计算机科学基础(1-2)要点备课讲稿.ppt

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1、计算机科学基础(1-2)要点第第 1 章章 引论引论第第 2 章章 数据表示及逻辑基础数据表示及逻辑基础第第 3 章章 计算机硬件计算机硬件第第 4 章章 操作系统操作系统第第 5 章章 算法基础算法基础第第 6 章章 语言、程序和软件语言、程序和软件第第 7 章章 数据库数据库第第 8 章章 网络网络第第 9 章章 高级主题高级主题第第10章章 信息社会信息社会2第 1 章 引论 有关计算机及其相关的基本知识3计算机是什么数据处理机模型现代计算机模型计算机系统信息系统因特网和万维网 计算机文化和计算思维概要4计算机科学(Computer Science)n关于计算机的科学l涵盖计算机的方方面

2、面（这里不讨论它的全部）l计算机及其网络给人类社会、生活、学习诸方面带来的巨大影响n大学计算机课程一般包括l计算机基础（基础类的课程）l程序设计（基础类的课程）l计算机应用（与专业相关的课程）5计算机科学(Computer Science)n本课程介绍的计算机科学的基本知识包括l计算机系统（大多为计算机硬件）l计算机软件l数据处理（算法）l计算机网络l计算机操作方面（教材中没有）将另外给出要求文字处理电子表格数据库动画制作61.1 计算机是什么p17 世纪时 英文 Computer 一词是指从事计算工作的人。p20 世纪时 随着美国开始研制自动计算装置，计算机被赋予了机器的含义。计算机被公认为

3、人类发展史上发展最快、影响最大的新学科。71.1 计算机是什么p出现越来越多的计算机术语nComputer SciencenComputer TechnologynComputer EngineeringnInformation Technology，IT（全球第一大产业）p今天的计算机n技术上，体积越来越小，功能越来越强n用途上，由专业设备变成消费类电子产品81.1 计算机是什么p计算机和计算n计算l是数学的基础l也是计算机的基础n最初对计算机的期望 能够实现数学意义上的“自动计算”。n现实状况 认识到计算机的巨大潜能，客观世界的许多形态都能够被“数字化”，能够被计算机存储和处理。91.1

4、计算机是什么p计算机素养即计算思维（Computation Thinking）n知道计算机能够做什么n知道计算机是如何做到的n对客观世界（自己专业）中的问题进行抽象表示，再由计算机处理101.1 计算机是什么p计算机是什么 计算机是一种现代化的信息处理工具，它对信息进行处处处处理理理理并提供结果，其结果（输输输输出出出出）取决于所接收的信息（输输输输入入入入）及相应的处理算算算算法法法法。计算机科学技术百科全书 核心词汇：信息、处理、算法111.1 计算机是什么p计算机科学与技术 其核心包括计算机的设设设设计计计计、制制制制造造造造，以及运用计算机进行信信信信息息息息处处处处理理理理（获取、表

5、示、存储、加工、控制）的相关理论理论理论理论、原则原则原则原则、方法方法方法方法和技术技术技术技术。n计算机科学 研究计算机现象和揭示其规律。n计算机技术 研制计算机和使用计算机进行信息处理的方法和手段。121.2 数据处理机模型pData Processor Computer 处理数据数据数据数据（Data），得到信息信息信息信息（Information）。nData 原材料nInformation 制成品p数据处理机模型n黑盒模型n带有程序功能的处理机模型131.2 数据处理机模型1.黑盒模型 不考虑计算机的内部结构，从功能上看，计算机就是处理数据的机器。（图 1-1）l输入相同的数据，能

6、够重现输出结果l输入不同的数据，输出结果会发生改变 黑盒模型能帮助普通（非计算机专业）用户理解计算机，但不能反映出计算机的复杂性、灵活性等数据处理能力。141.2 数据处理机模型2.具有程序能力的数据处理机（图 1-2）n程序（Program）l预先制定的完成特定工作的步骤l程序是处理数据的算法的具体实现n计算机的输出取决于程序（复杂性）l相同的数据，相同的程序，结果一定相同l相同的数据，不同的程序，结果一般不同l不同的数据，不同的程序，结果可能相同151.2 数据处理机模型2.具有程序能力的数据处理机（图 1-2）n该模型赋予了计算机极大的灵活性l能够按照“程序”进行工作l程序是事先编制好并

