具有的基本属性广泛性：既涉及全社会的每一个人、每一个家庭，又涉及全社会的每一个行业、每一个应用领域。传递性：这种事物应当具有传递信息和交流思想的功能。教育性：这种事物应能成为存储知识和获取知识的手段。深刻性：不是给社会某一方面带来变革，而是给整个社会带来全面、深刻的根本性变革。

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三、计算机文化计算机文化的提法最早出现在 20世纪 80年代初，是在瑞士洛桑召开的第三届世界计算机教育大会上提出来的。所谓计算机文化就是以计算机为核心，集网络文化、信息文化、多媒体文化为一体，并对社会生活和人类行为产生广泛、深远影响的新型文化。计算机文化是人类文化发展的四个里程碑之一（前三个分别为：语言的产生、文字的使用与印刷术的发明）。计算机文化的真正内涵是具有计算机信息处理能力。

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1.2 计算机技术概述

1.2.1 计算机的起源与发展1.2.2 计算机的特点及分类1.2.3 计算机的应用1.2.4 计算机的发展趋势

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1.2.1.1 计算机的起源

1. 早期的计算方法或工具：结绳、垒石、枝条、算盘、计算尺、计算器。2. 计算机诞生的理论基础： 1854年，英国数学家布尔（提出了符号逻辑的思想； 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。 3. 埃尼克 ENIAC：第一台真正意义上的数字电子计算机，是 Electronic Numerical Integrator And Calculator的缩写。它于 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， ENIAC共使用了约 18 800个真空电子管，重达 30吨，耗电 174千瓦，占地约 140平方米，用十进制计算，每秒运算 5 000次加法。它没有今天的键盘、鼠标等设备，人们只能通过扳动庞大面板上的无数开关向计算机输入信息。 ENIAC的诞生奠定了电子计算机的发展基础，开辟了信息时代的新纪元，是人类第三次产业革命开始的标志。（参见下图）

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图 1 第一台电子管计算机（ ENIAC ）

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1.2.1.1 计算机的起源


1.2.1.2 计算机的发展

年代名称元件语言应用

第一代1946～ 1957 电子管计算机电子管

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

广泛应用到各个领域

第四代 1971年～现在

集成电路计算机集成电路面向对象的高级语言网络时代

第五代未来计算机光子、量子、 DNA等

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1.2.2.1 计算机的特点

1）运算速度快 : 浪潮的“天梭”系列高性能计算机，其运算速度已达到 1.075 2万亿次 /秒。 2）存储容量大：计算机的存储性是计算机区别于其他计算工具的重要特征。 3）通用性强：通用性是计算机能够应用于各种领域的基础，任何复杂的任务都可以分解为大量的基本的算术运算和逻辑操作。 4）工作自动化：计算机内部的操作运算是根据人们预先编制的程序自动控制执行的。 5）精确性高：计算机的可靠性很高，差错率极低，一般来讲只在那些人工介入的地方才有可能发生错误。

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根据处理的对象划分模拟计算机、数字计算机和混合计算机

根据用途划分专用计算机和通用计算机

根据规模划分巨型机、大型机、中型机小型机、微型机和工作站

1.2.2.2 计算机的分类

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1.2.3 计算机的应用1. 科学计算科学计算是指科学和工程中的数值计算。它与理论研究、科学实验一起成为当代科学研究的三种主要方法。主要应用在航天工程、气象、地震、核能技术、石油勘探和密码解译

等涉及复杂数值计算的领域。 2. 信息管理是指非数值形式的数据处理，是指以计算机技术为基础，对大量数据进行加工处理，形成有用的信息。被广泛应用于办公自动化、事务处理、情报检索、企业管理和知识系统等领域。信息管理是计算机应用最广泛的领域。

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3. 过程控制

又称实时控制，指用计算机及时采集检测数据，按最佳值迅速地对控制对象进行自动控制或自动调节。目前已在冶金、石油、化工、纺织、水电、机械和航天等部门得到广泛应用。 4. 计算机辅助系统指通过人机对话，使计算机辅助人们进行设计、加工、计划和学习等工作。如计算机辅助设计 CAD、计算机辅助制造 CAM、计算机辅助教育 CBE、计算机辅助教学 CAI 、计算机辅助教学管理 CMI 。另外还有计算机辅助测试 CAT和计算机集成制造系统 CIMS等。

