第1章计算机和数字基础知识讲义.ppt

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1、计算机和数字基础知识计算机和数字基础知识第第1章章1本章目的本章目的了解数字化革命的社会背景，了解计算机的基础知识，理解计算机的数据表示与数据处理的基本原理，理解微处理器工作原理。21第第1章章 计算机和数字基础知识计算机和数字基础知识3本章内容本章内容A部分:一切数字事物B部分:数字设备C部分:数字数据表示D部分:数字化处理E部分:密码安全1SECTIONA第第1章章 计算机和数字基础知识计算机和数字基础知识4一切数字事物一切数字事物数字革命一体化数字社会1第第1章章 计算机和数字基础知识计算机和数字基础知识5数字革命数字革命数字革命数字革命是正在发生的由数字技术（例如计算机和因特网）引起的

2、社会、政治和经济变化的改变过程 一大批技术,包括数字电子,计算机,通信网络,Web以及数字化加速了数字革命1第第1章章 计算机和数字基础知识计算机和数字基础知识6数字革命数字革命数字电子技术用电子电路来表示数据现在，数字电子装置包括计算机、便携式媒体播放器（如iPod）、数码相机和摄像机、蜂窝电话、收音机和电视机、GPS、DVD and CD播放器、电子书阅读器和街机游戏1第第1章章 计算机和数字基础知识计算机和数字基础知识7数字革命数字革命数字革命的第二阶段始于因特网的使用对公众开放 之时电子邮件电子公告牌聊天组博客在线社交网络1第第1章章 计算机和数字基础知识计算机和数字基础知识8数字革命

3、数字革命计算机网络计算机网络是一组用有线或者无线技术连接到一起的计算机，其目的是共享数据和资源Web是可以通过因特网访问的链接的文档、图片和声音的集合网际空间网际空间是一个术语，指大量出现在计算机网络中的实体数字化数字化是一个将文本、数字、声音、照片和视频转化为能被数字设备处理的数字信息的过程1第第1章章 计算机和数字基础知识计算机和数字基础知识9一体化一体化技术一体化技术一体化是一些具有不同功能的技术整合在一起形成单一产品的过程一体化易于提高功能性和方便性1第第1章章 计算机和数字基础知识计算机和数字基础知识10数字社会数字社会 数字技术和通信网络使跨越文化和地理鸿沟变得容易匿名的网站（如F

4、reenet）和匿名的工具可以隐藏人的身份，甚至可以实现在报复压力下的言论自由自由社会的公民有保护自我隐私的期望知识产权是指对某些类型的信息、概念或表示的所有权1第第1章章 计算机和数字基础知识计算机和数字基础知识11数字社会数字社会数字技术在全球和国家的经济中是一个重要因素，另外，它还影响到个人的经济状况全球化可以被定义为由跨国商业的增加和金钱在国家间更为自由的流动引起的世界范围的国家间经济互相依赖个人会受到数字鸿沟的影响，数字鸿沟是指接触数字技术的人与不接触数字技术的人之间的鸿沟数字技术渗入到现代生活最核心的部分1SECTIONB第第1章章 计算机和数字基础知识计算机和数字基础知识数字设备

5、数字设备计算机基础知识个人计算机、服务器、大型机和超级计算机PDA、便携式播放器和智能电话微控制器121计算机基础知识计算机基础知识计算机的定义：计算机计算机是在程序的指令集控制下，接受输入、处理数据、存储数据并产生输出的多用途设备。131计算机的概念计算机的概念输入输入输入输入是指送入计算机系统的一切数据。输入可以由人、环境或其他的计算机提供。数据数据数据数据泛指那些表示某些事实、对象和思想的符号。例如：单词、数据、符号、图形、温度、音频信号以及计算机指令等。处理处理处理处理指用不同的方法操作数据。计算机处理数据处理数据处理数据处理数据的方式包括执行计算、对词汇和数字的列表进行排序、修改文档

