计算机专转本第一章讲义.docx
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计算机专转本第一章讲义
第1章计算机信息技术概述讲义
1.1信息与信息技术
1、信息的定义
从客观上看,信息事物运动的状态及状态变化的方式。
从主观上看,信息是认识主体所感知或所表述的事物运动及其变化方式的形式、2、内容和效用。
●信息处理相关的行为和活动:
–信息的收集(如信息的感知、测量、获取、输入等)
–信息的加工(如信息的分类、计算、分析、转换等)
–信息的存储(如书写、摄影、录音、录像等)
–信息的传递(如邮寄、电报、电话等)
–信息的施用(如控制、显示等)
●信息技术包括:
扩展感觉器官功能的感测(获取)与识别技术
扩展神经系统功能的通信技术
扩展大脑功能的计算(处理)与存储技术
扩展效应器官功能的控制与显示技术
3、信息处理系统
用于辅助人们进行信息获取、传递、存储、加工处理、控制及显示的综合使用各种信息技术的系统,可以通称为信息处理系统
信息处理系统的实例
雷达:
以感测与识别为主要目的
电视/广播:
以单向、点到多点(面)的信息传递为主要目的
电话:
以双向、点到点的信息交互为主要目的
银行:
以处理金融信息为目的
图书馆:
以信息收藏和检索为主要目的
因特网:
跨越全球的多功能信息处理系统
4、现代信息技术的三大特征:
采用电子技术(包括激光技术)
以数字技术为基础
以计算机为核心
5、现代信息技术的三大核心技术:
微电子技术、通信技术和计算机技术
1.2微电子技术
1、含义
(1)微电子技术与集成电路
●微电子技术是信息技术领域中的关键技术,是发展电子信息产业和各项高技术的基础
l微电子技术的核心是集成电路技术
l现代集成电路使用的半导体材料主要是硅,也可以是化合物半导体如砷化镓。
微电子技术是以集成电路为核心的电子技术,它是在电子元器件小型化、微型化的过程中发展起来的。
什么是集成电路?
⏹集成电路(IntegratedCircuit,简称IC):
⏹以半导体单晶片作为基片,采用平面工艺,将晶体管、电阻、电容等元器件及其连线所构成的电路制作在基片上所构成的一个微型化的电路或系统。
⏹集成电路的优点:
–体积小、重量轻
–功耗小、成本低
–速度快、可靠性高
集成电路的分类
⏹按用途分:
–通用集成电路(如:
微处理器、存储器芯片)
–专用集成电路(ASIC)
⏹按电路的功能分:
–数字集成电路
–模拟集成电路
⏹按晶体管结构、电路和工艺分:
–双极型(Bipolar)电路
–金属氧化物半导体(MOS)电路
各类集成电路元器件数目的比较图:
集成电路规模
元器件数目
小规模集成电路(SSI)
<100
中规模集成电路(MSI)
100~3000
大规模集成电路(LSI)
3000~10万
超大规模集成电路(VLSI)
10万~100万
极大规模集成电路(ULSI)
>100万
(2)集成电路的发展趋势
⏹集成电路的工作速度主要取决于晶体管的尺寸。
晶体管的尺寸越小,其极限工作频率越高,门电路的开关速度就越快,相同面积的晶片可容纳的晶体管数目就越多。
⏹所以从集成电路问世以来,人们就一直在缩小晶体管、电阻、电容、连接线的尺寸上下功夫。
(3)IC卡简介
⏹IC卡(chipcard、smartcard),又称为集成电路卡,它是把集成电路芯片密封在塑料卡基片内,使其成为能存储信息、处理和传递数据的载体
⏹特点:
–存储信息量大
–保密性能强
–可以防止伪造和窃用
–抗干扰能力强
–可靠性高
⏹应用举例:
–作为电子证件,记录持卡人的信息,用作身份识别(如身份证、考勤卡、医疗卡、住房卡等)
–作为电子钱包(如电话卡、公交卡、加油卡等)
IC卡的类型(按芯片分类)
⏹存储器卡:
封装的集成电路为存储器,信息可长期保存,也可通过读卡器改写。
结构简单,使用方便。
用于安全性要求不高的场合,如电话卡、水电费卡、公交卡、医疗卡等
CPU卡:
封装的集成电路为中央处理器(CPU)和存储器,还配有操作系统(ChipOperatingSystem),处理能力强,保密性更好,常用作证件和信用卡使用。
手机中使用的SIM卡就是一种特殊的CPU卡。
IC卡的类型(按使用方式分类)
⏹接触式IC卡(如电话IC卡)
–表面有方型镀金接口,共8个或6个镀金触点。
使用时必须将IC卡插入读卡机,通过金属触点传输数据。
–用于信息量大、读写操作比较复杂的场合,但易磨损、怕脏、寿命短
⏹非接触式IC卡(射频卡、感应卡)
–采用电磁感应方式无线传输数据,解决了无源(卡中无电源)和免接触问题
–操作方便,快捷,采用全密封胶固化,防水、防污,使用寿命长
–用于读写信息较简单的场合,如身份验证等
1.3通信技术
1、通信技术简介
(1)通信的基本概念
广而言之,通信就是信息的(远距离)传递与交流
(2)现代通信
使用电波或光波传递信息的技术,也称为电信(telecommunication),如电报、电话、传真、电子邮件、BBS、QQ等。
(3)通信的三要素
信源、信道和信宿
(4)电信号(或光信号)有两种形式:
模拟信号形式:
通过连续变化的物理量(如信号的幅度)来表示信息,例如人们打电话或者播音员播音时声音经话筒(麦克风)转换得到的电信号;
数字信号形式:
使用有限个状态(一般是2个状态)来表示(编码)信息,例如电报机、传真机和计算机发出的信号都是数字信号。
•近距离传输:
–直接传输
–通过载波来传输模拟信号(如:
广播电台->收音机)
•什么是载波?
