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计算机文化与信息技术
计算机基础知识专科十一版，内容涵盖信息与信息技术、计算机思维基础、计算机技术概述、计算机系统、微型计算机系统、计算机中的信息表示。
编辑于2023-03-18 13:02:16- 山东专升本
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- 大纲
计算机文化与信息技术
信息与信息技术
信息与数据
概念
信息是在自然界，人类社会和人类思维活动中普遍存在的一切物质和事物的属性
数据是存储在某种媒体上可以加以鉴别的符号资料
关系
信息的符号化是数据，数据是信息的具体表示形式
数据是信息的载体
同一个信息可以有不同形式的数据表示
信息是对数据进行加工以后的结果
信息是对人有用的数据
信息是数据抽象出来的逻辑意义，数据是信息的物理表示
信息社会与文化
信息社会
子主题
文化
信息技术
是人们获取存储传递处理开发利用信息资源的相关技术
以计算机技术为核心的综合技术
主要有IT，云计算，大数据，物联网，区块链，移动通信
计算机文化
以计算机为核心
最早于20世纪80年代瑞士洛桑的第三届计算机教育大会上提出
第四个里程碑
计算机思维基础
计算科学
科学的概念
计算的概念
计算科学的概念
计算思维
科学思维
科学方法
理论方法，实验方法，计算方法
科学思维
理论思维，实验思维，计算思维
计算思维
定义
计算思维求解问题的一般方法
数学建模→设计算法→编程实现→运行求解
特征
概念化的，不是程序化的
是根本的，不是刻板的技能
是人的，不是计算机的思维
是数学和工程思维的互补与融合
是思想，不是人造物
是面向所有人所有地方的
本质
抽象
数学建模与设计算法
自动化
编程实现与运行求解
计算思维的应用
计算生物学，计算神经科学，计算化学，计算物理学等
计算机技术概述
第一台计算机
第一台真正意义上的计算机是ENIAC,诞生1946年的美国，电子管是主要元器件，采用十进制运算，主要用于科学运算
世界上第一台采用存储程序工作原理的计算机是英国的edsac
计算机的特点
运算速度快，计算精度高，存储容量大，具有逻辑判断能力，实现工作自动化，通用型强
计算机的发展
按元器件不同分四代
第一代
电子管计算机
元器件是电子管
语言是机器语言以及汇编语言
主要用于科学计算
第二代
晶体管计算机
元器件是晶体管
高级程序设计语言出现和软件产业诞生
主要用于数据处理
第三代
集成电路计算机
元器件是中小规模集成电路
操作系统和会话式语言出现
广泛应用
第四代
超大规模集成电路计算机
大规模或超大规模集成电路
面向对象程序设计语言出现，微机普及，计算机网络时代开始
网络时代
计算机的分类
处理对象
模拟计算机
数字计算机
混合计算机
用途
通用计算机
专用计算机
规模
巨型机
大型机
小型机
微型机
工作站
计算机的应用
科学计算
天气预报，密码破译，模拟核爆炸，地震预测
信息管理（数据处理）
办公自动化，学籍管理，仓储管理，事务处理情报检索，物资管理等
过程控制
实现OS控制
计算机辅助设计
CAD
计算机辅助设计
CAM
计算机辅助制造
CBE
计算机辅助教育
CAI
计算机辅助教学
CMI
计算机管理教学
CAT
计算机辅助测试
CIMS
计算机集成制造系统
人工智能
计算机网络与通信
多媒体技术应用系统
嵌入式系统
计算机的发展趋势
巨型化，微型化，网络化，智能化
计算机系统
指令与计算机指令系统
指令
由二进制数码组成
操作码
规定操作类型
地址码
规定了存储地址
计算机指令系统
所有指令的集合
存储程序工作原理
计算机可以自动完成运算或处理过程的基础
提出
冯·诺依曼
基本思想