1.2.3 计算机的应用

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5. 人工智能人工智能（ AI ， Artificial Intelligence ）是研究怎样让计算机做一些通常认为需要智能才能做的事情，又称机器智能，主要研究智能机器所执行的通常是人类智能的功能，如判断、推理、证明、识别、感知、理解、设计思考、规划、学习和问题求解等思维活动。

6. 计算机网络与通信利用通讯技术，将不同地理位置的计算机互联，可以实现世界范围内的信息资源共享，并能交互式地交流信息。正所谓“一线联五洲”， Internet的建立和应用使世界变成了一个“地球村”，同时深刻地改变了我们的生活、学习和工作方式。

1.2.3 计算机的应用

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1. 巨型化指研制速度更快的、存储量更大的和功能更强大的巨型计算机。主要应用于天文、气象、地质和核技术、航天飞机和卫星轨道计算等尖端科学技术领域，研制巨型计算机的技术水平是衡量一个国家科学技术和工业发展水平的重要标志。

2. 微型化指利用微电子技术和超大规模集成电路技术，把计算机的体积进一步缩小，价格进一步降低。计算机的微型化已成为计算机发展的重要方向，各种笔记本电脑和PDA的大量面世和使用，是计算机微型化的一个标志。

1.2.4 计算机的发展趋势

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3. 网格化网格（ Grid）技术可以更好地管理网上的资源，它把整个互联网虚拟成一台空前强大的一体化信息系统，犹如一台巨型机，在这个动态变化的网络环境中，实现计算资源、存储资源、数据资源、信息资源、知识资源、专家资源的全面共享，从而让用户从中享受可灵活控制的、智能的、协作式的信息服务，并获得前所未有的使用方便性和超强能力。


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4. 智能化计算机智能化是指使计算机具有模拟人的感觉和思维过程的能力。智能化的研究包括模拟识别、物形分析、自然语言的生成和理解、博弈、定理自动证明、自动程序设计、专家系统、学习系统和智能机器人等等。目前已研制出多种具有人的部分智能的机器人，可以代替人在一些危险的工作岗位上工作。有人预测，家庭智能化的机器人将是继 PC机之后下一个家庭普及的信息化产品。

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1.3 计算机中信息的表示

1.3.1 数制及其转换 1. 常见的进位计数制 2. 数制的转换 3. 二进制的运算规则1.3.2 计算机中信息的表示 1. 数据的单位 2. 数值的表示 3. 文字信息的表示


1.3.1 数制及其转换

一、基本概念1. 进位计数制：用进位的方法进行计数的数制，简称进制。2. 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。3. 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，那么基数便为 2。4. 位权：指数码在不同位置上的权值。在进位计数制中，处于不同数位的数码代表的数值不同。例如十进制数 111，个位数上的 1权值为 100，十位数上的 1权值为 101，百位数上的1权值为 102。以此推理，第 n位的权值便是 10 n-1 ,如果是小数点后面第m位，则其权值为 10 –m 。对于一般数制，某一整数位的位权是基数（位数 -1），某一小数位的位权则是基数 -位数。


二、常见的几种进位计数制1. 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。2 . 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。 3. 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。4. 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。



十进制、二进制、八进制、十六进制之间的对应关系

十进制二进制八进制十六

进制十进制二进制八进制十六进制

0 0 0 0 9 1001 11 9

1 1 1 1 10 1010 12 A

2 10 2 2 11 1011 13 B

3 11 3 3 12 1100 14 C

4 100 4 4 13 1101 15 D

5 101 5 5 14 1110 16 E

6 110 6 6 15 1111 17 F

7 111 7 7 16 10000 20 10

8 1000 10 8 17 10001 21 11


三、数制的转换 1. 二进制、八进制、十六进制数转化为十进制数对于任何一个二进制数、八进制数、十六进制数，均可以先写出它的位权展开式，然后再按十进制进行计算即可将其转换为十进制数。例如：（ 1111.11 ） 2= 1×23 + 1×22 + 1×21 + 1×20 + 1×2-1 + 1×2-2 = 15.75（ A10B.8） 16= 10×163 + 1×162 + 0×161 + 11×160 + 8×16-1 = 41 227.5 注意：在不至于产生歧义时，可以不注明十进制数的进制，如上例。


