第一章信息文化

专升本计算机第一章信息文化所有的知识点，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，数据和信息的关系：数据是信息的具体表现形式，是信息的载体。

第一章 信息技术与计算机文化

• 1.信息与信息技术
  • 信息的定义
    • 香农：信息是能够用来消除不确定性的东西
    • 维纳：信息就是我们在适应外部世界和控制外部世界中，同外部世界进行交换的内容的名称
    • 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
  • 信息的性质
    • 载体依附性
    • 可加工处理性
    • 可存储性
    • 共享性
    • 时效性
    • 真伪性
    • 价值性
  • 数据：在存储某种媒体上可以加以鉴别的符号资料
    • 在Internet上传输的都是多媒体数据，而不是二进制数据
    • ”符号“不仅指数字，还有声音，图像，视频等
  • 数据和信息的关系：数据是信息的具体表现形式，是信息的载体
• 2.信息技术与信息社会
  • 信息技术：人们获取，存储，传递，处理，开发和利用信息资源的相关技术
    • 三大资源:物质，能源，信息
  • 信息高速公路：又称国家信息基础设施（NII），是指建设高速度，大容量，多媒体的信息传输干线（以光纤作为信息传输的主干线）的高速数据网。
    • 美国于1992年提出了“信息高速公路”计划
  • 最能体现计算机功能的一句话：计算机是一种信息处理机
• 3.计算机文化
  • 文化核心：观念和价值
  • 基本属性
    • 广泛性
    • 传递性
    • 教育性
    • 深刻性
  • 计算机文化
    • 在20世纪80年代初，在瑞士洛桑，第三届世界计算机教育大会上提出
    • ：以计算机为核心，及网络文化，信息网络，多媒体文化为一体，对社会生活和人类行为产生广泛，深远影响的新型文化。
  • 人类文化发展的四座里程碑
    • 语言的产生
    • 文字的使用
    • 印刷术的使用
    • 计算机文化
  • 计算机文化的真正内涵：是具有计算机信息处理的能力
• 4.计算机的起源
  • 计算机是一种具有计算功能，记忆功能和逻辑判断功能的机器设备
  • 发展
    • 鼻祖：公元六世纪，我国的算盘是典型的十进制计算工具
    • 1642年，帕斯卡 第一台机械计算机
    • 莱布尼茨发明了二进制
    • 1822年，查尔斯，巴贝奇，差分机，”计算机之父（通用计算机之父）“
    • 1946年2月，第一台真正意义上的电子计算机ENIAC奠定了计算机的发展基础，开辟了信息时代
    • 1946年，冯·诺依曼提出了采用自动存储程序的通用二进制计算机EDVAC，1952年，开始运行，是第一台概念性计算机
    • 英国剑桥大学数学实验室的莫里斯·威克斯教授受到启发，设计和建造了EDSAC。1949年开始运行，第一台存储程序是电子计算机。
    • 1951年，世界上第一台商业化批量生产的计算机UNIVAC~I的投产，标志着计算机时代的到来。
• 5.计算机的发展阶段
  • 主要元器件不同（物理器件）
  • 新一代计算机
    • 量子计算机
    • 光子计算机
    • DNA计算机
    • 生物计算机
• 6.计算机的特点和分类
  • 特点
    • 1.运算速度快
    • 2.计算精度高
      • 取决于字长，一般能达到15个有效数字，计算机的可靠性高，差错率极低
    • 3.存储容量大
      • 区别于其他计算工具的重要特征
    • 4.具有逻辑判断能力
    • 5.工作自动化
    • 6.通用性强
      • 是其能够应用于各领域的基础
  • 分类
    • 1.处理对象不同
      • 模拟计算机
      • 数字计算机
      • 混合计算机
    • 2.用途不同
      • 通用计算机
      • 专用计算机
    • 3.规模不同
      • 巨型机
      • 大型机
      • 小型机
      • 微型机
      • 工作站
• 7.计算机的应用
  • 1.科学计算
    • 当代科学研究的主要方法：
      • 理论研究
      • 科学实验
      • 科学计算
  • 2.信息管理：数据处理
    • 例：办公自动化·事务处理·情报检索·企业管理，知识系统
  • 3.过程控制：实时控制
  • 4.计算机辅助控制
    • 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）
    • CAT（计算机辅助测试）
