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1、,大学信息技术,临沂大学信息学院公共教学部,2019/10/18,胡静瑶,2,第1章 信息技术概论,1.1 信息与信息技术 1.2 信息处理工具-计算机 1.3 数据在计算机中的表示和存储 1.4 计算机系统,2019/10/18,胡静瑶,3,1.1 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信息化与信息社会 1.1.4计算机文化,2019/10/18,胡静瑶,4,1.1.1 信息与数据,信息是一个复杂的综合体，其基本含义是：信息是客观存在的事实，是物质运动轨迹的真实反映。通俗地讲，信息一般泛指包含于消息、情报、指令、数据、图像和信号等形式之中的新的知识和内容。在

2、现实生活中，人们总是在自觉和不自觉地接受、传递、存储和利用信息。迄今为止，信息的定义说法不一，专家和学者们从不同的角度给出了信息的不同定义。信息论的创始人香农（Shannon）在1948年给信息的定义是：信息是人们对事物了解不确定性的减少或消除。他认为信息具有使不确定性减少的能力，信息量就是不确定性减少的程度。控制论的创始人之一维纳（N. Weiner）认为：信息是我们适应外部世界、感知外部世界的过程中，同外部世界进行交换的内容。即信息就是控制系统相互交换、相互作用的内容。我国信息论专家钟义信教授提出：事物的信息是指该事物的运动状态和状态变化的方式，包括这些状态的方式的外在形式、内在含义和实际

3、效用。,2019/10/18,胡静瑶,5,信息与数据,一般认为，信息是通过符号（如文字、图像、声音等）、信号（如某种含义的动作、光电信号等）等具体形式所表达出来的消息、情报等内容。信息由意义和符号组成，它是对客观世界中各种事物的变化和特征的反映，是客观事物之间相互作用和联系的表征，是客观事物经过感知或认识后的再现，是事物运动的状态和方式。 数据种类繁多，如文字、图形、图像、声音、数字、档案记录等。为了描述事物，在计算机中，为了存储和处理这些事物，就要抽象出对这些事物感兴趣的特征组成一个记录描述。如：管理档案中，由姓名、性别、年龄、出生年月等属性描述的记录就是数据。 数据和信息即有联系又有区别。

4、数据是客观存在的一些符号，是信息的具体表现形式，是信息的载体；信息是对数据进行加工处理而抽象出来的逻辑意义。数据经过加工处理后，成为信息，信息必须通过数据才能传播。两者的关系是相辅相成的。,2019/10/18,胡静瑶,6,1.1.2 信息技术,信息技术（Information Technology，简称IT），是主要用于管理和处理信息所采用的各种技术的总称。它主要是应用计算机科学和通信技术来设计、开发、安装和实施信息系统及应用软件。它也常被称为信息和通信技术（Information and Communications Technology, ICT）。感测技术、通信技术、计算机技术和控制技

5、术是它的核心和支撑技术。 （1）感测技术 感测技术包括传感技术和测量技术。人类用眼、耳、鼻、舌等感觉器官捕获信息，而感测技术就是感觉器官功能的延长，是人类可以更好地从外部世界获得信息。目前，科学家已经研制出许多应用现代感测技术的装置，不仅能替代人的感觉器官捕获各种信息，而且能捕获人的感觉器官所不能感知的信息。 （2）通信技术 通信技术的功能是传递信息，可以看作是传导神经系统功能的延长，它能传递人们想要传递的信息。信息只有通过交流才能发挥效益，信息的交流直接影响着人类的生活和社会的发展。,2019/10/18,胡静瑶,7,信息技术,（3）智能处理技术 智能技术包括计算机硬件技术、软件技术和人工神

6、经网络等，可以看作是思维器官功能的延长，它能帮助人们更好的存储、检索、加工和再生信息。 （4）控制技术 控制技术是根据指令信息对外部事物的运动状态和方式实施控制的技术，可以看作是效应器官功能的扩展和延长，它能控制生产和生活中的许多状态。 感测、通信、智能和控制四大信息技术是相辅相成的，而且相互融合。信息智能处理技术相对其它三项技术来说处于较为基础和核心的位置。目前，人们把通信技术、计算机技术和控制技术合称3C（Communication、Computer和Control）技术。3C技术是信息技术的主体。由于计算机科学、通讯与网络技术、自动化科技的迅速发展，已使信息的处理、传输和应用无处不在，成