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2. 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。 (参见下例 )


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由上得出， 100D = 1100100B

步骤一：先对整数 100进行转换：

例：将十进制数 100.125转化为二进制数。


步骤二：对小数部分 0.125进行转换：0.125×2 = 0.250 整数…… 0→ a-10.25×2 = 0.5 整数…… 0→ a-20.5×2 = 1 整数…… 1→ a-3由上得出， 0.125D = 0.001B。将整数和小数部分组合，得出：100.125D = 1100100.001B。

例：将十进制数 100.125转化为二进制数。


3. 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。



例：把二进制数 11111101.101转化为八进制数。二进制 3位分组 011 111 101． 101

转换为八进制数 3 7 5． 5

所以， 11111101.101B = 375.5O。将八进制数转换成二进制数，只要将每一位八进制数转换成相应的 3 位二进制数，依次连接起来即可。




4. 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。


例：将 10110001.101B转换为十六进制数。

二进制 4位分组 1011 0001． 1010

转换为十六进制数 B 1． A

所以， 10110001.101 B = B1.AH。




四、二进制的运算规则1.算术运算规则加法规则： 0 + 0 = 0； 0 + 1 = 1； 1 + 0 = 1； 1 + 1 = 10（向高位有进位）；减法规则： 0 - 0 = 0； 10- 1 = 1 （向高位借位）； 1 - 0 = 1； 1 - 1 = 0; 乘法规则： 0×0 = 0； 0×1 = 0； 1×0 = 0； 1×1 = 1 除法规则： 0 / 1 = 0； 1 / 1 = 1


2.逻辑运算规则与运算（ AND）： 0∧0 = 0； 0∧1 = 0； 1∧0 = 0； 1∧1 = 1; 或运算（ OR）： 0∨0 = 0； 0∨1 = 1； 1∨0 = 1； 1∨1 = 1; 异或运算（ XOR）： 0⊕0=0； 0⊕1=1； 1⊕0=1； 1⊕1=0;

10;01


非运算 NOT）：


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 = 210 B， 1 MB = 220 B， 1 GB = 230 B， 1 TB = 240 B 3）字（Word）一个字通常由一个字节或若干个字节组成。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。

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2. 数值的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。例如，对于 (239)10的编码如下：

十进制数 2 3 9

8421编码 0010 0011 1001



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，它是 American Standard Code for Information Interchange 的缩写（美国标准信息交换代码），已被国际标准化组织 ISO采纳，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。 1980年，我国颁布了第一个汉字编码字符集标准，即 GB2312-80《信息交换用汉字编码字符集基本集》，该标准编码简称国标码，是我国大陆地区及新加坡等海外华语区通用的汉字交换码。 GB2312-80收录了 6763个汉字，以及 682符号，共 7445个字符，奠定了中文信息处理的基础。 B. 汉字机内码：国标码 GB2312不能直接在计算机中使用，以为它没有考虑与基本的信息交换代码 ASCII码的冲突。比如：“大”的国标码是 3473H，与字符组合“ 4S”的 ASCII相同 ,“嘉 ,”的汉字编码为 3C4EH,与码值为 3CH和 4EH的两个 ASCII字符“ <”和“ N”混淆。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”。这样，当某字节的最高位是 1时，必须和下一个最高位同样为 1的字节合起来，代表一个汉字。



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。


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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）。汉字输入码的编码原则应该易于接受、学习、记忆和掌握，码长尽可能短。目前我国的汉字输入码编码方案已有上千种，但是在计算机上常用的有几种，根据编码规则，这些汉字输入码可分为流水码、音码、形码和音形结合码四种。全拼输入法、智能 ABC和微软拼音等汉字输入法为音码，五笔字型为形码。音码重码多、输入速度慢；形码重码较少，输入速度较快，但是学习和掌握较困难。目前以智能 ABC、微软拼音、紫光拼音输入法和搜狗输入法等音码输入法为主流汉字输入方法。