    • CMI（计算机管理教学）
    • CAE（计算机辅助工程）
    • CIMS（计算机集成制造系统）
  • 5.人工智能（AI）：机器智能
    • 例：下棋程序·机器智能·机器翻译·语言处理·自动定理证明
  • 6.计算机网络与通信
    • 计算机技术和通信技术结合的产物
  • 7.多媒体技术应用系统
  • 8.嵌入式系统
• 计算机的发展趋势
  • 巨型化
    • 巨型化计算机的技术水平是衡量一个国家科学技术和工业发展水平的重要指标，代表一个国家的综合国力
  • 微型化
    • 是计算机的体积进一步缩小，以便于携带和使用，代表一个国家计算机的应用水平
  • 网络化
    • 网格计算，分布式系统，云计算
  • 智能化
    • 只能按照预先编制的程序进行工作
  • 计算机的两极分化，巨型机化，微型化
• 进制及其转换
  • 用进位的原则进行计数成为进位计数制，简称数制
  • 数码：一组用来表示某种数制的符号
  • 基数：数制所使用的数码个数，简称“基”，用R表示
  • 进制转换主要包括
    • 非十进制（二、八、十六进制）转换成十进制
      • 方法：按权展开求和
    • 十进制转换成二进制（非十进制）
      • 整数部分除2取余，倒序排列；小数部分乘2取整，顺序排列
    • 二进制与八进制的相互转换
      • 方法：以小数点为界，将二进制数分别向前、向后3位一组，不足3位的补0，每3位对应1位八进制数；反之，1位八进制数对应3位二进制数。
    • 二进制与十六进制的相互转换
      • 方法：与二进制与八进制转换的方法相似，以小数点为界，将二进制数分别向前、向后4位一组，不足4位的补0，每4位应1位十六进制数；反之，1位十六进制数对应4位二进制数。
• 二进制的运算规则
  • 算数运算规则（加减乘除）
    • 1+0=1
    • 1+1=10
    • 1*1=1
    • 1*0=0
    • 1/1=1
    • 0/1=0
  • 逻辑运算规则
    • 逻辑与运算规则（AND）
      • 有0出0，全1出1
      • 0∧0=0
      • 0∧1=0
      • 1∧0=0
      • 1∧1=1
    • 逻辑或运算（OR）
      • 有1出1，全0出0
      • 0∨0=0
      • 0∨1=1
      • 1∨0=1
      • 1∨1=1
    • 逻辑非运算（NOT）
      • 取反
      • 1（—）=0
      • 0（—）=1
    • 逻辑异或运算（XOR）
      • 相同为0，不同为1
      • 0⊕0=0
      • 0⊕1=1
      • 1⊕0=1
      • 1⊕1=0
    • 逻辑同或运算（XNOR）
      • 相同为1，不同为0
      • 0⊙0=1
      • 1⊙1=1
      • 0⊙1=0
      • 1⊙0=0
  • 计算机内使用二进制的优点
    • 易用电器元件实现
    • 方便计算
    • 算术运算简便
    • 可用逻辑代数作为分析设计的工具
    • 可靠性高
• 计算机中数据的单位
  • 位（bit）:也称为比特，简记为b，是计算机数据存储的最小单位。每增加一位，所表示的数就增大一倍。
  • 字节（byte）:简记为b，是信息存储的基本单位。
    • 1B＝8bit
    • 1KB=1024B
    • 1MB=1024KB
    • 1GB=1024MB
    • 1TB=1024GB
    • 1PB=1024TB
  • 字（word）：计算机处理数据时，CPU通过数据总线一次存取、加工和传送的数据称为字； 计算机的运算部件能同时处理的二进制数据的位数称为字长。
  • 双字（DW）：一个双字=两个字
• 计算机的数值编码
  • 计算机中的数值分为带符号数和无符号数。“0”表示正，“1”表示负。
  • 机器数：在机器内部存放的正负号数字化后的数。
  • 真值：在机器外部存放的由正负号表示的数
  • BCD码：使用二进制代码表示十进制数的编码，规定用4位二进制数表示1位十进制数。
    • BCD码每组的四位二进制数所表示的最大值是：1001
    • 四位二进制数所表示的最大值是：1111
• 数值的编码、反码、补码
  • 正数的原码=反码=补码
  • 负数的反码=原码取反；补码=反码+1
• 计算机中的字符编码（ASCⅡ码）
  • 分为数值型数据和非数值型数据
  • ASCⅡ码（美国标准信息交换码）。ASCⅡ码是一种西文机内码，有7位码（标准ASCⅡ码）和8位码（扩展ASCⅡ码）两种。7位ASCⅡ码用一个字节（8位）表示一个字符，并规定最高位为0.
