大學計算機教程第六版第1章計算機思維與信息技術(shù)基礎(chǔ)課件

1、大學計算機教程(第6版) 第1章 計算機思維與信息技術(shù)基礎(chǔ)清華大學出版社 教育部“十一五”國家級規(guī)劃教材2013北京市教學成果二等獎2013北京市精品教材本章主要內(nèi)容計算思維與信息新技術(shù)發(fā)展計算思維與計算機科學計算機信息技術(shù)基礎(chǔ)計算機用戶與計算機系統(tǒng)現(xiàn)代計算機技術(shù)的演變與發(fā)展計算機系統(tǒng)與應(yīng)用分類信息道德與守法計算機信息系統(tǒng)安全計算機系統(tǒng)運算基礎(chǔ)與信息編碼1.1 計算思維培養(yǎng)信息技術(shù)創(chuàng)新意識 以計算思維為核心，發(fā)揮計算機信息技術(shù)結(jié)合本學科應(yīng)用創(chuàng)新能力的培養(yǎng)優(yōu)勢。1.1.1計算思維與新技術(shù)發(fā)展 計算機技術(shù)高度發(fā)達，使我們走進了IT網(wǎng)絡(luò)無處不在、智能化產(chǎn)品層出不窮、信息技術(shù)無人不用的計算物聯(lián)網(wǎng)時代。

2、 在計算機信息技術(shù)領(lǐng)域，計算（Computing）不只是數(shù)學本意，是整個自然科學計算方法（Computing Method）的表達實現(xiàn)工具。1.1 計算思維培養(yǎng)信息技術(shù)創(chuàng)新意識1.1.2計算思維與計算機科學 計算機學科研究涉及計算模型和計算系統(tǒng)，而計算思維基于計算環(huán)境或計算模型實現(xiàn)問題求解，以及如何有效利用計算系統(tǒng)實現(xiàn)應(yīng)用或信息處理的學科，包括算法模型、計算機軟件、硬件系統(tǒng)構(gòu)建方法與設(shè)計的研究。1.1 計算思維培養(yǎng)信息技術(shù)創(chuàng)新意識1.1.3 計算思維與大學計算機教學 大學計算機課按照教育部教指委有關(guān)計算思維教學要求，結(jié)合國內(nèi)外高等教育發(fā)展，按各學科IT需求人才，構(gòu)建計算機基礎(chǔ)教學內(nèi)容，為各專業(yè)

3、建設(shè)和學生后續(xù)選課學習規(guī)劃服務(wù)。 大學計算機課程涉及知識包括系統(tǒng)平臺、計算環(huán)境、數(shù)據(jù)處理、信息資源管理、計算方法、程序設(shè)計、基礎(chǔ)等等，涵蓋了計算思維各層面上問題求解的思維與方法。1.1 計算思維培養(yǎng)信息技術(shù)創(chuàng)新意識計算思維能力培養(yǎng) 大學計算機教學，不僅要培養(yǎng)計算環(huán)境和計算方法應(yīng)用，還要培養(yǎng)學生掌握不同計算環(huán)境下的問題求解綜合技能。圖1.1計算思維能力培養(yǎng)技術(shù)核心1.2 計算機信息技術(shù)基礎(chǔ)1.2.1 計算機與信息技術(shù) 信息是客觀世界中各種事物，通過人的感官感知和頭腦加工而形成的對事物的認識或概念，是對人們有用的知識。 數(shù)據(jù)則是載荷信息的載體。計算機數(shù)據(jù)可以是數(shù)字、文字、圖形、圖像、語言、聲、光、

4、色等有意義描述體的單一載體。計算機信息數(shù)據(jù)處理過程 信息技術(shù)應(yīng)用在實踐中廣泛使用，其系統(tǒng)基本構(gòu)成，如圖1.3所示。信息技術(shù)系統(tǒng)模式1.2.2 計算機用戶與計算機系統(tǒng) 計算機用戶與計算機系統(tǒng)分層視圖，如圖1.4所示。1.2.3 現(xiàn)代計算機技術(shù)的演變與發(fā)展 目前，人們?nèi)粘Ｊ褂煤统Ｒ姷挠嬎銠C一般是通用電子計算機，簡稱微型計算機、微機、個人電腦等。 現(xiàn)代計算機(computer)無論是哪一種機型，它們都有共同特性，即計算機是一種能夠自動執(zhí)行程序指令，對各種信息高速處理，并有記憶存儲能力的電子設(shè)備。 現(xiàn)代計算機的發(fā)展中，杰出的代表人物是英國的艾蘭圖靈(Alan Mathison Turing) 一是建立

