大學(xué)計(jì)算機(jī)-基于計(jì)算思維PPT完整全套教學(xué)課件

第一章計(jì)算機(jī)思維與計(jì)算機(jī)大學(xué)計(jì)算機(jī) 基于計(jì)算思維【ch01】計(jì)算機(jī)思維與計(jì)算機(jī).pptx【ch02】計(jì)算機(jī)中的信息表示.pptx【ch03】微型計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)組成.pptx【ch04】計(jì)算機(jī)中的問題求解.pptx【ch05】計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu).pptx【ch06】計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)管理.pptx【ch07】計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)初步.pptx【ch08】信息安全.pptx【ch09】計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域.pptx全套可編輯PPT課件1.1計(jì)算機(jī)思維概論1.1.1科學(xué)研究的三大方法——理論，實(shí)驗(yàn)和計(jì)算科學(xué)的概念很難定義，在不同時(shí)期有著不同的解釋。以下是對(duì)“科學(xué)”這一概念的解釋：韋氏字典定義：科學(xué)是從確定研究對(duì)象的性質(zhì)和規(guī)律這一目的出發(fā)，通過觀察、調(diào)查和實(shí)驗(yàn)而得到的系統(tǒng)知識(shí)。廣義的科學(xué)概念：從廣義上講，科學(xué)是指人們對(duì)客觀世界的規(guī)律性認(rèn)識(shí)，并利用客觀規(guī)律造福人類，完善自我。科學(xué)研究科學(xué)研究是整理、修正、創(chuàng)造知識(shí)以及開拓知識(shí)新用途的探索性工作。人們?cè)诳茖W(xué)研究過程中采取的各種手段和途徑稱為科學(xué)方法。從方法學(xué)的視角看，科學(xué)研究有三大基本方法理論、實(shí)驗(yàn)和計(jì)算。與三大科學(xué)方法相對(duì)的是三大科學(xué)思維：以數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)的理論思維，以物理等學(xué)科為基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)思維，以計(jì)算機(jī)科學(xué)為基礎(chǔ)的計(jì)算思維?！翱茖W(xué)”的定義實(shí)驗(yàn)方法是人們根據(jù)一定的科學(xué)研究目的，運(yùn)用科學(xué)儀器、設(shè)備等物質(zhì)手段，在人為控制或模擬研究對(duì)象的條件下，使自然過程以純粹、典型的形式表現(xiàn)出來，以便進(jìn)行觀察、研究，從而獲取科學(xué)事實(shí)的方法。理論是客觀世界在人類意識(shí)中的反映和用于改造現(xiàn)實(shí)的知識(shí)系統(tǒng)，用于描述和解釋物質(zhì)世界發(fā)現(xiàn)的基本規(guī)律。理論源于數(shù)學(xué)，理論思維支撐著所有的學(xué)科領(lǐng)域。對(duì)于理論研究方法來說，其優(yōu)點(diǎn)是問題的解是精確的，其缺點(diǎn)是實(shí)際問題是復(fù)雜的，精確解很難得到。1.1.1科學(xué)研究的三大方法——理論，實(shí)驗(yàn)和計(jì)算例如著名的伽利略在比薩斜塔的七層陽臺(tái)上把輕重不同的兩個(gè)金屬球同時(shí)拋下，而兩個(gè)球同時(shí)落地，證明了自由落體的速度和時(shí)間與物體的質(zhì)量無關(guān)。理論實(shí)驗(yàn)方法在比薩斜塔上拋球是很好的實(shí)驗(yàn)方法的例子，但是實(shí)驗(yàn)方法也是有缺點(diǎn)的，有些實(shí)驗(yàn)需要花費(fèi)高昂的成本例如，為鑒定核爆炸裝置的威力及其性能，研究核武器的殺傷破壞因素的變化規(guī)律，研究核爆炸的和平利用而進(jìn)行的核爆炸試驗(yàn)，它是一項(xiàng)規(guī)模很大，需要多學(xué)科、多部門協(xié)同配合和耗費(fèi)大量人力、物力的科學(xué)試驗(yàn)；有些實(shí)驗(yàn)需要過長的時(shí)間，例如，星系的形成和演化，星系核活動(dòng)和黑洞吸積的物理機(jī)制等；而有些實(shí)驗(yàn)具有一定的危險(xiǎn)性，例如，美國科學(xué)家富蘭克林冒著生命危險(xiǎn)去捕捉雷電。1.1.1科學(xué)研究的三大方法——理論，實(shí)驗(yàn)和計(jì)算隨著計(jì)算的發(fā)展，科學(xué)研究有了更多可能的方法——高速計(jì)算機(jī)使我們可以模擬那些不容易觀察到的現(xiàn)象，可以求解用理論和實(shí)驗(yàn)手段無法解決的重大科學(xué)技術(shù)問題。計(jì)算方法突破了實(shí)驗(yàn)和理論科學(xué)方法的局限，并進(jìn)一步提高了人們對(duì)自然和社會(huì)的洞察力，為科學(xué)研究與技術(shù)創(chuàng)新提供了新的重要手段和理論基礎(chǔ)。計(jì)算已和理論、實(shí)驗(yàn)一起，被公認(rèn)為科學(xué)的三大支柱。計(jì)算1.1.2什么是計(jì)算機(jī)思維美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)的周以真（JeannetteM.Wing）教授于2006年在美國計(jì)算機(jī)權(quán)威期刊CommunicationsoftheACM雜志上給出了計(jì)算思維（ComputationalThinking）的定義：計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)。計(jì)算思維的概念為了使計(jì)算思維更加容易理解，周教授又對(duì)它作了進(jìn)一步的解釋：1.1.2什么是計(jì)算機(jī)思維①計(jì)算思維是通過約簡、嵌入、轉(zhuǎn)化和仿真等方法，把一個(gè)看來困難的問題重新闡釋成一個(gè)我們知道問題怎樣解決的方法；以日常使用微波爐為例，使用者不需要深入了解微波的加熱原理、電路的控制、計(jì)時(shí)器的使用等，這些復(fù)雜難懂的理論以及操作系統(tǒng)由專家和技術(shù)人員進(jìn)行處理，他們將電器元件封裝起來，將復(fù)雜的理論約簡成說明書上通俗易懂的操作步驟。所有可能用到的程序都被提前存儲(chǔ)起來，使用者的指令通過按鈕轉(zhuǎn)化為信號(hào)從而調(diào)用程序進(jìn)行執(zhí)行，自動(dòng)地控制電路的通斷、微波的發(fā)射，最后將信號(hào)轉(zhuǎn)化為熱量。通過抽象，復(fù)雜的問題被轉(zhuǎn)化為可解決的問題。用戶在整個(gè)過程中只需進(jìn)行簡單的按鈕操作。②計(jì)算思維是一種遞歸思維，是一種并行處理，是一種把代碼譯成數(shù)據(jù)又能把數(shù)據(jù)譯成代碼，是一種多維分析推廣的類型檢查方法。例如，《命運(yùn)交響曲》《藍(lán)色多瑙河》等音樂令人陶醉。但許多人因?yàn)椴粫?huì)演奏樂器，無法譜出自己的樂曲。而現(xiàn)在隨著計(jì)算思維的發(fā)展，不識(shí)音律者也可以圓譜曲之夢(mèng)。計(jì)算機(jī)事先將音樂轉(zhuǎn)化為符號(hào)，并將其運(yùn)行程序儲(chǔ)存起來，用戶輸入音符時(shí)，會(huì)在提示下輸入符合聲樂規(guī)律的符號(hào)，用戶將符號(hào)進(jìn)行組合，然后計(jì)算機(jī)將它轉(zhuǎn)化為聲音插放出來。聲音被抽象為符號(hào)，避免了不會(huì)操作樂器的尷尬，而正常情況下，每個(gè)人都可以操作按鍵，在用戶輸入后，計(jì)算機(jī)自動(dòng)提示并執(zhí)行。