一計算機與信息技術(shù)基礎(chǔ)…CONTENTS任務(wù)一了解計算機發(fā)展歷程任務(wù)二了解科學(xué)思維訓(xùn)練實踐與拓展評價任務(wù)三了解計算機中信息的表示目標

計算機的誕生開啟了人類信息時代的序幕。計算機作為20世紀誕生的最先進的科學(xué)技術(shù)發(fā)明之一,以其強大的生命力迅速從最初的軍事科研應(yīng)用擴展到社會的各個領(lǐng)域。因此,掌握計算機的基本操作技能,學(xué)會利用計算機作為工具去解決實際問題,已經(jīng)成為各行業(yè)對所需人才的基本要求之一。本項目模塊將通過3個任務(wù)來介紹計算機與信息技術(shù)的基礎(chǔ)知識,包括了解計算機發(fā)展歷程、了解科學(xué)思維、認識計算機中信息的表示等,為后面的學(xué)習(xí)和實踐打下堅實基礎(chǔ)。計算機與信息技術(shù)基礎(chǔ)了解計算機發(fā)展歷程任務(wù)目標:了解計算機的誕生過程、計算機的5個發(fā)展階段、計算機的發(fā)展趨勢;認識計算機的特點、分類和具體應(yīng)用。(1)原始人類的計數(shù)。人類使用工具進行計算的歷史可以追溯到原始人的手指計算、石頭計數(shù)、木棍計數(shù)、結(jié)繩計1數(shù)、刻痕計數(shù)等方式。(2)中國甲骨文甲骨文又稱“契文”“甲骨卜辭”“殷墟文字”或“龜甲獸骨文”。(3)中國的籌算數(shù)碼籌算數(shù)碼常指中國從漢代籌算至明代商業(yè)所用的數(shù)字,是人類最重要、最常用的數(shù)字之一。(4)中國的珠算盤。算籌操作簡單,念歌訣擺弄算籌,計數(shù)既直觀又形象知識點2近代的計算工具(1)比例規(guī)比例規(guī)又叫扇形圓規(guī),,用于計算、考古繪圖或繪畫設(shè)計(2)納皮爾籌它是由十根木條組成的,每根木條上都刻有數(shù)碼,右邊第一根木條是固定的,其余的都可根據(jù)計算的需要進行拼合或調(diào)換位置(3)計算尺計算尺(SlideRule)是根據(jù)對數(shù)原理制成的一種計算工具,能進行乘、除、乘方、開方、三角函數(shù)及對數(shù)等的運算(4)加法器1642年,法國數(shù)學(xué)家布萊士·帕斯卡)為了幫助整天忙著計算稅率、稅款的父親,發(fā)明了世界上第一臺機械計算機———加法器知識點2近代的計算工具(5)乘法器萊布尼茨轉(zhuǎn)輪,因為增加了一個“步進輪”,解決了進位和連續(xù)計算的問題,已經(jīng)能夠完全掌握四則運算規(guī)則,自動進行加減乘除(6)差分機1819年,英國科學(xué)家查爾斯·巴貝奇,設(shè)計出“差分機”,并于1822年制造出可動模型,制作了差分機1號的七分之一(7)手搖計算機“奧德涅爾輪”就是凸齒上有9個齒數(shù)可變的用于置數(shù)的輪子,代替了萊布尼茲的階梯形軸。奧拓展閱讀

原子彈是算盤打出來的?在“兩彈一星”的研發(fā)過程中,由于條件艱苦、設(shè)備簡陋、算力緊張,新中國第一代科學(xué)家利用“算盤+計算尺+手搖計算機+國產(chǎn)電子計算機”把理論變成現(xiàn)實,完成轟動世界的壯舉。鄧稼先領(lǐng)導(dǎo)研制中國第一顆原子彈時使用的手搖計算機如圖1.17所示。

