1、计算机应用基础,2019年4月30日星期二,读心术,吉普赛人祖传的神奇读心术，它能测算出你的内心感应。 提示： 1、任意选择一个两位数（或者说：从1099之间任意选择一个数），把这个数的十位与个位相加，再把这个数减去这个和。例如：你选择的数是23，然后2+3=5，然后23-5=18。 2、在图表中找出与最后得出的数相对应的图形，并把这个图形牢记心中，然后点击水晶球。最后看水晶球显示什么图形。,Deep Blue: 32个每秒2亿次的CPU, 3分钟可算5001000亿步棋; 记忆棋谱200万局; 工作稳定, 不会出错。 Garry Kasparov: 3步/秒, 540步/3分; 看一遍40年
2、; 受身体情绪影响会有失误。,第一章 计算机的基础知识,1.1 计算机的发展 1.2 信息技术概述 1.3 计算机在信息社会中的应用 1.4 计算机的进位计数制 1.5 计算机的信息编码标准,1.1 计算机的发展,结绳记事 即在一条绳子上打结，用以记事。算 筹 不可考察算 盘 中国唐代 第一种手动式计数器计算尺 1622年，英国William Oughtred手动式、减、乘、除、指数和三角函数运算加法器 1642年，法国Blaise Pascal机械式，只能做加法计算器 1673年，德国Gottfried Leibniz机械式，加、减、乘、除和开方差分机 1812年，英国Charles Bab
3、bage分析机 1834年，英国Charles Babbage,上海计算尺厂制造的1200型矢量自然对数计算尺,查尔斯.巴培基 1812年差分机 1834年分析机,1.1.1 近代计算机 1.差分机和分析机,三部分组成： (1)由许多轮子组成的保存数据的存储库； (2)运算装置； (3)能对操作顺序进行控制，并选择所需处理的数据以及输出结果的装置。,巴培基的200歲生日紀念郵票,电脑之父 十九世纪中叶，英国数学家巴培基（Charles Babbage）发明可以进行简单四则运算的【差分机】，并使用打孔纸卡來控制一连串的动作。 后來巴培基又构思了一台【分析机】，该机器具有输入、输出、算数、控制及存
4、储的功能。这样的架构衍生成现今电脑的五大单元。,2. John V.Atanasoff,Clifford Berry 1939年 解决线性方程的计算机 ABC 电子管数字计算机,Howard Aiken博士发现了查尔斯.巴培基的论文 在IBM的支持下，用机电方式制造了MARK I MARK II和 MARK III是电子计算机,3. MARK I 1944年,51尺长 重5顿 750,000部份合并而成,有72个累加器，每一个有自己的算术部件，及23位数的寄存器。,ENIAC,史料：阿兰.图灵冯诺依曼,计算机科学奠基人 英国科学家 阿兰.图灵,主要贡献：建立图灵机模型，奠定了可计算理论的基础提
5、出图灵测试，阐述了机器智能的概念,电子计算机之父： 美籍匈牙利数学家 冯.诺依曼,4. 阿兰.图灵和冯.诺依曼,美国计算机学会(ACM)1966年设立图灵奖,主要贡献：与同事研制人类第二台计算机EDVAC“存储程序”概念 冯诺依曼计算机奠定了现代计算机体系结构和工作原理,歌德尔（K.Gdel）“不完备性定理”与可计算性 希尔伯特（David Hilbert, 1862-1943, 德国数学家）纲领：通用的完备的形式逻辑系统， 歌德尔 “不完备性定理”：一个数学系统的相容性不可能在自身系统内得到证明 关于可计算性的研究成为当时一些数学家重点关心的问题之一。,你说谎！,你说谎！,你说谎！,你说得对
6、！,我说谎！,图灵机与第一台通用数字计算机 邱奇（A.Church）、波斯特（E.L.Post）和图灵（Alan Turing, 1912-1954）等人围绕怎样判断一类数学问题是否是机械可计算的这样一个问题，从不同的角度考察了计算这一概念，为能行计算理论奠定了基础。 图灵机就其计算能力而言可以模拟现代任何计算机，甚至图灵机还蕴含了现代存储程序式计算机的思想。 在图灵1936年写出关于可计算数的论文之后不到十年，世界上第一台通用程序控制计算机就诞生了。,“图灵测试”（Turing Test）,1.1.2 电子计算机的问世,1946年2月由宾州大学研制的ENIAC 电子计算机时代的到来,Elec
