2022年第章计算机文化基础教案王爱民 .pdf

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1、第1章信息技术概论主要内容： 概述、信息处理装置的发展、计算思维、信息的数字化重点内容： 信息处理装置的发展、计算思维、信息的数字化难点内容： 信息的数字化授课时数： 2 授课方式： 讲授新课内容：1.1 信息与信息技术概述难点内容：当今社会被称为“信息社会”，人们越来越多地接触和使用信息，从而使得授课时数：信息与信息技术遍布生活的每一个角落。随着社会的进步和发展，信息量骤增，授课方式： 信息间的关联也日益复杂，人们对信息的开发利用不断深入，因此对信息的处理新课内容：就显得越来越重要。 而计算机的出现， 使得对大容量信息进行高速处理成为可能。为此， 学习和掌握有关信息和信息技术的基础知识，既有

2、助于我们更好地进行工作、学习和交流，又有助于我们进一步学习信息技术打下基础。1.1.1 信息与数据信息 (Information)：广义地说，就是人类的一切生存活动和自然存在所传达出来的信号和消息；是客观存在的事物，是客观事物运动和变化的一种反映。数据（ Data） ：是指人们看到的形象和听到的事实，是信息的具体表现形式，是一些未经组织的事实的集合。信息和数据的关系：是两个相互联系、相互依存、又相互区别的概念当信息采用数据形式来表示时，数据就是信息的载体。数据具有多种多样的形式，也可以进行转换，但其中包含的信息内容不会改变。信息是经过加工并对人类社会实践和生产经营活动产生决策影响的数据；是对数

3、据的说明和解释；是数据处理的结果。数据是反映信息的一种形式，而不是唯一的形式，因而不能把任何情况下的数据等同于信息本身信息处理 ：获取原始信息、 对其进行加工整理（转换、 识别、 分类、 加工、 整理、 存储等），使之成为有用信息的过程称为信息处理。信息系统（ Information System，IS） ：基于计算机技术、网络互联技术、现代通讯技术和各种软件技术，各种理论和方法于一体，提供信息服务的人机系统信息系统一般包括：数据处理系统、管理信息系统、决策支持系统和办公自动化系统。1.1.2 信息技术信息技术IT （Information Technology ） ：一切与信息的收集、存储、

4、处理、传输、应用等有关的各种技术现代信息技术是在计算机、通信、 微电子等技术基础上发展起来的信息技术，信息技术核心是现代计算机技术、通信技术。通信技术是快速、准确传递与交流信息的重要手段，它包括信息检测、信息变换、 信息处理、信息传递及其信息控制等技术。通信技术总是信息技术的先导。人类在认识世界的过程中，认识到信息是构成世界三大要素（物质、能量、信息）之一。1.人类历经信息技术革命语言的使用文字的使用印刷术的发明电报、电话、广播和电视的使用名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - -

5、第 1 页，共 7 页 - - - - - - - - - 计算机、现代通信技术的广泛应用2.发展信息技术的意义信息技术使全球信息共享成为现实。信息技术改变着整个社会的产业结构，引发了新的产业革命。信息产业的兴起必将影响到人们就业结构的变化，信息技术的重大突破，使信息产业成为世界上最大的产业。信息技术正在改变着人们的工作和生活方式，也使人们的生活方式从工业社会那种极端的社会化生活，逐步演变为信息社会的具有强烈个性色彩的个性化生活。1.1.3 信息技术的研究热点1.可信计算（ Trusted Computing）一种新的信息系统安全技术，它把人类社会成功的管理经验用于计算机信息系统和网络空间，以

6、确保计算机信息系统和网络空间的安全可信。2.云计算（ Cloud Computing ）一种由规模经济驱动的大规模分布式计算模式，通过这种计算模式，实现抽象的、 虚拟的、可动态扩展、可管理的计算、存储、平台和服务等资源池，由互联网按需提供给外部用户。云计算特征大规模虚拟化可靠性可扩展性动态配置经济性3.物联网（ Internet of Things）物物相连的互联网，是一个基于互联网、传统电信网等信息载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互连互通的网络。物联网特征各种感知技术的广泛应用建立在互联网上的泛在网络本身具有智能处理的能力，能够对物体实施智能控制4.绿色计算（ Green Com

7、puting ）以环保的理念设计、使用计算机及其相关资源的行为。一般认为， 绿色计算机就是符合环保概念的计算机主机和相关产品（含显示器、打印机等外设），具有省电、低噪声、低污染、低辐射、材料可回收及符合人体工程学特性的产品。5.信息物理融合系统（Cyber-Physical System，CPS ）一个综合计算、网络和物理环境的多维复杂系统。CPS的概念最早由美国国家基金委员会在 2006 年提出，其核心是通过3C （Computation ，Communication ，Control ）即计算、通信与控制技术的有机融合和深度协作，实现大型工程系统的实时感知、动态控制和信息服务。CPS应用领