1958年,我國第一臺電子計算機103型計算機問世。1959年,104型計算機問世,并成為我國科學(xué)家在研發(fā)“兩彈一星”時使用的主力機型。中科院計算技術(shù)研究所研制的104型計算機如圖1.18所示。關(guān)于“原子彈是算盤打出來的”這一說法,科學(xué)家們確實用過算盤、計算尺作為補充性的輔助工具,用于粗估,原子彈研發(fā)過程中的主要算力來自手搖計算機+國產(chǎn)電子計算機。知識點3電子計算機的發(fā)展隨著人類對計算需求的不斷提升,計算工具經(jīng)歷了由簡單到復(fù)雜的演化,它們在不同的歷史時期推動了科技的進步,當手動計算不能滿足人類生產(chǎn)、生活需求時,現(xiàn)代電子計算機開始走入人們的視野。進入20世紀,電子技術(shù)、自動理論、數(shù)學(xué)科學(xué)的發(fā)展為現(xiàn)代計算機的發(fā)展提供了物質(zhì)基礎(chǔ)和理論依據(jù)。(1)微分分析器1930年,美國科學(xué)家、工程師范內(nèi)瓦·布什造出世界上首臺模擬電子計算機———微分分析器(2)ABC計算機美國科學(xué)家約翰·文森特·阿塔納索夫與當時的物理系碩士生克利福德·貝瑞)一起開發(fā)的阿塔納索夫-貝瑞計算機,是世界上第一臺電子計算機(3)ENIAC1946年2月,由美國軍方定制的電子數(shù)字積分計算機“埃尼阿克”在美國賓夕法尼亞大學(xué)問世代別劃分年代電子元器件運算速度(指令數(shù)/秒)硬件軟件應(yīng)用領(lǐng)域

第一代計算機

1946-1958

真空電子管

幾千—幾萬主存儲器采用汞延遲線、陰極射線示波管靜電存儲器、磁鼓、磁芯；外存儲器采用的是磁帶

機器語言、匯編語言

軍事和科學(xué)計算

第二代計算機

1958-1964

晶體管

幾萬至幾十萬內(nèi)存儲器大量使用磁性材料制成的磁芯存儲器，外存儲器主要采用磁帶、磁盤

高級程序設(shè)計語言、早期操作系統(tǒng)除科學(xué)計算外，已應(yīng)用于數(shù)據(jù)處理、過程控制

第三代計算機

1965-1970

中小規(guī)模集成電路

幾十萬至幾百萬內(nèi)存儲器磁芯、半導(dǎo)體，外存儲器主要采用磁帶、磁盤廣泛使用操作系統(tǒng)，產(chǎn)生了分時、實時等操作系統(tǒng)和計算機網(wǎng)絡(luò)

科學(xué)計算、數(shù)據(jù)處理、過程控制

第四代計算機

1971至今

大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路

上千萬至千萬億

內(nèi)存儲器采用半導(dǎo)體芯片，外存儲器采用大容量磁盤、光盤等可視化操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、多媒體、網(wǎng)絡(luò)軟件。微處理器和微型計算機獲得飛速發(fā)展廣泛應(yīng)用于工業(yè)、生活各個領(lǐng)域，并進入以網(wǎng)絡(luò)為支撐的應(yīng)用時代

第五代智能計算機

1981至今

超大規(guī)模集成電路，光學(xué)元器件等

億億先進的微細加工和封裝測試技術(shù)，砷化鎵器件、約瑟夫森器件、光學(xué)器件、光纖通信技術(shù)以及智能輔助設(shè)計系統(tǒng)等

由問題求解與推理、知識庫管理和智能化人機接口三個基本子系統(tǒng)組成

模擬人的智能和交流方式拓展閱讀

戈登·摩爾(GordonMoore)是Intel公司的創(chuàng)始人之一。1965年,時任仙童半導(dǎo)體公司研究開發(fā)實驗室主任的摩爾應(yīng)邀為《電子學(xué)》雜志35周年專刊寫了一篇題目是《讓更多的元器件填滿集成電路》的觀察評論報告,對未來十年間半導(dǎo)體元件工業(yè)的發(fā)展趨勢做出預(yù)言。這篇報告整理后形成摩爾定律:由于硅技術(shù)的不斷改進,每18個月,集成度將翻一番,速度將提高一倍,而其價格將降低一半。實踐證明摩爾定律的預(yù)測是基本準確的。知識點4計算機的發(fā)展趨勢(1)微型化微型化是指用高性能的VLSI(超大規(guī)模集成電路)來開發(fā)質(zhì)量更可靠、性能更好、價格更低、整機更小、攜帶更方便的高度集成的微型計算機(2)巨型化巨型化是指運行速度更快、存儲容量更大、功能更強、可靠性更高的計算機(3)網(wǎng)絡(luò)化網(wǎng)絡(luò)化是通過通信設(shè)備和傳輸介質(zhì)將具有地理獨立功能的不同計算機相互連接,在通信軟件的支持下,按照網(wǎng)絡(luò)協(xié)議相互通信,網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的計算機之間實現(xiàn)軟硬件資源共享、信息交換和協(xié)同工作(4)智能化智能化是指事物在計算機網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等技術(shù)的支持下,所具有的能滿足人的各種需求的屬性010203040506知識點5計算機的特點、分類和應(yīng)用計算機的分類計算機的特點(1)運算速度快，(2)計算精確度高(3)邏輯運算能力強(4)存儲容量大(5)自動化程度高(6)普及率高(1)按信息的處理方式分類。按信息的處理方式分類可將計算機分為數(shù)字計算機、模擬計算機和混合計算機3種。(2)按照用途及其使用范圍分類。按照用途及其使用范圍,可將計算機分為專用計算機和通用計算機(3)按照性能、規(guī)模和功能分類。按照性能、規(guī)模和處理能力進行分類,可以將計算機分為微型機、小型機、中型機、大型機、超級計算機拓展閱讀

