第一章 计算机认知
  1. 掌握计算机的起源与发展、特点及分类
  2. 掌握进制的概念
  3. 掌握二、八、十、十六进制之间的相互转换规则
  4. 掌握数字编码、字符编码、汉字编码
  5. 掌握计算机硬件系统的组成
  6. 掌握计算机软件系统的组成
  7. 掌握微机的主要性能指标
  8. 掌握常见微机的硬件设备
  9. 掌握数据、信息的概念;信息和数据的关系
  10. 了解信息技术、计算机文化的概念
 
重点:
  1. 计算机的发展的四个时代
  2. 进位计数制概念,数制的转换。
  3. 字符型数据的表示,ASCII码输入码、机内码和字形码的概念及用途。
  4. 冯·诺依曼计算机的基本组成
  5. 指令和程序的概念及其执行过程
  6. 系统软件的概念及组成,如操作系统、程序设计语言及语言处理程序等
  7. 微机的主要性能指标
  8. 微机硬件系统各部分的作用
  9. 中央处理器的组成,运算器,控制器的作用
  10. 内存储器,RAM,ROM等的特点
  11. 难点是信息和数据的关系
 
难点:
  1. 进位计数制概念,数制的转换。
  2. 字符型数据的表示,ASCII码输入码、机内码和字形码的概念及用途。
  3. 冯·诺依曼计算机的基本组成
项目教学法
问题探究法
随着21世纪的到来,人类已步入信息社会,以计算机为核心的信息技术已经广泛地应用于社会生活和国民经济的各个领域,给人类生活带来了前所未有的深刻变革。
在你的身边都有哪些信息呢?
首先分析将项目“1-计算机认知”分解为5个任务:
任务1 初识计算机
任务2 计算机中信息的表示
任务3 计算机的组成和工作原理
任务4 计算机安全和信息道德规范
任务5 信息技术及发展
 
 任务1 初识计算机
1、任务实施
  1. 计算机的起源与发展
第一台数字电子计算机——ENIAC,诞生于1946年2月,美国宾夕法尼亚大学。
根据计算机采用的主要元器件的不同,将电子计算机的发展分为五个时代:
 
年代 名称 主要元器件 语言 应用
第一代
1946~1956
电子管计算机 电子管 机器语言
汇编语言
科学计算
第二代
1956~1964
晶体管计算机 晶体管 高级程序
设计语言
数据处理
第三代
1964~1971
集成电路计算机 中小规模
集成电路
高级程序
设计语言
广泛应用到各个领域
第四代
1971年~现在
超大规模集成电路计算机 集成电路 面向对象的高级语言 网络时代
 
 
  1. 计算机的特点
  2. 、运算速度快
  3. 、存储容量大
  4. 、通用性强
    1. 、工作自动化
    2. 、精确性高
    3. 、逻辑判断能力
    1. 计算机的分类
  5. 根据处理的对象划分 模拟计算机、数字计算机和混合计算机
    根据用途划分 专用计算机和通用计算机
    根据规模划分 巨型机、大型机、小型机、微型机和工作站
     
     
    1. 计算机的应用
    1. 科学计算
    2. 信息管理
    3. 过程控制
    4. 计算机辅助
    5. 人工智能
    6. 计算机网络与通信
    1. 计算机的发展趋势
    1. 巨型化
    2. 微型化
    3. 网格化
    4. 智能化
    1. 课后小结:
      •  
      •  
    2、任务小结
    •  
    •  
    3、课后练习
    见1-选择题“1-选择题1”
     任务2 宣传片的美化
    1、任务实施
    1. 数制
      1. 、基本概念
    (1)进位计数制——即用进位的方法进行计数,简称进制。
    (2)数码——一组用来表示某种数制的符号。如:1、2、3、4、A、B、C、等。
    (3)基数——数制所使用的数码个数。常用“R”表示,称R进制。如二进制的数码是:0、1,那么基数便为2。
    (4)位权——指数码在不同位置上的权值。在进位计数制中,处于不同数位的数码代表的数值不同。例如十进制数111,个位数上的1权值为100,十位数上的1权值为101,百位数上的1权值为102。以此推理,第n位的权值便是10n-1 ,如果是小数点后面第m位,则其权值为10m  。
    对于一般数制,某一整数位的位权是R(位数-1,某一小数位的位权则是R-位数
    1. 、常见的几种进位计数制
    (1)十进制(Decimal ):由0、1、2、…、8、9十个数码组成,即基数为10。特点为:逢十进一,借一当十。 用字母D表示。
    (2)二进制(Binary ):由0、1两个数码组成,即基数为2。二进制的特点为:逢二进一,借一当二。 用字母B表示。
    (3)八进制(Octal ):由0、1、2、3、4、5、6、7八个数码组成,即基数为8。八进制的特点为:逢八进一,借一当八。  用字母O表示。
    (4)十六进制(Hexadecimal):由0、1、2、…、9、A、B、C、D、E、F十六个数码组成,即基数为16。十六进制的特点为:逢十六进一,借一当十六。 用字母H表示。
    1. 、十进制、二进制、八进制、十六进制之间的对应关系
    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
    0
    1.  
    1.  
    1.  
    1.  
    1.  
    1.  
    1.  
    1.  
    1.  
    1 1 10 1010 12 A
    2 10
    1.  
    2 11 1011 13 B
    3 11 3 3 12 1100
    1.  
    C
    4 100 4 4 13 1101 15 D
    5 101 5 5 14 1110 16 E
    6 110 6 6 15 1111 17 F
    7 111 7 7 16 10000 20 10
    8 1000 10 8 17 10001 21 11
     