8、域广阔智能交通系统医疗设备系统能源保护环境监控名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 7 页 - - - - - - - - - 航空航天软件关键基础设施（电力、水）普适自适应通信节能建筑生物系统1.1.4 信息社会信息社会的特征社会生产方式产业结构就业结构交易方式城市化生活方式信息技术已对人类社会生活的各个领域产生了广泛而深远的影响，它推动了社会生产力的变革，提高了人类社会开发利用信息资源的能力。同时，信息过度增长，人们处于一种信息超载的状态。社会信息流中混杂虚

9、假、迷信、暴力等信息。造成了新的贫富差距。信息安全问题不容忽视。1.2 信息处理装置的发展人类最初发明计算机装置是为了使其承担枯燥、烦琐的数值计算， 从而减轻人的脑力劳动强度， 然而， 随着各种信息编码技术的发明，在人类研究和开发计算机装置及计算技术的过程中，不仅使其具有加、减、乘、除等基本运算能力，而且逐步赋予了计算机逻辑判断能力，使其可以根据问题的性质，执行不同的运算。计算机不仅能够处理数值，还能够处理更为广泛的其他形态的信息，如文本、图形、图像、声音和视频等，使计算机成为了名副其实的信息处理装置。1.2.1 机械式计算装置中国最早的计算工具算筹。公元 600 年左右，我国出现新的计算工具

10、算盘。17 世纪欧洲出现对数计算尺和机械式计算器。19 世纪英国数学家巴贝齐(1792-1871) 提出通用计算机的基本设计思想（输入、存储、处理、控制和输出） 。被世人公认为是“计算机之父”。20 世纪由于电器元件的发展，出现了机电式计算机。美国哈佛大学的霍华德艾肯在巴贝齐著作的启发下，利用当时的电子技术，制成了自动程序控制机算机“马克1号” （MARK I） 。1.2.2 图灵机1937 年英国数学家图灵(1912 -1954)提出了著名的“图灵机”的模型。1945 年 6 月，冯诺依曼与戈德斯坦、勃克斯等人，联名发表了一篇长达101 页纸的报告，即计算机史上著名的“101 页报告”。报告

11、明确规定出计算机的五大部件，并用二进制替代十进制运算。1.2.3 现代计算机发展史计算机 ：一种能按照事先存储的程序，自动、 高速进行大量数值计算和各种信息处理的现代化智能电子装置。程序 ：计算机解决问题的有限指令序列。解决不同的问题只需要执行不同的程序即可。同时它又具有较好的通用性。第一代电于计算机名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 7 页 - - - - - - - - - 以电子管为主要器件，体积较大，运算速度5 千4 万（次 / 秒） ，存储容量不大，

12、而且价格昂贵。 为了解决一个问题，所编制的程序的复杂程度难以表述。这一代计算机主要用于科学计算，只在重要部门或科学研究部门使用。第二代电于计算机19581964 年， 它们全部采用晶体管作为电子器件，其运算速度几十万百万 （次 / 秒） ，体积为原来的几十分之一。在软件方面开始使用计算机算法语言。这一代计算机不仅用于科学计算，还用于数据处理和事务处理及工业控制。第三代电于计算机1965 年 1970 年。中、小规模集成电路为电子器件（百万 几百万次 / 秒） ，并且出现操作系统，使计算机的功能越来越强，应用范围越来越广。它们不仅用于科学计算，还用于文字处理、企业管理、自动控制等领域， 出现了计

13、算机技术与通信技术相结合的信息管理系统，可用于生产管理、交通管理、情报检索等领域。第四代电于计算机1971 年以后采用大规模集成电路（LSI）和超大规模集成电路（VLSI）为主要电子器件制成的计算机 ( 几百万 几亿次 / 秒）具有高集成度、高速度、高性能、大容量和低成本等优点。在软件方面，系统软件功能完善，应用软件十分丰富。软件业已成为一个重要的产业。计算机网络、分布式处理和数据库管理技术等都得到了进一步的发展和应用。1.2.4 计算机发展的趋势微型化、巨型化、网络化、智能化1.3 计算思维1.3.1 计算思维的基本概念2006 年，美国卡内基梅隆大学的Jeannette M.Wing（周以

14、真）教授首次提出了计算思维（ Computational Thinking ）的概念。她认为，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、以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。计算思维代表着一种普遍的态度和一类普适的技能，每一个人都应热心于它的学习和运用。回顾历史， 不同的计算工具的发明与使用阶段，都会影响甚至决定这个时期的文化普识教育方向与趋势， 都会约束和限制这个时期的科技创新与思维活动的能力，都会在这个时期留下属于这个工具时代的烙痕与印记。计算思维7 大特征1.计算思维是概念化的抽象思维而不只是程序设计。像计算机科学家那样去思维意味着远不止能为计算机编程，

