第1章 信息时代与计算机 信息与信息技术 计算机概述 计算机系统工作原理和组成 计算机中信息的表示 第1章 信息时代与计算机 本章将阐述信息和信息技术的含义、信息化社会的主要特征，以及计算机的发展、分类、工作原理和系统组成以及信息在计算机中的表示。 信息与信息技术 计算机概述 计算机系统工作原理和组成 计算机中信息的表示

1.1.1 信息与数据 数据(Data)： 信息(Information)： 数据是信息的具体表现形式，是各种各样的物理符号及其组合，是信息的载体。 信息(Information)： 是人们用于表示具有一定意义的符号集合，这些符号可以是文字、数字、图形、图像、动画、声音、光等。 数据是信息的载体，信息是数据的内涵。 如：数据：18 信息：某人年龄18

1.1.3信息技术 信息技术(Information Technology，IT)是指与信息的产生、获取、处理、传输、控制和利用等有关的技术。这些技术包括计算机技术、通信技术、微电子技术、传感技术、网络技术、新型元器件技术、光电子技术、人工智能技术、多媒体技术等，其中计算机技术、通信技术、微电子技术是它的核心技术。

1.1.4信息化社会 信息化社会(Information Society)的特征 信息成为重要的战略资源； 信息产业上升为最重要的产业； 信息化(Informatization)是指信息技术和信息产业在国民经济和社会各个领域的发展中的作用日益增强、并发挥着主导的作用。 信息化社会(Information Society)的特征 信息成为重要的战略资源； 信息产业上升为最重要的产业； 计算机网络成为社会的基础设施。

1.1.4信息化社会 信息社会的优越性（３点）： 在网络化的信息社会里世界变小了； 工作效率大大提高了； 工作和生活质量明显提高了。

1.1.5大学信息技术教育 信息能力:是对各种信息技术的理解和活用能力，即对信息的获取、理解、分析、加工、处理、创造、传递的理解和活用能力。 信息与信息技术 1.1.5大学信息技术教育 信息能力:是对各种信息技术的理解和活用能力，即对信息的获取、理解、分析、加工、处理、创造、传递的理解和活用能力。 信息素养:是一个与信息的获取、理解、评价、交流、应用、生成密切相关的技能、观念、态度和经验的统一体。信息能力是一种基本的信息素养，它是信息素养的重要内容。

1.2 计算机概述 计算机是一种能存储程序和数据，自动执行程序、快速而精确地完成对各种数字化信息处理的电子设备。

现代计算机的诞生 1946年(美)宾夕法尼亚大学第一台数字电子计算机 ENIAC诞生。它使用了 18000多只电子管、占地160平方米、重30余吨、耗电150kw、运算速度为5000次/秒。

计算机概述 最早的计算机

现代计算机的发展 按照计算机所使用的逻辑部件将计算机的发展分为四代： 第一代：(1946-1957) 电子管时代(机器和汇编语言) 计算机概述 现代计算机的发展 按照计算机所使用的逻辑部件将计算机的发展分为四代： 第一代：(1946-1957) 电子管时代(机器和汇编语言) 第二代：(1958-1964) 晶体管时代(高级编程语言) 第三代：(1965-1970) 中小规模集成电路 (操作系统成熟) 第四代：(1971－至今) 大规模、超大规模集成电路 (出现网络，使用面日益广泛)

晶体管 电子管 集成电路

计算机发展——巨型化 1975年世界上第一台超级计算机“Cray-I”，主频80Mhz 计算机概述 中国超级计算机： 中国超级计算机“天河二号” 中国超级计算机： 2013年由国防科技大学研制的天河二号超级计算机系统，以峰值计算速度每秒5.49亿亿次、持续计算速度33.86Petaflops位居世界第一 占地面积720平方米，内存总容量1400万亿字节，存储总容量12400万亿字节，最大运行功耗17.8兆瓦。天河二号运算1小时，相当于13亿人同时用计算器计算一千年 2015年5月，“天河二号”上成功进行了3万亿粒子数中微子和暗物质的宇宙学数值模拟，揭示了宇宙大爆炸1600万年之后至今约137亿年的漫长演化进程