這一過程中，聲樂（數(shù)據(jù)）被轉(zhuǎn)化為符號(hào)，符號(hào)又被轉(zhuǎn)化為聲樂（數(shù)據(jù)），這一技術(shù)把演奏樂器與識(shí)別音律這一難題轉(zhuǎn)化為用戶可以解決的問題，計(jì)算思維讓每個(gè)人都可以成為音樂家。計(jì)算思維可以改變世界，或者說，它正在改變世界。為了使計(jì)算思維更加容易理解，周教授又對(duì)它作了進(jìn)一步的解釋：1.1.2什么是計(jì)算機(jī)思維③計(jì)算思維是一種采用抽象和分解來控制龐大復(fù)雜的任務(wù)或進(jìn)行巨大復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法，是基于關(guān)注分離的方法。④計(jì)算思維是一種選擇合適的方式去陳述一個(gè)問題，或?qū)σ粋€(gè)問題的相關(guān)方面建模使其易于處理的思維方法。⑤計(jì)算思維是按照預(yù)防、保護(hù)及通過冗余、容錯(cuò)、糾錯(cuò)的方式，并從最壞情況進(jìn)行系統(tǒng)恢復(fù)的一種思維方法。⑦計(jì)算思維是利用海量數(shù)據(jù)來加快計(jì)算，在時(shí)間和空間之間，在處理能力和存儲(chǔ)容量之間進(jìn)行折中的思維方法。⑥計(jì)算思維是利用啟發(fā)式推理尋求解答，也就是在不確定情況下的規(guī)劃、學(xué)習(xí)和調(diào)度的思維方法。1.1.2什么是計(jì)算機(jī)思維計(jì)算思維的本質(zhì)（Essence）是抽象（Abstraetion）和自動(dòng)化（Automation）。它反映了計(jì)算思維的根本問題，即什么能被有效地自動(dòng)執(zhí)行。任何自然系統(tǒng)和社會(huì)系統(tǒng)都可視為一個(gè)動(dòng)態(tài)演化系統(tǒng)，演化伴隨著物質(zhì)、能量和信息的交換，這種交換可轉(zhuǎn)換為（也就是抽象）符號(hào)變換，使它可以用計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。當(dāng)動(dòng)態(tài)演化系統(tǒng)抽象為用符號(hào)表示后，可對(duì)其建立模型、設(shè)計(jì)算法、開發(fā)軟件并實(shí)施使之自動(dòng)執(zhí)行，這就是計(jì)算思維中的自動(dòng)化。計(jì)算思維建立在計(jì)算過程的能力和限制之上。計(jì)算方法和模型使我們敢于去處理那些原本無法由個(gè)人獨(dú)立完成的問題求解和系統(tǒng)設(shè)計(jì)。計(jì)算思維的本質(zhì)1.1.2什么是計(jì)算機(jī)思維1計(jì)算思維是概念化的，而不是程序化的。26534計(jì)算思維面向所有的人、所有的地方。計(jì)算思維是思想，不是產(chǎn)品。計(jì)算思維是數(shù)學(xué)和工程思維的互補(bǔ)與融合。計(jì)算思維不是計(jì)算機(jī)的思維方式，而是人類解決問題的一種思維方式。計(jì)算思維是每個(gè)人需掌握的基本技能，而不是刻板的重復(fù)性工作。計(jì)算思維的特性1.1.3計(jì)算機(jī)思維對(duì)各學(xué)科的影響計(jì)算思維正在改變統(tǒng)計(jì)學(xué)，通過機(jī)器學(xué)習(xí)、貝葉斯方法的自動(dòng)化以及圖形化模型的使用，可以從大量的數(shù)據(jù)中，如多樣化的天文學(xué)圖譜、信用卡購買以及食品超市的發(fā)票等，進(jìn)行模式識(shí)別和異常檢測(cè)。就數(shù)據(jù)尺度和維數(shù)而言，統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)用于各類問題的規(guī)模僅在幾年前還是不可想象的。11計(jì)算機(jī)思維的影響計(jì)算機(jī)科學(xué)對(duì)于生物學(xué)的貢獻(xiàn)，不僅在于從海量時(shí)序數(shù)據(jù)中搜尋模式規(guī)律的本領(lǐng)，更重要的是利用計(jì)算機(jī)專業(yè)中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法來表示蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)以闡釋其功能。計(jì)算生物學(xué)正在改變著生物學(xué)家的思考方式。2計(jì)算博弈理論正改變著經(jīng)濟(jì)學(xué)家的思考方式，納米計(jì)算改變著化學(xué)家的思考方式。量子計(jì)算改變著物理學(xué)家的思考方式。計(jì)算思維跨越了自然和人文的學(xué)科分界，影響了幾乎所有學(xué)科的學(xué)術(shù)研究。31.1.3計(jì)算機(jī)思維對(duì)各學(xué)科的影響計(jì)算機(jī)系統(tǒng)仿真是利用計(jì)算機(jī)科學(xué)和技術(shù)的成果建立被仿真的系統(tǒng)的模型，并在某些實(shí)驗(yàn)條件下對(duì)模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)的一門綜合性技術(shù)。它具有高效、安全、受環(huán)境條件的約束較少、可改變時(shí)間比例尺等優(yōu)點(diǎn)，已成為分析、設(shè)計(jì)、運(yùn)行、評(píng)價(jià)、培訓(xùn)系統(tǒng)（尤其是復(fù)雜系統(tǒng)）的重要工具。很多實(shí)驗(yàn)在現(xiàn)實(shí)中不具備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的條件，或很難多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，例如，天氣預(yù)報(bào)的模型，衛(wèi)星運(yùn)行軌跡等，都依賴于計(jì)算機(jī)仿真。例如，波音777飛機(jī)沒有經(jīng)過實(shí)際的風(fēng)洞測(cè)試，而完全是采用計(jì)算機(jī)模擬測(cè)試的。41計(jì)算機(jī)思維的影響1.1.3計(jì)算機(jī)思維對(duì)各學(xué)科的影響5許多科學(xué)和工程學(xué)原理是基于大量自然界中關(guān)于物理過程的計(jì)算模擬和數(shù)學(xué)模型產(chǎn)生的。地球科學(xué)試圖模擬出一個(gè)地球，從它的內(nèi)核到表層到太陽系。在人文藝術(shù)領(lǐng)域，通過數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)聯(lián)邦等計(jì)算方法生成的電子圖書館、文物收藏等，為探究和理解人類行為的新趨勢(shì)、新模式和新關(guān)聯(lián)創(chuàng)造了機(jī)會(huì)。在未來，更深層次的計(jì)算思維一通過對(duì)更智慧更復(fù)雜的抽象方式的選擇，也許可以讓科學(xué)家和工程師模擬和分析比他們現(xiàn)在可以處理的系統(tǒng)大出無數(shù)個(gè)數(shù)量級(jí)的系統(tǒng)。而通過類似分層分解的抽象層次的使用，我們希望可以達(dá)到以下目標(biāo)：模擬出基于多重時(shí)間維度和三維空間分辨率的系統(tǒng)；模擬多種復(fù)雜系統(tǒng)之間的相互影響，來識(shí)別在臨界點(diǎn)和突發(fā)行為時(shí)的狀況；在一段時(shí)間內(nèi)，對(duì)這些模型進(jìn)行超前式和后退式的試驗(yàn)；并且將這些模型與標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)模型進(jìn)行驗(yàn)證。6計(jì)算思維也開始影響到超越科學(xué)和工程學(xué)的學(xué)科和專業(yè)。例如，醫(yī)藥算法、計(jì)算考古學(xué)、計(jì)算經(jīng)濟(jì)學(xué)、計(jì)算金融、計(jì)算與新聞學(xué)、計(jì)算法、計(jì)算社會(huì)科學(xué)以及數(shù)字人文科學(xué)。