–研究发现,高频振荡的正弦波信号在长距离通信中能够比其他信号传送得更远。
因此若把高频振荡的正弦波信号作为携带信息的载波,把模拟信号放在(调制在)载波上传输,则可比直接传输远得多。
•调制(Modulation)
•解调(Demodulation)
•调制解调器
(4.1)模拟调制的三种方法:
(1)调幅
(2)调频
(3)调相
(4.2)多路复用
(1)频分多路复用
(2)时分多路复用
(3)波分多路复用
(4.3)模拟传输技术的应用
有线载波电话模拟通信的特点
优点:
结构比较简单,成本低
缺点:
信号的调制和传输过程不可避免受到噪音信号的干扰,传输质量不稳定。
*模拟通信已经越来越多被数字通信所取代。
(5)数字通信
将信源产生的模拟信号转换为数字信号(或信源直接产生数字信号)之后,直接进行传输或通过用数字信号对载波进行数字调制来传输信息的技术称为数字通信。
(5.1)数字传输技术
(1)基带传输
(2)频带传输
(5.2)数字调制/解调技术
(1)调幅
(2)调频
(3)调相
(5.3)数据通信系统的性能指标
(1)信道带宽
(2)数据传输速率(数据速率)
(3)误码率
(4)端-端延迟
传输介质的类型与特点:
介质
类型
特点
应用
金属导体
双绞线
成本低,易受外部高频电磁波干扰,
误码率较高;传输距离有限
固定电话本地回路、计算机局域网
同轴电缆
传输特性和屏蔽特性良好,可作为传输干线
长距离传输载波信号,但成本较高
固定电话中继线路、有线电视接入
光导纤维
光缆
传输损耗小,通讯距离长,容量大,
屏蔽特性非常好,不易被窃听,重量轻,
便于运输和铺设。
缺点是精确连接两根光纤很困难
电话、电视等通信系统的远程干线,计算机网络的干线
无线电波、
微波、
红外线、
激光
建设费用低,抗灾能力强,容量大,
无线接入使得通信更加方便.但易
被窃听、易受干扰
广播,电视,移动通信系统,计算机无线局域网
1、光纤的优点:
(1)传输频带非常宽,通信容量大(速度最快);
(2)抗雷电和电磁干扰、抗辐射能力强;
(4)无串音干扰,保密性强,不易被窃听或截取数据;
(3)传输损耗小,通讯距离长。
**光纤的缺点:
精确连接两根光纤比较困难。
2、无线通信包括:
中波、短波、微波
微波通信特点:
(1)直线传播,不能沿地球表面传播(无绕射性),需要每隔几十公里设立一个中继站。
(2)容量大、可靠性高
(3)建设费用低
(4)抗灾能力强
**微波通信应用长途电话、蜂窝移动电话、全数字高清晰度电视(HDTV)等。
微波通信的三种方式
(1)地面微波接力通信
(2)卫星通信
(3)对流层散射通信
A、卫星通信
利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电信号所实现的通信。
优点:
通信距离远、频带宽、容量大、抗干扰强、通信稳定。
缺点:
造价高、技术复杂、有较大延时、同步轨道卫星数目仅180颗。
B、移动通信
处于移动状态的对象相互间的通信,如手机、无绳电话、寻呼系统等。
优点:
克服通信终端位置对用户的限制,快速和及时地传递信息
*我国使用的2种标准
(1)GSM(全球移动通信)
(2)CDM(码分多址)
C、移动通信系统
移动台:
是移动的通信终端,是接收无线信号的接收机,包括手机,呼机,无绳电话等。
基站:
是与移动台联系的一个固定收发机,它接收移动台的无线信号,每个基站负责与一个特定区域(10km~20km的区域)的所有的移动台进行通信。
移动交换中心:
与基站之间通过无线微波、电缆或光缆交换信息,移动交换中心再与公共电话网进行连接。
注意:
第一代移动通信采用模拟技术
第二代移动通信采用数字技术
第三代移动通信实现目标:
全球漫游;适应多种环境;提供高质量多媒体业务,包括语音通信、数据通信和图像通信;提供大容量、高保密性和优质服务。
4.数字技术入门
1、数字技术基础
当代电子信息技术的基础有两项:
(1)微电子与光纤技术
(2)数字技术
**数字技术就是用0和1两个数字表示、处理、存储和传输一切信息的技术。
1.比特的运算
比特的运算采用逻辑代数运算:
比特的取值0或1,它们不是数量上的概念,而是表示两种不同的状态。
因此,对比特的运算需要使用逻辑运算。
比特的逻辑运算的基本运算规则:
⏹逻辑加:
(“ⅴ”、“OR”或“+”)----“或运算”
⏹
逻辑乘:
(“∧”、“AND”或“·”)-----“与运算