國家超級計算中心是由國家科技部批準成立的數(shù)據(jù)計算機構(gòu),是科技部下屬事業(yè)單位。納入國家超算中心序列的有九所:國家超級計算天津中心、國家超級計算廣州中心、國家超級計算深圳中心、國家超級計算長沙中心、國家超級計算濟南中心、國家超級計算無錫中心、國家超級計算鄭州中心、國家超級計算昆山中心、成都超算中心。“神威太湖之光”超算由國家并行計算機工程技術(shù)研究中心研制,安裝在國家超級計算無錫中心,該中心由清華大學(xué)管理運營。5.3計算機的應(yīng)用(1)科學(xué)計算(或數(shù)值計算)。科學(xué)計算是指利用計算機再現(xiàn)、預(yù)測和發(fā)現(xiàn)客觀世界運動規(guī)律和演化特征的全過程,是指利用計算機解決科學(xué)和工程中的數(shù)學(xué)問題進行的數(shù)值計算(2)數(shù)據(jù)處理(或信息處理)。數(shù)據(jù)處理是指對數(shù)值、文字、圖表等信息數(shù)據(jù)進行收集、存儲、整理、分類、統(tǒng)計、加工、利用、傳播等一系列活動的統(tǒng)稱。被廣泛地應(yīng)用于辦公自動化,80%以上的計算機主要用于數(shù)據(jù)處理,這類工作量大面寬,是計算機應(yīng)用的主導(dǎo)方向數(shù)據(jù)處理從簡單到復(fù)雜經(jīng)歷了三個發(fā)展階段:①電子數(shù)據(jù)處理(ElectronicDataProcessing,EDP)②管理信息系統(tǒng)(ManagementInformationSystem,MIS)③決策支持系統(tǒng)(DecisionSupportSystem,DSS)(3)計算機輔助系統(tǒng)。計算機輔助系統(tǒng)是指利用計算機來幫助設(shè)計人員進行工程設(shè)計,以提高設(shè)計工作的自動化程度,縮短設(shè)計周期、降低生產(chǎn)成本、節(jié)省人力物力,而且保證產(chǎn)品質(zhì)量：①計算機輔助設(shè)計(ComputerAidedDesign,CAD)。②計算機輔助制造(ComputerAidedManufacturing,CAM)③計算機輔助教學(xué)(ComputerAidedInstruction,CAI)。(4)過程控制(或?qū)崟r控制)。(5)人工智能(或智能模擬)