7、存放在计算机内部的n程序原理 只要让计算机执行不同的程序，就可以得到各种期望的数据处理结果。161.3 现代计算机模型 冯诺依曼计算机不但给出了计算机的功能，还定义了计算机内部的结构。171.3 现代计算机模型1.计算机的五个组成部分输入设备 Input 输入数据和程序。运算器 Arithmetic Logic Unit 执行各种算术运算和逻辑运算。存储器 Memory 存储程序、原始数据、中间结果和最终结果。控制器 Controller 控制计算机所有部件，协调整个系统的有序工作。输出设备 Output 输出程序的执行结果。181.3 现代计算机模型1.计算机的五个组成部分nALU 和 Co

8、ntroller 被称为 CPUn现代计算机被认为由三个子系统组成处理器子系统（CPU）存储器子系统（Memory）输入输出子系统（I/O）201.3 现代计算机模型2.程序存储原理n现代计算机模型要求（即程序存储原理程序存储原理程序存储原理程序存储原理）l程序在执行前存放到存储器中l程序和数据采用同样的格式（方式）n解决了如何能使计算机自动执行程序的难题n程序的“重用”编程效率211.4 计算机系统p计算机系统n计算机系统是一个大的概念，由硬件系统硬件系统硬件系统硬件系统和软件系统软件系统软件系统软件系统组成（计算机本身计算机本身计算机本身计算机本身也只是计算机系统中的一部分）n还包括所处理

9、的数据数据数据数据和使用计算机的用户用户用户用户221.4 计算机系统计计算机系算机系统统硬件系硬件系统统处处理器系理器系统统（主机）（主机）存储器系统存储器系统外部设备外部设备输入设备输入设备输出设备输出设备软软件系件系统统系统软件系统软件操作系统操作系统编程语言编程语言工具软件工具软件应用软件应用软件办公软件办公软件其他应用软件其他应用软件231.4 计算机系统1.硬件系统n计算机物理设备叫做硬件（Hardware）n第一台现代计算机 诞生于 1946 年的 ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Computer，电子数字积分计算机）。241.

10、4 计算机系统1.硬件系统n计算机硬件史l第一代 1946 1958 电子管l第二代 1959 1963 晶体管l第三代 1963 1975 集成电路（IC）l第四代 1975 大规模集成电路（LSIC）个人计算机（PC）在这个时期得以发展。251.4 计算机系统1.硬件系统n计算机的类型按计算机的规模及销售价划分l巨型计算机（Supercomputer）l大型计算机（Mainframe Computer）l小型计算机（Minicomputer）l微型计算机（Microcomputer 或 Personal Computer，PC）嵌入式系统（高档家电、智能手机）261.4 计算机系统1.硬件

11、系统n硬件的三个子系统（第三章第三章第三章第三章）l处理器系统单个处理器芯片多核处理器芯片（芯片上集成了多个处理器）271.4 计算机系统1.硬件系统n硬件的三个子系统（第三章第三章第三章第三章）l处理器系统l存储器系统内存或主存（半导体材料，直接连处理器）外存或辅存（磁盘、光盘等，外置的独立部件）281.4 计算机系统1.硬件系统n硬件的三个子系统（第三章第三章第三章第三章）l处理器系统l存储器系统l输入输出系统输入设备包括键盘、鼠标等输出设备包括显示器、打印机等291.4 计算机系统2.计算机软件n与计算机相关的文档、程序、语言等都归类为软件n软件系统l系统软件：服务于计算机本身的软件l应

12、用软件：解决特定问题的软件n软件的进化（后面再详细介绍）l从专业发展成为产业301.4 计算机系统3.计算机是如何运行的n通电后lCPU 执行启动程序 BIOSl操作系统从外存被调入内存执行nBIOS 引导完成后l计算机由操作系统进行管理和控制311.5 信息系统 信息系统（Information System）遍及社会的各个方面，如银行、图书馆、教务、票务、超市等等，是一个基于计算机的复杂系统，其基本功能是为需要者提供特定的信息，支持用户迅速、有效地输入、存储、处理和获取信息。321.5 信息系统 信息系统的 6 个要素：硬件软件数据信息人用户（People or User）l以计算机为职业

13、的专业人员（约 5%）l使用计算机的应用人员（约 95%）过程处理通信331.6 因特网和万维网 两台以上的计算机互连就可以成为一个网络（Network），世界上最大的网络就是因特网（Internet）。341.6 因特网和万维网1.因特网n以资源共享为目的n网络的网络n网中所有机器都是“平等”的n具有开放的特性n虚拟社会351.6 因特网和万维网2.万维网nWorld Wide WeblWWW，简称为 Web，中文名为万维网nInternet 的一种应用（技术）lLink and Webpage and Websitel因特网提供的最大的服务l现实：Internet 的代名词361.7 计算