15、还要求能够在抽象的多个层次上思维。2.计算思维是基本的而不是死记硬背的技能。根本技能是每一个人为了在现代社会中发挥职能所必须掌握的。刻板技能意味着机械的重复。具有讽刺意味的是，当计算机像人类一样思考之后，思维可就真的变成机械的了。3.计算思维是人的而不是计算机的思维方式。计算思维是人类求解问题的一条途径，但绝非是要人类像计算机那样地思考，是人类赋予计算机激情。4.计算思维是数学和工程思维的互补与融合。计算机科学在本质上源自数学思维，它的形式化解析基础筑于数学之上。计算机科学又从本质上源自工程思维，因为我们建造的是能够与实际世界互动的系统，基本计算设备的限制迫使计算机学家必须计算性地思考，不能只

16、是数学性地思考。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 7 页 - - - - - - - - - 5.计算思维是思想而不是人造品。不只是我们生产的软件硬件等人造物将以物理形式到处呈现并时时刻刻触及我们的生活，更重要的是还将有我们用以接近和求解问题、管理日常生活、 与他人交流和互动的计算概念。6.计算思维面向所有的人和所有地方。当计算思维真正融入人类活动的整体以致不再表现为一种显式之哲学的时候，它就将成为一种现实。7.计算思维关注依旧亟待理解和解决的智力上极具挑战

17、性的科学问题。这些问题的范围和解决方案的范围之唯一局限就是我们自己的好奇心和创造力。科学方法与科学思维1.科学方法实验方法、理论方法、计算方法2.科学思维实验思维（重现、自洽、预见）实验：物理理论思维（公理、规则、结论）推理：数学计算思维（能行、构造、模拟）使自动：计算机计算思维的本质计算思维（能行、构造、模拟）使自动：计算机运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计、 以及人类行为理解的涵盖了计算机科学之广度的一系列思维活动，本质就是抽象和自动化。计算机能干多记一些数据、多接收一些信息、算得快一些, 交流更方便些。以亿次的计算, 求解繁复的微分方程和方程组, 描绘超乎想象的图像, 模拟无

18、法实现或耗资巨大的过程 ,计算机不能干不能替人拿主意、定方案,人机分界面恰在于“思考”二字, 即把计算机所不具备的直觉、综合、机敏 , 甚至艺术家的灵感留给人 , 由人来创造性地开发各种所需的算法、模型、方法。计算机是工具，帮助提升人的能力。计算思维能力建立起利用计算机技术解决问题的思路，并理解问题的可求解性。包括：问题抽象、模型建立、算法设计、实现计算思维的明天计算思维不仅仅属于计算机科学家，它应当是每个人的基本技能。计算思维将渗透到我们每个人的生活之中。每个孩子在培养解析能力时不仅掌握阅读、写作和算术，还要学会计算思维。实现计算机科学从前沿高端到基础普及的转型。1.3.2 计算思维的典型方

19、法抽象（ Abstraction） ：抽象是指抽取事物的共同的本质性特征，即忽略一个主题中与当前问题无关的因素，以便更充分地考虑与当前问题相关的因素。分解（ Decomposition ） ：把问题分解成相对独立的子问题，再以相同的方式处理每个子问题，并得到每个子问题的解，直到最终获得整个问题的解。并行（ Parallel） ：是指同时实行或实施，无论从微观还是宏观，事件在系统中同时发生，是一种重要的计算思维方法。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 7 页 -

20、 - - - - - - - - 缓存（ Cache） ：当 CPU要读取一个数据时，首先从缓存中查找，找到就立即读取并送给CPU处理； 没有找到， 就用相对慢的速率从内存中读取并送给CPU处理， 同时把这个数据所在的数据块调入缓存中，可以使得以后对整块数据的读取都从缓存中进行，不必再调用内存。排序与索引（Sort & Index） ：排序是将一组元素从“无序”序列调整为“有序”序列。索引是指对具有共性的一组对象进行编目，从而根据数据的某一属性能够快速访问数据。1.3.3 计算机问题求解过程使用计算机进行问题求解需要四个阶段:分析问题算法设计程序编码测试算法 ：对特定问题求解步骤的一种描述，是

21、指令的有限序列，其中每一条指令表示一个或多个操作。程序 ：为实现特定目标或解决特定问题，用计算机程序设计语言编写的指令序列集合。数据结构 + 算法 = 程序1.4 信息的数字化计算机最主要的功能是信息处理。要使计算机能处理信息，首先必须将各类信息转换成由二进制数0 和 1 的组合表示的代码。计算机要处理的数据除了数值数据之外，更多的是字符、图像、图形、声音等非数值信息所对应的非数值数据。在计算机内部，各种信息都必须经过二进制编码后才能被传送、存储和处理。1.4.1 数字化编码的概念编码 ：采用少量的基本符号，按照一定的组合原则，表示大量复杂多样的信息。基本符号的种类和这些符号的组合规则是一切信