(6)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

(7)多媒體技術(shù)拓展閱讀

英國數(shù)學(xué)家、邏輯學(xué)家、密碼學(xué)家艾倫·圖靈(AlanTuring,1912—1954),被稱為計算機科學(xué)之父、人工智能之父。1936年,圖靈在《論數(shù)字計算在決斷難題中的應(yīng)用》的論文中,給“可計算性”下了一個嚴格的數(shù)學(xué)定義,并提出著名的“圖靈機”(TuringMachine)設(shè)想。“圖靈機”不是一種具體的機器,而是一種思想模型,可制造一種十分簡單但運算能力極強的計算裝置,用來計算所有能想象得到的可計算函數(shù)。“圖靈機”與“馮·諾伊曼機”齊名,被永遠載入計算機的發(fā)展史中。1950年10月,圖靈又發(fā)表劃時代之作———《機器能思考嗎》,也正是這篇文章,為圖靈贏得了“人工智能之父”的桂冠。著名的圖靈測試:如果一個人(代號C)使用測試對象皆理解的語言去詢問兩個他不能看見的對象任意一串問題。對象為:一個是正常思維的人(代號B)、一個是機器(代號A)。如果經(jīng)過若干詢問以后,C不能得出實質(zhì)的區(qū)別來分辨A與B的不同,則此機器A通過圖靈測試,這臺機器具有智能。圖靈還進一步預(yù)測稱,到2000年,人類應(yīng)該可以用10GB的計算機設(shè)備,制造出可以在5分鐘的問答中騙過30%成年人的人工智能。2014年,俄羅斯人開發(fā)的聊天機器人軟件尤金·古斯特曼號稱是史上第一個通過圖靈測試的人工智能。5.4未來新一代的計算機(1)量子計算機量子計算機是一類遵循量子力學(xué)規(guī)律進行高速數(shù)學(xué)和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置(2)模糊計算機模糊計算機是專門用以處理模糊信息的電子計算機,屬于第六代計算機(3)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算機神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算機是模仿人的大腦判斷能力和適應(yīng)能力、可并行處理多種數(shù)據(jù)功能,可以判斷對象的性質(zhì)與狀態(tài),并能采取相應(yīng)的行動,而且可同時并行處理實時變化的大量數(shù)據(jù),并引出結(jié)論的計算機(4)生物計算機生物計算機也稱仿生計算機,屬于第六代計算機。拓展閱讀

上海交通大學(xué)金賢敏團隊,長期聚焦光子芯片,將量子信息和光子信息芯片化與集成化。2018年,金賢敏團隊通過“飛秒激光直寫”技術(shù)制備出節(jié)點數(shù)達49×49的芯片,是世界最大規(guī)模的三維集成光量子芯片,也是國內(nèi)首個光量子計算芯片。2020年,金賢敏團隊又研制出一種基于非馮·諾依曼計算架構(gòu)下的結(jié)合集成芯片、光子概念的光子計算機。2021年2月國內(nèi)首家光量子芯片及光量子計算公司———圖靈量子成立于上海。圖靈量子已發(fā)布的核心產(chǎn)品包括全系統(tǒng)集成的商用科研級專用光量子計算機———TuringQGen1、三維光量子芯片及超高速可編程光量子芯片等,自主研發(fā)的首款商用光量子計算模擬軟件FeynmanPAQS彌補了當時國內(nèi)光量子EDA領(lǐng)域技術(shù)和產(chǎn)品的空白。。拓展閱讀

2020年,浙江大學(xué)聯(lián)合之江實驗室共同研制成功了我國首臺基于自主知識產(chǎn)權(quán)類腦芯片的類腦計算機(DarwinMouse)。這臺類腦計算機包含792顆浙江大學(xué)研制的達爾文2代類腦芯片,支持1.2億脈沖神經(jīng)元、近千億神經(jīng)突觸,與小鼠大腦神經(jīng)元數(shù)量規(guī)模相當,典型運行功耗只需要350~500瓦,同時它也是目前國際上神經(jīng)元規(guī)模最大的類腦計算機,如圖1.23所示。與此同時,團隊還研制了專門面向類腦計算機的操作系統(tǒng)———達爾文類腦操作系統(tǒng)(DarwinOS),實現(xiàn)對類腦計算機硬件資源的有效管理與調(diào)度,支撐類腦計算機的運行與應(yīng)用。訓(xùn)練實踐與拓展評價

圖靈獎是計算機領(lǐng)域世界最高獎項,請查找獲得圖靈獎的科學(xué)家,選擇其中一位進行100字以內(nèi)的總結(jié),并與同學(xué)進行分享目標