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1.4 计算机系统

一个完整的计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。

1.4.1 计算机硬件系统

1.4.2 计算机软件系统

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冯·诺依曼（ Von Neumann）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。

图 2 硬件系统五大组成部分框图

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硬件指的是计算机系统中由电子、机械和光电元件等组成的各种计算机部件和计算机设备。这些部件和设备依据计算机系统结构的要求，构成一个有机整体，称为计算机硬件系统。未配置任何软件的计算机叫裸机，它是计算机完成工作的物质基础。

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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，通过输入接口输入到计算机

的存储器中，供 CPU调用和处理。常用的输入设备有：鼠标器、

键盘、扫描仪、数字化仪、数码摄像机、条形码阅读器、数码相

机、 A/D转换器等

2. 运算器：负责对信息进行加工和运算，它的速度决定了计算

机的运算速度。参加运算的数（称为操作数）由控制器指示从存

储器或寄存器中取出到运算器。返回


1.4.1 计算机硬件系统3. 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，保证计算机按照预先规定的目标和步骤有条不紊地进行操作及处理。控制器从内存储器中顺序取出指令，并对指令代码进行翻译，然后向各个部件发出相应的命令，完成指令规定的操作。它一方面向各个部件发出执行指令的命令，另一方面又接收执行部件向控制器发回的有关指令执行情况的反馈信息，控制器根据这些信息来决定下一步发出哪些操作命令。这样逐一执行一系列的指令，就使计算机能够按照这一系列的指令组成的程序的要求自动完成各项任务。因此，控制器是指挥和控制计算机各个部件进行工作的“神经中枢”。通常把控制器和运算器合称为中央处理器（ CPU， Central Processing Unit）。它是计算机的核心部件。

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4. 存储器 : 是具有“记忆”功能的设备，由具有两种稳定状态的物理器件（也称为记忆元件）来存储信息。存储器是具有“记忆”功能的设备，由具有两种稳定状态的物理器件来存储信息。记忆元件的两种稳定状态分别表示为“ 0” 和“ 1” 。存储器是由成千上万个“存储单元”构成的，每个存储单元存放一定位数（微机上为 8位）的二进制数，每个存储单元都有唯一的地址。“存储单元”是基本的存储单位，不同的存储单元是用不同的地址来区分的。计算机采用按地址访问的方式到存储器中存数据和取数据，计算机中的程序在执行的过程中，每当需要访问数据时，就向存储器送去指定位置的地址，同时发出一个“存”命令或者“取”命令（伴以待存放的数据）。

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潍坊教育学院信息工程系图 3 存储器分类

存储器分为两大类：内存储器和外存储器，简称内存和外存。内存储器又称为主存储器，外存储器又称为辅助存储器。


存储器

内存储器外存储器

ROM （ Read Only Memory ）

RAM （ Random Access Memory ）

Cache

磁盘（硬盘、软盘）

光盘（ CD-ROM 、 CD-RW、 DVD 、 MO ）

闪存（ CF 卡、 MMC卡、 SD 卡）

磁带



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5. 输出设备 :是指从计算机中输出信息的设备，其功能是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（如字符、图形、声音等），然后将其输出。最常用的输出设备是显示器、打印机和音箱，还有绘图仪、各种数模转换器（ D/A ）等。

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。



输入计算机的信息一般有两类，一类称为数据，一类称为程序。计算机是通过执行程序所规定的各种指令来处理各种数据的。

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。操作码规定了操作的类型，即进行什么样的操作；地址码规定了要操作的数据（操作对象）存放在什么地址中，以及操作结果存放到哪个地址中去。一台计算机有许多指令，作用也各不相同。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，目前常见的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。程序送入计算机，存放在存储器中，计算机运行某一个程序，就是按照为解决该问题而设计的一系列排好顺序的指令进行工作。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。