22、息编码的两大要素。在计算机中， 广泛采用的是只用“0”和“ 1”两个基本符号组成的二进制码。1.4.2 二进制数数制 ：进位计数制，是指用统一的符号规则来表示数值的方法。如十进制、二进制等。十进制数有十个基本数码0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9，进位原则是逢10 进 1，基数为 10。二进制数有两个基本数码0 , 1, 进位原则是逢2 进 1，基数为2。在计算机中，广泛采用的是只用“0”和“ 1”两个基本符号组成的二进制码。1.4.3 数制之间的转换计算机领域中更多的是使用二进制、八进制和十六进制等数制。八进制有八个基本数码0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7，

23、进位原则是逢8 进 1，基数为8。十六进制有十六个基本数码0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9，A, B, C, D, E , F, 进位原则是逢16 进 1，基数为 16。进制的转换非十进制数转换为十进制数十进制数转换为非十进制数二进制、八进制、十六进制之间转换1.4.4 计算机中的常用编码在计算机中只能识别二进制数码信息，因此任何形式的数据如数字、字母、 汉字等信息进入计算机都要用二进制数的特定编码表示。当然编码可以有多种方法，但为了便于交换、处理，必须采用统一的编码方法。1.数字编码 BCD （Binary Coded Decimal）编码（二 十进制编码 / 842

24、1BCD 码） ，用四位二进制数的形式直接表示一位十进制数。2.字符编码表示文字信息和控制信息的基础是各种字符，各种字符必须按一定规则用二进制编码表名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 7 页 - - - - - - - - - 示，才能为计算机所识别。常用的字符编码有ASCII 码、 EBCDIC码和 Unicode 码等。1)ASCII 码ASCII 码是由美国国家标准委员会制定的一种包括数字、字母、通用符号、控制符号在内的字符编码集，全称叫美国国家信息交换

25、标准代码。ASCII 码是一种7 位二进制编码，能表示 27=128 种国际上最通用的西文字符。其中包括四类最常用的字符： 数字“0” “ 9” ；字母，包括26 个大、小写的英文字母；通用字符和控制符号。2)EBCDIC代码扩展二十进制交换码（Extended Binary-Coded Decimal Interchange Code） 。这种字符编码主要用在IBM公司的计算机中，采用 8 位二进制表示， 有 256个编码状态， 但实际运用时只选用其中一部分。3)Unicode 码Unicode 是一种 16 位的编码，能够表示65000 个字符或符号。而目前世界上的各种语言一般都只用到34

26、000 多个符号，所以Unicode 可以用于大多数的语言。Unicode 与 ASCII 码完全兼容。目前，Unicode 已经在 Windows NT、 OS/2、Office2000等软件中广泛使用。3.汉字编码为了适应计算机处理中文信息的需要，从输入、处理、保存、输出等方面对汉字进行编码。有：输入码、国标码、机内码、字形码等。1)国标码国家标准总局制定的“中华人民共和国国家标准信息交换汉字编码”，代号为“GB2312 80”。这种编码称为国标码。统计出最常用的6763 个汉字，其中一级汉字3755个，按汉语拼音排列；二级汉字3008 个，按便旁部首排列，图形符号682 个。每个汉字占两

27、个字节。在 GB2312 80 中，将全部国标汉字及符号组成一个9494 的矩阵。 在此方阵中， 每一行称为一个“区”，每一列称为一个“位”。这样就组成了一个有94 个区（ 01 94） ，每个区有 94 个位（ 0194）的汉字字符集。将区号和位号组合在一起就形成了“区位码”。区位码可以唯一确定某一个汉字或符号，反之也一样。国标码前两位区码20H 国标码后两位位码20H 2)机内码在计算机内部，汉字作为字符（不涉及字形）进行存储、 加工等处理时所用编码称为汉字机内码，简称机内码或内码。目前使用的汉字机内码是国标码的变形。机内码国标码8080H 3)字形码汉字字形码即汉字字形的编码，亦称字模。

28、 用于汉字在屏幕或打印机的输出。一般把一个汉字看成一个特定的图形，用点阵进行描述，还有矢量和曲线逼近等描述方式。4)输入码标准的计算机键盘不具备直接输入汉字的功能，只能依靠另行设计的汉字输入码来实现现行的汉字输入方案众多，每种方案对同一汉字的输入编码固然并不相同，但经转换后存入计算机内的机内码均相同，这个工作由汉字代码转换程序依靠事先编制好的输入码对照表完成转换。常用的有全拼拼音输入法、智能ABC输入法、微软拼音输入法、五笔字型输入法等。小结本章内容作业：习题集第1 章习题名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 7 页 - - - - - - - - -