1計(jì)算機(jī)思維的影響1.1.3計(jì)算機(jī)思維對(duì)各學(xué)科的影響計(jì)算機(jī)對(duì)人類的影響力之大己經(jīng)無人質(zhì)疑，己經(jīng)成為一種生活形態(tài)，也是一種計(jì)算機(jī)文化形態(tài)，大部分讀者應(yīng)該已經(jīng)了解計(jì)算機(jī)中信息是以二進(jìn)制形式表示的。所有可以由計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理的內(nèi)容都必須被表示成為二進(jìn)制，這是計(jì)算機(jī)所有功能的基礎(chǔ)。二進(jìn)制目前已經(jīng)不僅僅局限于計(jì)算機(jī)，它也改變了通信、電視等傳統(tǒng)的處理方法，二進(jìn)制集中體現(xiàn)了計(jì)算思維的抽象本質(zhì)，本書的第2章將介紹字符、文字、圖像、聲音等如何用二進(jìn)制表示，同時(shí)也領(lǐng)略計(jì)算思維抽象的神奇和無比強(qiáng)大。2本教材中的計(jì)算思維計(jì)算思維中信息如何抽象：1.1.3計(jì)算機(jī)思維對(duì)各學(xué)科的影響計(jì)算機(jī)廣泛地應(yīng)用于科學(xué)、工程技術(shù)和社會(huì)科學(xué)等方面的計(jì)算，這是計(jì)算機(jī)應(yīng)用的一個(gè)基本方面，也是讀者比較熟悉的。例如，人造衛(wèi)星軌跡計(jì)算，導(dǎo)彈發(fā)射的各項(xiàng)參數(shù)的計(jì)算，房屋抗震強(qiáng)度的計(jì)算等，在這些計(jì)算中，通常包含幾百個(gè)線性方程組，幾十階微分方程組及函數(shù)的積分等大量復(fù)雜運(yùn)算，如果利用人工來進(jìn)行這些計(jì)算，通常需要幾年甚至幾百年，而結(jié)果也不一定能滿足及時(shí)性、精確性等要求。計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展使這種龐大復(fù)雜的計(jì)算成為可能，利用計(jì)算機(jī)行計(jì)算帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，在電子、土木、機(jī)械等工程領(lǐng)域，計(jì)算高階項(xiàng)可以提高精度，進(jìn)而提高質(zhì)量、減少浪費(fèi)并節(jié)省制造成本。計(jì)算思維中問題如何求解：2本教材中的計(jì)算思維1.1.3計(jì)算機(jī)思維對(duì)各學(xué)科的影響用計(jì)算機(jī)對(duì)大量數(shù)據(jù)及時(shí)地加以記錄、整理和計(jì)算，加工成人們所要求的形式，稱為數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)處理與數(shù)值計(jì)算相比較，它的主要特點(diǎn)是原始數(shù)據(jù)多，處理量大，時(shí)間性強(qiáng)。計(jì)算思維中數(shù)據(jù)如何處理：2本教材中的計(jì)算思維1.2計(jì)算機(jī)概述1.2.1計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)1.運(yùn)算速度快當(dāng)今計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)算速度已達(dá)到每秒萬億次，微機(jī)也可達(dá)每秒幾億次以上。大量的科學(xué)計(jì)算過去人工需要幾年、幾十年，而現(xiàn)在利用計(jì)算機(jī)只需要幾天或幾小時(shí)甚至幾分鐘就可以完成。2.運(yùn)算精度高在計(jì)算機(jī)中，其字長越長則表示數(shù)的范圍就越大，同時(shí)運(yùn)算精度也就越高。隨著計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)的字長也在不停地增加，使得它能夠滿足高精度數(shù)值計(jì)算的需要。例如，對(duì)圓周率的計(jì)算，數(shù)學(xué)家們經(jīng)過長期艱苦的努力只算到了小數(shù)點(diǎn)后500位，而使用計(jì)算機(jī)很快就能夠算到小數(shù)點(diǎn)后200萬位?？茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展特別是尖端科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，需要高度精確的計(jì)算。計(jì)算機(jī)控制的導(dǎo)彈之所以能準(zhǔn)確地?fù)糁蓄A(yù)定的目標(biāo)，是與計(jì)算機(jī)的精確計(jì)算分不開的。一般計(jì)算機(jī)可以有十幾位甚至幾十位（二進(jìn)制）有效數(shù)字，計(jì)算精度可由千分之幾到百萬分之幾，是任何其他計(jì)算工具所望塵莫及的。1.2.1計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)3.可靠性高計(jì)算機(jī)基于數(shù)字電路的工作原理，而在數(shù)字電路中表示“0”"1”這樣的二進(jìn)制數(shù)非常方便，其運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定，再加上計(jì)算機(jī)內(nèi)部電路所采用的各種校驗(yàn)手段，使得計(jì)算機(jī)具有非常高的可靠性。4.具有邏輯判斷功能，邏輯性強(qiáng)計(jì)算機(jī)不僅能進(jìn)行精確計(jì)算，還具有邏輯運(yùn)算功能，可以對(duì)各種信息（如語言、文字、圖形、圖像、音樂等）進(jìn)行比較和判斷，以及推理和證明。1.2.1計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)5.儲(chǔ)存容量大計(jì)算機(jī)內(nèi)部的存儲(chǔ)器具有記憶特性，隨著計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)容量的不斷增大，可存儲(chǔ)記憶的信息越來越多。計(jì)算機(jī)不僅能進(jìn)行計(jì)算，而且能把參加運(yùn)算的數(shù)據(jù)、程序以及中間結(jié)果和最后結(jié)果保存起來，以供用戶隨時(shí)調(diào)用。6.自動(dòng)化程度高由于計(jì)算機(jī)具有存儲(chǔ)記憶能力和邏輯判斷能力，因此人們可以將預(yù)先編好的程序組存入計(jì)算機(jī)內(nèi)存，在程序控制下，計(jì)算機(jī)可以連續(xù)、自動(dòng)地工作，不需要人的干預(yù)。1.2.2計(jì)算機(jī)的發(fā)展現(xiàn)代計(jì)算機(jī)是從古老的計(jì)算工具一步步發(fā)展而來的。算盤是我國人民獨(dú)特的創(chuàng)造，是一種采用十進(jìn)制的計(jì)算工具。1642年在歐洲，法國物理學(xué)家帕斯卡（BlaisePascal，1623--1662）于1642年發(fā)明了第一臺(tái)能進(jìn)行加、減法運(yùn)算的齒輪式加減法器。1637年在帕斯卡研究的基礎(chǔ)上，1673年德國數(shù)學(xué)家萊布尼茲（G.N.WonLeibniz，1646=1716）改進(jìn)了帕斯卡的設(shè)計(jì)，增加了乘除法器，制成了可以進(jìn)行四則運(yùn)算的機(jī)械式計(jì)算器。1計(jì)算機(jī)的起源1.2.2計(jì)算機(jī)的發(fā)展直到19世紀(jì)機(jī)械式計(jì)算機(jī)才開始成為商品進(jìn)行使用。19世紀(jì)20年代英國數(shù)學(xué)家查爾斯·巴比奇（CharlesBabbage，1791-1871）最先提出了通用數(shù)字計(jì)算機(jī)的基本設(shè)計(jì)思想，并于1822年和1834年先后設(shè)計(jì)了差分機(jī)和分析機(jī)，試圖以蒸汽機(jī)為動(dòng)力來實(shí)現(xiàn)，但是受到當(dāng)時(shí)技術(shù)和工藝的限制而失敗了。