1.4.2 计算机软件系统3. 存储程序工作原理为解决某个问题，需事先编制好程序，程序可以用高级语言编写，但最终需要转换为由机器指令组成，即程序是由一系列指令组成的。将程序输入到计算机并存储在外存储器中，控制器将程序读入内存储器中（存储原理）并运行程序，控制器按地址顺序取出存放在内存储器中的指令（按地址顺序访问指令），然后分析指令，执行指令的功能，遇到程序中的转移指令时，则转移到转移地址，再按地址顺序访问指令（程序控制）。


1.4.2 计算机软件系统4. 计算机的工作过程（ 1）控制器控制输入设备或外存储器将数据和程序输入到内存储器；（ 2）在控制器指挥下，从内存储器取出指令送入控制器；（ 3）控制器分析指令，指挥运算器、存储器、输入输出设备等执行指令规定的操作；（ 4）运算结果由控制器控制送存储器保存或送输出设备输出；（ 5）返回到第二步，继续取下一条指令，如此反复，直到程序结束。


5. 计算机软件基础

软件是指使计算机运行所需的程序、数据和有关文档的总和。计算机软件通常分为系统软件和应用软件两大类，系统软件一般由软件厂商提供，应用软件是为解决某一问题而由用户或软件公司开发的。

等等

应用软件

数据库管理系统系统支撑和服务程序语言处理程序操作系统

系统软件

软件系统

PhotoshopAdobe

Office WPS

OfficeMicrosoft


5. 计算机软件基础

1）系统软件 : 是管理、监控和维护计算机资源（包括硬件和软件）、开发应用软件的软件。系统软件居于计算机系统中最靠近硬件的一层，它主要包括操作系统、语言处理程序、数据库管理系统、支撑服务软件等。2）应用软件 : 是为解决计算机各类应用问题而编写的软件，随着计算机应用领域的不断拓展和计算机应用的广泛普及，各种各样的应用软件与日俱增，如Microsoft Office、WPS Office、 Adobe Photoshop等。


1）系统软件

A.操作系统（ OS， Operating System）是一组对计算机资源进行控制与管理的系统化程序集合，它是用户和计算机硬件系统之间的接口，为用户和应用软件提供了访问和控制计算机硬件的桥梁。操作系统是一个庞大的管理控制程序，它包括五个管理功能：处理器管理、存储管理、设备管理、文件管理和作业管理。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。


1）系统软件

B. 语言处理程序：用各种程序设计语言编写的源程序，计算机是不能直接执行的，必须经过翻译（对汇编语言源程序是汇编，对高级语言源程序则是编译或解释）才能执行，这些翻译程序就是语言处理程序，包括汇编程序、编译程序和解释程序等，它们的基本功能是把用面向用户的高级语言或汇编语言编写的源程序翻译成机器可执行的二进制语言程序。C. 系统支撑和服务程序 : 该类程序又称工具软件，如系统诊断程序、调试程序、排错程序、编辑程序、查杀病毒程序等等，都是为维护计算机系统的正常运行或支持系统开发所配置的软件系统。


1）系统软件

D. 数据库管理系统 :主要用来建立存储各种数据资料的数据库，并进行操作和维护。常用的数据库管理系统有微机上的 FoxPro、 FoxBASE+、 Access和大型数据库管理系统如 Oracle、 DB2、 Sybase、 SQL Server等，它们都是关系型数据库管理系统。


2）应用软件

为解决计算机各类应用问题而编写的软件称为应用软件。应用软件具有很强的实用性。随着计算机应用领域的不断拓展和计算机应用的广泛普及，各种各样的应用软件与日俱增，如Microsoft Office、WPS Office、 Photoshop等。专用软件是只为完成某一特定专业的任务而设计的软件，它往往是针对某行业、某用户的特定需求而专门开发的，如某个公司的管理系统、医院信息系统（ HIS）、办公自动化系统（ OA）等。