科學(xué)思維是指符合認識規(guī)律、遵循一定的邏輯規(guī)則,并能夠達到正確認識結(jié)果的思維。科學(xué)思維是為了正確認識客觀世界所具有的思辨模式和認識方法,它是連接實踐與理論的橋梁科學(xué)思維的本質(zhì)特點是正確性在科學(xué)認識活動中,科學(xué)思維需要遵守三個基本原則:邏輯性原則、方法論原則、歷史性原則。了解常見的科學(xué)思維,了解科學(xué)思維遵循的三個原則,了解科學(xué)思維的三大思維;能夠有意識地運用科學(xué)思維和創(chuàng)新思維去分析問題、解決問題,培養(yǎng)科學(xué)思維素質(zhì),提升科學(xué)思維能力;嘗試分析總結(jié)計算機使用過程中軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)上的創(chuàng)新設(shè)計了解科學(xué)思維6.1邏輯性原則邏輯性原則就是遵循邏輯法則,達到歸納和演繹的統(tǒng)一。科學(xué)認識活動的邏輯規(guī)則包括歸納邏輯、演繹邏輯以及歸納和演繹的統(tǒng)一。(1)從個別到一般的歸納思維其目的在于透過現(xiàn)象認識本質(zhì),通過特殊揭示一般。主要的歸納方法包括完全歸納法、簡單枚舉法和因果聯(lián)系的歸納法(2)從一般到個別的演繹思維所謂演繹是根據(jù)一類事物都有的屬性、關(guān)系、本質(zhì)來推斷該事物中個別事物也具有此屬性、關(guān)系和本質(zhì)的思維方法和推理形式(3)歸納和演繹的辯證統(tǒng)一個性中包含共性,通過個性可以認識共性。同樣,掌握了共性就能更深刻地了解個性。歸納和演繹之間是相互依存、相互滲透的,它們在科學(xué)認識中的主次地位是可以互相轉(zhuǎn)化的。6.2方法論原則方法論原則就是在方法上要求辯證地分析和綜合兩種思維方法。分析與綜合是抽象思維的基礎(chǔ)方法,分析是把事物的整體或過程分解為各個要素,分別加以研究的思維方法和思維過程。(1)分析思維方法分析方法大體上有四個層次,即定性分析、定量分析、因果分析和系統(tǒng)分析,它是最基本的思維方法之一(2)綜合思維方法綜合思維是力求通過全面掌握事物各部分、各方面的特點及內(nèi)在聯(lián)系,并通過概括和升華,以事物各個部分、各個屬性和關(guān)系的真實聯(lián)結(jié)和本來面貌來復(fù)現(xiàn)事物的整體,綜合為多樣性的統(tǒng)一體(3)分析與綜合辯證統(tǒng)一的思維分析思維與綜合思維所關(guān)心和強調(diào)的角度不同,“認識了部分才能更好地認識整體”和“認識了整體才能更好地認識部分”是同一個原則的兩個方面,整個認識過程應(yīng)該是分析與綜合的辯證結(jié)合過程。0102030405066.3歷史性原則

歷史性原則就是在體系上,實現(xiàn)邏輯與歷史的一致,達到理論與實踐的具體歷史的統(tǒng)一。歷史性原則就是承認事物存在的暫時性和實際生活永恒的變動性,憑借時代的發(fā)展和歷史條件的變化而不斷地拓展自身的理論內(nèi)容和理論形態(tài)。歷史是第一性的,是邏輯的客觀基礎(chǔ);邏輯是第二性的,是對歷史的抽象概括

科學(xué)思維不僅是一切科學(xué)研究和技術(shù)發(fā)展的起點,而且始終貫穿于科學(xué)研究和技術(shù)發(fā)展的全過程,是創(chuàng)新的靈魂。三大科學(xué)思維包括實證思維、邏輯思維、計算思維,科學(xué)思維與創(chuàng)新思維相輔相成,具有科學(xué)思維能力是創(chuàng)新型人才在思維方式、知識素養(yǎng)、實踐能力上的綜合體現(xiàn)。010203040506知識點7實證思維

實證思維(ExperimentalThinking)又稱實驗思維,是指通過觀察、歸納為特征,通過實驗、實踐獲取自然規(guī)律、事物規(guī)律的一種思維方法,以物理學(xué)科為代表。碰到一個具體的問題時,確定問題主題,結(jié)合自身實際情況有針對性地去學(xué)習(xí),以觀察和歸納為特征,借助某些特定的設(shè)備或方法,來獲取數(shù)據(jù)并進行分析,提出自己的解決方案,然后積極實踐,大膽試錯,刪減、修正方案中的錯誤或不足,快速迭代010203040506知識點8邏輯思維

邏輯思維(LogicalThinking)是指通過抽象概括,建立描述事物本質(zhì)的概念,應(yīng)用科學(xué)的方法探尋概念之間聯(lián)系的一種思維方法,以數(shù)學(xué)學(xué)科為代表,以推理和演繹為特征,基于事實,探事物之間聯(lián)系、發(fā)展的一種思維方法。