7、为推动社会进步的重要因素。,2019/10/18,胡静瑶,8,1.1.3信息化与信息社会,信息化是指培养、发展以计算机为主的智能化工具为代表的新生产力，并使之造福于社会的历史过程。社会信息化过程就是充分利用信息技术，开发利用信息资源，促进信息交流和知识共享，提高经济增长质量，推动经济社会发展转型的历史进程。现在的社会就是信息化，亦既是信息社会。信息社会的主要特征表现为： 1.管理信息化 2.生产信息化 3.电子商务 4.3G通信技术 5.GPS,2019/10/18,胡静瑶,9,1.1.4计算机文化,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

8、行为产生广泛、深远影响的新型文化。继语言的产生、文字的使用与印刷术的发明后，计算机文化是人类文化发明的第四个里程碑。人们利用计算机这种工具使无纸贸易、无纸办公、无纸新闻、无纸出版正在成为现实。 计算机文化，是人类社会的生存方式因使用计算机而发生根本性变化而产生的一种崭新文化形态。计算机文化来源于计算机技术，正是后者的发展，孕育并推动了计算机文化的产生和成长；而计算机文化的普及，又反过来促进了计算机技术的进步与计算机应用的扩展。当人类跨入二十一世纪时，又迎来了以网络为中心的信息时代。作为计算机文化的一个重要组成部分，网络文化已成为人们生活的一部分，深刻地影响着人们的生活，同样，也给我们带来了前所

9、未有的挑战。信息时代是互联网的时代，娴熟地驾驭互联网将成为人们工作生活的重要手段。在信息时代造就了微电子、数据通信、计算机、软件技术四大产业时，围绕网络互联，实现计算机网、电视网、电信网的“三网合一”。“三网合一”是目前备受广泛关注的技术，它的实现极大地丰富计算机文化的内涵，让每一个人都能领略计算机文化的无穷魅力，体味着计算机文化的浩瀚。 计算机文化代表一个新的时代文化，它将传统的“能写会算”的基本功提升到一个新的高度，具有读计算机的书、写计算机程序、取得计算机实际经验的能力成为新的计算机扫盲的基本要求。因此具有计算机信息处理能力，是计算机文化的真正内涵。,2019/10/18,胡静瑶,10,

10、1.2 信息处理工具-计算机,1.2.1 计算机的诞生与发展 1.2.2 计算机的特点和分类 1.2.3 计算机的性能指标 1.2.4计算机的应用领域 1.2.5计算机的发展趋势,2019/10/18,胡静瑶,11,1.2.1 计算机的诞生与发展,现代计算机是从古老的计算工具一步一步发展而来的。早在原始社会人类就用结绳、垒石或枝条作为辅助进行计数和计算的工具。在我国，春秋时代就有用算筹计数的“算筹法”。唐末，出现了珠算盘，简称算盘。算盘是我国人民独特的创造，是一种彻底采用十进制的计算工具。19世纪，英国数学家查尔斯巴贝奇提出了通用数字计算机的基本设计思想。他于1832年开始设计顺应计算机自动化

11、程序控制的分析机，在巴贝奇的设计中，它拥有可扩展的内存、一个中央处理器、微指令、并使用穿孔卡来编程。在现代电子计算机诞生100多年前，他已经提出了几乎是完整的计算机设计方案，被成为“计算机之父”。,2019/10/18,胡静瑶,12,ENIAC,世界上第一台真正意义上的电子计算机是1946年2月在美国宾夕法尼亚大学诞生的，它的名字叫ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Calculator，简称ENIAC），这台计算机的计算速度为5 000次/秒，大约使用了18 000个电子管，1 500个继电器，占地约170平方米，重30吨，其功率达到150千瓦

12、。ENIAC的主要缺点是存储容量太小，只能存20个字长为10位的十进制数，基本上不能存储程序，要用线路连接的方法来编排程序，每次解题都要依靠人工改接连线来编程序，准备时间远远超过实际计算时间。ENIAC是世界是第一台开始设计并投入运行的电子计算机，但它还不具备现代计算机的主要原理特征存储程序和程序控制,2019/10/18,胡静瑶,13,EDVAC,世界上第一台按存储程序功能设计的计算机叫EDVAC（Electronic Discrete Variable Automatic Computer，简称EDVAC），它是由曾担任ENIAC小组顾问的著名美籍匈牙利数学家冯诺依曼博士领导设计的。EDV