3. 程序设计语言

1）程序设计基础数据结构和算法是程序最主要的两个方面，通常可以认为：程序 =算法 +数据结构。算法可以看作是由有限个步骤组成的用来解决问题的具体过程。实质上反映的是解决问题的思路。其主要性质表现在：①有穷性；②确定性；③可行性；④输入 /输出。数据结构是从问题中抽象出来的数据之间的关系，它代表信息的一种组织方式，用来反映一个数据的内部结构。数据结构是信息的一种组织方式，其目的是提高算法的效率，它通常与一组算法的集合相对应，通过这组算法集合可以对数据结构中的数据进行某种操作。


3. 程序设计语言

变成效率高级语言：大大提高了“ ”符号化汇编语言：机器语言的

要翻译唯一能够识别的、不需机器语言：计算机系统程序设计语言

2 ）程序设计语言可以分为三类：机器语言、汇编语言和高级语言


（ 1）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。如某种计算机的指令为 011011000000000，它们的前八位表示操作码，后八位表示地址码。


（ 2）汇编语言

用能反映指令功能的助记符表达的计算机语言叫汇编语言。它是符号化了的机器语言。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。与机器语言相比，汇编语言具有编写容易、修改方便、阅读简单、程序清楚等优点，但是它仍然是属于面向机器的语言，也就是说，不同的计算机可以有不同的指令集。机器语言和汇编语言一般都称为低级语言。


（ 3）高级语言

屏蔽机器的细节，与具体的计算机指令系统无关的、表达方式或接近于人们对求解过程或问题的描述方式，易于理解和掌握的程序设计语言称为高级语言。高级语言有两类，分别是解释型和编译型。 ① 解释程序：解释程序接受用某种程序设计语言（如 Basic语言）编写的源程序，然后对源程序的每条语句逐句进行解释并执行，最后得出结果。解释程序对源程序是一边翻译，一边执行，不产生目标程序。 ② 编译程序：编译程序是翻译程序，它将用高级语言编写的源程序翻译成与之等价的用机器语言表示的目标程序，其翻译过程称为编译。编译型语言系统在执行速度上都优于解释型语言系统。但是，编译程序比较复杂，这使得开发和维护费用较高。


1.5 微型计算机系统

1.5.1 微型计算机分类

1.5.2 微机的主要性能指标

1.5.3 常见微型计算机的硬件设备


1.5.1 微型计算机分类

微型计算机按其性能、结构、技术特点等可分为：（ 1）单片机：将微处理器（ CPU）、一定容量的存储器以及 I/O接口电路等集成在一个芯片上，就构成了单片机。（ 2）单板机：将微处理器、存储器、 I/O接口电路安装在一块印刷电路板上，就成为单板机。（ 3） PC（ Personal Computer，个人计算机）：供单个用户使用的微机一般称为 PC，是目前使用最多的一种微机。（ 4）便携式微机：便携式微机大体包括笔记本计算机和个人数字助理 ( PDA）等。

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1. 主频即时钟频率，是指计算机 CPU在单位时间内发出的脉冲数，它在很大程度上决定了计算机的运算速度，主频的单位是赫兹（ Hz）。 2. 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，它与计算机的功能和用途有很大的关系。3. 内核数 CPU 内核数指 CPU 内执行指令的运算器和控制器的数量。目前有 2个、 4个和 8个等。 Intel和 AMD分别推出了双核心处理器 Pentium D和 Athlon 64 X2。


4. 内存容量是指内存储器中能存储信息的总字节数。

5. 运算速度单位时间内执行的计算机指令数。

单位有 MIPS（ Million Instructions Per Second ，每秒 106条指令）和 BIPS （ Billion Instructions Per Second ，每秒 109

条指令）。

6.其他性能指标机器的兼容性（包括数据和文件的兼容、程序兼容、系统兼容和设备兼容），系统的可靠性（平均无故障工作时间MTBF），系统的可维护性（平均修复时间MTTR），机器允许配置的外部设备的最大数目，数据库管理系统及网络功能等，另外，性能价格比也是一项综合性的评价计算机性能的指标。