14、机文化和计算思维p计算机从装置装置成为学科学科再发展为文化文化p计算机文化（Computer Literacy）n能够理解计算机是什么n它如何被作为资源资源资源资源使用371.7 计算机文化和计算思维p计算机从装置装置成为学科学科再发展为文化文化p计算机文化（Computer Literacy）p计算思维（Computational Thinking）n运用计算机科学的基础概念进行问题求解问题求解问题求解问题求解、系统设计系统设计系统设计系统设计、人类行为理解人类行为理解人类行为理解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n本质是抽象抽象抽象抽象和自动化自动化自动化自动化381.7

15、计算机文化和计算思维p计算思维的特征计算思维是什么计算思维是什么计算思维不是什么计算思维不是什么1是概念化不是程序化2是根本的不是刻板的技能3是人的思维不是计算机的思维4是思想不是人造物5是数学与工程思维的互补与融合 不是空穴来风6面向所有的人，所有的地方不局限于计算学科39第2章 数据表示及逻辑基础 介绍计算机中数据的表示方法及相关的基本知识40数制及其转换计算机中的数（数值）编码（非数值）与文本多媒体数据逻辑基础概要412.1 概述p计算的对象是数n计算机中数数数数（值）的表示n各种现实世界对象对象对象对象的“数据数据数据数据”的表示n数的表示数的表示数的表示数的表示延伸到了数据的表示数据

16、的表示数据的表示数据的表示p不同的数据类型对应不同的处理方式n数值数值数值数值 科学计算（算术运算）n文本文本文本文本 排版、增删、n图像图像图像图像 缩放、旋转、压缩、n音频音频音频音频 混音、压缩、422.1 概述p统一的数据表示方法n无论何种类型的数据，在计算机中的基本形态都是二进制二进制二进制二进制（0 0 和 1 1）n有“数制数制数制数制”和“码制码制码制码制”两类形式，前者可直接进行数学运算，后者则用于表示不同对象的属性432.1 概述pNumber Systemn“计数（或记数）体制”n多位数中每一位的构成方法以及实现从低位到高位的进位规则，也叫做进制进制进制进制p数学家们研究

17、数制的规则和规律p计算机科学中n将数制规则和规律通过电路电路电路电路实现n常用的有二进制二进制二进制二进制、十进制十进制十进制十进制、八进制八进制八进制八进制、十六进制十六进制十六进制十六进制442.2 数制1.常用数制pR 进制nR 个数码，数码从 0 到 R-1n其值：每位数码数码数码数码和该位的权系数权系数权系数权系数的乘积n权系数也叫做幂幂幂幂次次次次或叫做权权权权重重重重（Power Weight）p逢 R 进 1n计数规则452.2 数制1.常用数制p十进制 Decimal Systemn09，逢十进一p二进制 Binary Systemn位位位位（比特，bitbit）是计算机处理

18、的最小单位最小单位最小单位最小单位n0 和 1 两个数码，被组合成各种序列以适应计算机的运算和处理的数据类型n选择二进制最直接的理由是它容易被物理器件实现462.2 数制1.常用数制p十进制 Decimal Systemn09，逢十进一p二进制 Binary Systemn二进制起源于中国 八卦472.2 数制1.常用数制p十进制 Decimal Systemn09，逢十进一p二进制 Binary Systemn二进制起源于中国 八卦n可以用十进制的多项式表示一个二进制数101011012 =127+026+125+024+123+122+021+120482.2 数制1.常用数制p八进制 O

19、ctal Systemn8 个数码：0、1、2、3、4、5、6、7n8=23 1 位八进制对应于 3 位二进制p十六进制 Hexadecimal Systemn16 个数码：0 9，A、B、C、D、E、Fn字节字节字节字节（ByteByte，8 个二进制位，2 位十六进制）n16=24：1 位十六进制对应 4 位二进制492.2 数制2.二进制的基本运算p二进制加法0+0=00+1=11+0=11+1=10（Here Carry）p二进制乘法0 0=00 1=01 0=01 1=1502.3 数制转换1.二进制数和十进制数的转换p二进制数转换为十进制数n按 2 的幂次（权）展开1101.012

