第1章信息技术基础

1.信息的基本概念和解释信息目前还未有一个比较确切、统一的定义，影响较大的有以下几种：（1）信息是不确定性的减少或消除；（2）信息是控制系统进行调节活动时，与外界相互作用、相互交换的内容；（3）信息是事物运动的状态和状态变化的方式。2.信息的特征（1）社会性（2）传载性（3）不灭性（4）共享性（5）时效性（6）能动性3.信息的分类（1）按内容分：社会信息与非社会信息（2）按存在形式分：内储信息和外化信息（3）按状态分：动态信息和静态信息（4）按外化结果分：记录信息和无记录信息（5）按符号种类分：语言信息和非语言信息（6）按信息流通方式分：可传递的信息和不可传递的信息（7）按信息论方法分：未知信息和冗余信息（8）按价值观念分：有害信息和无害信息1.认知作用2.管理作用3.控制作用4.交流作用5.娱乐作用1.信息技术的概念信息技术就是能够提高或扩展人类信息能力的方法和手段，主要指完成信息的生产、获取、检索、识别、变换、处理、控制、分析、显示及利用技术。2.信息技术的特点（1）数学化（2）网络化（3）高速化（4）智能化（5）个人化1.信息技术的体系（1）主体层次①信息存储技术；②信息处理技术；③信息传输技术；④信息控制技术；（2）应用层次（3）外围层次2.信息技术的社会作用及影响信息技术对人类社会的作用和影响是广泛而深刻的，主要体现在科研、经济、管理、教育、文化、思维、生活、政府等方面。信息技术在给人类社会带来巨大促进的同时，也给社会带来一些负面影响，主要表现在信息泛滥、信息污染、信息病毒、信息犯罪、信息渗透等方面。1.信息化信息化是指在国民经济各部门和社会活动各领域普遍地、大量地采用现代信息技术，从而大大提高社会劳动生产率、工作效率、学习效率、创造能力和生活质量的过程，也是培养和发展一代全新的高度发展的社会生产力的过程。2.信息化社会及其主要特征信息化社会，主要包括四个方面，即社会的信息化、工厂的信息化、办公自动化和家庭自动化。信息化社会的基本特征如下：（1）信息、知识和科技成为社会发展的决定力量；（2）信息技术、信息产业、信息经济日益成为科技、经济、社会发展的主导因素；（3）信息劳动者、脑力劳动者、知识分子的作用日益增大；（4）信息网络成为社会发展的基础设施。3.我国信息化的建设1984年邓小平“开发信息资源，服务四化建设”。1990年江泽民“四个现化无一不和电子信息有紧密联系，要把信息化提到战略地位上来，要把信息化列为国民经济的重要方针。”1991年建立了国家经济信息化联度会议制度。1993年重新组建了电子信息系统推广办公室。1996年成立国务院信息化工作领导小组。当前我国信息化建设已取得很大的成绩，如：（1）通信产业迅猛发展。（2）计算机产业持续增长，规模不断扩大。（3）信息化应用迅速扩展，“金字系列”工程先后起步，有的已经有成效，取得实质性进展。（4）计算机网络应用迅速普及，目前已用有国际Internet出口5个，它们是①中国公用计算机；②中国金桥信息网；③中国教育和科研计算机网；④中国科技网；⑤中国联系互联网。（5）广播电视基础建设已经形成相当规模。冯·诺依曼“存储程序”计算机方案的要点：（1）采用二进制的形式表示数据和指令；（2）将指令和数据存放在存储器中；（3）由控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成。其中核心工作原理是“顺序存储”和“程序控制”，就是通常所说的“顺序存储程序”的概念。我们把按照这一原理设计的计算机统称为“冯·诺依曼型计算机”。冯·诺依曼型计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。计算机硬件系统是指构成计算机系统和各种物理设备的总和。如图所示：输入设备存储器输出设备运算器控制器控制流数据流（1）运算器运算器也称算术逻辑单元（ArithmeticalandLogicalUnit）运算器的主要功能是对数据进行各种运算。这些运算除了常规的加、减、乘、除等基本的算术运算之外，还包括能进行“逻辑判断”的逻辑处理能力，即“与”、“或”、“非”这样的基本逻辑运算以及数据的比较、移位等操作。