     
    1. 数制的转换
      •  
    方法:按权展开
    •  
    例如:
    (1111.11)2=1×23+1×22+1×21+1×20+1×2-1+1×2-2=15.75
    (A10B.8)16=10×163+1×162+0×161+11×160+8×16-1=41227.5
    •  
    方法:整数部分——除R取余,商零为止,从下而上
        小数部分——乘R取整,得整为止,从上而下
    例:将十进制数100.125转化为二进制数。
    步骤一:先对整数100进行转换:

    由上得出,100D=1100100B
    步骤二:对小数部分0.125进行转换:
    0.125×2=0.250            整数……0→a-1
    0.25×2=0.5                 整数……0→a-2
    1. ×2=1               整数……1→a-3
    由上得出,0.125D=0.001B。
    将整数和小数部分组合,得出:
    100.125D=1100100.001B。
    二进制数与八进制数的相互转换
    方法:三位二进制数对应一位八进制数
    将二进制数从小数点开始,对二进制整数部分向左每3位分成一组,不足3位的向高位补0凑成3位;对二进制小数部分向右每3位分成一组,不足3位的向低位补0凑成3位。每一组有3位二进制数,分别转换成八进制数码中的一个数字,全部连接起来即可。
    将八进制数转换成二进制数,只要将每一位八进制数转换成相应的3位二进制数,依次连接起来即可。
    例:把二进制数11111101.101转化为八进制数。
    二进制3位分组 011 111 101. 101
    转换为八进制数 3 7 5. 5
     
    所以,11111101.101B=375.5O。
    二进制数与十六进制数的相互转换
    方法:四位二进制数对应一位十六进制数
    二进制数转换成十六进制数,只要把每4位分成一组,再分别转换成十六进制数码中的一个数字,不足4位的分别向高位或低位补0凑成4位,全部连接起来即可。
    十六进制数转换成二进制数,只要将每一位十六进制数转换成4位二进制数,然后依次连接起来即可。
    例:将10110001.101B转换为十六进制数。
    二进制4位分组 1011 0001. 1010
    转换为十六进制数 B 1. A
     
     
    所以,10110001.101 B = B1.AH。
    •  
    •  
    加法规则:0+0=0;       0+1=1;
    1. ;       1+1=10(向高位有进位);
    减法规则:0-0=0;       10-1=1(向高位借位);
    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
    与运算(AND):0∧0 = 0;     0∧1 = 0;
                   1∧0 = 0;     1∧1 = 1
    或运算(OR): 0∨0 = 0;     0∨1 = 1;
                   1∨0 = 1;     1∨1 = 1
    信息的编码
    1 、计算机中数据的单位
    (1)位(bit)
    简记为b,也称为比特,是计算机存储数据的最小单位。(2)字节(Byte)
    字节来自英文Byte,简记为B。字节是存储信息的基本单位。规定1B=8bit。
    1KB=210B,
    1MB=210KB=220B,
    1GB=210MB=220KB=230B,
    1TB=240B
    (3)字(Word)
    字是计算机处理数据时,CPU通过数据总线一次存取、加工和传送的数据。
    字长是计算机一次所能处理的实际位数长度,字长是衡量计算性能的一个重要指标。 
    2、数值的表示
    在计算机中,所有数据都以二进制的形式表示。通常规定一个数的最高位作为符号位,“0”表示正,“1”表示负。采用二进制表示形式的连同数符一起代码化了的数据称为机器数;而与机器数对应的用正、负符号加绝对值来表示的实际数值称为真值。例如作为有符号数,机器数01111111的真值是+1111111,也就是+127。为了在计算机的输入输出操作中能直观迅速地与常用的十进制数相对应,习惯上用二进制代码表示十进制数,这种编码方法简称BCD码或8421编码。例如,对于(239)10的编码如下:
    十进制数 2 3 9
    1. 编码
    0010 0011 1001
     