5、了圖靈機(Turing machine, TM)的理論模型，對數(shù)字計算機的一般結(jié)構(gòu)、可實現(xiàn)性和局限性具有深遠的意義； 二是提出了定義機器智能的圖靈測試(Turing test)，奠定了“人工智能”的理論基礎(chǔ)。艾蘭圖靈(Alan Mathison Turing) 另一位杰出的代表人物是美籍匈牙利人馮諾依曼(Johon Von Neumann) 馮諾依曼是在純粹數(shù)學、應(yīng)用數(shù)學、量子物理學、邏輯學、氣象學和經(jīng)濟學等諸多領(lǐng)域，都有重要建樹和貢獻的偉大學者。 馮諾依曼首先提出了在計算機中存儲程序的概念，使用處理單元完成計算、存儲及控制操作。馮諾依曼(Johon Von Neumann)第一代計算機技術(shù)特

6、征 電子管計算機時代(1946年到20世紀50年代末期)，主要特點是采用電子管作為基本器件，運算速度一般每秒數(shù)千次至數(shù)萬次。 硬件方面沒有隨機存儲介質(zhì)，軟件方面沒有文件管理、沒有操作系統(tǒng)，但有了程序設(shè)計的概念，程序指令發(fā)展到了符號程序。 第二代晶體管計算機時代技術(shù)特征 晶體管計算機時代(從20世紀50年代中期到20世紀60年代末期)。其主要特征是采用晶體管元件，開始使用磁芯和磁鼓作存儲器，由于體積縮小，功耗降低，從而提高了運算速度和可靠性，一般每秒為數(shù)十萬次，最高可達300萬次，價格卻在不斷下降。 軟件方面產(chǎn)生高級程序設(shè)計語言和批處理操作系統(tǒng)。 第三代中小規(guī)模集成電路技術(shù)機特征 小規(guī)模集成電路

7、計算機時代以中小規(guī)模集成電路作為計算機的主要元件，進一步提高了運算速度和可靠性。 軟件方面也有了更進一步的發(fā)展，出現(xiàn)了操作系統(tǒng)；有了標準化程序設(shè)計語言；使操作系統(tǒng)更加完善普及，形成了操作系統(tǒng)、編譯系統(tǒng)和應(yīng)用程序三個獨立的軟件系統(tǒng)。 第四代大規(guī)模超大規(guī)模集成電路技術(shù)特征 1971年起大規(guī)模集成電路使計算機進入了第四代；1971年Intel公司制成了第一批微處理4004，這一芯片集成了2250個晶體管組成的電路，PC(Personal Computer)個人計算機得到迅猛發(fā)展。 目前計算機主要朝著巨型化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、多媒體化五種趨向發(fā)展。 1.2.4 計算機系統(tǒng)分類 目前，國內(nèi)外較多沿

8、用的分類方法是根據(jù)美國電氣和電子工程師協(xié)會(IEEE)于1989年11月提出的標準來劃分的，即把計算機劃分為 巨型機(supercomputer) 小巨型機(mini super) 大型主機(mainframe) 小型機(minicomputer或minis) 工作站(workstation) 個人計算機(personal computer)等6類。 2013年中國“天河2號”再次奪冠，2014年“天河2號”在全球高性能超級計算機500強榜單中仍高居榜首，領(lǐng)先美國的Titan號。1.2.5 計算機技術(shù)應(yīng)用分類 1. 數(shù)值計算或科學計算 2. 數(shù)據(jù)處理或信息處理 3. 自動控制 4. 計算機輔助

9、系統(tǒng) 5. 人工智能（artifical intelligence,AI) 6. 計算機網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)(computer network) 7. 多媒體（multiMedia）技術(shù) 8. 數(shù)據(jù)庫(database applications)技術(shù)1.3 信息道德與系統(tǒng)安全 1.3.1 信息道德與守法 作為有文化的時代青年必須要有健康的心里去看待信息世界衍生的各種文化，特別要以正確人生觀世界觀來看待世界，提高自己的鑒別能力，汲取信息文化的營養(yǎng)，擯除糟粕，拒絕誤導，特別是要抵制網(wǎng)絡(luò)中傳播的虛假信息、反動信息，色情、恐怖等有害信息，還要拒絕盜版。 個人上網(wǎng)時一定要遵守文明公約，在學校機房或社會網(wǎng)吧上網(wǎng)，

10、要遵守機房或網(wǎng)吧的管理制度，愛惜公共設(shè)備，不要沉溺于玩游戲。嚴禁傳播、制作病毒或黃色、反動等非法信息。總之，要嚴格要求自己，避免不道德行為和犯罪行為 。1.3.2 計算機信息系統(tǒng)安全主要有以下兩個方面 系統(tǒng)的環(huán)境安全：計算機的工作環(huán)境應(yīng)有一定的要求：防火、防盜、防高溫、防潮等。 系統(tǒng)的信息安全：安全可靠的系統(tǒng)控制與管理：網(wǎng)絡(luò)管理、電源管理、數(shù)據(jù)庫管理等。 在計算機安全問題上，最令人關(guān)注的是計算機病毒(Computer Virus)。 1.3.3計算機病毒防范 中華人民共和國計算機信息系統(tǒng)安全保護條例中指出：“計算機病毒，是指編制或者在計算機程序中插入的破壞計算機功能或者毀壞數(shù)據(jù)，影響計算機使用