存储程序与程序控制
内容
人们必须事先把计算机的执行步骤序列及运行中所需的数据，通过一定方式输入并存储在计算机的存储器中
计算机运行时能自动地逐一取出程序中的一条条指令，加以分析并执行规定的操作
冯诺依曼的三大贡献
采取“存储程序”工作方式，其基本思想是存储程序与程序控制
提出计算机内部采用二进制运算
计算机硬件系统的基本组成包括输入设备、运算器、控制器、存储器、输出设备
计算机工作过程
取出指令→分析指令→执行指令→指令计数器加1，为执行下一条指令做好准备
计算机系统的组成
硬件系统
主机
CPU
运算器
alu
算数逻辑运算单元
寄存器
控制器
内存
RAM
即可读出信息又可以写入信息，断电后所存内容会消失
内存一般指随机存储器
ROM
只能读出数据不能改写数据
断电后能长期保
用于存放固定的程序和数据
Cache
介于内存与CPU之间的高速缓存
外设
输入设备
鼠标，键盘，扫描仪，数字化仪，数码摄像机，条形码阅读器，数码相机，a/d转换器
输出设备
显示器，打印机，音箱，绘图仪，数模转换器等
输入/输出设备
磁盘驱动器，光盘驱动器，磁带机，硬盘，U盘，可读写光盘，触摸屏
软件系统
系统软件
操作系统
语言处理程序
汇编程序
编译程序
解释程序
系统支撑和服务程序
数据库管理系统
应用软件
裸机
没有安装任何软件的计算机
软件/数据/文档的概念
软件
使计算机运行所需的程序、数据和有关文档的总和
数据
程序的处理对象
文档
与程序的研制、维护和使用有关的资料
程序设计基础
程序=算法＋数据结构
算法
定义
有限个步骤组成的解决问题的方法
算法特征
有穷性，确定性，可行性，0个或多个输入，至少有一个输出
算法的评价
正确性，可读性，健壮性，复杂性
复杂性分为时间复杂度与空间复杂度
基础算法
枚举法
确定大致范围，逐一求解验证
递推法
根据递推关系，由已知推未知
顺推
逆推
递归法
把求解问题转化为规模缩小了的同类问题的子问题，求最小问题的解，逐级返回上层调用
贪心法
根据某个优化目标做最优选择，仅是局部或当前的最优解
子主题
分治法
把整个问题分解为几个独立的较小的子问题
二分法
回溯法
类似于迷宫
发现搜索时不满足条件的要返回上级
迭代法
利用变量的旧值递推新值
动态规划
寻找最优解的过程
导航路程
算法的表示方法
自然语言
流程图
顺序结构
选择结构
循环结构
n-s图
伪代码
形式灵活，没有严格的语法规定
程序设计语言
低级语言
机器语言
唯一能够直接识别不需要翻译
执行效率高，可移植性差，不易学习，难以理解
汇编语言
机器语言的符号化
通过汇编程序翻译成机器语言后才可执行
可移植性差，相对较容易学习
高级语言
大大提高了编程的效率，移植性强，容易学习
解释型
边解释边执行，不产生目标程序
跨平台性好，运行效率较低
编译型
将用高级语言编写的源程序翻译成与之等价的机器语言表示的目标程序
跨平台性不好，运行效率较高
常见的高级程序设计语言
FORTRAIN,BASIC,PASCAL,C,C++,JAVA,Python
执行效率
机器语言＞汇编语言＞编译语言＞解释语言
程序设计语言的三种类型
面向机器的语言
机器语言，汇编语言
面向过程的结构化语言
C，Fortran，Basic，Pascal
面向对象的语言
Java，visual，C++，C#，Python
pad图
数据结构
逻辑数据结构
集合结构
线性结构
堆栈
先进后出
队列
先进先出
层次/树
图
物理数据结构
顺序结构
链接结构/链式结构/链表结构
程序
指挥计算机完成指定任务的特定序列
面向对象程序
本质
主张从客观世界固有的事物出发来构造系统，提倡人类在现实生活中常用的思维方法来认识、理解和描述客观事物
对象/属性/方法
对象
基于类产生的实体
属性
描述对象的特征