13、AC于1946年开始设计，于1950年研制成功。与ENIAC相比，它的主要改进有两点：采用了二进制，简化了计算机的内部构造；使用汞延迟线作存储器，指令的程序可存入计算机内部，提高了运行效率。在此之前，冯诺依曼发表的题为电子计算机结构初探的报告，首次提出了电子计算机中存储程序的概念，提出了构造电子计算机的基本理论。 EDVAC由运算器、逻辑控制装置、存储器、输入部件和输出部件五部分组成。EDVAC使用二进制并实现了程序存储，把包括数据和程序的指令以二进制代码的形式存入计算机的存储器中，保证了计算机能够按照事先存入的程序自动进行运算。冯诺依曼提出的存储程序和程序控制的理论，以及计算机硬件基本结构和

14、组成的思想，奠定了现代计算机的理论基础。计算机发展至今，整个四代计算机统称为“冯氏计算机”，世人也称冯诺依曼为“计算机鼻祖”。,2019/10/18,胡静瑶,14,EDSAC,世界上第一台投入运行的存储程序式的电子计算机是EDSAC（Electronic Delay Storage Automatic Calculator，简称EDSAC），它是英国剑桥大学的维尔克斯（M. V. Wilkes）教授在接受了冯诺依曼的存储程序计算机思想后于1947年开始领导设计的。该机于1949年5月制成并投入运行，比EDVAC早一年多。,2019/10/18,胡静瑶,15,电子计算机的发展,人们根据计算机采用

15、的电子元器件的不同，把电子计算机的发展分成四个阶段：电子管计算机（第一代计算机）、晶体管计算机（第二代计算机）、中小规模集成电路计算机（第三代计算机），大规模超大规模集成电路计算机（第四代计算机），现在正在向智能计算机和神经网络计算机的方向发展。各代计算机在时间上有交叉。,2019/10/18,胡静瑶,16,第一代计算机,第一代计算机（从ENIAC问世至20世纪50年代后期）。在第一代计算机中，除了ENIAC，其他都是按存储程序控制原理设计的，代表产品是UNIVAC-（Universal Automatic Computer）。它于1951年6月制成并正式交付美国人口统计局使用。UNIVAC-

16、是世界上第一台商品化的批量生产的电子计算机。自此以后，计算机从实验室走向社会，由单纯为军事服务进入为社会公众服务。计算机界把UNIVAC-的推出看成是计算机时代的真正开始。其它的产品，如IBM公司的IBM 701（1953年4月）、IBM 650（1954年11月）都是这一代的主要计算机。第一代计算机的主要特征是采用电子管作基本器件，用光屏管或汞延时电路作存储器，输入输出主要采用穿孔纸带或卡片。软件还处于初始阶段，使用机器语言或汇编语言编写程序，几乎没有什么系统软件。计算机体积笨重，功耗大，运算速度低，存储容量不大，机器的可靠性也差，并且维护使用困难，价格也很昂贵。这一代计算机主要用科学计算。

17、,2019/10/18,胡静瑶,17,第二代计算机,第二代计算机（20世纪50年代中期至20世纪60年代中期）。1956年研制成功的第一台晶体管计算机Lcprcchan，标志着晶体管计算机时代的开始。用晶体管代替电子管逻辑元件，具有速度快，寿命长，体积小，重量轻、耗电省等优点。接着，全晶体管计算机UNIVAC-问世，引起市场强烈反响。第二代计算机的代表产品还有IBM公司的IBM7090（1959年11月），IBM7094（1962年9月），IBM7040（1962年），IBM7044（1963年）等。这一代计算机的主要特征是使用晶体管元件作电子器件，开始使用磁芯和磁鼓作存储器，产生了FORTR

18、AN（1957），COBOL（1960），ALGOL60，PL/1等高级程序设计语言和批量处理系统，为更多的人学习和使用计算机铺平了道路。与第一代计算机相比，第二代计算机各方面性能都有了很大的提高，体积大大缩小，重量、功耗大为降低，运算速度加快，内存容量增加。由于高级语言的产生，使计算机的应用领域大大拓展，不仅用于科学计算，还用于数据处理和事务处理，并逐渐用于工业控制。,2019/10/18,胡静瑶,18,第三代计算机,第三代计算机（20世纪60年代中期至20世纪70年代初期）。20世纪60年代中期，半导体制造工艺的发展产生了集成电路，计算机就开始采用中小规模集成电路作为计算机的主要元件，故第