20、 =1 23+1 22+0 21+1 20+0 2-1+1 2-2 =8+4+0+1+0+0.25 =13.25 10p十进制数转换为二进制数n整数 除除除除以 2，取其余余余余n小数 乘乘乘乘以 2，取其整整整整512.3 数制转换2.二进制数与八进制数、十六进制数的转换 二进制与八进制数、十六进制数都存在着对应的幂次关系。p二进制数和八进制数转换p 257.0648=10 101 111.000 110 12522.3 数制转换2.二进制数与八进制数、十六进制数的转换 二进制与八进制数、十六进制数都存在着对应的幂次关系。p二进制数和十六进制数转换p 10110101.001012=B5.2

21、816532.3 数制转换3.十进制数与八进制数、十六进制数的转换 采用与十-二进制数转换相同的方法，数制转换方法可以用数学方法加以证明，而在计算机中，数制转换可通过执行程序来完成。n表 2-1 十进制数、二进制数、八进制数、十六进制数转换表nWindows 的计算器应用程序（“程序员”模式）542.4 计算机中的数p定义符号位n0 表示正数n1 表示负数 1011 01011 1011 11011 真值 机器数552.4 计算机中的数p定义运算数n原码（Original Code）n反码（Ones Complement）n补码（Twos Complement）n按不同的运算使用不同的码和不同

22、的运算方法来设计运算器562.4 计算机中的数1.原码、反码和补码p 原码原码 即机器数，简单、直观，方便乘法运算方便乘法运算方便乘法运算方便乘法运算。p 反码反码 正数的反码与原码相同；负数的反码符号位为 1，其余按位取反。用于求补码用于求补码用于求补码用于求补码。p 补码补码 正数的补码与原码相同，负数的补码等于其反码加 1。用于减法运算用于减法运算用于减法运算用于减法运算。572.4 计算机中的数2.定点数和浮点数p 定点数定点数n固定小数点n有定点纯小数定点纯小数定点纯小数定点纯小数和定点纯整数定点纯整数定点纯整数定点纯整数两种n对硬件的要求简单，数的表示范围受限p 浮点数浮点数n小数

23、点位置浮动，来源于科学计数法n对硬件的要求复杂，数的表示范围大、精度高582.5 编码和文本p除代表“量”之外，数还能用来“编码”p编码标记特定的对象，便于记忆和查找p设计编码的规则称为“码制”（Code System）p重要概念n位模式n常用编码：ASCII码、汉字编码、多媒体数据591.位模式n用 0 和 1 组成的二进制位序列及其组合规则称为“位模式位模式位模式位模式”（bit pattern）n用位模式来表示数据，就是编码编码编码编码n位模式的二进制位序列长度取决于被编码对象的数量2.5 编码和文本602.文本和文档p文本（Text）n文本中每一个符号（字母、标点），都以一个唯一的二进

24、制位序列（编码）表示n文本在计算机中就是一长串位模式对应的二进制数n最基础的文本编码是 ASCII ASCII 码码码码（American Standard Code for Information Interchange）2.5 编码和文本612.文本和文档p文档（Document）n是带有格式的文本，是文本格式的扩展n文档中还包含许多特征码，如字体格式、段落格式等n记事本 纯文本文件2.5 编码和文本623.ASCII 码n美国标准信息交换代码n被 ISO 确定为国际标准 ISO 646nASCII 码字符集包含 128 个字符，需采用 7 位二进制数编码，从 0000000 到 1111

25、111n8 位的扩展 ASCII 码用于给特殊字符、外来语字母和图形符号编码2.5 编码和文本634.Unicode 编码（ISO 10646）n通用多文种字符集n可表示几乎世界上所有书写语言的字符编码标准 被称为“统一码”、“单一码”、“万国码”nISO 采用的是 32 位模式，可支持超过百万个字符的编码n用于世界范围各种语言文字的文本形式的字符集，也收集了汉字2.5 编码和文本645.汉字编码 中国于 1981 年颁布的信息交换用汉字编码字符集基本集，称为国家标准信息交换用汉字编码，简称为国标码（国家标准代号为 GB 2312-80）。2.5 编码和文本655.汉字编码p国标码n国际字符集

26、收入两级共 6763 个常用汉字l一级汉字 3755 个，按汉语拼音顺序排列；l二级汉字 3008 个，按偏旁部首顺序排列。n其中还包括 692 个符号n字符集中每个字符都被指定了一个双 7 位的二进制编码2.5 编码和文本665.汉字编码p汉字输入码n音码类 全拼、微软拼音、智能 ABCn形码类 五笔字型、郑码p汉字机内码汉字国标码 机内码 中 1010110 1010000 11010110 11010000 华 0111011 0101010 10111011 101010102.5 编码和文本675.汉字编码p汉字字形码 汉字字形点阵p汉字地址码 汉字在字库中的相对位移地址，和机内码有