6、或图片以及绘图。中央处理器中央处理器中央处理器中央处理器(CPU)(CPU)是计算机的核心和“大脑”，它负责处理、运算计算机内部的所有数据。大部分的数据处理在中央处理器中进行。141计算机的概念计算机的概念内存内存是计算机中临时存放正在等待处理、存储或者输出的数据的地方。存储器存储器是长期存储那些不需要立即处理的数据的地方。文件文件是存在于存储介质中的命名的数据集合。输出输出是指计算机产生的结果。输出的形式包括报表、文档、音乐、图形和图片等。151第第1章章 计算机和数字基础知识计算机和数字基础知识16计算机基础知识计算机基础知识计算机程序计算机程序指控制计算机执行处理任务的指令集，或简称程序

7、程序。程序构成了软件软件。软件软件是一系列按照特定顺序组织的电脑数据和指令的集合，能使计算机执行某个特定任务。应用软件应用软件应用软件应用软件是一套帮助人执行任务的计算机程序系统软件系统软件系统软件系统软件的主要目的是帮助计算机系统监视自身，以便更有效率的运行操作系统(OS)1计算机的概念计算机的概念171手势识别系统手势识别系统181Wii的动态感应操作的动态感应操作191个人计算机、服务器、大型机和超级个人计算机、服务器、大型机和超级计算机计算机计算机的分类分类是指根据计算机的用途、价格、体积和性能等标准将其分成几个不同的类型。在历史上，可以界定三种不同类型的计算机：大型机大型机、小型机小

8、型机和微型计算机微型计算机。现在，计算机可以分为：个人计算机个人计算机、掌上电掌上电脑脑、工作站工作站、视频游戏控制台视频游戏控制台、大型机大型机、超级超级计算机计算机以及服务器服务器。201个人计算机个人计算机个人计算机个人计算机个人计算机个人计算机是为满足个人计算的需要而设计的一种微型计算机。个人计算机通常能运行类型广泛的应用软件。个人计算机有桌面计算机桌面计算机桌面计算机桌面计算机、笔记本笔记本笔记本笔记本和平板电脑平板电脑平板电脑平板电脑等几种形式。桌面计算机桌面计算机桌面计算机桌面计算机可以放置在桌面上，使用墙壁上的电源供电。笔记本电脑笔记本电脑笔记本电脑笔记本电脑是一种体积小、重量

9、轻，并将屏幕、键盘、存储器以及处理器整合成一个便携整体的个人计算机。平板电脑平板电脑平板电脑平板电脑是带有能用作手写板或绘图板的触摸式屏幕的便携式计算机。211个人计算机个人计算机221“可转式可转式”平板电脑平板电脑 231工作站工作站工作站工作站工作站工作站的第一个含义指为执行专业任务所设计的性能强劲的桌面计算机。例如建筑设计、医学成像、计算机辅助设计等。工作站工作站工作站工作站大多专用于设计任务，而不用于完成文字处理、相片编辑和Web访问等常见的微型计算机应用程序。工作站工作站工作站工作站的第二个含义是指与网络建立了连接的普通个人计算机。241视频游戏控制台视频游戏控制台视频游戏控制台视

10、频游戏控制台视频游戏控制台视频游戏控制台是计算机，但一般不被视为一种计算机类型。（例如，任天堂GameCube、索尼PlayStation、微软Xbox）现在的视频游戏控制台视频游戏控制台视频游戏控制台视频游戏控制台包括一个高性能的微处理器，并能产生高质量的图像。其他附件包括键盘、DVD播放器以及因特网连接等。251大型计算机大型计算机大型计算机大型计算机通常体积庞大、价格昂贵、能够同时为几百甚至数千用户同时处理数据。大型计算机大型计算机大型计算机大型计算机特点是高可靠性、高可用性以及高服务性。大型计算机大型计算机大型计算机大型计算机一般应用于企业或政府部门，为大量数据提供集中式存储、处理和管