• 计算机中的汉字编码
  • 注:在汉字编码虫记算机处理汉字过程是通过汉字输入码输入到计算机中，计算机采用汉字交换码转换成汁算机汉字信息内部可以处理的机内码，处理完毕后，用到汉字字形码输出到 显示或打印输出。
  • 汉字输入码，分别是流水码，音码，形码，音形结合码
    • 如：区位码，电报码，自然码
  • 国标码：国标码又称汉字交换码，是我国1980年推出的汉字交换码，是在区位码的基础上转换而来的。 国标码＝区位码（十六进制）＋20H
    • 一个国标码可以表示一个汉字，或者两个西文字符
  • 汉字机内码：每个字节的最高位为1 汉字机内码＝国标码＋8080H
  • 汉字字形码
    • 点阵图：一般占用空间较大，且放大后易变形，显示速度快；
      • 点阵图字形所占字节的计算方法：水平分辨率×垂直分辨率÷8
    • 矢量图：占用空间较小，放大后基本不会失真，且不会出现锯齿状边缘。
      • 矢量图使用一组助学矢量来记录汉字的外形轮廓。
  • 注:在汉字编码虫记算机处理汉字过程是通过汉字输入码输入到计算机中，计算机采用汉字交换码转换成汁算机汉字信息内部可以处理的机内码，处理完毕后，用到汉字字形码输出到 显示或打印输出。
• 计算机工作原理
  • 组成：硬件系统和软件系统
  • 指示计算机执行某种操作的命令，包括操作码和地址码（操作数）两部分
  • 指令系统
    • 指令系统复杂指令系统、(办公使用机器.家用机)
    • 精简指令系统(中高档服务站，工作站)
  • 存储程序工作原理
    • 冯·诺依曼提出 基本思想:存储积序和程序控制
    • 一种是在数据流，另一种是控制信号
  • 工作过程:取出指令>分析指令→持行指令→指令计数器加
• 计算机硬件系统
  • 没有安装任何软件的计算机称为裸机（只有硬件系统，没有软件系统）
  • 计算机硬件系统五部分
    • 输入设备
      • 将原始数据，程序等用户能够识别的信息通过输入接口输入并变化为计算机能识别和处理的二进制代码。
      • 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
    • 运算器
      • 有算术逻辑运算单元（ALU）和寄存器等组成
      • 包括算术运算，逻辑运算，比较和移位等
    • 控制器
      • 指挥和控制计算机各个部件进行工作的神经中枢
      • 计算机能够有条不紊的工作是在控制器的控制下
      • 与运算器合称为中央处理器（CPU），是计算机的核心部件
    • 存储器
      • 存放程序和数据，每个存储单位都有唯一的地址
      • 存储器分为内存储器（主存储器）和外存储器（辅助存储器）两大类
      • 计算机的工作存储器，其存储能力和存储速度影响计算机的整体性能
    • 输出设备
      • 功能是将计算机处理的数据、计算结果等内部二进制代码信息，转换成用户能识别和处理的信息形式 (如字符、图形、声音等)。
      • 常见的有显示器、打印机、音箱、绘图仪、数模转换器(D/A)。
  • 计算机系统
    • 硬件系统
      • 主机
        • 中央处理机
          • 运算器
          • 控制器
        • 内存储器
          • Cache
            • 高速缓冲存储器，为了提高CPU的效率，减少CPU的等待时间
          • ROM
            • 只读存储器，只能读取不能更改
          • RAM
            • 随机存储器，微机中的内存一般指RAM
      • 外设
        • 输入设备
        • 输出设备
        • 外存储器
          • 长期存储，硬盘，U盘等
            • 各类存储器读写速度比较：CPU＞Cache>RAM>硬盘>U盘＞光盘＞软盘
    • 软件系统
      • 系统软件
        • 操作软件