计算机概述 计算机的特点 运算速度快、精确度高 可靠性好、存储容量大 具有记忆和逻辑判断能力 计算机内部自动化操作

1.3.1计算机的工作原理 存储程序的工作原理是：在计算机中设置存储器，将程序和数据存放到存储器中，计算机按照程序指定的逻辑顺序依次取出存储器中的内容进行处理，直到得出结果。计算机的工作方式应该有两个基本能力：一是能够存储程序和数据，二是能够自动地执行程序。 程序(Program) ：是指可以连续执行的一条条指令的集合。

理论计算机的奠基人 --冯·诺依曼 “电子计算机之父”，数学家 冯·诺依曼（J.Von Neumann）， 因为冯·诺依曼提出了现代电脑的体系结构。人们后来把这种“存储程序”体系结构的机器统称为“冯·诺依曼机”。

1.3.1计算机的工作原理 指令(Instruction) ：是指计算机完成某一种操作的命令。 操 作 码 地 址 码 指令的组成格式： 指令是一组二进制代码 操作码：指出进行什么操作 地址码：是规定操作数的值或地址、操作结果的地址及下一条指令的地址等

1.3.1计算机的工作原理 开 始 从存储器取一条指令 分析指令？ 执行指令 结 束 程序的执行过程

CPU 外部设备 主 机

计算机的工作原理 运算命令 运算器 程序和数据 存数 取数 结果 输入设备 内存储器 输出设备 取指令 存取命令 控制器 输出命令 输入命令

1.3.2 计算机系统的组成 硬件系统（设备） 软件系统（程序、文档） 裸机：没有配置任何软件的计算机称为裸机。

计算机软件系统 … … 系统软件 应用软件 软件是各种程序及其文档的总称。软件是用户与机器的接口 。 操作系统 语言处理程序 服务程序 用户程序 应用软件包 工具软件 应用软件

1.4计算机中的信息表示 计算机中的信息是用二进制表示的。因为： 物理上容易实现 可靠性强 运算简单 通用性强 在计算机中只能识别二进制数码信息，因此，一切字母、数字、符号等信息都必须用二进制特定编码来表示；信息才能传送、存储和处理。

面临的问题 计算机中的二进制和日常中习惯的十进制如何转换 过多的0和1在记录时如何区分 正负数在计算机中如何表示 文字、符号在计算机中如何表示 声音、图像等在计算机中如何表示

2进制数 十进制数 位权法：把2进制数按权展开求和 示例： 2进制数 十进制数 位权法：把2进制数按权展开求和 示例： 1110.1B = 1×23+1×22 + 1×21 + 0×20+1 × 2-1 = 8 + 4 + 2 + 0 + 0.5 = 14.5D

十进制整数 2进制整数 余数法：除基数取余法，连续除以2，并取其余数，直到商为零，将所得余数倒序排列即可 2 97 1 2 48 0 2 24 0 2 12 0 2 6 0 2 3 1 2 1 1 例：97=1100001B

十进制小数 2进制小数 进位法：乘2取整，连续乘以基数，并取其整数，直到积为零或达到所要求的精度时，将所得整数正序排列即可 示例： 0.625 × 2 1.250 0.25 × 2 0.50 0.5 × 2 1.0 取整数 结果：0.101B 0.625D=0.101B

十进制转换为二进制划分成整数和小数两部分 整数：除以2取余 小数：乘以2取整 十进制转换为二进制划分成整数和小数两部分 整数：除以2取余 小数：乘以2取整 0.625 2 1 .250 0 . 500 .000 × × 结果：0.101B 97.625D=1100001.101B

63780 用二进制表示： 1111 1001 0010 0100 数字太长，书写，记忆非常麻烦 用八进制、十六进制表示

100 101 110 111 .011 100 ( 4 5 6 7 . 3 4 )8 二进制与八进制之间的转换 示例： 二进制 八进制 整数部分从右向左三位并一位 小数部分从左向右三位并一位 不足3位补零。 二进制 八进制 示例： 一位拆三位 100 101 110 111 .011 100 ( 4 5 6 7 . 3 4 )8