19、三代计算机又称中小规模集成电路计算机。如IBM公司的IBM 360（中型机）、IBM 370（大型机），DEC公司的PDP-11系列小型计算机等。第三代计算机的主要特征是采用中小规模集成电路作计算机电子器件，同时主存储器开始采用半导体存储器。外存储器有磁盘和磁带等。操作系统的出现及逐步完善，使计算机的功能越来越强，应用范围越来越广。在这个过程中，出现了计算机与通信技术的结合，从而产生了实时联机系统和分时联机系统。并且由于采用中小规模集成电路，使计算机的体积缩小，功耗进一步降低，可靠性和运算速度进一步提高。在这一时期里，计算机不仅用于科学计算，还用企业管理、自动控制、辅助设计和辅助制造等领域。,

20、2019/10/18,胡静瑶,19,第四代计算机,第四代计算机（20世纪70年代初期至今）。1971年起，大规模集成电路制造成功，使计算机进入了第四代大规模超大规模集成电路计算机时代。这一代计算机的体积进一步缩小，性能进一步提高，机器的性能价格比大幅度跃升。普遍使用大规模集成电路的半导体存储器作为内存储器，集成度大体上每18个月翻一番（摩尔定律）。发展了并行处理技术和多机系统，产品更新的速度加快。软件配置空前丰富，软件系统工程化、理论化、程序设计自动化，是软件方面的主要特点。在研制出运算速度达每秒几亿次、几十亿次，甚至百亿次的巨型计算机的同时，微型计算机的产生、发展和迅速普及是这一时期的一个重

21、要特征。计算机的应用已经涉及到人类生活和国民经济的各个领域，已经在办公自动化、数据库管理、图像识别、语音识别、专家系统等众多领域中大显身手，并且进入了家庭,2019/10/18,胡静瑶,20,未来计算机,未来计算机为新一代计算机，是对第四代计算机以后的各种未来型计算机的总称。新一代计算机，将向智能化方向发展，将突破当前计算机的结构模式，更注重逻辑推理或模拟人的“智能”。是支持逻辑推理和支持知识库，能够最大限度的模拟人类思维，具有人类大脑特有的联想、思考等某些功能，把信息采集、存储、处理、通信和人工智能结合在一起的智能计算机。可以预言，新一代计算机的研制成功和应用，必将对人类社会的发展产生更深远

22、的影响。各国研究人员正在加紧研究开发新的计算机，如： 光计算机。光计算机是利用纳米电浆子原件作为核心来制造，通过光信号来进行信息运算的，这种利用光作为载体进行信息处理的计算机被称为光计算机，又称为光脑。 量子计算机。量子计算机不使用1或0的电子比特信息，而采用量子机械效应而建立量子比特。它是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。当某个装置处理和计算的是量子信息，运行的是量子算法时，它就是量子计算机。 纳米计算机。纳米计算机指将纳米技术运用于计算机领域所研制出的一种新型计算机。应用纳米技术研制的计算机内存芯片，其体积不过数百个原子大小，相当于人的头发丝直径的千

23、分之一。与传统的电子计算机相比，采用纳米技术生产芯片成本十分低廉，只需在实验室里将设计好的分子合在一起，就可以造出芯片，大大降低了生产成本。,2019/10/18,胡静瑶,21,未来计算机,生物计算机。生物计算机又称仿生计算机，是以生物芯片取代在半导体硅片上集成效以万计的晶体管制成的计算机。它的主要原材料是生物工程技术产生的蛋白质分子，并以此作为生物芯片。生物计算机芯片本身还具有并行处理的功能，其运算速度要比当今最新一代的计算机快10万倍，能量消耗仅相当于普通计算机的十亿分之一，存储信息的空间仅占百亿亿分之一。 DNA计算机。DNA计算机是一种生物形式的计算机。它是利用DNA（脱氧核糖核酸）建

24、立的一种完整的信息技术形式，以编码的DNA序列（通常意义上计算机内存）为运算对象，通过分子生物学的运算操作以解决复杂的数学难题。与传统的电子计算机相比，它体积小，存储量大，运算快，耗能低，实现并行工作，提高效率。 在未来社会中，计算机、网络、通信技术将会三位一体化。新世纪的计算机将把人从重复、枯燥的信息处理中解脱出来，从而改变人类的工作、生活和学习方式，给人类和社会拓展了更大的生存和发展空间。,2019/10/18,胡静瑶,22,1.2.2 计算机的特点和分类,1计算机的特点 计算机是一种高度自动化的信息处理设备。作为一种计算工具或信息处理设备，计算机具有许多特点。 （1）运算速度快。计算机数