7、tronic Numerical Integrator And Calculator,电子数字积分计算机,重达30吨 占地250m2 启动工耗150000瓦 18000个电子管,每秒5千次加减运算 没有存储器 采用十进制,第一款商用计算机：UNIVAL 1947年，莫奇莱和埃克特,史料：莫奇莱和埃克特,ENIAC,1.1.3 计算机的分代,电子管,晶体管,集成电路,大规模集成电路,史料：IBM的发展史 硅谷人才摇篮仙童半导体公司HP的发展史 比尔.盖茨,1.1.4 计算机的分类,按综合性能指标分类,高性能计算机（巨型机或大型机）：速度最快、处理能力最强、最快：NEC Earth Simulat
8、or 每秒35万亿次浮点运算，峰值40万亿次中国：曙光4000A 2560颗64位AMD Opteron处理器每秒8万亿次浮点运算，全球排名第10,工作站：介于PC与小型机之间高档微机系统 高分辨率、大容量内外存，图形功能较强,微型计算机：台式机、笔记本和个人数字助量(PDA),服务器：网络环境中为多个用户提供服务的计算机系统,按用途分类,通用机,专用机,1.1.5 计算机的新技术,1嵌入式技术将计算机作为一个信息处理部件，嵌入到应用系统之中的一种技术。系统和功能软件固化起来，类似BIOS的工作方式。应用：各种家电、数码相机等,2网格计算利用互联网把分散在不同地理位置的电脑组织成一个“虚拟的超
9、级计算机”，其中每一台的计算机就是一个“节点”，而整个计算是由成千上万个“节点”组成的“一张网格”。优点：数据处理能力超强；充分利用网上的闲置处理能力。示例：,3中间件技术中间件是介于应用软件和操作系统之间的系统软件,1.1.6 未来新型计算机,1光计算机利用光子取代电子进行数据运算、传输和存储。不同波长的表示不同的数据优点：超高速缺点：体积庞大,2生物计算机（分子计算机）20世纪80年代中期开始研制 采用了生物芯片,3量子计算机利用处于多现实态下的原子进行运算的计算机，这种多现实态是量子力学的标志。,1.2 信息技术概述 1.2.1 信息技术基础知识,1. 信息与数据病历卡上记载病人的体温3
10、9oC是数据。数据39oC本身是没有意义的。当数据以某种形式经过处理、描述或与其它数据比较时，才能成为信息。某个病人的体温是39oC，这才是信息，信息是有意义的。信息 各种事物的变化和特征的反映 数据 信息的载体。 例如：数值、文字、语言、图形、图像等。,2. 信息技术(Information Technology，IT) 联合国教科文组织的定义 应用在信息加工和处理中的科学、技术与工程的训练方法和管理技巧；上述方面和技巧和应用；计算机及其与人、机的相互作用；与之相应的社会、经济和文化等诸种事物。,1.2.2 现代信息技术的内容,1. 信息基础技术 微电子技术 当今世界新技术革命的基石 光电子
11、技术 采用光子作为信息的载体 2. 信息系统技术 信息获取技术 传感技术、遥测技术和遥感技术 信息处理技术 计算机技术成为现代信息技术的核心 信息传输技术 光纤通信技术、卫星通信技术等 信息控制技术 利用信息传递和反馈来实现 信息存贮技术 缩微品、磁盘、光盘 通信技术(Communication)、计算机技术(Computer)和控制技术(Control)合称为3C。 3. 信息应用技术 如信息管理、信息控制、信息决策,1.2.3 现代信息技术的特点, 数字化大量信息可以被压缩，并以光速进行传输。 多媒体化文字、声音、图形、图像、视频等信息媒体与计算机集成在一起，以接近于人类的工作方式和思考方
12、式来设计与操作。 高速度、网络化、宽频带下一代的Internet技术。 智能化在超媒体的世界里，软件代理收集任何可能想要在网络上取得的信息。,1.3 计算机在信息社会中的应用,计算机在生活上的应用,在饮食方面、衣着方面、教育方面、休闲方面、运动方面、创作方面、商业方面、金融方面、 农业方面、医学方面、信息与传播方面、营建与制造方面、在制造科技的应用和能源与运输方面。,饮食方面,（一)食谱调配: 计算机可以根据你所回答的问题，如身体状况、饮食习惯、体重身高等，帮你调配一份健康食谱 ，使你的饮食受到良好的控制。 (二)微波烹调: 利用微电脑可以随意调整微波炉烹调的火力及时间，使食物调理愈加简单且迅
13、速。 (三)食品制造: 利用计算机管制食品生产线，可精确地调配各种所需原料的添加比例，自动包装后，再以雷射扫描方式 ，打上制造日期及保鲜期限，使质量能达到齐一标准。,衣着方面,（一)服装设计: 服装设计师可以利用计算机各种排列组合的技巧及套换色彩等功能，协助发展他的构想，呈现多元的创意 ，以设计出更佳的作品。 (二)成衣制造: 将计算机辅助制造系统与成衣制造生产机器联机，可以自动裁切布料，并依计算机上所呈现的服装设计图 缝制衣服。,教育方面,（一)计算机辅助教学: 计算机可以帮助学生依自己的需求进行学习。目前，各式各样经过详细规画与设计的计算机辅助教学(Computer Assisted In