    3、文字信息的表示
    (1)字符编码:
    目前采用的字符编码主要是ASCII码,它是American Standard Code for Information Interchange的缩写(美国标准信息交换代码),已被国际标准化组织ISO采纳,作为国际通用的信息交换标准代码。ASCII码是一种西文机内码,有7位ASCII码和8位ASCII码两种,7位ASCII码称为标准ASCII码,8位ASCII码称为扩展ASCII码。7位标准ASCII码用一个字节(8位)表示一个字符,并规定其最高位为0,实际只用到7位,因此可表示128个不同字符。同一个字母的ASCII码值小写字母比大写字母大32(20H)。
    (2)汉字编码
    汉字区位码:由于汉字数量极多,一般用连续的两个字节(16个二进制位)来表示一个汉字。1980年,我国颁布了第一个汉字编码字符集标准,即GB2312-80《信息交换用汉字编码字符集基本集》,该标准编码简称国标码,是我国大陆地区及新加坡等海外华语区通用的汉字交换码。GB2312-80收录了6763个汉字,以及682符号,共7445个字符,奠定了中文信息处理的基础。
    汉字机内码:国标码GB2312不能直接在计算机中使用,以为它没有考虑与基本的信息交换代码ASCII码的冲突。比如:“大”的国标码是3473H,与字符组合“4S”的ASCII相同,“嘉,”的汉字编码为3C4EH,与码值为3CH和4EH的两个ASCII字符“<”和“N”混淆。为了能区分汉字与ASCII码,在计算机内部表示汉字时把交换码(国标码)两个字节最高位改为1,称为“机内码”。这样,当某字节的最高位是1时,必须和下一个最高位同样为1的字节合起来,代表一个汉字。
    •  
    所谓汉字字形码实际上就是用来将汉字显示到屏幕上或打印到纸上所需要的图形数据。汉字字形码记录汉字的外形,是汉字的输出形式。记录汉字字形通常有两种方法:点阵法和矢量法,分别对应两种字形编码:点阵码和矢量码。所有的不同字体、字号的汉字字形构成汉字库。
    点阵码是一种用点阵表示汉字字形的编码,它把汉字按字形排列成点阵,一个16×16点阵的汉字要占用32个字节,一个32×32点阵的汉字则要占用128字节,而且点阵码缩放困难且容易失真。  
    •  
    将汉字通过键盘输入到计算机采用的代码称为汉字输入码,也称为汉字外部码(外码)。汉字输入码的编码原则应该易于接受、学习、记忆和掌握,重码少,码长尽可能短。
    目前我国的汉字输入码编码方案已有上千种,但是在计算机上常用的有几种,根据编码规则,这些汉字输入码可分为流水码、音码、形码和音形结合码四种。智能ABC、微软拼音、搜狗拼音和谷歌拼音等汉字输入法为音码,五笔字型为形码。音码重码多、单字输入速度慢,但容易掌握;形码重码较少,单字输入速度较快,但是学习和掌握较困难。目前以智能ABC、微软拼音、紫光拼音输入法和搜狗输入法等音码输入法为主流汉字输入方法。
     