25、据处理速度相当快，而且其运行速度以每隔几个月提高一个数量级的速度在快速发展。计算机的运算速度（或称处理速度）以每秒钟可执行多少百万条指令（MIPS，106）和多少亿条指令（BIPS，109）来衡量。巨型机的运行速度可达数百万亿次。计算机这么高的数据处理（运算）速度是其它任何处理（计算）工具无法比拟的，使得许多过去需要几年甚至几十年才能完成的复杂运算，现在只要几天、几小时、甚至更短的时间就可完成。这是计算机广泛使用的主要原因之一。 （2）计算精度高。数据在计算机内部是用二进制数编码的，数的精度主要由表示这个数的二进制码的位数决定。现代计算机的计算机精度相当高，能满足复杂计算对计算机精度的要求。字

26、长越长，计算机的计算机精度越高。当所计算的数据的精度要求特别高时，可选择字长长的计算机。 （3）记忆能力强。电子计算机的存储器类似于人的大脑。可以“记忆”（存储）大量的数据和计算机的程序。计算机的存储器可以存放原始数据、中间结果、程序指令等。用户不但可以随时存入数据，而且还可以随时取出数据。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。,2019/10/18,胡静瑶,23,计算机的特点,（4）可靠的逻辑判断能力。具有可靠的逻辑判断能力是计算机的一个重要特点，是计算机能实现信息处理自动化的重要原因。冯诺依曼结构计算机的基本思想，就是先将程序输入并存储在计算机内，在程序执行过程中，计算机会根

27、据上一步的执行结果，运用逻辑判断方法自动确定下一步该做什么，应该执行哪一条指令。能进行逻辑判断，使计算机不仅能对数值数据进行计算，也能对非数值数据进行处理，使得计算机能广泛应用于非数值数据处理领域，如信息检索、图形识别以及各种多媒体应用。 （5）可靠性高，通用性强。由于采用了大规模和超大规模集成电路，计算机具有非常高的可靠性，可以连续无故障地运行几个月甚至几年。现代计算机不仅可用来进行科学计算，也可用于数据处理、工业实时控制、辅助设计和辅助制造、办公自动化及计算机网络通信等，通用性非常强。,2019/10/18,胡静瑶,24,计算机的分类,计算机有多种分类方法，根据计算机的类型、工作方式、构成

28、器件、操作原理、应用环境等，可有不同的分类方法，以下是常用的分类方法。 （1）按处理的数据的表示划分 计算机按处理数据的表示可分为数字计算机、模拟计算机和混合计算机。 数字计算机指用于处理数字数据的计算机。其特点是输入输出的数据都是用二进制0和1表示的离散的数字量表示的，具有逻辑判断功能。其特点是精确度高，速度快，应用范围广泛。 模拟计算机处理的是连续的电压、温度等模拟数据。参与运算的数据是连续的，计算精度较低，速度慢，应用范围较窄。 混合计算机是指将模拟技术和数字技术结合在一起的电子计算机。输入输出的既可以是数字数据也可以是模拟数据。 （2）按计算机用途划分 根据计算机用途不同，计算机分为通

29、用计算机和专用计算机。 专用计算机，用于解决某一特定方法的问题，配有专门开发的软件和硬件。特点是针对性强、特定服务、专门设计，适合于实时体系，但适应性较差，不适于其他方面的应用。 通用机：适合用于解决各类问题，在科学计算、数据处理、过程控制等领域都有广泛应用。,2019/10/18,胡静瑶,25,计算机的分类,（3）按计算机规模划分 计算机规模用计算机的一些主要技术指标来衡量，如字长。运算速度、存储容量、输入输出能力、价格高低等。按照1989年由IEEE科学巨型机委员会提出的分类法，一般把计算机分为巨型机、大型机、小型机、工作站和微型计算机 巨型机。巨型机通常是指最大、最快、最贵的计算机。主要

30、用于国民经济和国家安全的尖端科学技术研究领域，如模拟核爆炸、天气预报、地震探测等，一般用于科学计算。它的技术是衡量一个国家科技发展水平的重要标志。我国研制的银河机属于巨型机，银河1号为亿次机，银河2号为十亿次机。 大型机。大型机配置高档，性能优越，可靠性好，具有较高的运算速度和较大的存储容量，但价格昂贵，一般用于金融、证券等大中型企业数据处理有用作网络服务器。不过随着微机与网络的迅速发展，大型主机正在走下坡路。我们许多计算中心的大机器正在被高档微机群取代。 小型机。由于大型主机价格昂贵，操作复杂，只有大企业大单位才能买得起。在集成电路推动下，60年代DEC推出一系列小型机，如PDP-11系列、