取反:
(“NOT”或“﹣”)-----“非运算”
“0”取反后是“1”,“1”取反后是“0”
注意:
逻辑运算按位独立进行,即每一位不受同一信息的其它位影响。
2.比特的存储
比特经常使用的存储单位有:
⏹“千字节”(KB),1KB=210字节=1024B(K字节)
⏹“兆字节”(MB),1MB=220字节=1024KB(兆字节)
⏹“吉字节”(GB),1GB=230字节=1024MB(千兆字节)
⏹“太字节”(TB),1TB=240字节=1024GB(兆兆字节)
需要注意的是:
在计算机网络中传输二进制信息时,由于是一位一位串行传输的,传输速率的度量单位与上述有所不同,且使用的是十进制。
3.比特的传输
经常使用的速率单位是:
比特/秒(b/s)或bps
如:
9600bps(b/s)、56kbps(kb/s)
⏹千比特/秒(kb/s),1kb/s=103b/s=1000b/s
⏹兆比特/秒(Mb/s),1Mb/s=106b/s=1000kb/s
⏹吉比特/秒(Gb/s),1Gb/s=109b/s=1000Mb/s
⏹太比特/秒(Tb/s),1Tb/s=1012b/s=1000Gb/s
注意:
b/s中的b代表bit(位),而不是Byte(字节)。
由于1Byte=8bit,传输速率为10Mb/s,则理论上每秒传输1.25MB数据,不要误认为每秒传输10MB数据。
十进制数
⏹每一位可使用十个不同数字表示(0、1、2、3、4、5、6、7、8、9)
⏹低位与高位的关系是:
逢10进1
⏹各位的权值是10的整数次幂(基数是10)
⏹标志:
尾部加“D”或缺省
例:
(981.16)D (569.37)10 69.3
204.96=2×102+0×101+4×100+9×10-1+6×10-2
二进制数
⏹每一位使用两个不同数字表示(0、1),即每一位使用1个“比特”表示
⏹低位与高位的关系是:
逢2进1
⏹各位的权值是2的整数次幂(基数是2)
⏹标志:
尾部加B
例:
(10110.11)B (10110.11)2
101.01B=1×22+0×21+1×20+0×2-1+1×2-2=5.25
(2)十进制数转换成二进制数:
整数部分除以二取余法,小数部分乘二取整法。
转换方法:
整数和小数分开转换
整数部分:
除以2逆序取余
小数部分:
乘以2顺序取整
采用二进制数有以下优点:
1因为它只有0、1两个数码,在数字电路中利用一个具有两个稳定状态且能相互转换的开关器件就可以表示一位二进制数,因此采用二进制数的电路容易实现,且工作稳定可靠。
②算术运算规则简单。
二进制数的算术运算和十进制数的算术运算规则基本相同,惟***区别在于二进制数是“逢二进一”及“借一当二”,而不是“逢十进一”及“借一当十”。
2.二进制数的运算
二进制算术运算的基本运算规则:
加法:
(向高位进一)
减法:
(向高位借一)
二进制算术运算举例:
加法(向高位进一)
二进制算术运算举例:
减法
二进制算术运算举例:
乘法
二进制算术运算举例:
除法
八进制数
⏹每一位使用八个不同数字表示(0、1、2、3、4、5、6、7)
⏹低位与高位的关系是:
逢8进1
⏹各位的权值是8的整数次幂(基数是8)
⏹标志:
尾部加Q
例:
(273.32)O (273.32)8
(1)八进制数转换成十进制数
(365.2)Q=3×82+6×81+5×80+2×8-1
=192+48+5+0.25
=(245.25)10
(2)十进制数转换成八进制数
十六进制数
⏹每一位使用十六个数字和符号表示(0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F)
⏹逢16进1,基数为16
⏹各位的权值是16的整数次幂(基数是16)
⏹标志:
尾部加H
例:
(2A5C.83)H (2A5C.83)16
(1)十六进制数转换成十进制数
例:
(F5.2)16=F×161+5×160+2×16-1
=15×16+5+0.125
=(245.125)10
(2)十进制数转换成十六进制数
不同进位制数的比较
十进制
二进制
八进制
十六进制
零
0
0000
0
0
壹
1
0001
1
1
贰
2
0010
2
2
叁
3
0011
3
3
肆
4
0100
4
4
伍
5
0101
5
5
陆
6
0110
6
6
柒
7
0111
7