11、理。IBM z9 109大型计算机261超级计算机超级计算机超级计算机超级计算机超级计算机超级计算机通常是指由数百数千甚至更多的处理器（机）组成的、能计算普通PC机和服务器不能完成的大型复杂课题的计算机。超级计算机超级计算机超级计算机超级计算机通常包括数千个微处理器和海量内存。例如，中国曙光5000A包括6000颗CPU和100TB内存。超级计算机超级计算机超级计算机超级计算机能够承担其他计算机所不能处理的复杂任务。例如天气预报、模拟核弹爆炸、核能开发、蛋白质结构分析等。271第第1章章 计算机和数字基础知识计算机和数字基础知识28超级计算机超级计算机蓝色基因超级计算机蓝色基因超级计算机1服务

12、器服务器在计算机行业，服务器服务器可以指硬件、专门的软件以及软硬件的结合体。服务器服务器的目的是通过给网络（如因特网和局域网）上的计算机提供数据来提供服务。向服务器请求数据的个人计算机、工作站或软件称为客户端客户端。任何个人计算机、工作站、大型机或者超级计算机都可以配置成服务器服务器。291PDA和掌上电脑和掌上电脑PDA（个人数字助理）（个人数字助理）是袖珍数字记事簿，它带有小型标准键盘或者触摸屏幕，靠电池运行，并在掌中使用。掌上电脑掌上电脑在本质上是带有例如移动存储器、电子邮件、Web接入、语音通信、内置相机和GPS等功能的加强版PDA。掌上电脑的功能功能几乎包括台式机的所有功能。掌上电脑

13、的缺点缺点缺点缺点是处理数据的速度较慢，屏幕较小，数据输入较困难，电池供电时间短等。301第第1章章 计算机和数字基础知识计算机和数字基础知识31智能电话和便携式播放器智能电话和便携式播放器智能电话智能电话，除了语音通讯外，还包含其它功能，如完整的标准键盘、文本消息、电子邮件、Web接入、移动存储器、照相机、FM收音机、数字音乐播放器、游戏软件、财务管理、个人管理、GPS和地图等。iPod和其它类似装置被归类于便携式媒体播放器，因为他们的主要功能是播放音乐、播放视频和存储照片。1第第1章章 计算机和数字基础知识计算机和数字基础知识32微控制器微控制器微控制器微控制器是一种内置到它所控制的机器中

14、的专用微处理器微控制器可以被嵌入到各类日常使用的设备中1SECTIONC第第1章章 计算机和数字基础知识计算机和数字基础知识数字数据表示数字数据表示数据表示基础知识数字、文本和图片的表示位和字节的量化电路和芯片331数据表示基础知识数据表示基础知识数据表示数据表示是指数据存储、处理和传输的形式数字设备数字设备处理的是离散数据，例如0和1模拟设备模拟设备处理的是连续的数据数字数字数字数字 模拟模拟模拟模拟341数字、文本和图片的表示数字、文本和图片的表示计算机是数字设备数字设备。计算机电路中只有“开”和“关”两种形式。“开”代表1，“关”代表0。一个0或者1称为一个位位。例如：1100可表示为“

15、开”“开”“关”“关”四个位。计算机用0和1或者说“开”和“关”来表示数字、字母、标点符号、音乐、图片和视频等数据。351数字、文本和图片的表示数字、文本和图片的表示数字数据数字数据由可用在算术运算中的数字组成。计算机使用二进制数字系统来表示数字数据。二进制数字系统二进制数字系统以2为基，只有两个数字：0和1361十进制与二进制十进制与二进制十进制有十个数字，二进制只有两个。在十进制中，数到9要进位，在二进制中，数到1要进位。在十进制中，用“10”来表示9以后的下一个数，其中“0”是占位符，“1”代表由10个1组成的一组。在二进制中，用“10”来表示1以后的下一个数，其中“0”是占位符，“1”