        • 语言处理程序
          • 汇编程序
          • 编译程序
          • 解释程序
        • 系统服务支撑程序
        • 数据库系统
      • 应用软件
• 计算机软件系统
  • 定义：软件是指使计算机运行所需的程序、数据和有关文档的总和
    • 程序是解决某一种具体问题的指令序列 软件>程序>指令
    • 程序是软件中的一部分
    • 计算机所能实现的全部指令的集合称为计算机的指令系统
  • 系统软件
    • 定义：最靠近硬件的部分
    • ①操作系统(OS) 主要用来控制和管理计算机的所有软、硬件资源。
    • ②语言处理程序: 包括汇编程序、编译和解释程序
    • ③数据库管理系统 作用是建立在存储各种数据资料的数据库，并进行操作和维护
    • ④系统支撑和服务程序 又称工具软件 为维护计算机系统的正常运行或支持系统开发所置的软件。
  • 应用软件
  • 程序设计语言
    • 算法是由有限个步骤组成的用来解决问题的具体过程，是解决问题的思路。
    • 具有有穷性、确定性、可行性、输入/输出的特性。
    • 数据结构是从问题中抽象出来的数据之间的关系，是数据的一种组织方式，反映数据的内部结构。 典型的数据结构包括线性表、堆栈和队列等
    • 程序=数据结构+算法。
    • 程序设计语言经历的三个阶段
      • 机器语言
        • 计算机系统唯一能识别的、直接执行的语言。 优点是执行速度快，缺点是编写难度大，通用性和移植性差。
      • 汇编语言
        • 汇编语言:称为机器语言的符号化，汇编语言和机器语言都称为低级语言。程序的可渎性较差
      • 高级语言
        • 解释型程序是一边翻译一边执行(如 Basic 语言) 不产生目标程序。 编译型程序是翻译程序，把源程序翻译成目标程序。
        • 屏敝机器的细节与具体的计算机指系统无关的表达 方式或接近于人们对求解过程或问题的描述方式，易掌握的程序设计语言称为高级语言。
• 分类和性能指标
  • 按性能、结构和技术特点不同，可分为单片机。单板机、PC机和便携机。
  • 性能指标
    • ①主频:也叫时钟频率，是指计算机的CPU在单位时间内发出的脉冲数，单位是赫兹(Hz)。
    • ②字长:计算机运算部件一次能同时处理的进制数据的位数， 计算机的字越长，其处理信息的效率就越高。
      • 字长决定了直接寻址的能力。
    • ③内核数：有双核、四核、六核及八核等。
    • ④内存容量
    • ⑤运算速度：MIPS (每秒10的6次方条指令)和BIPS (每秒10的9次方条指令) 1 BIPS=1 000 MIPS。
    • 一般来说，主频越高运算速度越快:字长越长运算速度快； 内存容量越大，运算速度越快，存取周期越小，运算速度越快。
• 常见微型计算机的硬件设备
  • 五部分组成：主要有主板、CPU、内存、显卡、声卡、硬盘和光驱等系统。
  • 微处理机
    • 是将运算器、控制器和高速缓存 CPU 主频的单位是 Hz，目前有 32 位和64 位两种。 第一个处理器是1971年Intel公司研制成功54位 微处理器4004 (出现在第四代）
    • CPU 主频，又称为 CPU 时钟频率或工作频率，单位:MHZ，GHZ。 主要用于表示 CPU 的运算、处理数据的速度。 外频，即 CPU 的基准频率，是系统总线的工作频率，是 CPU 与主板之间同步运行的速度。 倍频 主频=外频*倍频。
    • 字长
    • 内部缓存（二级Cache）
    • 制程
    • 内核数
  • 存储器
    • 内存的特点是存储速度快，但断电后数据会丢失。 外存可在断电后长时间保存数据，但是其中的数据需要先调入内存才能和 CPU 进行联系。 外存按存储介质不同，可分为磁表面存储器(软盘和硬盘)光存储器(只读光盘、追记型光盘和可改写型光盘)和半导体存储器(闪存、SD 卡等)。
    • 硬盘存储器
      • 硬盘容量=盘面数x磁道(柱面)数x扇区数x512B（每扇区字节数）