    2、课后小结:
    1、进位计数制概念,数制的转换。
    2、字符型数据的表示,ASCII码、BCD码以及汉字的四种编码,输入码、交换
    3、课后练习
    见1-计算机认知选择题的“1-选择题2”
     任务3计算机的组成
    2、任务实施
    计算机工作原理
    1、指令
    指令——是指示计算机执行某种操作的命令,它由一串二进制数码组成,这串二进制数码包括操作码和地址码两部分。操作码规定了操作的类型,即进行什么样的操作;地址码规定了要操作的数据(操作对象)存放在什么地址中,以及操作结果存放到哪个地址中去。
    一台计算机有许多指令,作用也各不相同。所有指令的集合称为计算机指令系统。计算机系统不同,指令系统也不同,目前常见的指令系统有复杂指令系统(CISC)和精简指令系统(RISC)。
    2、“存储程序”工作原理
    计算机能够自动完成运算或处理过程的基础是“存储程序”工作原理。“存储程序”工作原理是美籍匈牙利科学家冯·诺依曼(Von Neumann)提出来的,故称为冯·诺依曼原理,其基本思想是存储程序与程序控制。
    存储程序是指人们必须事先把计算机的执行步骤序列(即程序)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;程序控制是指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。
    到目前为止,尽管计算机发展到了第四代,但其基本工作原理仍然没有改变。根据存储程序和程序控制的概念,在计算机运行过程中,实际上有数据流跟控制信号两种信息在流动。 
    3、计算机的工作过程
    计算机的工作过程可以归结为以下几步:
    (1)取指令。即按照指令计数器中的地址,从内存储器中取出指令,并送到指令寄存器中。
    (2)分析指令。即对指令寄存器中存放的指令进行分析,确定执行什么操作,并由地址码确定操作数的地址。
    (3)执行指令。即根据分析的结果,由控制器发出完成该操作所需要的一系列控制信息,去完成该指令所要求的操作。
    (4)上述步骤完成后,指令计数器加1,为执行下一条指令做好准备。
     
    计算机硬件系统
    冯·诺依曼(Von Neumann)提出的存储程序工作原理决定了计算机硬件系统由以下五个基本部分组成。

    硬件指的是计算机系统中由电子、机械和光电元件等组成的各种计算机部件和计算机设备。这些部件和设备依据计算机系统结构的要求,构成一个有机整体,称为计算机硬件系统。
    未配置任何软件的计算机叫裸机,它是计算机完成工作的物质基础。
    1、输入设备:
    主要功能是把原始数据和处理这些数据的程序转换为计算机能够识别的二进制代码,通过输入接口输入到计算机的存储器中,供CPU调用和处理。常用的输入设备有:鼠标器、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转换器等
    2、运算器:
    负责对信息进行加工和运算,它的速度决定了计算机的运算速度。参加运算的数(称为操作数)由控制器指示从存储器或寄存器中取出到运算器。
    3、控制器:
    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。控制器从内存储器中顺序取出指令,并对指令代码进行翻译,然后向各个部件发出相应的命令,完成指令规定的操作。它一方面向各个部件发出执行指令的命令,另一方面又接收执行部件向控制器发回的有关指令执行情况的反馈信息,控制器根据这些信息来决定下一步发出哪些操作命令。这样逐一执行一系列的指令,就使计算机能够按照这一系列的指令组成的程序的要求自动完成各项任务。因此,控制器是指挥和控制计算机各个部件进行工作的“神经中枢”。
    通常把控制器和运算器合称为中央处理器(CPU,Central Processing Unit)。它是计算机的核心部件。
    4、存储器:
    存储器是具有“记忆”功能的设备,由具有两种稳定状态的物理器件(也称为记忆元件)来存储信息。记忆元件的两种稳定状态分别表示为“0”和“1”。存储器是由成千上万个“存储单元”构成的,每个存储单元存放一定位数(微机上为8位)的二进制数,每个存储单元都有唯一的地址。“存储单元”是基本的存储单位,不同的存储单元是用不同的地址来区分的。计算机采用按地址访问的方式到存储器中存数据和取数据,计算机中的程序在执行的过程中,每当需要访问数据时,就向存储器送去指定位置的地址,同时发出一个“存”命令或者“取”命令(伴以待存放的数据)。
    存储器分为两大类:内存储器和外存储器,简称内存和外存。内存储器又称为主存储器,外存储器又称为辅助存储器。
    5、输出设备:
    是指从计算机中输出信息的设备,其功能是将计算机处理的数据、计算结果等内部信息转换成人们习惯接受的信息形式(如字符、图形、声音等),然后将其输出。
    最常用的输出设备是显示器、打印机和音箱,还有绘图仪、各种数模转换器(D/A)等。
    从信息的输入输出角度来说,磁盘驱动器和磁带机既可以看作输入设备,又可以看作输出设备。
     