7
捌
8
1000
10
8
玖
9
1001
11
9
拾
10
1010
12
A
拾壹
11
1011
13
B
拾贰
12
1100
14
C
拾叁
13
1101
15
D
拾肆
14
1110
16
E
拾伍
15
1111
17
F
4数制间的相互转换
1.十进制转换为K进制:
十进制整数转换为K进制(除K取余法)
十进制小数转换为K进制(乘K取整法)
2.K进制转换为十进制:
位权展开法
整数(定点数)的表示
(1)计算机中数的类型
(2)无符号整数的表示
(3)带符号整数的表示
PC机中数的主要类型
无符号整数的表示:
Ø采用“自然码”表示:
Ø取值范围由位数决定:
–8位:
–可表示0~255(28-1)范围内的所有正整数
–16位:
–可表示0~65535(216-1)范围内的所有正整数
–n位:
–可表示0~2n-1范围内的所有正整数。
带符号整数的表示:
⏹表示方法:
用1位表示符号,其余用来表示数值部分
⏹
⏹符号如何表示?
⏹用最高位表示,“0”表示正号(+),“1”表示负号(-)
⏹数值部分如何表示?
⏹
(1)原码表示:
⏹整数的绝对值以二进制自然码表示
⏹
(2)补码表示:
⏹正整数:
绝对值以二进制自然码表示
⏹负整数:
绝对值使用补码表示
⏹
⏹
注意:
在计算机中数据的处理不是以“原码”的形式,而是以“补码”的形式存在的。
在微处理机中,为了统一加减法运算规则,一般都不设置专门的减法电路。
遇到两个数相减时,处理器就自动地将减数取补,而后将被减数和减数的补码相加来完成减法运算。
补码的求法:
1、正数的补码和原码相同。
2、负数的补码是在原码的基础上符号位不变,数值位逐位取反最末位加1。
例:
求+43和-43的补码
+43的原码:
00101011
补码:
00101011
-43的原码:
10101011
取反:
11010100(符号位为不变为“1”)
加1:
11010101
-43的补码:
11010101
优缺点分析:
–原码表示法
Ø优点:
与日常使用的十进制表示方法一致,简单直观
Ø缺点:
加法与减法运算规则不统一,增加了成本;整数0有“00000000”和“10000000”两种表示形式,不方便
–补码表示法
Ø优点:
加法与减法运算规则统一,没有“-0”,可表示的数比原码多一个
Ø缺点:
不直观,使用不方便
结论:
在计算机内不采用“原码”而采用“补码”的形式表示!
Ø原码可表示的整数范围
–8位原码:
-27+1~27-1(-127~127)
–16位原码:
-215+1~215-1(-32767~32767)
–n位原码:
-2n-1+1~2n-1-1
Ø补码可表示的整数范围
–8位补码:
-27~27-1(-128~127)
–16位原码:
-215~215-1(-32768~32767)
–n位补码:
-2n-1~2n-1-1
三种整数的比较:
8位二进制码
表示无符号整数时的数值
表示带符号整数(原码)时的值
表示带符号整数(补码)时的值
00000000
0
0
0
00000001
1
1
1
……
……
……
……
01111111
127
127
127
10000000
128
-0
-128
10000001
129
-1
-127
……
……
……
……
11111111
255
-127
-1
浮点数的表示法
在十进制中,一个数可以写成多种表示形式。
例如,83.125可写成:
102×0.83125,103×0.083125,104×0.0083125等。
同样,二进制数,也可以写成多种表示形式。
例如,二进制数1011.10101可以写成:
2100×0.101110101,2101×.010*******,2110×0.00101110101等等。
可以看出,一个实数能够用一种普遍的形式来表示:
(E称为阶码,F叫做尾数)
注:
阶码的位数随数值表示的范围而定,尾数的位数则依数的精度要求而定。
在计算机中一个浮点数由三部分组成:
阶码和尾数及符号
符号是整个数的符号,0表示正数,1表示负数
阶码是指数,
尾数是纯小数
总结:
本章应考点拨:
本章内容在笔试中会出现9-10个题目,是出题量比较多的一章,所占分值也比较大,约10分。
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- 计算机 第一章 讲义