31、VAX-11系列。HP有1000、3000系列等，通常小型机用于部门计算，同样它也受到高档微机的挑战。,2019/10/18,胡静瑶,26,计算机的分类, 工作站。工作站使用大屏幕、高分辨率的显示器；有大容量的内外存储器，而且大都具有网络功能。它们的用途也比较特殊，例如用于计算机辅助设计、图像处理、软件工程以及大型控制中心。工作站与高档微机之间的界限并不十分明确，而且高性能工作站正接近小型机、甚至接近低端主机。 微型机。又称作个人计算机（PC），是目前发展最快应用最广泛的计算机。其特点是通用性好、体积小、灵活性大、价格便宜、使用方便，主要在办公室、家庭中使用。目前的微型机有台式机、电脑一体机、

32、笔记本电脑（Notebook或Laptop）、掌上电脑（PDA）、平板电脑。,2019/10/18,胡静瑶,27,1.2.3 计算机的性能指标,1主频 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行速度。主频的单位是兆赫兹（MHz），如486DX/66的主频为66MHz，Pentium/100的主频为100MHz，如今，CPU的主频一般都在1GHz以上。 2内存容量 内存储器中能存储的信息总字节数称为内存容量。所谓字节（Byte），是指作为一个单位来处理的一串二进制数位。通常以8个二进制位（bit）为一个字节。每1024个字节称为1K字节（1KB）。

33、内存容量越大，处理数据的范围越广，运算速度一般也快。 3字长 在计算机中，作为一个整体被传送和运算的一串二进制代码叫一个计算机字，简称字。一个字所含的二进制位数称为字长。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。字长决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。因此，高性能的计算机，其字长较长，而性能较差的计算机字长相对要短一些。字长是衡量计算机性能的一个重要因素。，字长越长，计算机的运算速度就快。其次，字长决定了指令直接寻址的能力。一般机器的字长都是字节的1 、2、4、8倍。如 16位机（2个字节），32位机（4个字节），64位机（

34、8个字节）。,2019/10/18,胡静瑶,28,计算机的性能指标,4存储周期 把信息代码存入存储器，称为“写”，把信息代码从存储器中取出，称为“读”。存储器进行一次“读”或“写”操作所需的时间称为存储器的访问时间（或读写时间）。连续启动两次独立的“读”或“写”操作（如连续的两次“读”操作）所需的最短时间，称为存取周期（或存储周期）。微型机的内存储器目前都由超大规模集成电路技术制成，其存取周期很短，约为几十纳秒（ns）左右。 5运算速度 运算速度是一项综合性的性能指标，其单位是MIPS（百万条指令/秒）。因为各种指令的类型不同，执行不同指令所需的时间也不一样。过去以执行定点加法指令作标准来计算

35、运算速度，现在用一种等效速度或平均速度来衡量。等效速度是由各种指令平均执行时间以及相对应的指令运行比例计算得出来的，即用加权平均法求得。影响机器运算速度的因素很多，主要是CPU的主频和存储器的存取周期。 衡量一台计算机系统的性能指标很多，除上面列举的五项指标外，还应考虑机器的兼容性（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，计算机系统的汉字处理能力，数据库管理系统及网络功能等。性能/价格比是一项综合性评价计算机性能的指标。,2019/10/18,胡静瑶,29,1.2

36、.4 计算机的应用领域,1科学计算 计算机是最早应用于科学计算方面，这主要是指计算机应用于完成科学研究和工程技术中所提出的数学问题（数值计算）。在科学技术和工程设计中，有各类复杂的数学计算机问题，比如核反应方程式、卫星轨道、材料结构受力分析等的计算，飞机、汽车、船舶、桥梁等的设计。这些问题计算机工作量很大，用一般的计算工具，靠人工来计算是不可想象的，用高速、大型计算机就能快速、及时、准确地获得计算结果。早期的计算机主要用于科学计算方面，随着计算机技术的发展和应用的普及，科学计算方面的比重在逐年下降，但至今仍是一个主要的应用方面。用于科学计算方面的计算机要求其速度快、精度高、存储容量相对也要求大

37、，一般为巨型机。 2. 信息管理 信息管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。信息管理是以非数值计算形式的数据处理。泛指非科技工程方面的所有计算、管理和任何形式数据资料的处理，包括办公自动化（OA）、管理信息系统（MIS）、专家系统（ES）等。例如企业管理、库存管理、报表统计、情报检索、公文函件处理等等。其特点是要处理的原始数据量大，而算术运算较简单，有大量的逻辑运算与判断，结果要求以表格或文件形式存储、输出。其应用深入到经济、市场、金融商业、财政、教育、档案、公安、法律、行政管理、社会普查等各个方面。在以后相当长的时间里，数据和事务处理仍是计算机，特别是微型计算机