    计算机软件系统
    1、计算机软件基础

    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。计算机软件通常分为系统软件和应用软件两大类,系统软件一般由软件厂商提供,应用软件是为解决某一问题而由用户或软件公司开发的。
    (1)系统软件:是管理、监控和维护计算机资源(包括硬件和软件)、开发应用软件的软件。系统软件居于计算机系统中最靠近硬件的一层,它主要包括操作系统、语言处理程序、数据库管理系统、支撑服务软件等。
    • 操作系统(OS,Operating System)
    操作系统是一组对计算机资源进行控制与管理的系统化程序集合,它是用户和计算机硬件系统之间的接口,为用户和应用软件提供了访问和控制计算机硬件的桥梁。
    操作系统是直接运行在裸机上的最基本的系统软件,任何其他软件必须在操作系统的支持下才能运行。
    • 语言处理程序:用各种程序设计语言编写的源程序,计算机是不能直接执行的,必须经过翻译(对汇编语言源程序是汇编,对高级语言源程序则是编译或解释)才能执行,这些翻译程序就是语言处理程序,包括汇编程序、编译程序和解释程序等,它们的基本功能是把用面向用户的高级语言或汇编语言编写的源程序翻译成机器可执行的二进制语言程序。
    • 系统支撑和服务程序
    这些程序又称工具软件,如系统诊断程序、调试程序、排错程序、编辑程序、查杀病毒程序等等,都是为维护计算机系统的正常运行或支持系统开发所配置的软件系统。
    • 数据库管理系统
    主要用来建立存储各种数据资料的数据库,并进行操作和维护。
    常用的数据库管理系统有微机上的FoxPro、 FoxBASE+、Access和大型数据库管理系统如Oracle、DB2、Sybase、SQL Server等,它们都是关系型数据库管理系统。
    (2)应用软件:
    是为解决计算机各类应用问题而编写的软件,随着计算机应用领域的不断拓展和计算机应用的广泛普及,各种各样的应用软件与日俱增,如办公类软件Microsoft Office、WPS Office、永中office、谷歌在线办公系统;图形处理软件Photoshop、illustrate;三维动画软件3dmax、Maya等;即时通信软件QQ、MSN、UC和Skype等。
    2、程序设计语言
    (1)程序设计基础
    数据结构和算法是程序最主要的两个方面,通常可以认为:程序=算法+数据结构。
    算法可以看作是由有限个步骤组成的用来解决问题的具体过程。实质上反映的是解决问题的思路。其主要性质表现在:
    • 有穷性;
    • 确定性;
    • 可行性。
    数据结构是从问题中抽象出来的数据之间的关系,它代表信息的一种组织方式,用来反映一个数据的内部结构。数据结构是信息的一种组织方式,其目的是提高算法的效率,它通常与一组算法的集合相对应,通过这组算法集合可以对数据结构中的数据进行某种操作。典型的数据结构包括线性表、堆栈和队列。

    (2)程序设计语言 可以分为三类:机器语言、汇编语言和高级语言
    高级语言有两类,分别是解释型和编译型。
    •  解释程序:
    •  
    •  编译程序:
    •  
    3、任务小结
    1. 冯·诺依曼计算机的基本组成
    2. 系统软件的概念及组成,如操作系统、程序设计语言及语言处理程序等
    4、 课后练习
       见1-计算机认知的“1-选择题3”
     任务4 计算机安全
    1. 任务实施
    1. 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。
    2. 数据——是指存储在某种媒体上可以加以鉴别的符号资料。
    二者的区别是:数据是信息的具体表现形式,是信息的载体,而信息是对数据进行加工得到的结果。
    信息技术——是指人们获取、存储、传递、处理、开发和利用信息资源的相关技术。
    信息社会——也称信息化社会,是继工业化社会以后,以信息活动为社会发展的基本活动的新型社会形态。
    人类文明的发展过程:
    农业社会→工业社会→信息社会
    主要资源:物质、能源、信息
    计算机文化:
    文化——即人类行为的社会化,是人类创造功能和创造成果的最高和最普遍的社会形式。
    文化的核心是:观念和价值。
    文化具有的基本属性:广泛性、传递性、教育性、深刻性。
    计算机文化——就是以计算机为核心,集网络文化、信息文化、多媒体文化为一体,并对社会生活和人类行为产生广泛、深远影响的新型文化。
    人类文化发展的四个里程碑:语言的产生、文字的使用、印刷术的发明、计算机文化。
    3、任务小结
       通过项目任务4,使学生了解信息技术的含义,了解计算机文化的核心和分类。
    1. 、 课后练习
    见1-计算机认知的“1-选择题5”