方法
描述对象的行为
特性
封装性，继承性，多态性
微型计算机系统
微机分类
单片机
子主题
单板机
印刷电路板
PC机
目前使用最多
供单用户使用
便携式微机
微机的主要性能指标
主频
指计算机CPU在单位时间内发出的脉冲数
很大程度上决定了计算机的运算速度
单位赫兹
字长
计算机能同时处理的二进制数据的位数
内核数CPU内执行指令的运算器和控制器的数量
内存容量
内存容量越大，计算机的处理速度越快
运算速度
MIPS
每秒十的六次方条指令
BIPS
每秒十的九次方条指令
其它性能指标
常见微机硬件设备
微处理器
存储器
内存
外存
软盘
硬盘
闪存
光盘存储器
常见的总线
主板
输入设备
输出设备
显示系统
组成
显示器+显示适配器(显卡)
分类
阴极射线管
液晶显示器
等离子显示器
主要性能
显示分辨率
像素
颜色质量
刷新速度
打印机
点阵打印机
喷墨打印机
激光打印机
声音系统
采样
量化
系统总线
类型
数据总线
决定了CPU与ram的传输速度
双向传输
地址总线
决定对ram的寻址范围即可以访问多少个内存单元
单向传输
若地址总线为N位，则可寻空间为2ⁿB
控制总线
其宽度决定CPU对其他设备的控制能力
双向传输
传输方式
串行总线
并行总线
接口标准
AGP(显卡专用)，USB通用串行总线
计算机中的信息表示
数制转换相关名词
数制
进位计数制
数码
一组表示某种数制的符号
基数
数制所使用的数码个数
位权
数码在不同位置上的权值
常见的进位计数制
二进制
字母B表示
逢二进一，借一当二
十进制
字母D表示
逢十进一，借一当十
八进制
字母O表示
逢八进一，借一当八
十六进制
字母H表示
逢十六进一，借一当十六
数制的转换
八进制/二进制/十六进制转换为十进制
按位权展开
任何一个八进制/二进制/十六进制一定能精确转换为十进制数
任何进制整数一定能精确转换为十进制数
十进制转换为八进制/二进制/十六进制
整数部分用除N取余，余数倒排;小数部分乘N取整
任何一个十进制整数一定能精确转换为二进制数
任何一个十进制小数不一定能精确转换为二进制数
二进制与八进制间的相互转换
三位一组
二进制与十六进制间的转换
四位一组
进制转换技巧
8421方法
2ⁿ
二进制运算规则
算数运算规则
加法规则
0+0=0，0+1=1, 1+0=1, 1+1=10
减法规则
0－0=0，10－1=1 ，1－0=1， 1－1=0
乘法规则
0×0=0， 0×1=0， 1×0=0， 1×1=1
除法规则
0/1=0，1/1=1
逻辑运算规则
非运算
与运算
或运算
异或运算
计算机中数据的单位
位（b）
计算机存储数据的最小单位
字节（B）
字
字长
计算机中数据的表示
计算机中的数据以二进制形式表示
某二进制数的最高位为符号位
0为正，1为负
机器数≈原码
真值
反码，补码
文字信息的表示
字符
ASCII码（美国标准信息交换代码）
西文机内码
标准ASCII码有七位，1个字节，最高位为零;扩展的有八位
ASCII码的码值大小关系为: 小写字母＞大写字母＞数字字符＞控制字符
alt＋小键盘数字键可以输入ASCII码值
汉字
汉字交换码
用连续两个字节（16位）表示一个汉字，在计算机内部表示汉字时把交换码两个字节的最高位改为1，被称为机内码
汉字交换码--GB2312-80，国标码
汉字机内码
汉字机内码是计算机内处理汉字信息时所用到的代码
是真正的计算机内部用来存储和处理汉字信息的代码
汉字字形码
用来将汉字显示到屏幕或打印到纸张上所用图形数据
点阵法
点阵码
矢量法
矢量码
外码（汉字输入码/汉字外部码）
将汉字通过键盘输入到计算机中的代码
原则是易学易用，重码少，码长尽可能短
流水码
音码
全拼输入法，智能ABC，微软拼音，搜狗拼音，谷歌拼音等