0100 1010 0101. 1110 ( 4 A 5 . E )16 二与十六进制之间的转换 二进制 十六进制 示例： 整数部分从右向左四位并一位 小数部分从左向右四位并一位 不足4位补零。 二进制 十六进制 一位拆四位 示例： 0100 1010 0101. 1110 ( 4 A 5 . E )16

十进制、八进制和十六进制之间的转换 同十进制和二进制的转换相似 结果：144 结果：64 8 100 4 16 100 4 8 12 4 8 100 4 8 12 4 8 1 1 16 100 4 16 6 6 0 结果：144 结果：64

几种常用的进位计数制 常用计数制的基数和数字符号 十进制 二进制 八进制 十六进制 基数 数字符号 10 0--9 2 0,1 8 0--7 16 0--9,A--F 为了区别不同进制的数据，可在数据后加一个特定的字母来表示它所采用的进制：以字母B表示二进制，以字母O表示八进制，以字母D或省略表示十进制数，以字母H表示十六进制。

例 题 例1: 将741.566O转换成为二进制数 解: 741.566O=111100001.101110110B 例: 将5A.B8H 转换成为二进制数 解2: 5A.B8H=01011010.10111000B

信息的存储单位 位(bit)、字节(B)、字(w) 位 字节（8位） …… 字，字长

信息的存储单位 除字节外，还有千字节(KB)、兆字节(MB)、吉字节(GB)、太字节(TB)，拍字节(PB)。它们的换算关系是： 1 KB = 1024 B = 210 B l MB = l024 KB = 210 KB = 220 B 1 GB = l024 MB = 210 MB = 220 KB = 230 B 1 TB = 1024 GB = 210 GB = 220 MB = 230 KB = 240 B 1 PB = 1024 TB = 210 TB = 220 GB = 230 MB = 240 KB = 250 B

带符号数的表示 计算机中数据的符号也是用二进制表示的， 用最高位来表示符号，正数用0表示，负数用1表示。 计算机中对有符号数常采用的编码有三种：原码、反码和补码。

+97 1 1 1 机 器 数 / 真 值 符号位 真值 机器数 即：+97 0 1100001

原码 假定一个数在机器中占用8位 原码就是机器数 [+1]原=[+0000001]原=00000001 [-1]原=[-0000001]原=10000001 [+127]原=[+1111111]原=01111111 [-127]原=[-1111111]原=11111111 注意：数字0的表示有二种原码形式： [+0]原=[+0000000]原=00000000 [-0]原=[-0000000]原=10000000 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0

(2) 反码 假定一个数在机器中占用8位 正数的反码和原码相同，负数的反码是对该数的原码除符号位外各位求反 [+1]反=[+0000001]反=00000001 [-1]反=[-0000001]反=11111110 [+127]反=[+1111111]反=01111111 [-127]反=[-1111111]反=10000000 注意：数字0的表示有二种反码形式： [+0]反=[+0000000]反=00000000 [-0]反=[-0000000]反=11111111 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1

(3) 补码 假定一个数在机器中占用8位 正数的补码与原码相同，负数补码则先对该数的原码除符号外各位取反，然后末位加１ [+1]补=[+0000001]补=00000001 [-1]补=[-0000001]补=11111111 [+127]补=[+1111111]补=01111111 [-127]补=[-1111111]补=10000001 而对于数字0的补码表示只有一种形式： [+0]补 = [-0]补 =00000000 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0

1 +97 原码 假定一个数在机器中占用8位 反码 1 补码 1 1 -97 原码 反码 1 1 补码 1 1

+127 思考题：1个字节存放的最大正整数是多少？ 思考题：2个字节存放的最大正整数是多少？ 0111111111111111 32767 1 +127 思考题：2个字节存放的最大正整数是多少？ 0111111111111111 32767