16、代表由2个1组成的一组。371数字、文本和图片的表示数字、文本和图片的表示字符数据字符数据由字母、符号和不用在算术运算中的数字组成。计算机用一系列的位表示字母、字符和不用在算术运算中的数字。381计算机编码的种类计算机编码的种类ASCIIASCII码码码码（美国信息交换标准码）用7位的0和1来表示每个字符。ASCII码为128个字符提供编码，这些字符包括大小写英文字母、标点符号和数字。例如：大写“A”的ASCII码是1000001扩展扩展扩展扩展ASCIIASCII码码码码（Extended ASCII）是ASCII码的扩展，它用8位的0和1来表示每个字符。扩展ASCII码提供的编码比普通AS

17、CII码多128个字符，增加的字符包括花边文字、圆和其他图形符号。例如：大写“A”的扩展ASCII码是01000001391扩展扩展ASCII码码401计算机编码的种类计算机编码的种类EBCDIC码码（扩展二-十进制交换码）是8位的扩展ASCII码的替代，它通常用在旧式的IBM公司的大型计算机上。统一编码统一编码(Unicode)用16位二进制数为65000个字符提供了编码。它可以用来表示多种语言的字母。例如：俄国古代的拉夫字母的大写“A”为 0000 0100 0001 0000411计算机编码的种类计算机编码的种类GB2312 字符集字符集全称为信息交换用汉字编码字符集基本集，是中国国家标

18、准的简体中文字符集。GB2312收录简化汉字及一般符号、序号、数字、拉丁字母、日文假名、希腊字母、俄文字母、汉语拼音符号、汉语注音字母，共 7445 个图形字符。其中包括6763个汉字，其中一级汉字3755个，二级汉字3008个；包括拉丁字母、希腊字母、日文平假名及片假名字母、俄语西里尔字母在内的682个全角字符。421计算机编码的种类计算机编码的种类GB18030 GB18030 字符集字符集字符集字符集全称是GB18030-2000信息交换用汉字编码字符集基本集的扩充。是我国政府于2000年3月17日发布的新的汉字编码国家标准。2001年8月31日后在中国市场上发布的软件必须符合本标准。G

19、B 18030字符集标准解决汉字、日文假名、朝鲜语和中国少数民族文字组成的大字符集计算机编码问题。该标准的字符总编码空间超过150万个编码位，收录了27484个汉字，覆盖中文、日文、朝鲜语和中国少数民族文字。与Unicode 3.0版本兼容。并且与以前的国家字符编码标准（GB2312，GB13000.1）兼容。431数字、文本和图片的表示数字、文本和图片的表示声音与图片必须转换成计算机能处理的数字形式。数字化数字化数字化数字化就是把原始的模拟数据转换为由0和1表示的数字。数字图像数字图像数字图像数字图像就是用颜色数字表示图像中所有的点。441数字、文本和图片的表示数字、文本和图片的表示声音（音

20、乐和语音）是由声音波形的特性来区分的。声音波形可以用数字化的形式来表示。数字化数字化声音声音的方法是将声音采样为很多点，然后将这些点转换成数字。收集的样本越多，这些点形成的图形就越接近波形的图样。451计算机如何将声音转变成编码？计算机如何将声音转变成编码？461位和字节的量化位和字节的量化一个”位位“（bit）是一个二进制数字01“位”（bit）可以缩写为小写字母“b”一个”字节字节“（byte）由8个位组成0010 01000000 1111“字节”（byte）可以缩写为大写字母“B”471位和字节的量化位和字节的量化“kilokilo”代表1000，被缩写为”K K“。在以2为基数的计算

21、机中，”kilo“精确地表示10241024或2 21010一个千位千位千位千位（kilobit，缩写为kb或kbit）是1024个位一个千字节千字节千字节千字节（kilobyte，缩写为KB或Kbyte）是1024个字节”megamega“代表百万，被缩写为”MM“。在以2为基数的计算机中，”mega“精确的表示1 048 5761 048 576（2 22020）一个兆位兆位兆位兆位（megabit,Mb或Mbit）是1 048 576个位一个兆字节兆字节兆字节兆字节（megabyte,MB或MByte）是1 048 576个字节“gigagiga”代表10亿，被缩写为”GG“。在以2为基