1936年美國科學(xué)家霍華德·艾肯（HowardAiken，1900-1973）采用機(jī)電方法來實(shí)現(xiàn)巴比奇分析機(jī)的想法，并于1944年研制成功了MarkI計(jì)算機(jī)，使巴比奇的夢(mèng)想變成現(xiàn)實(shí)，所以國際計(jì)算機(jī)界稱巴比奇為“計(jì)算機(jī)之父”。1計(jì)算機(jī)的起源1.2.2計(jì)算機(jī)的發(fā)展1926年馮·諾依曼于1946年首先提出了在計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)程序的思想，并確定了存儲(chǔ)程序計(jì)算機(jī)的基本組成和基本工作方法。馮·諾依曼的這一設(shè)計(jì)思想被譽(yù)為計(jì)算機(jī)發(fā)展史上的里程碑，標(biāo)志著計(jì)算機(jī)時(shí)代的真正開始。1946年2月14日世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)ENIAC在美國于1946年2月14日誕生。ENIAC的問世具有劃時(shí)代的意義，它標(biāo)志著人類計(jì)算工具的歷史性變革，它的成功，開辟了提高計(jì)算速度的極為廣闊的前景，從此，計(jì)算機(jī)登上了人類社會(huì)發(fā)展的歷史舞臺(tái)。1計(jì)算機(jī)的起源1.2.2計(jì)算機(jī)的發(fā)展1952年ENIAC研制的同時(shí)，馮·諾依曼也于1952年和他的同事們研制了第二臺(tái)電子計(jì)算機(jī)EDVAC。這臺(tái)機(jī)器的硬件系統(tǒng)由運(yùn)算器、邏輯控制裝置、存儲(chǔ)器、輸入和輸出設(shè)備5部分組成，它采用了二進(jìn)制編碼，把程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。EDVAC的發(fā)明為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)在體系結(jié)構(gòu)和工作原理上奠定了基礎(chǔ)，對(duì)后來的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)產(chǎn)生了重大影響。事實(shí)上，真正實(shí)現(xiàn)內(nèi)存儲(chǔ)程序式的世界第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)是由英國劍橋大學(xué)的威爾克斯（M.V.Wilkes）等根據(jù)馮·諾依曼的設(shè)計(jì)思想設(shè)計(jì)的EDSAC（ElectronicDelayStorageAutomaticCaculator，電子延遲存儲(chǔ)自動(dòng)計(jì)算器）。1949年5月EDSAC于1949年5月制成并投入運(yùn)行，采用了二進(jìn)制編碼和存儲(chǔ)器，即事先把指令存入計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器，省去了在機(jī)外編排程序的麻煩，保證了計(jì)算機(jī)能按事先存入的程序自動(dòng)地進(jìn)行運(yùn)算，其硬件系統(tǒng)由運(yùn)算器、邏輯控制裝置、存儲(chǔ)器、輸入和輸出設(shè)備5部分組成。計(jì)算機(jī)孕育于英國，誕生于美國，遍布于全世界。1計(jì)算機(jī)的起源1.2.2計(jì)算機(jī)的發(fā)展自1946年電子計(jì)算機(jī)問世以來，計(jì)算機(jī)在制作工藝與元件、軟件、應(yīng)用領(lǐng)域等方面都取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。根據(jù)計(jì)算機(jī)所采用的邏輯元器件的不同，一般將計(jì)算機(jī)的發(fā)展分成4個(gè)階段，習(xí)慣上稱為4代，4代計(jì)算機(jī)的主要特點(diǎn)比較見表1-1。2計(jì)算機(jī)的發(fā)展1.2.2計(jì)算機(jī)的發(fā)展電子管計(jì)算機(jī)時(shí)代（1946-1957）。邏輯元件采用電子管，軟件方面用機(jī)器語言或匯編語言編寫程序，主要用于軍事和科學(xué)計(jì)算。特點(diǎn)是體積大、耗能高、速度慢（一般每秒數(shù)千次至數(shù)萬次）、存儲(chǔ)容量小、價(jià)格昂貴。其代表機(jī)型有EDVAC、IBM704等。第一代計(jì)算機(jī)晶體管計(jì)算機(jī)時(shí)代（1958-1964）。邏輯元件采用晶體管，軟件方面出現(xiàn)了一系列高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言，并提出了操作系統(tǒng)的概念。計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)出現(xiàn)了系列化的思想。應(yīng)用范圍也從軍事與科學(xué)計(jì)算方面延伸到工程設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理、事務(wù)管理及其他科學(xué)研究領(lǐng)域。其代表機(jī)型有IBM7090、ATLAS等。第二代計(jì)算機(jī)1.2.2計(jì)算機(jī)的發(fā)展中、小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)時(shí)代（1965-1970）。邏輯元件采用中、小規(guī)模集成電路（IC），軟件方面出現(xiàn)了操作系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)化、模塊化程序設(shè)計(jì)方法，高級(jí)語言在這一時(shí)期有了很大的發(fā)展。軟、硬件都向標(biāo)準(zhǔn)化、多樣化、通用化、機(jī)種系列化的方向發(fā)展。計(jì)算機(jī)開始廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域。其代表機(jī)型有IBM360等。第三代計(jì)算機(jī)大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)時(shí)代（1971年至今）。邏輯元件采用大規(guī)模集成電路（LSI，LargeSealeIntegration）和超大規(guī)模集成電路（VLSI，VeryLargeScaleIntegration）。伴隨性能的不斷提高，計(jì)算機(jī)體積、重量、功耗、價(jià)格不斷下降，而速度和可靠性不斷提高，應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。操作系統(tǒng)不斷完善，應(yīng)用軟件已成為現(xiàn)代工業(yè)的一部分。這些年來，多媒體、網(wǎng)絡(luò)也在不斷地發(fā)展著，今天計(jì)算機(jī)的發(fā)展進(jìn)入了以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為特征的時(shí)代。第四代計(jì)算機(jī)1.2.2計(jì)算機(jī)的發(fā)展分子計(jì)算機(jī)體積小、耗電少、運(yùn)算快、存儲(chǔ)量大。分子計(jì)算機(jī)的運(yùn)行是吸收分子晶體上以電荷形式存在的信息，并以更有效的方式進(jìn)行組織排列。分子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算過程就是蛋白質(zhì)分子與周圍物理化學(xué)介質(zhì)的相互作用過程。轉(zhuǎn)換開關(guān)為酶，而程序則在酶合成系統(tǒng)本身和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)中極其明顯地表示出來。