      • 存储在硬盘上的数据存放在扇区上，磁盘容量大小和磁道数成正比，和扇区数成正比，不与圆周长成正比。 最影响磁盘工作的因素是(剧烈的震动）最不影响的是噪声。
    • 闪存
      • 支持即插即用
      • 特点:USB接口容量大，速度快，体积小，无需硬件驱动。
    • 光盘
      • 利用激光技术存储信息的装置
      • 只读光盘(CD-ROM、DVD-ROM)、追记型光盘(CD-R、 DVD-R、WORM)、可改写型光盘(CD-RW、DVD-RW、MO)。
      • 特点：价格低，保存时间长 存储量大，已成为微机的标准配置。
  • 微机的总线标准
    • 分为数据总线、地址总线和控制总线三种，分别用来传输数据、地址和控制信号。
    • 地址总线：单向的传送的地址信息
    • 数据总线（DB):是双向三态形式的总线。可以传送真正的数据、指令代码或者状态信息。
    • ③控制总线(CB):用来传送各种控制信号和时序信号，
    • PCI总线 PCI是迄今为止最成功的总线接口规范之一。 PCI总线与CPU之间没有直接相连(因速度慢，一般用习惯连接外没)而是经过桥接芯片组电路连接。 该总线稳定性和匹配性出色，提开了CPU 的工作效率
    • AGP 是加速圆形端口的缩写，它是为提高视频带宽而没计而总线结构 唯一一个与 CPU和系统器直接相连的总线，速度快。
    • VSB总线 通用串行总线是种新型接口标准、支持热拔插.成本低速度快，连接没备数量多。
    • IEE1394 串行接口标准，IEEE1394总线是目前最快的高速外部穿行总线。
  • 主板
    • 主板是微机中最大的一块电路板，也叫母板，或系统板。主板上最重要的部件是芯片板上的 CMOS 芯片可以保存时间、日期、硬盘参数与计算机配置信息，以便计算机可以正常自动启动。 主板主要用来连接CPV芯片，存储器芯片，控制芯片,ROM BIOS等
    • ①芯片组是 由北桥芯片与南桥芯片组成 芯片组就是主板的灵魂。
    • ②BIOS 芯片 其中保存了微机系统最重要的基本输入输出程序。系统开机自检程序等。
    • CMOS 是主板上的一块特殊的 RAM 芯片， 用来存储计算机基本启动信息(如日期、时间、启动设置等)。
  • 输入设备：键盘，鼠标
    • 键盘，通过按键的位置信息转换为对应的数字编码送入计算机主机
    • 鼠标：机械式，光电式，无线遥控式。
  • 输出设备
    • 显示系统
      • 显示系统包括显示器和显示适配器，显卡两部分
        • 显示器
          • 阴极摄像管CRT
          • 液晶显示器LCD
          • 等离子显示器
          • 像素是显示器显示图像的最小单位
      • 主要性能指标有显示分辨率与颜色质量和刷新速度等
        • 分辨率
          • 屏幕每行每列的像素数以乘法的形式表现
          • 分辨率不仅与屏幕的大小相关，还有受显像管点距，视频带宽，电路特性等因素影响 点距：手机屏幕上相邻的两个同色像素单元之间的距离，即两个红色像素单元之间的距离。 点距越小，可以达到的分辨率就越高，画面就越清晰
      • 中最重要的是显示分辨率和颜色质量
        • 颜色质量
          • 在某一分辨率下，每个像素点可以有多少种像素来描述单位是位 华为所能表示的颜色最多是256种，一个字节，32位色
    • 打印机
      • 点阵打印机，喷墨打印机和激光打印机
        • 点阵打印机是出库单，三联单，增值税发票
      • 根据打印方式是击打式和非击打式
      • 热敏打印机是半导体
    • 声音系统
      • 声卡和音响组成
    • IO接口的作用：基于总线和设备之间是计算机主机和外设交换数据所需的接口
    • IO接口的分类串行接口和并行接口
    • 常见的微型计算机接口
      • 串行接口键盘鼠标pS 2接口USB串行接口com串行接口