27、简明的对应转换关系。2.5 编码和文本685.汉字编码p港澳台地区使用繁体汉字 BIG 5 码p1995 年的 GBK 扩展汉字编码标准n是 GB231280 的扩展n收录了 2.1 万多个汉字nGBK 支持ISO 10646 中的全部中、日、韩汉字2.5 编码和文本695.汉字编码p2001 年的 GB 18030 汉字编码标准n是 GBK 的升级n编码空间为 160 万码位，目前纳入汉字约为 2.6 万个2.5 编码和文本702.6 多媒体数据p多媒体是指文本、图形、音频、视频等多种数据表现形式p今天的计算机和网络都支持多媒体数据处理，但相关技术仍不够成熟711.图形和图像p图形（Grap

28、hics）n通过绘图软件绘制的由直线、圆、圆弧、任意曲线等组成的画面，以矢量图形文件形式存储n矢量图文件中存储的是一组描述各个图元的大小、位置、形状、颜色、维数等属性n由“轮廓”和“填充”两部分组成2.6 多媒体数据721.图形和图像p图形（Graphics）n进行缩放操作时不失真，占用存储空间小2.6 多媒体数据731.图形和图像p图像（Image）n扫描仪、数码相机等捕捉的真实场景画面产生的映像，数字化后以位图（Bitmap）文件形式存储n位图文件中存储的是构成图像的每个像素点的亮度、颜色等属性2.6 多媒体数据741.图形和图像p图像（Image）n缩放后图像会失真，占用的存储空间大2.

29、6 多媒体数据752.音频p音频（Audio）包括声音（Voice）和音乐（Music）p复杂的声波由许多具有不同振幅和频率的正弦波组成2.6 多媒体数据76振幅振幅振幅振幅A A周期周期周期周期T T2.音频p声波的属性n振幅 A：波形相对基线 的最大位移，反映音量n振动周期 T：波形中两个相邻的波峰（或 波谷）间的距离n频率 f：周期的倒数，单位为赫兹（Hz）2.6 多媒体数据772.音频p模拟信号的数字化n音频、图像等都是模拟信号，是连续性的n要用计算机对音频信息进行处理，就必须将它转换成数字信号2.6 多媒体数据模拟信号模拟信号模拟信号模拟信号采样采样采样采样量化量化量化量化编码编码编

30、码编码数字信号数字信号数字信号数字信号782.音频pMP3n高质量的音效需要大量的音频数据n存储大尺寸数据需要采用数据压缩技术nMP3是一种音频压缩技术，其全称是动态影像专家组音频层 3（Moving Picture Experts Group Audio Layer III）n压缩比为 1:122.6 多媒体数据793.视频 是将一幅幅独立图像（称为帧，Frame）组成的序列按照一定的速率连续播放，利用视觉暂留现象在人的眼前所呈现出的连续运动的画面。4.动画 是连续播放的独立图形所呈现出的连续运动的画面。2.6 多媒体数据801.逻辑“与与”基本逻辑关系 只有决定结果的条件全部满足，结果才成

31、立。2.7 逻辑运算逻辑逻辑与与运算运算 逻辑与的真值表逻辑与的真值表ABA AND BFFFFTFTFFTTT812.逻辑“或或”基本逻辑关系 决定结果的条件中只要任何一个满足，结果就成立。2.7 逻辑运算逻辑逻辑或或运算运算 逻辑或的真值表逻辑或的真值表ABA OR BFFFFTTTFTTTT823.逻辑“非非”基本逻辑关系结果对条件的“否定”。2.7 逻辑运算逻辑逻辑非非运算运算 逻辑非的真值表逻辑非的真值表ANOT AFTTF834.逻辑“异或异或”复合逻辑关系两者不可兼得。2.7 逻辑运算 逻辑异或的真值表逻辑异或的真值表ABA XOR BFFFFTTTFTTTF842.7.2 逻辑代数（略）也称布尔代数，运用代数学的方法研究逻辑关系，通过变换、简化或组合等方法进行逻辑设计。2.7.3 门电路（略）实现基本逻辑关系的电路是逻辑电路中的单元电路，称为门（Gate）电路。2.7 逻辑运算85p逻辑设计1.按照给出的具体问题，由真值表得到逻辑表达式；2.再根据逻辑定律进行必要的化简、变换，设计出最优的逻辑表达式；3.最后用逻辑电路加以实现。2.8 逻辑设计基础（略）86此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