生物分子組成的計(jì)算機(jī)具備能在生化環(huán)境下，甚至在生物有機(jī)體中運(yùn)行，并能以其他分子形式與外部環(huán)境交換。因此它將在醫(yī)療診治、遺傳追蹤和仿生工程中發(fā)揮無法替代的作用。2計(jì)算技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)（1）分子計(jì)算機(jī)1.2.2計(jì)算機(jī)的發(fā)展量子計(jì)算機(jī)是利用原子所具有的量子特性進(jìn)行信息處理的一種全新概念的計(jì)算機(jī)。量子理論認(rèn)為，非相互作用下，原子在任一時(shí)刻都處于兩種狀態(tài)，稱之為量子超態(tài)。原子會(huì)旋轉(zhuǎn)，即同時(shí)沿上、下兩個(gè)方向自旋，這正好與電子計(jì)算機(jī)0與1完全吻合。如果把一群原子聚在一起，它們不會(huì)像電子計(jì)算機(jī)那樣進(jìn)行線性運(yùn)算，而是同時(shí)進(jìn)行所有可能的運(yùn)算，例如，量子計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)時(shí)不是分步進(jìn)行而是同時(shí)完成的。1990年初，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室制成世界上第一臺(tái)光子計(jì)算機(jī)。光子計(jì)算機(jī)是一種由光信號(hào)進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算、邏輯操作、信息存儲(chǔ)和處理的新型計(jì)算機(jī)。光子計(jì)算機(jī)的基本組成部件是集成光路，要有激光器、透鏡和核鏡。由于光子比電子速度快，光子計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度可高達(dá)一萬億次。它的存儲(chǔ)量是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的幾萬倍，還可以對(duì)語言、圖形和手勢(shì)進(jìn)行識(shí)別與合成。（2）量子計(jì)算機(jī)（3）光子計(jì)算機(jī)1.2.2計(jì)算機(jī)的發(fā)展納米計(jì)算機(jī)是用納米技術(shù)研發(fā)的新型高性能計(jì)算機(jī)。納米管元件的尺寸在幾到幾十納米范圍，質(zhì)地堅(jiān)固，有著極強(qiáng)的導(dǎo)電性，能代替硅芯片制造計(jì)算機(jī)?！凹{米”是一個(gè)計(jì)量單位，一個(gè)納米等于10°米，大約是氫原子直徑的10倍。納米技術(shù)是從20世紀(jì)80年代初迅速發(fā)展起來的新的前沿科研領(lǐng)域，最終目標(biāo)是人類按照自己的意志直接操縱單個(gè)原子，制造出具有特定功能的產(chǎn)品。納米技術(shù)正從微電子機(jī)械系統(tǒng)起步，把傳感器、電動(dòng)機(jī)和各種處理器都放在一個(gè)硅芯片上而構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)。20世紀(jì)80年代以來，生物工程學(xué)家對(duì)人腦、神經(jīng)元和感受器的研究傾注了很大精力，以期研制出可以模擬人腦思維、低耗、高效的第6代計(jì)算機(jī)——生物計(jì)算機(jī)。用蛋白質(zhì)制造的計(jì)算機(jī)芯片，存儲(chǔ)量可以達(dá)到普通計(jì)算機(jī)的10億倍。生物電腦元件的密度比大腦神經(jīng)元的密度高100萬倍，傳遞信息的速度也比人腦思維的速度快100萬倍。其特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)分布式聯(lián)想記憶，并能在一定程度上模擬人和動(dòng)物的學(xué)習(xí)功能。（4）納米計(jì)算機(jī)（5）生物計(jì)算機(jī)1.2.3計(jì)算機(jī)的分類科學(xué)與工程計(jì)算計(jì)算機(jī)1按計(jì)算機(jī)的用途分類數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)專門用于科學(xué)與工程領(lǐng)域的計(jì)算問題。主要用于數(shù)據(jù)處理，如辦公事務(wù)處理、報(bào)表統(tǒng)計(jì)等。主要用于生產(chǎn)過程監(jiān)測(cè)和控制。1.2.3計(jì)算機(jī)的分類專用計(jì)算機(jī)2按計(jì)算機(jī)的使用范圍分類通用計(jì)算機(jī)專用計(jì)算機(jī)是指為解決某種特定問題而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)，這種計(jì)算機(jī)具有運(yùn)算速度快、精度高、運(yùn)行效率好、針對(duì)性強(qiáng)和結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn)。專用計(jì)算機(jī)一般用于銀行存取款、飛機(jī)的自動(dòng)控制、數(shù)控機(jī)床等方面。通用計(jì)算機(jī)是指為解決各種一般問題而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)，這種計(jì)算機(jī)具有很強(qiáng)的綜合處理能力，能夠解決各種類型的問題，通用性是其主要特點(diǎn)。通用計(jì)算機(jī)既可用于數(shù)據(jù)處理、科學(xué)計(jì)算，又可用于工程設(shè)計(jì)和工業(yè)控制等，它是一種用途廣泛、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的計(jì)算機(jī)。1.2.3計(jì)算機(jī)的分類3按計(jì)算機(jī)的規(guī)模和處理能力分類超級(jí)計(jì)算機(jī)（Supereomputer），早期叫巨型機(jī)，現(xiàn)在常簡稱為“超算”。與大型機(jī)相比，超級(jí)計(jì)算機(jī)通常由成千上萬個(gè)計(jì)算結(jié)點(diǎn)和服務(wù)結(jié)點(diǎn)組成，具有強(qiáng)大的計(jì)算和處理數(shù)據(jù)的能力。主要特點(diǎn)表現(xiàn)為超高的計(jì)算速度和超大的存儲(chǔ)容量，并配有多種外部和外圍設(shè)備及功能豐富的軟件系統(tǒng)。超級(jí)計(jì)算機(jī)1.2.3計(jì)算機(jī)的分類大型機(jī)（Mainframe）或稱大型計(jì)算機(jī)。一般作為大型的高性能商業(yè)服務(wù)器，因其具有較大的體積（通常占地面積幾十平方米）而得名。大型機(jī)通常使用專用的處理器指令集、專用的操作系統(tǒng)和專用的應(yīng)用軟件，通常具有較高的運(yùn)算速度，一般為每秒數(shù)千萬億次級(jí)別，還具有較大的存儲(chǔ)容量，具備較好的通用性，功能也比較完備，能支持大量用戶同時(shí)使用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)和程序，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，但大型機(jī)的價(jià)格相對(duì)昂貴。大型機(jī)3按計(jì)算機(jī)的規(guī)模和處理能力分類1.2.3計(jì)算機(jī)的分類小型機(jī)（Minicomputer或Minis）是相對(duì)于大型機(jī)而言的，小型機(jī)的軟件、硬件系統(tǒng)規(guī)模比較小，但價(jià)格低、便于維護(hù)和使用。小型機(jī)的應(yīng)用范圍很廣，既可作為醫(yī)療設(shè)備、測(cè)量儀器、工業(yè)控制中的數(shù)據(jù)采集、分析計(jì)算設(shè)備，也可作為巨型機(jī)、大型機(jī)的輔助設(shè)備，主要用于企業(yè)管理、大學(xué)和研究所的科學(xué)計(jì)算和事務(wù)管理等。