38、最主要的应用领域。信息管理是在当今信息化社会中，计算机应用最广泛的领域。,2019/10/18,胡静瑶,30,计算机的应用领域,3. 过程控制 过程控制又称实时控制。是指用计算机及其采集检测数据，按最佳值迅速地对控制对象进行自动控制或自动调节。过程控制对计算机速度的要求不高，但要求可靠性高，否则将生产出不合格的产品，甚至造成重大的设备或人身事故。把计算机用于生产过程的实时控制，可大大提高生产自动化水平，提高劳动生产率和产品质量，降低生产成本，缩短生产周期。计算机过程控制已在冶金、石油、化工、防治、水电、机械和航天等重工业或有严重污染的领域得到广泛应用，代替了人类劳动。 4. 计算机辅助系统 计

39、算机辅助系统是指通过人机对话，使计算机辅助人们进行设计、加工、计划和学习等工作。 计算机辅助设计（CAD，Computer-Aided Design），是指利用计算机来帮助设计人员进行设计工作。它的应用大致可以分为两大方面：一类是产品设计，如飞机、汽车、船舶、机械、电子产品以及大规模集成电路等机械、电子类产品的设计；另一类是工程设计，如土木、建筑、水利、矿山、铁路、石油、化工等各种类型的工程。,2019/10/18,胡静瑶,31,计算机的应用领域,计算机辅助制造（CAM，Computer-Aided Manufacturer），是指利用计算机进行生产设备的管理、控制与操作，从而提高产品质量，降

40、低成本，缩短生产周期，并且还能大大改善制造人员的工作条件。 计算机辅助教育（CBE，Computer Based Education）是指用计算机对学生的教学、训练和对教学事物的管理。包括计算机辅助教学（CAI，Computer-Aid Instruction）和计算机辅助教育管理（CMI，Computer Managed Instruction）。多媒体技术和网络技术的发展推动了CBE的发展。 另外，还有计算机辅助测试（CAT，Computer-Aided Test），是指利用计算机来进行复杂而大量的测试工作和计算机集成制造系统（CIMS，Computer Integrated Manufa

41、ctuing System）。,2019/10/18,胡静瑶,32,计算机的应用领域,5. 计算机网络与通信 计算机通信是近几年迅速发展起来的一项重要的计算机应用领域。早期的计算机通信是计算机之间的直接通信。把两台或多台计算机直接连接起来，主要的联机活动是传送数据（发送/接收信息和传送文件）。后来使用调制解调器，通过电话线，配以适当的通信软件，在计算机之间进行通信，通信的内容除了传送数据外，还进行实时会谈、联机研究和一些联机事务。 计算机网络技术的发展，促进了计算机通信应用业务的开展。目前，完善计算机网络系统和加强国际间信息交流已成为世界各国经济发展、科技进步的战略措施之一，因而世界各国都特别

42、重视计算机通信的应用。多媒体技术的发展，给计算机通信注入了新的内容，使计算机通信由单纯的文字数据通信扩展到音频、视频和活动图像的通信。Internet的迅速普及，使诸如网上会议、网上医疗、网上理财、网上商业等网上通信活动进入了人们的生活。进入21世纪，随着全数字网络ISDN（Integrated Service Digital Network，综合业务数字网）的广泛应用，计算机通信进入高速发展的阶段。,2019/10/18,胡静瑶,33,1.2.5 计算机的发展趋势,1. 巨型化 巨型化主要指功能巨型化。它是指高速运算、大储存容量和强功能的巨型计算机。巨型计算机主要应用于天文、气象、地质和核反

43、应，以及航天飞机、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。因此，工业发达国家都十分重视巨型计算机的研制。目前运算速度为每秒几百亿次到上千亿次的巨型计算机已经投入运行，并正在研制更高速度的巨型计算机。 2. 微型化 微型化是指利用微电子技术和超大规模集成电路技术，实现体积的微型化。由于大规模和超大规模集成电路的飞速发展，微处理器芯片连续更新换代，微型机以价格低，软件丰富，操作简单的优势很快普及到家庭及社会的各个领域。笔记本和掌上型计算机的大量面世和使用，是计算机微型化的一个标志。,2019/10/18,胡静瑶,34,计算机的发展趋势