邏輯思維是人腦的一種理性活動,思維主體把感性認識階段獲得的對于事物認識的信息材料抽象成概念,運用概念進行判斷,并按一定邏輯關(guān)系進行推理,從而產(chǎn)生新的認識。邏輯思維每一步必須準確無誤,否則無法得出正確的結(jié)論。邏輯思維是分析性的,按部就班。邏輯思維要遵循邏輯規(guī)律,如同一律、矛盾律、排中律、充足理由律等規(guī)律,違背這些規(guī)律,思維就會發(fā)生偷換概念、自相矛盾、形而上學(xué)等邏輯錯誤,認識就是混亂和錯誤的010203040506知識點9計算思維

計算思維(ComputationalThinking)又稱構(gòu)造思維,是指從具體的算法設(shè)計規(guī)范入手,通過算法過程的構(gòu)造與實施,認知事物規(guī)律,解決給定問題的一種思維方法。它以設(shè)計和構(gòu)造為特征,以計算機學(xué)科為代表計算思維的本質(zhì)是抽象(Abstract)和自動化(Automation)。它反映了計算的根本問題,即什么能被有效地自動進行。計算是抽象的自動執(zhí)行,自動化需要某種計算機去解釋抽象。計三大思維方法需要在實踐中有意識地持續(xù)訓(xùn)練和體會,逐漸養(yǎng)成科學(xué)思維習(xí)慣,形成良好的科學(xué)思維素養(yǎng),有助于促進良好的交流和素質(zhì)的提升,有助于形成正確的世界觀和方法論,有助于掌握認識和改造世界的思想武器,有助于正確地認識世界和改造世界,有助于我們在認識世界和改造世界的活動中少走彎路,有助于我們判斷事實是否與理論相符合,有助于正確的科學(xué)理論的形成。總之,科學(xué)思維能夠幫助我們綜合運用各種科學(xué)思維方法,面對新情況,解決新問題,有所發(fā)現(xiàn)、有所創(chuàng)新、有所發(fā)明、有所創(chuàng)造010203040506知識點10科學(xué)思維與創(chuàng)新思維創(chuàng)新思維(InnovativeThinking)指的是在科學(xué)研究過程中,形成一種不受或者較少受傳統(tǒng)思維和范式的束縛,超越常規(guī)思維、構(gòu)筑新意、獨樹一幟、捕捉靈感或相信直覺,用以實現(xiàn)科學(xué)研究突破的一種思維方式。創(chuàng)新思維的本質(zhì)在于用新的角度、新的思考方法來解決現(xiàn)有的問題。創(chuàng)新思維的判定標準是提高工作質(zhì)量、生活質(zhì)量、工作效率、個人或產(chǎn)品競爭力,對經(jīng)濟、社會、技術(shù)、教育等產(chǎn)生有益的影響就是創(chuàng)新,創(chuàng)新不一定非得是全新的東西,“舊瓶子裝新酒”“新瓶子裝老酒”都是創(chuàng)新。進行創(chuàng)新思維要注意打破思維定式、思維慣性和思維封閉三大障礙。科學(xué)思維與創(chuàng)新思維相輔相成,在科學(xué)研究的過程當中,我們需要創(chuàng)新,而創(chuàng)新的過程也需要遵守科學(xué)。創(chuàng)新思維用新穎獨到的方法解決問題。通過這兩種思維的結(jié)合,可以突破常規(guī)思維的界限,用非常規(guī)的方法和視角思考問題,提出有特色的解決方案,從而產(chǎn)生新穎、獨特、具有社會意義的思維結(jié)果。目標

