第1章信息社会与计算技术.

WLJX.KMUST.EDU.CN大学计算机基础第1章息社会与计算技术昆明理工大学.计算中心大学计算机基础·昆明理工大学2内容提要信息与计算计算工具的发展信息的表示计算机信息处理计算技术的发展趋势大学计算机基础·昆明理工大学3信息与计算信息（Information）是对社会、自然界的客观事物特征、现象、本质及其运动规律的描述其内容能通过某种载体（如符号、声音、文字、图形、图像等）来表征和传播计算（Computing）广义的计算是按照某些规则求解各种问题得到正确结果的过程对客观事物信息的提取、描述、加工、变换的过程都属于计算范畴物质能量信息大学计算机基础·昆明理工大学4信息化社会信息的生产和消费信息化是一个动态变化的过程信息技术不断开发和利用信息产品不断创造和发展在以网民为基础的信息社会里，人们的行为方式、思维方式甚至社会形态都将发生显著的变化信息技术（InformationTechnology）能够延伸和拓展人的信息功能的技术（信息获取、传递、存储、转换、检索等）信息素养(InformationLiteracy)是指人们能够适时获取信息，对信息进行评价和判断，并有效利用信息的能力信息化概念60’3C3A80’信息高速公路90’国家信息化战略微电子通信计算机大学计算机基础·昆明理工大学5计算能力与计算思维用计算机解决问题实质上就是将现实中各种问题抽象为一些可计算的符号、方法和过程，建立相应的计算模型，然后由计算机进行处理，寻找解决方案。计算能力是人类最基本的能力：听、说、读、写、计算计算：广义的“计算”已拓展为使用信息技术解决各种问题的方法和步骤，是把问题抽象为符号和规则，按规则自动运算计算力（ComputingPower）：任何智能设备都具有计算能力。人充分利用计算机解决问题的能力。计算思维：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。用计算机求解问题的思维习惯。大学计算机基础·昆明理工大学6计算工具的发展手指、石子算筹、算盘计算尺、圆算尺机械计算机电控计算机电子计算机现实——符号化——规则化抽象自动化石子、数珠、数字、齿轮、穿孔卡片、电信号、光磁状态我们所使用的工具影响着我们的思维方法和思维习惯，从而也将深刻地影响着我们的思维能力。大学计算机基础·昆明理工大学7通用计算机的发展电子计算机的诞生1946年2月,ENIAC,18000只电子管,每秒进行5000次加法运算,通过开关和配线盘操纵机器第一代计算机（1946～1953年）电子管、电阻、电容等分离元件构成，每秒数千次到几万次之间，机器语言与汇编语言，科学计算第二代计算机（1954～1963年）晶体管、电阻、电容等分离元件构成，每秒数万次到几百万次之间，高级语言FORTRAN等，数据处理和事务处理大学计算机基础·昆明理工大学8通用计算机的发展第三代计算机（1964～1970年）中小规模集成电路构成，每秒数百万次到几千万次之间，分时操作系统和交互式高级语言，企业管理、自动控制，IBM360大型机第四代计算机（1971年至今）大规模集成电路（LSI）或超大规模集成电路（VLSI）构成，速度每秒数千万次以上，分布式及网络操作系统以及4GL语言，各个领域电子计算机的发展方向巨型化、微型化、网络化、智能化纳米技术、光技术、生物技术、量子技术大学计算机基础·昆明理工大学9信息的表示信息化最基础的工作就是实现信息与计算机数据的相互转化。将各种信息进行编码，转化为计算机能接受和处理的数据。需要呈现信息时再将计算机数据转化为文字、声音、图像、视频等各种形式的信息。首先需要了解人类感知的各种信息在计算机中如何表示。大学计算机基础·昆明理工大学10数制与编码数制数码：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、….基数：R位权：Ri二进制数码：0、1基数：2位权：2i例如：1011.01(B)=23+21+20+2-2=11.25(D)十六进制数码：0、1…、9、A、B、C、D、E、F基数：16位权：16i例如：5B.2F(H)=5×161+11×160+2×16-1+15×16-2≈91.18359(D)大学计算机基础·昆明理工大学11二进制数的特点算术运算减法转化为加法运算除法转化为移位运算和加法运算左移1位相当于乘2，右移1位相当于除以2逻辑运算0--“假”，1--“真”电子元件逻辑电路计算机中采用二进制两种稳定状态的元件计算机是由逻辑电路构成的加法运算乘法运算0+0=00×0=01+0=0+1=11×0=0×1=01+1=101×1=1“与”运算∧“或”运算∨“非”运算～0∧0=00∨0=0～0=10∧1=00∨1=1～1=01∧0=01∨0=11∧1=11∨1=1大学计算机基础·昆明理工大学12数制转换及数码二进制“B”，八进制“O”，十进制“D”，十六进制“H”其他进制——十进制：各位数值乘以位权之和十进制——其他进制：大学计算机基础·昆明理工大学13数值数据的表示数的符号（+或-）和数的值一样都要采用二进制0、1编码二进制数的最高位（左端）为符号位，0表示正数，1表示负数；其他位为数值部分，保存该数的二进制数值。对数值数据的编码表示常用的有原码、补码、反码和移码原码的数值部分保持与其实际二进制值相同,正数的反码、补码都与原码相同负数的反码数值部分是将其原码数值部分按位取反（0变1，1变0）负数的补码是将其对应的反码加1大学计算机基础·昆明理工大学14补码的特性补码的零是唯一的（各位全部是0）补码的减法可以转化为加法实现[X+Y]补＝[X]补+[Y]补；[X-Y]补＝[X]补+[-Y]补计算机中的整数通常采用补码编码加法由加法器实现，减法是转换成补码的加法来运算。乘法有乘法器实现，除法由移位来实现。