小型機(jī)采用的是主機(jī)/終端模式，并且各廠商均有各自的體系結(jié)構(gòu)，如處理器架構(gòu)、I/O通道和操作系統(tǒng)軟件等都是特別設(shè)計(jì)的，一般彼此之間互不兼容。與普通服務(wù)器相比，小型機(jī)還具有高RAS（Reliability、Availability、Serviceability）特性：①高可靠性，計(jì)算機(jī)可以7×24持續(xù)工作永不停機(jī)；②高可用性，重要資源都有備份，能檢測(cè)到潛在異常，能轉(zhuǎn)移任務(wù)到其他資源以減少停機(jī)時(shí)閭保持持續(xù)運(yùn)行，且具備實(shí)時(shí)在線維護(hù)和延遲性維護(hù)等功能；③高服務(wù)性，能夠?qū)崟r(shí)在線診斷，精確定位發(fā)生的故障，并能做到準(zhǔn)確無誤的快速修復(fù)。小型機(jī)3按計(jì)算機(jī)的規(guī)模和處理能力分類1.2.3計(jì)算機(jī)的分類平常說的微機(jī)指的就是個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC，PersonalComputer）。這種計(jì)算機(jī)以其設(shè)計(jì)先進(jìn)（總是率先采用高性能微處理器）、軟件豐富、功能齊全、價(jià)格便宜等優(yōu)勢(shì)而擁有廣大的用戶。自1971年Intel公司推出世界上第一臺(tái)4位微型計(jì)算機(jī)MCS-4后，微型計(jì)算機(jī)開始以“摩爾第一定律”的速度發(fā)展，即平均每18個(gè)月芯片的集成度提高1倍、性能提高1倍、價(jià)格下降一半。這就是說，微機(jī)將向著運(yùn)算速度更快、功能更強(qiáng)、更易用、價(jià)格更便宜、體積更小、重量更輕、攜帶更方便的方向發(fā)展。微型機(jī)3按計(jì)算機(jī)的規(guī)模和處理能力分類1.3計(jì)算機(jī)的工作原理1.3計(jì)算機(jī)的工作原理著名的美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮·諾依曼在總結(jié)前人研究的基礎(chǔ)上，于1946年提出了“存儲(chǔ)程序式計(jì)算機(jī)”方案，從而使計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。存儲(chǔ)程序的工作原理是：在計(jì)算機(jī)中設(shè)置存儲(chǔ)器，將程序和數(shù)據(jù)存放到存儲(chǔ)器中，計(jì)算機(jī)按照程序指定的邏輯順序依次取出存儲(chǔ)器中的內(nèi)容進(jìn)行處理，直到得出結(jié)果。計(jì)算機(jī)的工作原理1.3計(jì)算機(jī)的工作原理所謂指令（Instruction）是指計(jì)算機(jī)完成某一種操作的命令。一條指令就是計(jì)算機(jī)機(jī)器語言的一個(gè)語句，它一般包括操作碼和地址碼兩部分，如圖1.1所示。計(jì)算機(jī)的工作原理操作碼地址碼圖1.1指令的組成格式操作碼（OP，OperationCode）用來表示一條指令的操作特性和功能，即指出進(jìn)行什么操作；地址碼（AC，AddressCode）規(guī)定操作數(shù)的值或地址、操作結(jié)果的地址及下一條指令的地址等。地址碼部分的地址可能不止一個(gè)，也可能沒有。地址是每個(gè)存儲(chǔ)單元對(duì)應(yīng)的一個(gè)固定編號(hào)，只要給出確定的地址，就能訪問相應(yīng)的存儲(chǔ)單元，對(duì)該單元進(jìn)行讀/寫操作，從中讀出指令，并將執(zhí)行結(jié)果寫回到存儲(chǔ)器。1.3計(jì)算機(jī)的工作原理一條指令的執(zhí)行過程一般可分為取指令（Fetch）、分析指令（Decode）、執(zhí)行指令（Execute）3個(gè)階段。一系列指令的執(zhí)行過程實(shí)際上就是在不斷重復(fù)上述3個(gè)階段的過程，如圖1.2所示。計(jì)算機(jī)的工作原理1.3計(jì)算機(jī)的工作原理一臺(tái)計(jì)算機(jī)所能識(shí)別并執(zhí)行的全部指令的集合稱為這臺(tái)計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)。指令系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)密切相關(guān)，它是根據(jù)計(jì)算機(jī)使用要求設(shè)計(jì)的，一旦確定了指令系統(tǒng)，硬件上就必須保證指令系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，因此，指令系統(tǒng)是設(shè)計(jì)一臺(tái)計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)，它決定了計(jì)算機(jī)硬件的主要性能和基本功能。指令系統(tǒng)中的指令條數(shù)因計(jì)算機(jī)類型的不同而不同，少則幾十條，多則數(shù)百條。一臺(tái)計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)按其功能可以分成以下5類。①數(shù)據(jù)傳送類指令：主要用于向寄存器、存儲(chǔ)器傳送數(shù)據(jù)。②數(shù)據(jù)處理類指令：主要完成算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算等。③程序控制類指令：主要用于控制程序的執(zhí)行方向。④輸入與輸出類指令：主要用于實(shí)現(xiàn)主機(jī)與外部設(shè)備之間的信息交換。⑤CPU控制和調(diào)試指令：主要用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制。計(jì)算機(jī)的工作原理1.3計(jì)算機(jī)的工作原理依照存儲(chǔ)程序的工作原理，計(jì)算機(jī)的工作方式應(yīng)該有兩個(gè)基本能力：一是能夠存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)，二是能夠自動(dòng)地執(zhí)行程序。于是，計(jì)算機(jī)中必須有一個(gè)存儲(chǔ)器，用以存儲(chǔ)程序與數(shù)據(jù)；有一個(gè)計(jì)算器，用以執(zhí)行指定的操作；有一個(gè)控制部件，以便實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作；還要有輸入部件和輸出部件，以便輸入原始數(shù)據(jù)、程序和輸出計(jì)算結(jié)果。計(jì)算機(jī)的工作原理1.3計(jì)算機(jī)的工作原理由此可見，計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)一般由5個(gè)基本功能部件組合而成，即運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備，如圖1.3所示。計(jì)算機(jī)的工作原理1.3計(jì)算機(jī)的工作原理計(jì)算機(jī)的工作原理①運(yùn)算器（ArithmeticUnit）也稱為算術(shù)邏輯部件（ALU，ArithmeticLogicUnit），是計(jì)算機(jī)中執(zhí)行各種算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的部件。算術(shù)運(yùn)算是指加、減、乘、除及它們的復(fù)合運(yùn)算。而邏輯運(yùn)算是指“與”“或”“非”等邏輯比較和邏輯判斷等操作。在計(jì)算機(jī)中，任何復(fù)雜運(yùn)算都轉(zhuǎn)化為基本的算術(shù)與邏輯運(yùn)算，在運(yùn)算器中完成。