計算機是對各種信息進行自動、高速處理的機器。這些信息包括數(shù)字、字符、符號、表達式等,還可能是圖像、圖形、聲音、視頻、動畫等多媒體信息,無論什么類型的數(shù)據(jù),在計算機內(nèi)部都是以二進制的形式存儲、運算、處理和傳輸?shù)睦斫庥嬎銠C的存儲與進制的含義,掌握常用數(shù)制及進制數(shù)之間的相互轉(zhuǎn)換,掌握二進制數(shù)的運算,了解數(shù)值型數(shù)據(jù)的表示和處理,簡單了解非數(shù)值型數(shù)據(jù)的表示和處理;能夠熟練地進行常用進制數(shù)的轉(zhuǎn)換計算,能夠運用軟件簡單處理非數(shù)值型數(shù)據(jù)。了解計算機中信息的表示010203040506知識點11計算機中的數(shù)據(jù)及其單位(2)存儲容量的度量單位(1)基本儲存單元位(bit,簡記為b,音為“比特”):計算機中的數(shù)據(jù)都以二進制代碼來表示,二進制代碼只有“0”和“1”兩個數(shù)碼,采用多個數(shù)碼(0和1的組合)來表示一個數(shù)字節(jié)(Byte,簡記為B,音譯為“拜特”):計算機中數(shù)據(jù)存儲的基本構(gòu)成單位,每8位組成一個字節(jié):1Byte=8bit。字(Word):計算機進行數(shù)據(jù)處理時,一次存取、加工和傳送的數(shù)據(jù)長度稱為字。一個字通常由一個或多個(一般是字節(jié)的整數(shù)位)字節(jié)構(gòu)成在計算機各種存儲介質(zhì)中,例如內(nèi)存、硬盤、光盤、U盤等,存儲容量的表示不是位、字節(jié)和字,而是KB、MB、GB等,但這不是新的存儲單位,而是基于字節(jié)換算的。單位換算單位拼寫單位名稱1KB=210B=1024BKiloByte,KB千字節(jié)1MB=210K=1024KB=220BMegaByte,MB兆字節(jié)1GB=210M=1024MB=230BGigaByte,GB吉字節(jié)1TB=210G=1024GB=240BTeraByte,TB太字節(jié)1PB=210T=1024TB=250BPetaByte,PB拍字節(jié)1EB=210P=1024PB=260BExaByte,EB艾字節(jié)1ZB=210E=1024EB=270BZetaByte,ZB澤字節(jié)1YB=210Z=1024ZB=280BYottaByte,YB堯字節(jié)1BB=210Y=1024YB=290BBrontobyte,BB珀字節(jié)1NB=210B=1024BB=2100BNonaByte,NB諾字節(jié)IDB=210D=1024NB=2l10BDoggaByte,DB刀字節(jié)知識點12常用數(shù)制及進制數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)制是人類表示數(shù)值大小的方法的統(tǒng)稱。進位計數(shù)制是人類按照進位方式實現(xiàn)計數(shù)的制度,簡稱計數(shù)制數(shù)的表示法一般采用位置計數(shù)法。在一個數(shù)中,數(shù)碼和數(shù)碼所在的位置決定了該數(shù)的大小。任何進位計數(shù)制都包含有兩個重要的概念:基數(shù)和位權(quán)。不同進位制之間的區(qū)別,本質(zhì)上就是基數(shù)和位權(quán)的取值不同(1)十進制(2)二進制(3)八進制(4)十六進制十進制二進制八進制十六進制00001111210223113341004451015561106671117781.00010891.00111910101012A11101113B12110014C13110115D14111016E15111117F12.2常見進制間的轉(zhuǎn)換(1)非十進制轉(zhuǎn)換成十進制。將二進制、八進制和十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)時,只需要將該數(shù)進行按權(quán)展開后求和,即“按權(quán)展開求和法【例1.1】(1010.101)?=1×23+0×22+1×21+0×2?+1×2-1+0×22+1×2-3=(8+0+2+0+0.5+0+0.125)10=(10.625)10【例1.2】(7435.34)g=7×83+4×82+3×81+5×8?+3×8-1+4×8-2=(3584+256+24+5+0.375+0.0625)10=(3869.4375)1012.2常見進制間的轉(zhuǎn)換(2)十進制轉(zhuǎn)換成非十進制。十進制轉(zhuǎn)化為R進制(這里R進制是泛指,可以代表二進制、八進制、十六進制等)要分為兩部分分別進行:整數(shù)部分:要除R取余法,直到商為0,余數(shù)從后向前排列;小數(shù)部分:要乘R取整,小數(shù)部分繼續(xù)乘R取整,直到小數(shù)部分為0,取得的整數(shù)從前向后排列。【例1.4】(725.625)10=(?)?練習(xí):(725.625)10=(?)8=(?)1612.2常見進制間的轉(zhuǎn)換①二進制數(shù)轉(zhuǎn)八進制數(shù)。