14、struction,CAI)软件正大行其道，使传统教与学的方式受到极大的冲击， 学习变得比以前更生动与活泼，且不受时间与地域的限制。 (二)虚拟现实: 计算机能仿真出各种现实生活中所不易呈现的状况，如太空飞行、登陆外层空间星球表面、飞机驾驶等 ，使接受训练的航天员或飞行员能有机会，一再地面对各种逼真状况，作出应有的正确反应后， 才允许其担任真实任务，以确保飞航的安全。,休闲方面,电影特效 计算机游戏 音效处理,运动方面,微电脑跑步机:微机室内脚踏车:,创作方面,图形创作 文字创作,商业方面,统计分析 货品管理,金融方面,少带现金股票交易,农业方面,温室自动控制品种改良,医学方面,病理研究 疾病
15、诊断 配药领药,信息与传播方面,图文电视会议 电子邮件 电子书籍 查询系统 电视节目,营建与制造方面,自动化建筑物 计算机旅馆 营建设计 营建施工 建筑物管理 智能型建筑物智能型建筑物,在制造科技的应用,无人工厂 计算机辅助设计 计算机辅助制造,能源与运输方面,配电调度中心 飞航管制中心 自动导航系统 太空任务管制中心 订票系统 捷运系统,1.4.1 进位计数制,N=an-1rn-1an-2rn-2a0r0a-1r-1a-mr-m,r进制数N可表示 为：,R进制数用 r个基本符号（例如0，1，2，r-1）表示数值,基数,权,数码,678.34=6102+7101+8100 +310-1+410
16、-2,1.4 计算机的进位计数制,1.4.3不同进位计数制间的转换,r 进制转化成十进制 r 进制转化成十进制：数码乘以各自的权的累加例：10101(B)=24+22+1=21101.11(B)=22+1+2-1+2-2=5.75101(O)=82+1=6571(O)=78+1=5101A(H)=163+16+104106,进制表示符号 B 二进制 O八进制 D十进制 H十六进制,演示：十进制数转换成八进制数,49,二进制十进制,50,二进制十进制（练习）,84,168,42,51,10001011,十进制二进制(小数部分),52,.6875,十进制二进制（小数部分）,十进制转化成 r 进制,
17、整数部分：除以 r取余数，直到商为0，余数从右到左排列。 小数部分：乘以 r取整数，整数从左到右排列。,100(D)= (O)= (H),例 100.345(D)= (B),1.380,1.04,100(D)=144(O)=64 (H),例 100.345(D)=1100100.01011(B),54,由于二进制数通常位数比较多，读和写时容易出错，因此人们又采用了另外一些进制的方法来书写数值，这些进制的数通常与二进制的数有良好的对应关系 八进制数是将二进制的三位一组，进行合并后来记录数值的计数方法 十六进制数是将二进制的四位一组，进行合并后来记录数值的计数方法 必须明确一点：真正由计算机可以直
18、接存贮和处理的数只能是二进制。,更多的进制,55,八进制数,八进制,56,十六进制数,十六进制,值 ：0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 表示：0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ,1 101 101 110.110 101(B)= 1556.65(O) 1 5 5 6 6 5 11 0110 1110.1101 01(B)=36F.D4(H)3 6 F D 4,二进制、八进制、十六进制数间的相互转换,一位八进制数对应三位二进制数 一位十六进制数对应四位二进制数 二进制转化成八(十六)进制)整数部分：从右向左按三(四)位进行分组小数部分：从左向右按三
19、(四)位进行分组不足补零,1 101 101 110.110 101(B)= 1556.65(O) 1 5 5 6 6 5 11 0110 1110.1101 01(B)=36F.D4(H)3 6 F D 4,二进制、八进制、十六进制数间的关系,1.4.4 二进制数的算术运算,1.二进制数的加法运算,2.二进制数的减法运算,加法运算法则 0+0=0 0+1=1+0=1 1+1=0,减法运算法则 0-0=1-1=0 1-0=1 0-1=1,二进制数的算术运算,3.二进制数的乘法运算 4.二进制数的除法运算,乘法运算法则 00=0 01=10=0 11=1,除法运算法则 00=0 01=0 11=