重码多，单字输入速度较慢，易学
形码
五笔笔型
重码较少，单字输入速度较快，学习及掌握较困难
音形结合码
子主题
图像的表示
黑白图像/二值图像/位图图像
灰度图像
索引图像
彩色图像/真彩色RGB图像
浮动主题
计算机文化与信息技术
信息与信息技术
信息与数据
概念
信息是在自然界，人类社会和人类思维活动中普遍存在的一切物质和事物的属性
数据是存储在某种媒体上可以加以鉴别的符号资料
关系
信息的符号化是数据，数据是信息的具体表示形式
数据是信息的载体
同一个信息可以有不同形式的数据表示
信息是对数据进行加工以后的结果
信息是对人有用的数据
信息是数据抽象出来的逻辑意义，数据是信息的物理表示
信息社会与文化
信息社会
子主题
文化
信息技术
是人们获取存储传递处理开发利用信息资源的相关技术
以计算机技术为核心的综合技术
主要有IT，云计算，大数据，物联网，区块链，移动通信
计算机文化
以计算机为核心
最早于20世纪80年代瑞士洛桑的第三届计算机教育大会上提出
第四个里程碑
计算机思维基础
计算科学
科学的概念
计算的概念
计算科学的概念
计算思维
科学思维
科学方法
理论方法，实验方法，计算方法
科学思维
理论思维，实验思维，计算思维
计算思维
定义
计算思维求解问题的一般方法
数学建模→设计算法→编程实现→运行求解
特征
概念化的，不是程序化的
是根本的，不是刻板的技能
是人的，不是计算机的思维
是数学和工程思维的互补与融合
是思想，不是人造物
是面向所有人所有地方的
本质
抽象
数学建模与设计算法
自动化
编程实现与运行求解
计算思维的应用
计算生物学，计算神经科学，计算化学，计算物理学等
计算机技术概述
第一台计算机
第一台真正意义上的计算机是ENIAC,诞生1946年的美国，电子管是主要元器件，采用十进制运算，主要用于科学运算
世界上第一台采用存储程序工作原理的计算机是英国的edsac
计算机的特点
运算速度快，计算精度高，存储容量大，具有逻辑判断能力，实现工作自动化，通用型强
计算机的发展
按元器件不同分四代
第一代
电子管计算机
元器件是电子管
语言是机器语言以及汇编语言
主要用于科学计算
第二代
晶体管计算机
元器件是晶体管
高级程序设计语言出现和软件产业诞生
主要用于数据处理
第三代
集成电路计算机
元器件是中小规模集成电路
操作系统和会话式语言出现
广泛应用
第四代
超大规模集成电路计算机
大规模或超大规模集成电路
面向对象程序设计语言出现，微机普及，计算机网络时代开始
网络时代
计算机的分类
处理对象
模拟计算机
数字计算机
混合计算机
用途
通用计算机
专用计算机
规模
巨型机
大型机
小型机
微型机
工作站
计算机的应用
科学计算
天气预报，密码破译，模拟核爆炸，地震预测
信息管理（数据处理）
办公自动化，学籍管理，仓储管理，事务处理情报检索，物资管理等
过程控制
实现OS控制
计算机辅助设计
CAD
计算机辅助设计
CAM
计算机辅助制造
CBE
计算机辅助教育
CAI
计算机辅助教学
CMI
计算机管理教学
CAT
计算机辅助测试
CIMS
计算机集成制造系统
人工智能
计算机网络与通信
多媒体技术应用系统
嵌入式系统
计算机的发展趋势
巨型化，微型化，网络化，智能化
计算机系统
指令与计算机指令系统
指令
由二进制数码组成
操作码
规定操作类型
地址码
规定了存储地址
计算机指令系统
所有指令的集合
存储程序工作原理
计算机可以自动完成运算或处理过程的基础
提出
冯·诺依曼
基本思想
存储程序与程序控制
内容
人们必须事先把计算机的执行步骤序列及运行中所需的数据，通过一定方式输入并存储在计算机的存储器中
计算机运行时能自动地逐一取出程序中的一条条指令，加以分析并执行规定的操作
冯诺依曼的三大贡献