②控制器（ControlUnit）是計(jì)算機(jī)的神經(jīng)中樞和指揮中心，是指揮整個(gè)計(jì)算機(jī)各功能部件協(xié)調(diào)一致動(dòng)作的部件。它的基本功能是從內(nèi)存取指令和執(zhí)行指令。控制器通過地址訪問存儲(chǔ)器、逐條取出指定單元指令，分析指令，并根據(jù)指令產(chǎn)生的控制信號(hào)作用于其他各部件來完成指令要求的工作。上述工作周而復(fù)始，保證了計(jì)算機(jī)能自動(dòng)連續(xù)地工作。通常將運(yùn)算器和控制器合起來稱為中央處理器（CPU，CentralProcessingUnit）。CPU是計(jì)算機(jī)硬件的核心部件，控制了計(jì)算機(jī)的運(yùn)算、處理、輸入和輸出等工作。計(jì)算機(jī)的性能主要取決于CPU。1.3計(jì)算機(jī)的工作原理計(jì)算機(jī)的工作原理③存儲(chǔ)器（Memory）是計(jì)算機(jī)中具有記憶功能的部件，用于存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)。程序是計(jì)算機(jī)操作的依據(jù)，數(shù)據(jù)是計(jì)算機(jī)操作的對(duì)象。根據(jù)存儲(chǔ)器與CPU聯(lián)系的密切程度可分為主存儲(chǔ)器和輔助存儲(chǔ)器。④輸入設(shè)備（InputDevice）是用于將程序和數(shù)據(jù)輸入到計(jì)算機(jī)中的設(shè)備，其功能是將數(shù)據(jù)、程序及其他信息，從人們熟悉的形式轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別和處理的形式輸入到計(jì)算機(jī)內(nèi)部，如鍵盤、鼠標(biāo)等。⑤輸出設(shè)備（OutputDevice）是用來將計(jì)算機(jī)處理的結(jié)果進(jìn)行表示的設(shè)備，其功能是將計(jì)算機(jī)內(nèi)部的二進(jìn)制形式的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換成人們所需要的或其他設(shè)備能接收和識(shí)別的信息形式，如顯示器、打印機(jī)等。1.3計(jì)算機(jī)的工作原理一臺(tái)計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)按其功能可以分成以下5類。計(jì)算機(jī)中的五大部件每一個(gè)部件都有相對(duì)獨(dú)立的功能，分別完成各自不同的工作。五大部件是在控制器的控制下協(xié)調(diào)統(tǒng)一地進(jìn)行如下工作。第一步：把表示計(jì)算步驟的程序和計(jì)算中需要的原始數(shù)據(jù)，在控制器輸入命令的控制下，通過輸

入設(shè)備送入計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器存儲(chǔ)。第二步：當(dāng)計(jì)算開始時(shí)，在取指令作用下把程序指令逐條送入控制器，控制器對(duì)指令進(jìn)行譯碼，并根據(jù)指令的操作要求向存儲(chǔ)器和運(yùn)算器發(fā)出存儲(chǔ)、取數(shù)命令和運(yùn)算命令，經(jīng)過運(yùn)算器計(jì)算并把結(jié)果存放在存儲(chǔ)器內(nèi)。第三步：在控制器的取數(shù)和輸出命令的作用下，通過輸出設(shè)備輸出計(jì)算結(jié)計(jì)算機(jī)的工作原理1.4計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)展望1.4.1普適計(jì)算普適計(jì)算（UbiquitousComputing或PervasiveComputing），又稱為普存計(jì)算、普及計(jì)算，是一個(gè)強(qiáng)調(diào)和環(huán)境融為一體的計(jì)算概念，而計(jì)算機(jī)本身則從人們的視線里消失。在普適計(jì)算的模式下，人們能夠在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、以任何方式進(jìn)行信息的獲取與處理。普適計(jì)算的核心思想是小型、便宜、網(wǎng)絡(luò)化的處理設(shè)備廣泛分布在日常生活的各個(gè)場(chǎng)所，計(jì)算設(shè)備將不只依賴命令行、圖形界面進(jìn)行人機(jī)交互，而更依賴“自然”的交互方式，計(jì)算設(shè)備的尺寸將縮小到毫米甚至納米級(jí)。在普適計(jì)算的環(huán)境中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將廣泛普及。例如，在環(huán)保和交通等領(lǐng)域無線傳感器將無處不在，人體傳感器網(wǎng)絡(luò)也將大大促進(jìn)健康監(jiān)控及人機(jī)交互等的發(fā)展。各種新型交互技術(shù)（如觸覺顯示、OLED等）將使交互更容易、更方便。普適計(jì)算1.4.2人工智能人工智能人工智能是運(yùn)用知識(shí)來解決問題，模仿、延伸和擴(kuò)展人的智能，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器智能，使計(jì)算機(jī)也具有人類聽、說、讀、寫、思考、學(xué)習(xí)、適應(yīng)環(huán)境變化、解決各種實(shí)際問題的能力，是研究用計(jì)算機(jī)模擬人的某些思維過程和智能行為的學(xué)科。人工智能的核心問題包括構(gòu)建能夠與人類相似甚至超卓的推理、知識(shí)、規(guī)劃、學(xué)習(xí)、交流、感知、使用工具和操控機(jī)械的能力等。當(dāng)前有大量的工具應(yīng)用了人工智能，其中包括搜索和數(shù)學(xué)優(yōu)化、邏輯推演。而基于仿生學(xué)、認(rèn)知心理學(xué)，以及基于概率論和經(jīng)濟(jì)學(xué)的算法等也在逐步探索當(dāng)中。人工智能學(xué)科研究的主要內(nèi)容包括：機(jī)器翻譯、智能控制、專家系統(tǒng)、機(jī)器人學(xué)、語言和圖像理解、遺傳編程、自動(dòng)程序設(shè)計(jì)、航天應(yīng)用、龐大的信息處理、存儲(chǔ)與管理，以及執(zhí)行生命體無法執(zhí)行的或復(fù)雜或規(guī)模龐大的任務(wù)等。值得一提的是，機(jī)器翻譯是人工智能的重要分支和最先應(yīng)用領(lǐng)域。1.4.2人工智能人工智能人工智能在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)時(shí)有兩種不同的方式。一種是采用傳統(tǒng)的編程技術(shù)，使系統(tǒng)呈現(xiàn)智能的效果，而不考慮所用方法是否與人或動(dòng)物機(jī)體所用的方法相同。這種方法稱為工程學(xué)方法（EngineeringApproach），它已在一些領(lǐng)域內(nèi)做出了成果，如文字識(shí)別、計(jì)算機(jī)下棋等。另一種是模擬法（ModelingApproach），它不僅要看效果，還要求實(shí)現(xiàn)方法也和人類或生物機(jī)體所用的方法相同或類似。1.4.3云計(jì)算云計(jì)算云計(jì)算（CloudComputing）是分布式計(jì)算的一種，是指通過網(wǎng)絡(luò)“云”將巨大的數(shù)據(jù)計(jì)算處理程序分解成無數(shù)個(gè)小程序，然后通過多部服務(wù)器組成的系統(tǒng)進(jìn)行處理和分析這些小程序得到結(jié)果并返回給用戶。總之，云計(jì)算不是一種全新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，而是一種全新的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用概念，云計(jì)算的核心概念就是以互聯(lián)網(wǎng)為中心，在網(wǎng)站上提供快速且安全的云計(jì)算服務(wù)與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，讓每一個(gè)使用互聯(lián)網(wǎng)的人都可以使用網(wǎng)絡(luò)上的龐大計(jì)算資源與數(shù)據(jù)中心。