22、数的计算机中，”giga“精确的表示1 073 741 8241 073 741 824（2 23030）一个千兆位千兆位千兆位千兆位（gigabit,Gb或Gbit）大约是10亿个位一个千兆字节千兆字节千兆字节千兆字节（gigabyte,GB或GByte）大约是10亿个字节481位和字节的量化位和字节的量化位（bit）一个二进制数字字节（Byte）8个位千位（Kilobit）1024或210位千字节（Kilobyte）1024或210字节兆位（Megabit）1 048 576或220位兆字节（Megabyte）1 048 576或220字节千兆位（Gigabit）230位千兆字节（Giga

23、byte）230字节兆兆字节（Terabyte）240字节千兆兆字节（Petabyte）250字节兆兆兆字节（Exabyte）260字节491电路和芯片电路和芯片“位”以电脉冲的形式在电路里传送。计算机中所有的电路、芯片和机械元件等都能处理“位”。可以将“位”想像成电子电路的两个状态。“1”表示“开”状态，而“0”表示“关”状态。实际应用中，“1”位是由高电压（如+5V）表示，“0”位是用低电压（如0V）表示。计算机传送“位”就像电灯开关打开后，电在电线中流动一样。501电路和芯片电路和芯片计算机内部所包含的大部分电子元件是集成电路集成电路集成电路集成电路。集成电路集成电路集成电路集成电路（I

24、ntegrated Ciruit,IC），又被称为“计算计算计算计算机芯片机芯片机芯片机芯片”、“微芯片微芯片微芯片微芯片”和“芯片芯片芯片芯片”，是由半导体材料组成的极薄的薄片，它上面有诸如电线、晶体管、电容器、逻辑门和电阻等微型电路元件。511电路和芯片电路和芯片计算机芯片是由半导体材料（硅）组成的。计算机芯片可以分为微处理器微处理器、内存模块内存模块和支支持电路持电路等。双列直插式封装（DIP）双列直插式内存模块（DIMM）引脚网络阵列（DIMM）单边插接卡盒（SEC）521电路和芯片电路和芯片531电路和芯片电路和芯片被称为系统板系统板（“母板”或“主板”）的计算机主电路板中包含所有必

25、要的芯片，并为这些芯片之间提供了连接电路。541芯片怎样组装在一起组成计算机？芯片怎样组装在一起组成计算机？551系统单元系统单元561SECTIOND第第1章章 计算机和数字基础知识计算机和数字基础知识识数字化处理数字化处理程序和指令集处理器逻辑571计算机程序计算机程序数据数据是在计算机程序或是软件的控制下进行处理的。控制数字设备的程序是由计算机程序员用高级编程语言（Basic、C、C+、C#、Java等）编写的。编程语言使用命令词汇（例如Print、If、Write、Display以及Get等）的有限集来形成程序语句。由程序员用高级语言编写的程序叫做源代码源代码。581计算机程序计算机程

26、序#include int main(int argc,char*argv)int l;int sum=0;for(l=0;l=100;l+)sum+=l*l;printf(“The sum 0.100=%dn”,sum);591怎样转换源代码？怎样转换源代码？编译器编译器和解释器解释器可以将源代码转换成0和1的序列。编译器编译器能转换单独程序组中一个程序的所有语句，并将生成的叫做目标代码的结果指令存放在新的文件中。601怎样转换源代码？怎样转换源代码？解释器解释器在程序运行时，一次只能转换并执行一条语句。在语句被执行后，解释器会转换并执行下一条语句，并会一直执行这种操作，直到程序结束。611