（2）控制器（ControlUnit）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地工作，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。通常把控制器与运算器合称为中央处理器，简称CPU（CentralProcessingUnit-CPU）。（3）存储器（Memoryunit）存储器的主要功能是存储程序和各种数据信息，并能在计算机运行过程中高速、自动地完成程序或数据的存取。存储器分为内存储器和外存储器两类。内存储器也称为内存，外存储器也称为外存。（4）输入设备(Inputdevice)用来向计算机输入各种原始数据和程序的设备叫输入设备。输入设备把各种形式的信息，如数字、文字、图像等转换为数字形式的“编码”，即计算机能够识别的用1和0表示的二进制代码（实际上是电信号），并把它们“输入”（INPUT）到计算机内存储起来。键盘是必备的输入设备、常用的输入设备还有鼠标器、图形输入板、视频摄像机等。（5）输出设备(Outputdevice)从计算机输出各类数据的设备叫做输出设备。输出设备把计算机加工处理的结果（仍然是数字形式的编码）变换为人或其它设备所能接收和识别的信息形式如文字、数字、图形、声音、电压等。常用的输出设备有显示器、打印机、绘图仪等。系统软件应用软件语言处理程序操作系统数据库管理系统工具软件软件系统应用软件用户程序单用户操作系统多用户操作系统网络操作系统汇编程序解释程序编译程序诊断与维护程序调试程序编辑程序装配链接程序开始结束程序指令1指令2指令n…取出指令指令译码指令执行操作数读出（地址码）取指执指操作码操作数指令格式（地址码）存储器中存储的一系列指令指令周期1.个人计算机2.工作站3.小型计算机4.主机5.小巨型计算机6.巨型计算机1.运算速度快2.计算精度高3.记忆能力强4.复杂的逻辑判断能力5.具有执行程序的能力1.科学计算2.信息处理3.过程控制4.计算机辅助工程如：CAD＼CAM＼CAT＼CAE＼CIMS＼CAI5.人工智能6.网络应用第一台电子计算机（ENIAC）于1946年，在美国宾夕法尼亚大学研制成功。ENICA基本概况：5000次加法/秒；体重约30吨占地170m2；18800只电子管1500个继电器；功率150KW。从第一台计算机的诞生到现在计算机的发展经历了4个阶段，习惯上称为4代。第一代计算机46~50年代末第二代50年代末~60年代初第三代60年代中期~70年代初第四代70年代中期以后32第一代计算机（1946～1958），其基本特征：•以电子管为基本电子器件；•使用机器语言和汇编语言；•应用领域主要为科学计算；•运算速度每秒几千～几万次；•体积大，功耗大，价格昂贵且可靠性差。33第二代计算机（1958～1964），其基本特征：•晶体管取代电子管；•软件技术上出现算法语言及操作系统；•应用领域从科学计算扩展到数据处理；•运算速度每秒几万～几十万次；•体积缩小，功耗降低，可靠性提高。34第三代计算机（1964～1971），其基本特征：•采用集成电路；•运算速度每秒几十万～几百万次；•体积，功耗显著减小，可靠性大大提高；•出现向大型和小型化两极发展趋势；•软件技术与计算机外围设备发展迅速；•应用领域不断扩大。35第四代计算机（1971至今），其基本特征：•中、大及超大规模集成电路(VLSI)成为计算机的主要器件；•运算速度从MIPS级提高到GIPS级乃至TIPS级；•采用了多机并行处理与网络化技术；•系统软件的发展正向工程化及智能化发展。36元器件技术对计算机更新换代的影响代时间硬件技术速度（次/秒）一1946~1957电子管40000二1958~1964晶体管200000三1965~1971中小规模集成电路1000000四1972~1977大规模集成电路100000001978~现在超大规模集成电路1000000001.微型化2.巨型化3.网络化4.智能化5.