非数值数据在计算机中的表示 方法：转换成二进制数值数据 字符编码，即对字符进行编号。每一个字符有一个唯一的编码。 编码的方法： 确定有多少字符需要进行编码 对每一个字符进行编号

每个字符占一个字节，即8 位二进制位，最高位恒为0。 字符数据的编码 ——西文字符 ASCII（American Standard Code for Information Interchange）码，即美国标准信息交换代码。在这种编码方案中，用八位二进制（一个字节）来存放一个字符。 常用字符有128个，编码从0到127。 空格 00100000 20H 32 ‘0’～‘9’ 00110000 ～ 00111001 30H～39H 48～57 ‘A’～‘Z’ 01000001 ～ 01011010 41H～5AH 65～90 ‘a’ ～‘z’ 01100001 ～ 01111010 61H～7AH 97～122 控制字符：0～32、127，共34个； 普通字符(可打印字符)：94个。 字符 二进制表示 十六进制表示 十进制表示 每个字符占一个字节，即8 位二进制位，最高位恒为0。

字符数据的编码 区位码与汉字国标码 ——汉字的编码 区位码：汉字和汉字符号被分成了94个区、94个位。区、位的序号均从01到94。每个汉字占两个字节。其中：汉字6763个，汉字符号682个。一级汉字3755个；二级汉字3008个。 区号 位号

字符数据的编码 汉字的机内码 ——汉字的编码 汉字机内码是计算机内部处理汉字信息时所用的汉字编码，也称汉字的内码。 汉字机内码 = 汉字区位码 + A0A0H 汉字 区位码 汉字机内码 中 8680(01010110 01010000)B (11010110 11010000)B 华 5942(00111011 00101010)B (10111011 10101010)B

字符数据的编码 汉字输入码 ——汉字的编码 音码类：全拼、双拼、微软拼音、自然码和智能ABC等 形码类：五笔字型法、郑码输入法等 手写输入： 输入汉字使用的编码称为汉字输入码，也称为汉字外部码，简称外码。 音码类：全拼、双拼、微软拼音、自然码和智能ABC等 形码类：五笔字型法、郑码输入法等 手写输入： 语音识别：

汉字字形码与汉字地址码 汉字字形码通常有：点阵和矢量两种表示方式 点阵：汉字字形点阵的数字代码 16×16、24×24、32×32、48×48。 矢量：存储的是描述汉字字形的轮廓特征的代码

16×16点阵汉字

汉字字形码点阵码占用的存储空间： 例： 一个16 ╳ 16的汉字： 16 ╱ 8 ╳ 16 = 32 字节 一个24 ╳ 24的汉字： 例： 一个16 ╳ 16的汉字： 16 ╱ 8 ╳ 16 = 32 字节 一个24 ╳ 24的汉字： 24 ╱ 8 ╳ 24 = 72 字节 一个32 ╳ 32的汉字： 32 ╱ 8 ╳ 32 = 128 字节 两个48 ╳ 48的汉字： 48 ╱ 8 ╳ 48 ╳ 2= 576 字节

汉字处理转换过程：

本章基本要求 基本知识点： 重点与难点： (1) 信息和数据的概念； (2) 第一台计算机和计算机发展的四个阶段划分 （3）指令的概念，计算机硬件组成的5个部分和存储工作原理 （4）信息在计算机中的表示方法：ASCII码和汉字编码。 重点与难点： （1）二进制和十进制之间的转换，及二进制、八进制和十六进制间的转换，原码、反码和补码。

作业 根据自己对信息时代与计算机的认识和了解，自主选题，选择同计算机发展、原理、应用等相关的题目写作一篇论文。 要求word电子版提交，格式同青岛理工大学毕业设计论文模板一致 提交文件名专业+学号，例土木201504123

随堂测试 习题1: 习题2： 要求提交时必须在页面顶端写明班级、学号、姓名 1-1选择题6、8、15 101010B= D= O= H 习题2： 2-1选择题1、14 要求提交时必须在页面顶端写明班级、学号、姓名