11、，并能自我復制的一組計算機指令或程序代碼?！?利用計算機作為犯罪工具的高科技犯罪，成為日益嚴重的社會問題，不僅阻礙計算機的應(yīng)用和發(fā)展，而且構(gòu)成了對整個社會的嚴重威脅。1.計算機病毒侵入計算機系統(tǒng)途徑 （1）網(wǎng)絡(luò)通訊： 文件傳輸、下載軟件、電子郵件等；（2）攜帶病毒的存儲介質(zhì)： 被感染的光盤、軟盤、閃盤（U盤）等；（3）感染病毒的軟件： 盜版軟件、游戲軟件、互借使用工具軟件等；（4）游戲程序： 游戲程序極易攜帶計算機病毒，有的游戲程序本身就有病毒； 2.計算機病毒的表現(xiàn) （1）磁盤存儲不正常：系統(tǒng)不能識別磁盤設(shè)備，整個磁盤上的信息均遭破壞；（2）文件異常：文件長度無常，發(fā)生變化，文件內(nèi)的數(shù)據(jù)被改

12、寫或破壞；（3）屏幕顯示及蜂鳴器發(fā)生異常：屏幕上出現(xiàn)異常信息或畫面；（4）系統(tǒng)運行異常：計算機系統(tǒng)速度下降，死機或不能啟動，系統(tǒng)內(nèi)存與磁盤空間大幅度減少，磁盤上多出許多壞扇區(qū)等；（5）使用打印機時出現(xiàn)異常：打印機不能聯(lián)機，打印出一些不可辨識的符號等。 3.計算機病毒的診斷 從下面列舉的一些現(xiàn)象，可供參考來判斷機器是否可能有病毒存在。 (1)文件讀入的時間變長；(2)磁盤訪問時間變長；(3)用戶并沒有訪問的設(shè)備出現(xiàn)“忙”的信息；(4)出現(xiàn)莫明其妙的隱藏文件；(5)有規(guī)律地出現(xiàn)異常信息；(6)可用存儲空間突然減??；(7)程序或數(shù)據(jù)神秘地丟失；(8)可執(zhí)行文件的大小發(fā)生變化；(9)磁盤空間突然變??；

13、(10)文件建立或修改的日期和時間發(fā)生了變化；.新病毒總是在隨時產(chǎn)生，所以病毒掃描程序和殺毒軟件也要不斷更新4.計算機病毒的預防 (1)硬件措施 一種比較有效的預防計算機病毒的方法是采用計算機病毒防護卡。 (2)軟件措施 軟件預防一般采用計算機實時監(jiān)控程序，這種程序能夠監(jiān)督系統(tǒng)運行，防止某些病毒入侵。 5.計算機病毒的清除 一般的普通用戶不易用手工編程等方法清除病毒，最好選擇正版殺毒軟件做經(jīng)常性查毒清理。 有時也需要用未感染病毒的系統(tǒng)引導盤啟動機器，使用正版殺毒軟件做徹底檢測和查殺計算機病毒。6.加強教育與管理 目前國家法律對計算機犯罪已有明確的規(guī)定。對于制造和傳播計算機病毒的犯罪行為要依法追

14、究其法律責任，使其受到法律制裁。 (1)計算機管理制度的建立與健全。 從計算機的使用、維護，到軟盤軟件的交流都有一整套的規(guī)定，并且定期進行安全檢查，一旦發(fā)現(xiàn)病毒應(yīng)及時清除。 (2)普及宣傳教育。 認識了解病毒及其危害性，養(yǎng)成良好的防毒工作習慣，互相監(jiān)督，杜絕制造病毒的犯罪行為。 1.4 計算機運算基礎(chǔ) 1.4.1 計算機中信息的運算 計算機采用二進制計數(shù)系統(tǒng) 二進制數(shù)的求和、求積法則分別為：求和 00=001=1 10=111=10求積 00=001=1 10=011=1 1.4.2進位計數(shù)制1.十進制 人們最熟悉的計數(shù)制是十進制，有以下特點：（1）基本計數(shù)符號有十個09。（2）逢10進位。1