加法器、乘法器都可以由相应的逻辑电路实现大学计算机基础·昆明理工大学15浮点数表示单精度（32位）和双精度（64位），IEEE754尾数用补码表示，阶码用移码表示。移码就是补码的符号位取反（0变1，1变0）其余各位不变SEM313023220SEM636252510单精度浮点数（4字节）：符号S占1位，正数为0，负数为1阶码E占8位，127为正，127为负尾数M占23位，精度达到223双精度浮点数（8字节）：符号S占1位，正数为0，负数为1阶码E占11位，1023为正，1023为负尾数M占52位，精度达到252大学计算机基础·昆明理工大学16字符数据的表示字符数据包括了各种控制符号、字母、数字符号、标点符号、运算符、图形符号、汉字等常用的字符编码有ASCII码、扩展ASCII码、UTF-8码等ASCII码：占一个字节的低7位（27=128），最高位平时不用（一般为0），仅在数据通信时用作奇偶校验位汉字国标码、机内码：GB2312是一个简体中文字符集，由6763个常用汉字和682个全角的非汉字字符（字母、数字、标点符号、图形）组成大五码Big5：台湾、香港、澳门及其他海外华人地区，使用的是繁体中文字符集Unicode编码与UTF-8编码：Unicode统一了各种语言和符号的编码方式，但是它的效率不高；UTF-8可以根据不同的符号自动选择编码的长短，可用1到6个字节编码Unicode字符大学计算机基础·昆明理工大学17多媒体数据的表示声音数据通过时间上的离散化（采样）和振幅上的离散化（量化），就可以将连续的声音用二进制的位序编码表示出来图形数据由点、线、多边形、圆和弧线等元素构成的矢量图(Vector)可通过数学公式来描述彩色照片一般使用位图（Bitmap）来表示，按行列顺序将各像素的颜色值RGB用二进制编码即可时间上离散的数值序列tvtv声音（模拟信号）采样量化01101100000110001101000110110011010011000001110000101101数字声音大学计算机基础·昆明理工大学18信息的表示计算机中存储的所有的数据都是以长长的0和1的位序列形式构成大多数的计算机文件都带有一个文件头，其中包含一些代码信息，说明文件中数据的表示方法通过读取文件头中的信息，程序就知道文件的内容是如何编码的了有格式的数据才能表示出信息大学计算机基础·昆明理工大学19信息的表示任何信息在计算机中都用二进制进行编码英文：China0100001101101000011010010110111001100001汉字：中国11010110110100001011100111111010数值：-37811111111111111111111111010000110音乐：11000001010010100110101101001010…………01100001图像：100101011100101001001001…………0110101001101000视频：01000101001010111110100101001110…………01001100编码大学计算机基础·昆明理工大学20计算机信息处理信息获取信息获取就是利用各种输入设备、传感设备将自然界中的信息转换成计算机中的二进制数据的过程信息识别、信息转换信息加工对计算机中各种数字化信息进行判别、筛选、分类、排序、比较、分析、计算、统计和研究等一系列操作的过程专用程序自动加工、大众信息技术工具加工、智能化信息加工信息传输利用计算机网络和数字通信网络，实现信息有目的的流动信息存储信息存储格式、信息存储介质、数据保护信息检索信息检索（InformationRetrieval）是指信息按一定的方式组织起来，并根据信息用户的需要找出有关的信息的过程和技术大学计算机基础·昆明理工大学21计算技术的发展趋势计算机应用模式主机型计算。个人机计算、网络计算高性能计算（HPC）理论科学、实验科学、高性能计算科学国家超级计算中心，每秒千万亿次计算能力：每年进行两次的全球超级计算机排名并行计算多处理机并行工作协同完成同一个大型任务并行计算需要有高度集成的巨型计算机硬件系统和可并行执行的应用软件大学计算机基础·昆明理工大学22计算技术的发展趋势分布式计算研究如何把一个需要非常巨大的计算能力才能解决的问题分成许多小的部分，然后将它们分配给许多地理上分布的计算机进行处理，最后把这些计算结果综合起来得到最终的结果网格计算利用互联网把分散在不同地理位置的计算机组织成一个“虚拟的超级计算机”，其中每一台参与计算的电脑就是一个“节点”，而整个计算是由成千上万个“节点”组成的“一张网格”大学计算机基础·昆明理工大学23计算技术的发展趋势云计算是由并行计算、分布式计算、网格计算发展来的，是一种新兴的商业计算模型云计算的最终目标是将计算、服务和应用作为一种公共设施提供给公众，使人们能够像使用水、电、煤气和电话那样使用计算机资源软件即服务(SoftwareasaService,SaaS)、平台即服务(PlatformasaService,PaaS)、基础设施服务(InfrastructureasaService，IaaS)普适计算通过蓝牙技术、无线通信技术和因特网技术将这些智能化可计算设备连接起来，形成一个“以人为中心”的计算和信息访问服务环境，使得人们在任何时候、任何地点都能获得个性化的服务大学计算机基础·昆明理工大学24本章小结信息社会需要人们具备基本的信息素养。信息素养的提高是从掌握一定的信息技术，掌握计算机的基本应用开始的任何信息都必须转换成二进制编码才能输入到计算机中进行处理计算机信息处理包括信息获取、信息加工、信息传输、信息存储、信息检索这几个主要过程计算技术影响人类的未来。高性能计算水平是国家科技发展水平和综合经济实力的体现；网格计算能力是信息化水平的重要标志；云计算和普适计算是人们未来数字化生存基本环境，与大众生活关系最密切