27、指令集指令集微处理器是硬布线式的，只能做有限的事情（例如，加法、减法、计数和比较等），这些预编好程序的活动集合叫做指令集指令集指令集指令集。指令集指令集指令集指令集不是用来执行特定任务的，它是通用的。程序员必须创造性的使用指令集。每一条指令都拥有与之对应的0和1序列。例如，00000100可能对应“加”指令机器语言机器语言机器语言机器语言是微处理器指令集的编码列表，它能由处理器的电路直接执行。程序所使用的一系列机器语言指令叫做机器代码机器代码机器代码机器代码。621机器代码机器代码机器代码指令机器代码指令包括两部分：操作码操作码和操作数操作数。操作码操作码是代表操作（例如：加、比较或跳转）的命

28、令字。指令的操作数操作数指定了需要操作的数据或数据的地址。操作码操作码0000010000000001操作数操作数631转换过程如何工作？转换过程如何工作？641转换过程如何工作？转换过程如何工作？程序员程序员高级语言高级语言源代码源代码编编写写编译器或编译器或解释器解释器转转换换机器代码机器代码微处理器微处理器651计算机芯片内部如何工作？计算机芯片内部如何工作？微处理器内部有两类最主要的操作单元：算术算术逻辑单元逻辑单元和控制单元控制单元。ALU（算术逻辑单元）是微处理器能够用来进行算术运算算术运算（例如：加法和减法）以及逻辑运逻辑运算算（例如：比较两数是否相等）的部分。ALU使用寄存器寄

29、存器寄存器寄存器来存放需要处理的数据。控制单元控制单元是用来获取指令、解释指令、取出数据以及告诉ALU应该执行哪个处理操作。661计算机芯片内部如何工作？计算机芯片内部如何工作？控制单元取出控制单元取出ADD（加）指令，然后将数（加）指令，然后将数据装载到据装载到ALU的寄存器中，数据在寄存器的寄存器中，数据在寄存器中被处理中被处理671计算机如何执行指令？计算机如何执行指令？指令周期指令周期是指计算机执行单条指令的过程。681控制单元有什么作用？控制单元有什么作用？691算术逻辑单元（算术逻辑单元（ALU）怎样工作？）怎样工作？701SECTIONE第第1章章 计算机和数字基础知识计算机和数

30、字基础知识密码安全密码安全认证协议密码破解安全的密码711第第1章章 计算机和数字基础知识计算机和数字基础知识72认证协议认证协议安全专家用术语“认证协议”来指任何通过某个人所了解的、拥有的或者隶属的事物来确定个人身份的方法也可以通过生物鉴定法来确定某个人，例如通过指纹、面部特征（照片）或者视网膜图案确定身份用户ID是作为个人唯一标识符的一系列字符（字母、数字或特殊符号）密码是用来核对用户ID并保证用户就是本人的一组字符1第第1章章 计算机和数字基础知识计算机和数字基础知识73认证协议认证协议1第第1章章 计算机和数字基础知识计算机和数字基础知识74密码破解密码破解某人通过不法途径获得用户的个

31、人数据并用作不法用途，就叫做身份盗窃黑客可以使用各种方法来窃取密码字典攻击通过遍历包含数以千计常用密码的字典来帮助黑客猜测用户的口令蛮力破解也要使用密码破解软件，但是它包括的范围大大超过了字典攻击1第第1章章 计算机和数字基础知识计算机和数字基础知识75密码破解密码破解如果黑客不能猜解密码，他们就会使用另一种叫做嗅探的技术，它可以截取通过计算机网络发送的信息一种更为狡猾的获得密码的方法是网络钓鱼键盘记录器是一种秘密地记录用户的按键行为并且将信息发送给黑客的软件1第第1章章 计算机和数字基础知识计算机和数字基础知识76安全的密码安全的密码1第第1章章 计算机和数字基础知识计算机和数字基础知识77安全的密码安全的密码尽量选择一个独特的、可以用于多个网站的用户ID维持2个或3个级别的密码1第第1章章 计算机和数字基础知识计算机和数字基础知识78安全的密码安全的密码密码管理员是一种实用软件，它可以生成安全的密码，并将它们随用户ID和对应的网站一起存储第第1章完章完计算机与数字基础知识计算机与数字基础知识