多媒体技术6.非冯诺依曼体系结构的计算机用一组默认的数字和一套统一的规则来表示数据的方法称为数制。数制有进位与非进位数制之分。按照进位方式计数的数制叫进位计数制。进位计数制涉及基数与各数的位权。1.基数在一种数制中，只能使用一组固定的数字符号来表示数目的大小，这种数字符号被称为该数制的数码。每种数制中数码的个数称为该数制的基数。2.进制在数制中有一个规则，就是N进制一定是“逢N进一”。3.位权值每一种进制都有固定的数目的计数符号。不同位置上的数字所代表的值是确定的，这个固定位置上的值通常称为位权，简称权。各进位制中位权的值恰巧是基数的若干次幂。某一位数码代表的数值的大小是该位数码与位权的乘积。4.计算机常用的数制计算机科学中经常使用十进制、二进制、八进制和十六进制。但在计算机内部，不管什么样的数都使用二进制编码形式来表示，因为我们的计算机能直接识别的只有二进制数。使用二进制的原因：（1）物理上容易实现（2）运算简单（3）逻辑计算方便常用计数制的基数和数码进制基数数码符号二进制20、1八进制80、1、2、3、4、5、6、7十进制100、1、2、3、4、5、6、7、8、9十六进制160、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F为了满足不同的运算要求，各进制之间可以相互转换。常用计数制的表示方法如下表：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000091001119111110101012A2102211101113B3113312110014C41004413110115D51015514111016E61106615111117F7111771610000201081000108171000121115.书写规则为了区分各种计数制采用如下书写方法：（1）在数字后面加写相应的英文字母作为标识B（Binary）——表示二进制数，如二进制的100可写成100B；O（Octonary）——表示八进制数，如八进制的100可写成100O；D（Decimal）——表示十进制数，如十进制的100写成100D，一般D可以省略；H（Hexadecimal）——表示十六进制数，如十六进制的100可写成100H。（2）在括号外面加数字下标（1101）2——表示二进制1101（2753）8——表示八进制2753（3658）10——表示十进制3658（3EF7）16——表示十六进制3EF7计算机中数据的常用单位为：位、字节和字。1、位（bit）：位是计算机中存储数据的最小单位，指二进制数中的一个位数，其值是0或1，也称为比特。计算机最直接、最基本的操作就是对二进制位的操作。2、字节（byte):字节简写为B，是计算机用来表示存储空间大小的最基本的单位，一个字节包括8个二进制位。字节的单位还有KB（千字节）、MB（兆字节）或GB（吉字节）。通常用这些单位来表示存储器（内存、硬盘、软盘）的存储容量或文件的大小。存储单位Ｂ、KB、MB、与GB的换算关系如下：１B＝８bit１KB＝1024B1MB＝1024KB1GB＝1024MB3.字字是指计算机一次存取、加工、运算和传输的数据长度。一个字一般由一个或几个字节组成，它是衡量计算机性能的一个重要指标。一个字所含的二进制的位数称为字长。字长越长，计算机的运算速度越快、计算精度越高。字符是人与计算机通信的重要媒介，是计算机中使用最多的信息形式之一，将字符转变为指定的二进制符号称为编码。一个编码就是一组二进制数“0”和“1”的组合，这组二进制数的位数就决定了该编码所能处理的符号个数。如要对一个由128个符号构成的符号集进行编码，就需要用7位二进制数。1.ASCII码最常用的字符编码是ASCII编码。ASCII码包括32个通用控制字符、10个十进制数码、52个英文大小写字母和34个专用符号，共128个元素，故需要用7位二进制编码。通常使用一个字节的第7位来表示，规定其最高位为0。d3d2d1d0位0d6d5d4位000001010011100101110