采取“存储程序”工作方式，其基本思想是存储程序与程序控制
提出计算机内部采用二进制运算
计算机硬件系统的基本组成包括输入设备、运算器、控制器、存储器、输出设备
计算机工作过程
取出指令→分析指令→执行指令→指令计数器加1，为执行下一条指令做好准备
计算机系统的组成
硬件系统
主机
CPU
运算器
alu
算数逻辑运算单元
寄存器
控制器
内存
RAM
即可读出信息又可以写入信息，断电后所存内容会消失
内存一般指随机存储器
ROM
只能读出数据不能改写数据
断电后能长期保
用于存放固定的程序和数据
Cache
介于内存与CPU之间的高速缓存
外设
输入设备
鼠标，键盘，扫描仪，数字化仪，数码摄像机，条形码阅读器，数码相机，a/d转换器
输出设备
显示器，打印机，音箱，绘图仪，数模转换器等
输入/输出设备
磁盘驱动器，光盘驱动器，磁带机，硬盘，U盘，可读写光盘，触摸屏
软件系统
系统软件
操作系统
语言处理程序
汇编程序
编译程序
解释程序
系统支撑和服务程序
数据库管理系统
应用软件
裸机
没有安装任何软件的计算机
软件/数据/文档的概念
软件
使计算机运行所需的程序、数据和有关文档的总和
数据
程序的处理对象
文档
与程序的研制、维护和使用有关的资料
程序设计基础
程序=算法＋数据结构
算法
定义
有限个步骤组成的解决问题的方法
算法特征
有穷性，确定性，可行性，0个或多个输入，至少有一个输出
算法的评价
正确性，可读性，健壮性，复杂性
复杂性分为时间复杂度与空间复杂度
基础算法
枚举法
确定大致范围，逐一求解验证
递推法
根据递推关系，由已知推未知
顺推
逆推
递归法
把求解问题转化为规模缩小了的同类问题的子问题，求最小问题的解，逐级返回上层调用
贪心法
根据某个优化目标做最优选择，仅是局部或当前的最优解
子主题
分治法
把整个问题分解为几个独立的较小的子问题
二分法
回溯法
类似于迷宫
发现搜索时不满足条件的要返回上级
迭代法
利用变量的旧值递推新值
动态规划
寻找最优解的过程
导航路程
算法的表示方法
自然语言
流程图
顺序结构
选择结构
循环结构
n-s图
伪代码
形式灵活，没有严格的语法规定
程序设计语言
低级语言
机器语言
唯一能够直接识别不需要翻译
执行效率高，可移植性差，不易学习，难以理解
汇编语言
机器语言的符号化
通过汇编程序翻译成机器语言后才可执行
可移植性差，相对较容易学习
高级语言
大大提高了编程的效率，移植性强，容易学习
解释型
边解释边执行，不产生目标程序
跨平台性好，运行效率较低
编译型
将用高级语言编写的源程序翻译成与之等价的机器语言表示的目标程序
跨平台性不好，运行效率较高
常见的高级程序设计语言
FORTRAIN,BASIC,PASCAL,C,C++,JAVA,Python
执行效率
机器语言＞汇编语言＞编译语言＞解释语言
程序设计语言的三种类型
面向机器的语言
机器语言，汇编语言
面向过程的结构化语言
C，Fortran，Basic，Pascal
面向对象的语言
Java，visual，C++，C#，Python
pad图
数据结构
逻辑数据结构
集合结构
线性结构
堆栈
先进后出
队列
先进先出
层次/树
图
物理数据结构
顺序结构
链接结构/链式结构/链表结构
程序
指挥计算机完成指定任务的特定序列
面向对象程序
本质
主张从客观世界固有的事物出发来构造系统，提倡人类在现实生活中常用的思维方法来认识、理解和描述客观事物
对象/属性/方法
对象
基于类产生的实体
属性
描述对象的特征
方法
描述对象的行为
特性
封装性，继承性，多态性
微型计算机系统
微机分类
单片机
子主题
单板机
印刷电路板
PC机
目前使用最多
供单用户使用
便携式微机
微机的主要性能指标
主频
指计算机CPU在单位时间内发出的脉冲数