二進制數(shù)轉(zhuǎn)換成八進制數(shù)的方法是,“取三合一421法”,即從二進制的小數(shù)點為分界點,向左(或向右)每三位取成一位,不足三位補零,分好組后按照“421”計算每組的和。練習(xí)：(10011101.1011)?=(?)812.2常見進制間的轉(zhuǎn)換②二進制數(shù)轉(zhuǎn)十六進制數(shù)。二進制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進制數(shù)的方法是,“取四合一8421法”,即從二進制數(shù)的小數(shù)點為分界點,向左(或向右)每四位取成一位,不足四位補零,分好組后按照“8421”計算每組的和練習(xí)：(10011101.1011)?=(?)16總結(jié)：二進制數(shù)轉(zhuǎn)八進制數(shù)或者二進制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進制數(shù)，也可以先轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)，再轉(zhuǎn)換成目標進制12.2常見進制間的轉(zhuǎn)換(4)八進制數(shù)、十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)。①八進制數(shù)轉(zhuǎn)二進制數(shù)。八進制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)的方法是“一分三421法”,即從八進制的小數(shù)點為分界點,向左(或向右)每一位上的八進制數(shù)按照“421”寫成對應(yīng)的三位二進制數(shù),最高位零或最低位零略去練習(xí)：(357.64)?=(?)?12.2常見進制間的轉(zhuǎn)換②十六進制數(shù)轉(zhuǎn)二進制數(shù)。十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)的方法是“一分四8421法”,即從十六進制的小數(shù)點為分界點,向左(或向右)每一位上的十六進制數(shù)按照“8421”寫成對應(yīng)的四位二進制數(shù),最高位零或最低位零略去練習(xí):(F46.89)16=(?)2知識點13二進制數(shù)的運算13.1二進制數(shù)的算術(shù)運算二進制數(shù)的算術(shù)運算包括加、減、乘、除四則運算,在數(shù)字系統(tǒng)中是經(jīng)常遇到的,它們的運算規(guī)則與十進制數(shù)很相似知識點13二進制數(shù)的運算(3)二進制的乘法。二進制數(shù)乘法過程可仿照十進制數(shù)乘法進行。但由于二進制數(shù)只有0或1兩種可能的乘數(shù)位,導(dǎo)致二進制乘法更為簡單。二進制數(shù)乘法的法則為:0×0=0,0×1=0,1×0=0,1×1=113.2二進制數(shù)的邏輯運算(1)邏輯“與”運算又稱為邏輯乘(AND),常用符號“×”或“∧”或“·”表示。邏輯“與”運算遵循如下運算規(guī)則(2)邏輯“或”運算又稱為邏輯加(OR),可用符號“+”或“∨”來表示。(3)邏輯“非”運算邏輯非運算又稱作邏輯取反操作(NOT),又稱為邏輯否定操作,實際上就是將原邏輯變量的狀態(tài)求反(4)邏輯“異或”運算“異或”運算(XOR),常用符號“∧”或“☉”來表示知識點14數(shù)值型數(shù)據(jù)的表示和處理(1)定點小數(shù)定點小數(shù)約定小數(shù)點的位置在最高數(shù)據(jù)位的左邊,定點小數(shù)表示的是小于1的純小數(shù)(2)定點整數(shù)定點整數(shù)約定小數(shù)點的位置在最低數(shù)據(jù)位的右邊,定點整數(shù)表示的是純整數(shù)。整數(shù)分兩類:無符號整數(shù)和有符號整數(shù)14.2浮點數(shù)在計算機中,浮點數(shù)的特點是小數(shù)點的位置根據(jù)需要而浮動。浮點數(shù)表示的基本原理來源于十進制中使用的科學(xué)計數(shù)法：N=M×2E知識點15非數(shù)值型數(shù)據(jù)的表示和處理15.1字符和字符串的表示和處理計算機中字符和字符串是人和計算機進行交流的橋梁。計算機內(nèi)部需要將其按照一定的規(guī)則轉(zhuǎn)換成二進制才能被識別。(1)字符。計算機中的信息都是用二進制編碼表示的,用以表示字符的二進制編碼稱為字符編碼。計算機中最常用的字符編碼是美國信息交換標準交換代碼(AmericanStandCodeforInformationIn_x0002_terchange,ASCII)。國際通用的是用7位二進制表示一個字符的ASCII碼,共128個:10個十進制數(shù)0~9,52個英文大小寫(A~Z,a~z),34個專用字符和32個控制字符,如表1.4所示。最高位在機內(nèi)存儲時恒為0(2)字符串。字符串是指一串連續(xù)的字符。對于字符串的儲存,在計