1.5.3 常见微型计算机的硬件设备

输出设备输入设备主板常见的总线

光盘存储器闪存硬盘软盘

外存

内存

存储器

）微处理器（

硬件设备

.6

.5

.4

.3

.2

CPU .1


1. 微处理器

微处理器是将运算器、控制器、高速内部缓存集成在一起的超大规模集成电路芯片，是计算机中最重要的核心部件。图 5中上面是 p4，下面

是一种汽车用微处理器 RS1000。

图 5 微处理器


2. 存储器

1）微机中的内存一般指指随机存储器 (RAM)。目前常用的内存有 SDRAM和 DDR SDRAM，以及

DDR Ⅱ SDRAM等。

图 6 内存


2）外存储器

（ 1）软盘其直径为 3.5英寸，容量为 1.44 MB。软盘上有写保护口，当写保护口处于保护状态（即写保护口打开）时，只能读取盘中信息，而不能写入，用于防止擦除或重写数据，也能防止病毒侵入。（ 2）硬盘：是微机上最重要的外存储器，它由多个质地较硬的涂有磁性材料的金属盘片组成，每个盘片的每一面都有一个读、写磁头，用于磁盘信息的读写。硬盘是目前存取速度最快的外存。（ 3）闪存（ Flash Memory）作为存储介质的半导体集成电路制成的电子盘已成为主流的可移动外存。电子盘又称“优盘”，可反复存取数据。（ 4）光存储器：是利用激光技术存储信息的装置。目前用于计算机系统的光盘可分为只读光盘（ CD-ROM 、 DVD）、追记型光盘（ CD-R、 WORM）和可改写型光盘（ CD-RW、MO）等。光盘存储介质具有价格低、保存时间长、存储量大等特点，已成为微机的标准配置。


3. 微机常见总线标准

总线（ Bus）是计算机各功能部件之间传送信息的公共通信干线，它是由导线组成的传输线束。微机内部信息的传送是通过总线进行的，各功能部件通过总线连在一起。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。常见的总线标准有： 1） PCI总线； 2） AGP总线； 3） USB总线； 4） IEEE 1394总线。 1） PCI总线是由 Intel、 IBM、 DEC公司推出的一种局部总线，它定义了 32位数据总线，且可扩展为 64位。 PCI是迄今为止最成功的总线接口规范之一。 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。该总线稳定性和匹配性出色，提升了 CPU的工作效率，最大传输速率可达 132MB/s。


3. 微机常见总线标准

2） AGP 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，无须经过繁忙的 PCI总线，提高了系统实际数据传输速率和随机访问内存时的性能。目前 AGP 4X的总线传输率已达 l.06GB/s。3） USB总线即通用串行总线，是一种新型接口标准。它连接外设简单快捷，支持热拔插，成本低、速度快、连接设备数量多，目前广泛地应用于计算机、摄像机、数码相机和手机等多种数码设备上。目前 USB Ver2.0数据传输率达到 60MB/s。4） IEEE1394 是一种串行接口标准，能非常方便地把电脑、电脑外设、家电等设备连接起来，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。 IEEE 1394总线是目前最快的高速外部串行总线， 1394a最高的传输速率达 400MB/s，而1394b的最高传输速率达到了 800MB/s，并且支持带电拔插。


4. 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。

图 7 主板返回


5. 输入设备

输入设备是将原始信息转化为计算机能接受的二进制数，以便计算机能够处理的设备。

键盘鼠标数码相机

图 8 输入设备返回


6. 输出设备

输出设备：有显示器、打印机、绘图仪和音箱等。1）显示系统 :包括显示器和显示适配器（又称显示卡）

显示器显示卡图 9 输出设备


2）打印机点阵打印机又称针式打印机，是利用打印头内的点阵撞针撞击打印色带，在打印纸上产生打印效果。喷墨打印机的打印头由细小的喷墨口组成，当打印头横向移动时，喷墨口可以按一定的方式喷射出墨水，打到打印纸上，形成字符、图形等。激光打印机是一种高速度、高精度、低噪声的非击打式打印机。它是激光扫描技术与电子照相技术相结合的产物，利用了激光的定向性、能量集中性。