很大程度上决定了计算机的运算速度
单位赫兹
字长
计算机能同时处理的二进制数据的位数
内核数CPU内执行指令的运算器和控制器的数量
内存容量
内存容量越大，计算机的处理速度越快
运算速度
MIPS
每秒十的六次方条指令
BIPS
每秒十的九次方条指令
其它性能指标
常见微机硬件设备
微处理器
存储器
内存
外存
软盘
硬盘
闪存
光盘存储器
常见的总线
主板
输入设备
输出设备
显示系统
组成
显示器+显示适配器(显卡)
分类
阴极射线管
液晶显示器
等离子显示器
主要性能
显示分辨率
像素
颜色质量
刷新速度
打印机
点阵打印机
喷墨打印机
激光打印机
声音系统
采样
量化
系统总线
类型
数据总线
决定了CPU与ram的传输速度
双向传输
地址总线
决定对ram的寻址范围即可以访问多少个内存单元
单向传输
若地址总线为N位，则可寻空间为2ⁿB
控制总线
其宽度决定CPU对其他设备的控制能力
双向传输
传输方式
串行总线
并行总线
接口标准
AGP(显卡专用)，USB通用串行总线
计算机中的信息表示
数制转换相关名词
数制
进位计数制
数码
一组表示某种数制的符号
基数
数制所使用的数码个数
位权
数码在不同位置上的权值
常见的进位计数制
二进制
字母B表示
逢二进一，借一当二
十进制
字母D表示
逢十进一，借一当十
八进制
字母O表示
逢八进一，借一当八
十六进制
字母H表示
逢十六进一，借一当十六
数制的转换
八进制/二进制/十六进制转换为十进制
按位权展开
任何一个八进制/二进制/十六进制一定能精确转换为十进制数
任何进制整数一定能精确转换为十进制数
十进制转换为八进制/二进制/十六进制
整数部分用除N取余，余数倒排;小数部分乘N取整
任何一个十进制整数一定能精确转换为二进制数
任何一个十进制小数不一定能精确转换为二进制数
二进制与八进制间的相互转换
三位一组
二进制与十六进制间的转换
四位一组
进制转换技巧
8421方法
2ⁿ
二进制运算规则
算数运算规则
加法规则
0+0=0，0+1=1, 1+0=1, 1+1=10
减法规则
0－0=0，10－1=1 ，1－0=1， 1－1=0
乘法规则
0×0=0， 0×1=0， 1×0=0， 1×1=1
除法规则
0/1=0，1/1=1
逻辑运算规则
非运算
与运算
或运算
异或运算
计算机中数据的单位
位（b）
计算机存储数据的最小单位
字节（B）
字
字长
计算机中数据的表示
计算机中的数据以二进制形式表示
某二进制数的最高位为符号位
0为正，1为负
机器数≈原码
真值
反码，补码
文字信息的表示
字符
ASCII码（美国标准信息交换代码）
西文机内码
标准ASCII码有七位，1个字节，最高位为零;扩展的有八位
ASCII码的码值大小关系为: 小写字母＞大写字母＞数字字符＞控制字符
alt＋小键盘数字键可以输入ASCII码值
汉字
汉字交换码
用连续两个字节（16位）表示一个汉字，在计算机内部表示汉字时把交换码两个字节的最高位改为1，被称为机内码
汉字交换码--GB2312-80，国标码
汉字机内码
汉字机内码是计算机内处理汉字信息时所用到的代码
是真正的计算机内部用来存储和处理汉字信息的代码
汉字字形码
用来将汉字显示到屏幕或打印到纸张上所用图形数据
点阵法
点阵码
矢量法
矢量码
外码（汉字输入码/汉字外部码）
将汉字通过键盘输入到计算机中的代码
原则是易学易用，重码少，码长尽可能短
流水码
音码
全拼输入法，智能ABC，微软拼音，搜狗拼音，谷歌拼音等
重码多，单字输入速度较慢，易学
形码
五笔笔型
重码较少，单字输入速度较快，学习及掌握较困难
音形结合码
子主题
图像的表示
黑白图像/二值图像/位图图像
灰度图像
索引图像
彩色图像/真彩色RGB图像
浮动主题