44、,3. 网络化 计算机网络化，是指用现代通信技术和计算机技术把分布在不同地点的计算机互联起来，组成一个规模大、功能强的可以互相通信的网络结构。随着计算机应用的深入，特别是家用计算机越来越普及，一方面希望众多用户能共享信息资源，另一方面也希望各计算机之间能互相传递信息进行通信。今天，计算机网络可以通过卫星将远隔千山万水的计算机联入国际互联网络，如Internet。当前发展很快的微机局域网正在现代企事业管理中发挥越来越重要的作用。计算机网络是信息社会的重要技术基础。 4. 智能化 计算机智能化是指计算机处理智能化。就是要求计算机具有模拟人的感觉和思维过程的能力，可以进行“看”、“听”、“说”、“想

45、”、“做”，具有逻辑推理、学习与证明的能力。也是目前正在研制的新一代计算机要实现的目标。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。,2019/10/18,胡静瑶,35,1.3 数据在计算机中的表示和存储,1.3.1 数值及其转换 1.3.2 信息编码 1.3.3计算机中的数据单位,2019/10/18,胡静瑶,36,1.3.1 数值及其转换,1进位计数制所谓进位计数制，是指用进位的方法进行计数的一种方法。它有两个基本要素：基数和位权。基数：数制中所用到的数码的个数。R进制中具有R个数码，它们是0，1，2，R-

46、1。如，二进制基数为2，用来表示二进制的数码为0、1。位权：处于不同数位的数码代表的数值不同，对每一个数位赋予不同的位值，称为位权。如，约定整数最低位的序号为i=0（i=n,2,1,0,-1,-2,）,R进制数的第i位的位权为Ri,2019/10/18,胡静瑶,37,数值及其转换,2常用的数制 十进制：用0，1，2，3，4，5，6，7，8，9十个数码表示所有的数，基数是10 二进制：用0，1两个数码表示所有的数，基数是2。末尾加字符B表示，如，101.01 B或（101.01）2 八进制：用0，1，2，3，4，5，6，7八个数码表示所有的数，基数是8。末尾加字符O表示，如，723.26 O或（

47、723.26）8 十六进制：用0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，A，B，C，D，E，F十六个数码表示所有的数，基数是16。其特点为逢十六进一。末尾加字符H表示,2019/10/18,胡静瑶,38,数值及其转换,3数制转换 尽管计算机中的信息都以二进制数的形式表示，但人们仍然习惯于十进制，同时为了表示方便也引入了八进制和十六进制，因此需要在不同的数制之间进行相互转换。 （1）N进制转换为十进制 把N进制数转换为十进制数。首先写出它的位权展开式，再按十进制运算规则求和。即把二进制数（或八进制数、十六进制数）写成2（8或16）的各次幂之和的形式，然后计算。 例：将1111001B、375.2O

48、、FDH转换为十进制数。 1111001 B=126+125+124+123+022+021+120=121 375.2 O=382+781+580+28-1=253.25 FDH=F161+D160=253,2019/10/18,胡静瑶,39,数值及其转换,（2）十进制数转换为N进制数 十进制整数部分和小数部分在转换是需作不同的计算，整数转换用“除以基数N倒序取余法”；小数转换用“乘以基数N正序取整法”。 例：将25.745 D转换成二进制，精确到四位小数，转换过程如下： 首先将25.745的整数部分转化成二进制数：25D=11001B,2019/10/18,胡静瑶,40,数值及其转换,再将

49、小数部分0.745转化成二进制数；所以25.745D=11001.1011B,2019/10/18,胡静瑶,41,数值及其转换,（3）二进制数与八进制数的相互转换 二进制数转换为八进制数方法是三位合一。即将二进制数从小数点开始，对二进制整数部分向左每三位分成一组，不足三位的，向高位补零；对二进制小数部分向右每三位分成一组，不足三位的向低位补零。将每组的三位数，分别转化为八进制数。 例如：把二进制数1010011.0101转换为八进制数。 001 010 011 . 010 1001 2 3 2 4 所以，1010011.0101B=123.4O 反之，将八进制数转换成二进制数，只要将每一位八进

50、制数转换成相应的三位二进制数，并依次连接起来即可。,2019/10/18,胡静瑶,42,数值及其转换,（4）二进制数与十六进制数的相互转换 二进制数转换为十六进制数方法是四位合一。即将二进制数从小数点开始，对二进制整数部分向左每四位分成一组，不足四位的，向高位补零；对二进制小数部分向右每四位分成一组，不足四位的向低位补零。将每组的四位数，分别转化为十六进制数。 例如：把二进制数1010011.0101转换为十六进制数。 0101 0011. 01015 3 5 所以，1010011.0101B=53.5H 反之，将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相应的四位二进制数，并依次连接起来即可。,