点阵 (针式 ) 打印机

喷墨打印机激光打印机图 10 打印机

6. 输出设备


3）声音系统音频信号是连续的模拟信号，而电脑处理的只能是数字信号，因此，电脑要对音频信号进行处理，首先必须进行模/数（ A/D）的转换。这个转换过程实际上就是对音频信号的采样和量化过程，即把时间上连续的模拟信号转变为时间上不连续的数字信号，只要在连续量上等间隔地取足够多的点，就能逼真地模拟出原来的连续量。这个“取点”的过程我们称为采样（ Sampling），采样精度越高（“取点”越多）数字声音越逼真。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。采样频率只要达到信号最高频率的两倍，就能精确描述被采样的信号。一般来说，人耳的听力范围在 20Hz到 20kHz之间，因此，只要采样频率达到 40kHz，就可以满足人们的要求。现时大多数声卡的采样频率都已达到 44.1kHz或 48kHz，即达到所谓的 CD音质水平了。

6. 输出设备


1.6 多媒体技术基础

1.6.1 多媒体技术概述

1.6.2 多媒体技术研究的主要内容


1.6.1 多媒体技术概述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。


2. 多媒体技术的含义

（ 1）计算机以预先编制好的程序控制多种信息载体，如 CD、 VCD、 DVD、录像机、立体声设备等。

（ 2）计算机处理信息种类的能力，即能把数字、文字、声音、图形、图像和动态视频信息集为一体的能力。当前指的多媒体技术即指此。


3. 多媒体计算机系统的特点

具有多媒体处理能力的计算机叫多媒体计算机。多媒体具有多样性、实时性、交互性和集成性的特点。1）多样性计算机所处理的信息空间范围拓展了，不再局限于数值、文本、图形和特殊对待的图像，并且强调计算机与声音、活动图像（或称为影像）相结合。2）集成性多媒体的集成性主要体现在：一是多媒体信息的集成，是指各种媒体信息应能按照一定的数据模型和组织结构集成为一个有机的整体，以便媒体的充分共享和操作使用；二是操作这些媒体信息的工具和设备的集成，是指与多媒体相关的各种硬件设备的集成和软件的集成，为多媒体系统的开发和实现建立一个理想的集成环境，以提高多媒体的生产力。


3. 多媒体计算机系统的特点3）交互性多媒体系统采用人机对话方式，对计算机中存储的各种信息进行查找、编辑及同步播放，操作者可通过鼠标或菜单选择自己感兴趣的内容。

4）实时性由于声音和图像都是和时间相关的，因此，要求多媒体支持实时处理。这就要求多媒体系统在处理信息时，有着严格的时序要求和很高的速度要求。



1. 视频和音频数据的压缩和解压缩技术。

多媒体数据压缩和编码技术是多媒体技术中最为关键的核心技术。将模拟信号转换成计算机能识别和处理的数字信号。数字化声音、图像和视频的数据量非常大，存储和传输需要很大的空间和时间，须对多媒体数据进行压缩编码，才能适合多媒体信息的处理。多媒体技术中的数据压缩方法有很多，其中尤以 JPEG和MPEG较常用。 JPEG采用 DCT算法来进行数据压缩，可获得 10∶1～ 80∶1的压缩比。 MPEG压缩标准可以达到 50∶1～ 100∶1的压缩比。



2.专用芯片由于多媒体计算机要进行大量的数字信号处理，如图像处理、压缩和解压缩等，需要使用专用芯片，以减轻 CPU的压力。3. 大容量存储器数字化的多媒体信息虽然经过压缩处理，但仍然非常庞大。目前一般使用光盘用于多媒体信息的存储和发行。常用的 CD - ROM光盘外径 5英寸，容量为 650MB左右，价格低廉；存储容量更大的是 DVD光盘，如果采用单面结构，容量可达到 4.7GB，双层结构的容量可达到 17GB。4. 多媒体信息检索技术比较先进的多媒体信息检索技术是基于内容的多媒体检索技术，它具有根据媒体对象的语义和上下文联系进行检索的特点，可从媒体内容中提取信息线索，直接对媒体进行分析，抽取媒体特征，如图像特征有形状、颜色、纹理等。

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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