      • 并行接口
• 云计算和大数据
  • 云计算
    • 定义：云计算是分布式计算，并行计算，网格计算，网络存储，虚拟化等计算机技术和网络技术融合的产物
      • 虚拟化技术是私有云计算机基础架构的基石
    • 云计算采用虚拟化技术，可在原来服务的基础上，利用强大的计算能力，对用户应用按需部署，实现动态扩展。
    • 特点：云计算具有高可靠性，高灵活性，可扩展性，高性价比，按需服务，按使用量付费规模大，虚拟化，通用性强
    • 云计算机的模式：有公有云，私有云，混合云和行业云（联合云）
  • 大数据
    • 是一种规模大到在获取，存储，管理，分析方面，大大超出了传统数据库，软件工具能力范围的数据集合
    • 特点：
      • 海量的数据规模
      • 快速的数据流转
      • 多样的数据类型
      • 价值密度低
  • 云计算和大数据的关系就像一枚硬币的正反面一样，密不可分。
• 分布式计算，网格计算和云计算
  • 分布式计算是一门计算机科学
  • 网格计算是分布式计算的一种，利用大量异构机
  • 云计算是从网格计算演化而来的，能够根据用户的需求应变的提供资源
• 人工智能
  • 人工智能是研究，开发，用于模拟，延伸和扩展人的智能的理论，方法，技术及应用系统的一门新的技术科学
  • 该领域的研究包括机器学习，语言识别，图像识别，自然语言处理和专家系统等
  • 人工智能不是人的智能
  • 人工智能的应用研究的两个最重要，最广泛的领域是专家系统和机器学习
• 物联网
  • 射频识别技术，全球定位系统，红外感应器
  • 最早出现于比尔盖茨1995年的未来之路一书
• 区块链
  • 是比特币的核心组成部分
  • 特点是去中心化，不可篡改，全程留痕，可以追溯集体，维护公开透明等特点
  • 分类：公有区块链，私有区块链和联合区块链
  • 区块链在促进数据共享，优化业务流程，降低运营成本，提升协同效率，建设核心体系等方面有着巨大技术优势
• 计算思维的概念和特征
  • 定义：计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解，系统设计，人类行为的理解（工程组织）等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。
  • 本质：抽象和自动化
    • 抽象：数据问题和建立模型
    • 自动化：设计算法和编程实现
  • 特征
    • 一概念化不是程序化
    • 二是根本的技能，不是刻板的技能
    • 三是人人的思维方式，不是计算机的思维方式
    • 四是数学和工程思维的互补与融合
    • 五是思想，不是人造物t
    • 六面向所有人，所有地方
• 计算思维的基本计算方法
  • 有效的程序＝算法＋数据结构
  • 算法是解决某一特定问题的一组有穷规则的集合，实质是反映的解决问题的思路
  • 数据结构是计算机存储组织数据的方式，是相互之间存在一种或多种特定关系的数据元素的集合
    • 目的是提高算法的效率
    • 典型的数据结构：线性表，堆栈和队列
• 算法复杂度分析
  • 同一问题采用不同的算法，所用时间不同，所占存储空间不同，即同一个问题采用不同的算法，其效率是不同的
  • 算法的时间复杂度是执行算法所需要的计算工作量
  • 算法的空间复杂度是执行这个算法所需要的内存空间
• 程序的基本结构
  • 问题解决过程的步骤
    • 分析问题
    • 设计算法
    • 画流程图
    • 编写程序，程序调试
  • 面向过程的程序设计语言
    • 特点：采用结构化程序设计方法，自顶向下，逐步细化及模块化，通过顺序，分支和循环结构构造出单入口和单出口的程序
  • 面向对象的程序设计语言
    • 特点：封装（即抽象）继承，多态
  • 程序的基本结构
    • 顺序结构
    • 分支结构
    • 循环结构
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