20、1,1.4.5 二进制数的逻辑运算,逻辑非运算,逻辑非的真值表,逻辑与运算,逻辑与的真值表,1.4.5 二进制数的逻辑运算,逻辑或运算,逻辑或的真值表,1.5 计算机的信息编码标准,1.5.1 数据在计算机中的表示 1.5.2 数值,1.5.1 数据在计算机中的表示,二进制优点：物理上容易实现，运算简单，可靠性、通用性强,1.5 计算机的信息编码标准,在计算机中，数据存储的最小单位为比特（bit），1比特为1个二进制位。,数据的存储单位,字节（Byte，B），1个字节为8个二进制位。除字节外，还有千字节（KB）、兆字节（MB）、吉字节（GB）、太字节（TB）。它们的换算关系是：1 KB=1 0
21、24 B1 MB=1 024 KB=1048 576 B1 GB=1 024 MB=1 048 576 KB=1 073 741 824 B1 TB=1 024 GB=.,符号位 “0”表示正 、 “1”表示负,定点整数,1.5.2 数值,符号数的机器数表示,定点小数,2- n | x | 1 - 2- n,1 | x | 2n - 1,定点小数 x = x0.x1x2xn (x0为符号位，x1xn是数值的有效部分，也称为尾数， x1为最高有效位 ),x = x0 x1x2xn (x0为符号位，x1xn 是尾数， xn 最低有效位 ),定点整数,浮点数表示,110.011(B)=1.10011
22、2+10=11001.12-10=0.1100112+11,N= 数符尾数2阶符阶码 尾数的位数决定数的精度 阶码的位数决定数的范围,规格化的形式：尾数的绝对值大于等于0.1并且小于1，从而唯一地规定了小数点的位置。,定点整数,定点小数,(3)补码,带符号数的表示,假定一个数在机器中占用8位。 (1) 原码,1.5.2 字符,数字BCD码(Binary-Coded Decimal)这种编码形式利用了四个位元来储存一个十进制的数码，使二进制和十进制之间的转换得以快捷的进行。,数字 4位二进制码共有16种组合，可从中任取10种组合来表示09这10个数。根据不同的选取方法，可以编制出很多种BCD码，
23、如8421码，5421码，2421码，5211码等等。其中的8421 BCD码最为常用。,1.5.2 字符,西文字符ACSII码(American Standard Code for Information Interchange)128个常用字符，用7位二进制编码，从0到127控制字符：032，127；普通字符：94个。例如：“a”字符的编码为1100001，对应的十进制数是97；换行 0AH 10回车 0DH 13空格 20H 3209 30H39H 4857AZ 41H5AH 6590az 61H7AH 97122,ASC码,汉字编码,(1) 汉字输入码音码类 全拼、双拼、微软拼音、自然
24、码和智能ABC等 形码类 五笔字型法、郑码输入法等 。 (2) 汉字国标码(GB231280)每个汉字占两个字节。 一级汉字：3755个；二级汉字：3008个。汉字分区，每个区94个汉字。 (3)机内码 汉字在设备或信息处理系统内部最基本的表达形式。 汉字 国标码 汉字内码中 8680(01010110 01010000)B (11010110 11010000)B 华 5942(00111011 00101010)B (10111011 10101010)B,汉字字形编码,(4) 汉字字形码 点阵：汉字字形点阵的代码 有1616、2424、3232、4848等 编码、存储方式简单、无需转换直接输出 放大后产生的效果差 矢量：存储的是描述汉字字形的轮廓特征 矢量方式特点正好与点阵相反（5）汉字地址码 每个汉字字形码在汉字字库中的相对位移地址 地址码和机内码要有简明的对应转换关系,其他汉字编码,Unicode码 另一国际标准：采用双字节编码统一地表示世界上的主要文字。 GBK码GBK等同于UCS的新的中文编码扩展国家标准，2字节表示一个汉字第一字节从81HFEH，最高位为1；第二字节从40HFEH，第二字节的最高位不一定是1。 BIG5编码台湾、香港地区普遍使用的一种繁体汉字的编码标准，包括440个符号，一级汉字5 401个、二级汉字7 652个，共计13 060个汉字。,