15、0是基數(shù)。 例如，一個十進制數(shù)2768.34，實際值與基數(shù)的關(guān)系可以這樣表示： 2103 + 7102 + 6101 + 8100 + 310-1 + 410-2 = 2768.34 2.二進制 二進制是計算機使用的進位計數(shù)制：（1）基本計數(shù)符號只有兩個0、1。（2）逢2進位，2是基數(shù)。 二進制數(shù)展開3.八進制八進制的特點是： (1) 基本計數(shù)符號有8個07。 (2) 逢8進位，8是基數(shù)。 4.十六進制 十六進制特點是： (1)有16個基本符號，09,A、B、C、D、E、F。其中AF對應(yīng)十進制的1015。 (2) 逢十六進位，基數(shù)為十六。 總結(jié)起來，對任何L進制有以下特點： (1) 有0(L-

16、1)個基本計數(shù)符號。 (2) 逢L進位。1.4.3 幾種計數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換 1.二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù) 根據(jù)前面的公式，任何進制的數(shù)都可以展開成為一個多項式，其中每項是位權(quán)與系數(shù)乘積。多項式求和的結(jié)果，是所對應(yīng)的十進制數(shù)。 例如：(11001.01)2=124+123+022+021+120+02-1+12-2=16+8+1+0.25=25.25 2.十進制轉(zhuǎn)換為二進制數(shù) （1）將十進制整數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)。（2）將十進制小數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)。 3.二進制與八進制、十六進制之間轉(zhuǎn)換 （1）二進制轉(zhuǎn)換為八進制 如 (100111101)2分組100，111，101 4 7 5 所以，(10011110

17、1)2=(475)8又如 (0.11011)2分組0.110，110 6 6 所以，(0.11011)2=(0.66)8 （2）八進制轉(zhuǎn)為二進制 八進制轉(zhuǎn)為二進制是將每一位八進制數(shù)分別轉(zhuǎn)換為三位二進制數(shù)。 例如： 4 6 7 5 100 110 111 101 所以 (4675)8=(100110111101)2（3）二進制轉(zhuǎn)換為十六進制數(shù) 例如： 0101 0110. 1110 1000 5 6 E 8 所以，(1010110.11101)2=(56.E8)16（4）十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制數(shù) 例如： (6 B C . D 8)16 0110 1011 1100 1101 1000所以 (6B

18、C.D8)16=(11010111100.11011)2幾種進制間對照表 1.4.4西文信息在計算機中的表示 1.4.5中文信息在計算機中的表示 1.漢字國標碼 漢字是象形文字，用英文的26個字母不能表達。我國在1981年公布了中華人民共和國國家標準信息交換漢字編碼字符集-基本集，代號是“GB2312-80”，稱為國標碼。 2.區(qū)位碼 按國標GB2312-80規(guī)定，全部國標漢字和圖形符號排列在9494的矩陣內(nèi)，如把行號稱為區(qū)號，把列號稱為位號，并用十進制表示，則每個漢字和圖形符號，一定有確定的區(qū)號和位號，規(guī)定區(qū)號在前，位號在后，即組成了區(qū)位碼。 3.字輸入碼 漢字輸入碼也稱為外碼，每個漢字輸入

19、碼對應(yīng)一個漢字，用于輸入漢字時的漢字編碼。漢字輸入編碼方法可分為四類，即字音編碼法、字形編碼法、音形編碼法和整字編碼法。 4.漢字機內(nèi)碼 漢字機內(nèi)碼常稱為漢字的內(nèi)碼，是一個漢字被系統(tǒng)內(nèi)部處理使用的代碼。 漢字的內(nèi)碼是統(tǒng)一的。為區(qū)別用ASCII碼表示的西文和兩個字節(jié)表示的漢字，漢字內(nèi)碼的最高位均為置1。5.漢字字形碼 要顯示漢字的字形就需要用點陣形式來組成每一個漢字的字形，稱漢字字形碼。所有漢字字形碼的集合就是我們通常所說的“漢字庫”。一個漢字的點陣越多，輸出的字越細膩，但占用空間越大。 6.漢字地址碼 漢字庫中每個漢字字形都有一個存儲區(qū)域，該區(qū)域的起始地址，就是漢字的地址碼。 漢字庫的設(shè)計，大多數(shù)是按漢字國標碼次序排列，每個漢字通過機內(nèi)碼求得相應(yīng)字形碼。 然后才能在漢字字庫中，取出該漢字字模，即漢字的字型。 7.漢字的輸入方法（1）全拼輸入法 拼音輸入法分為全拼、簡拼、雙拼、微軟拼音輸入法等等。（2）五筆字型漢字輸入法 這種漢字輸入方法用130個字根組字或詞，主要以擊四鍵定一個漢字，不需要選字，基本沒有重碼，便于盲打，另外還有詞組輸入等。 1.5計算機常用術(shù)語 1.軟件：軟件(Software)計算機可以執(zhí)行的程序與執(zhí)行程序所需要數(shù)據(jù)與文檔資料。