1.4.3云計(jì)算（1）支持異構(gòu)基礎(chǔ)資源云計(jì)算可以構(gòu)建在不同的基礎(chǔ)平臺(tái)之上，即可以有效兼容各種不同種類的硬件和軟件基礎(chǔ)資源。硬件基礎(chǔ)資源主要包括網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的三大類設(shè)備，即計(jì)算（服務(wù)器）、存儲(chǔ)（存儲(chǔ)設(shè)備）和網(wǎng)絡(luò)（交換機(jī)、路由器等設(shè)備）；軟件基礎(chǔ)資源則包括單機(jī)操作系統(tǒng)、中間件、數(shù)據(jù)庫等。（2）支持資源動(dòng)態(tài)擴(kuò)展支持資源動(dòng)態(tài)伸縮，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)資源的網(wǎng)絡(luò)冗余，意味著添加、刪除、修改云計(jì)算環(huán)境的任一資源結(jié)點(diǎn)，抑或任一資源結(jié)點(diǎn)異常宕機(jī)，都不會(huì)導(dǎo)致云環(huán)境中的各類業(yè)務(wù)的中斷，也不會(huì)導(dǎo)致用戶數(shù)據(jù)的丟失。這里的資源結(jié)點(diǎn)可以是計(jì)算結(jié)點(diǎn)、存儲(chǔ)結(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)。而資源動(dòng)態(tài)流轉(zhuǎn)，則意味著在云計(jì)算平臺(tái)下實(shí)現(xiàn)資源調(diào)度機(jī)制，資源可以流轉(zhuǎn)到需要的地方。云計(jì)算的可貴之處在于高靈活性、可擴(kuò)展性和高性比等，與傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用模式相比，其具有如下優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)。1.4.3云計(jì)算（3）支持異構(gòu)多業(yè)務(wù)體系在云計(jì)算平臺(tái)上，可以同時(shí)運(yùn)行多個(gè)不同類型的業(yè)務(wù)。異構(gòu)，表示該業(yè)務(wù)不是同一的，不是已有或事先定義好的，而應(yīng)該是用戶可以自己創(chuàng)建并定義的服務(wù)。（4）支持海量信息處理云計(jì)算，在底層，需要面對(duì)各類眾多的基礎(chǔ)軟/硬件資源；在上層，需要能夠同時(shí)支持各類眾多的異構(gòu)的業(yè)務(wù)；而具體到某一業(yè)務(wù)，往往也需要面對(duì)大量的用戶。由此，云計(jì)算必然需要面對(duì)海量信息交互，需要有高效、穩(wěn)定的海量數(shù)據(jù)通信/存儲(chǔ)系統(tǒng)作支撐。（5）按需分配，按量計(jì)費(fèi)按需分配，是云計(jì)算平臺(tái)支持資源動(dòng)態(tài)流轉(zhuǎn)的外部特征表現(xiàn)。云計(jì)算平臺(tái)通過虛擬分拆技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源的同構(gòu)化和可度量化，可以提供小到一臺(tái)計(jì)算機(jī)，多到千臺(tái)計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力。按量計(jì)費(fèi)起源于效用計(jì)算，在云計(jì)算平臺(tái)實(shí)現(xiàn)按需分配后，按量計(jì)費(fèi)也成為云計(jì)算平臺(tái)向外提供服務(wù)時(shí)的有效收費(fèi)形式。云計(jì)算的可貴之處在于高靈活性、可擴(kuò)展性和高性比等，與傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用模式相比，其具有如下優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)。1.4.3云計(jì)算云計(jì)算云計(jì)算機(jī)的服務(wù)類型分為三類，即基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS）、平臺(tái)即服務(wù)（PaaS）和軟件即服務(wù)（SaaS）。aaS（Infrastructure-as-a-Service）：基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)。消費(fèi)者通過網(wǎng)絡(luò)可以從完善的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施獲得服務(wù)，例如硬件服務(wù)器租用。PaaS（Platform-as-a-Service）：平臺(tái)即服務(wù)。PaaS實(shí)際上是指將軟件研發(fā)的平臺(tái)作為一種服務(wù)，以SaaS的模式提交給用戶。因此，PaaS也是SaaS模式的一種應(yīng)用。但是，PaaS的出現(xiàn)可以加快SaaS的發(fā)展，尤其是加快SaaS應(yīng)用的開發(fā)速度，如軟件的個(gè)性化定制開發(fā)。SaaS（Software-as-a-Service）：軟件即服務(wù)。它是一種通過網(wǎng)絡(luò)提供軟件的模式，用戶無須購買軟件，而是向提供商租用基于Web的軟件，來管理企業(yè)經(jīng)營活動(dòng)。1.4.4物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)（IOT，IntemetofThings）是指通過信息傳感器、射頻識(shí)別技術(shù)、全球定位系統(tǒng)、紅外感應(yīng)器、激光掃描器等各種裝置與技術(shù)，實(shí)時(shí)采集任何需要監(jiān)控、連接、互動(dòng)的物體或過程，采集其聲、光、熱、電、力學(xué)、化學(xué)、生物、位置等各種需要的信息，通過各類可能的網(wǎng)絡(luò)接入，實(shí)現(xiàn)物與物、物與人的泛在連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)物品和過程的智能化感知、識(shí)別和管理。物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)基于互聯(lián)網(wǎng)的信息承載體，它讓所有能夠被獨(dú)立尋址的普通物理對(duì)象形成互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)。與傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)相比，物聯(lián)網(wǎng)有其鮮明的特征。首先，它是各種感知技術(shù)的廣泛應(yīng)用。其次，它是一種建立在互聯(lián)網(wǎng)上的泛在網(wǎng)絡(luò)。再次，物聯(lián)網(wǎng)不僅提供了傳感器的連接，其本身也具有智能處理的能力，能夠?qū)ξ矬w實(shí)施智能控制。根據(jù)其實(shí)質(zhì)用途可以歸結(jié)為三種基本應(yīng)用模式：1.4.4物聯(lián)網(wǎng)①對(duì)象的智能標(biāo)簽。通過二維碼、RFID等技術(shù)標(biāo)識(shí)特定的對(duì)象，用于區(qū)分對(duì)象個(gè)體，例如在生活中使用的各種智能卡，條碼標(biāo)簽的基本用途就是用來獲得對(duì)象的識(shí)別信息；此外，通過智能標(biāo)簽還可以用于獲得對(duì)象物品所包含的擴(kuò)展信息，例如智能卡上的金額余額，二維碼中所包含的網(wǎng)址和名稱等。②環(huán)境監(jiān)控和對(duì)象跟蹤。利用多種類型的傳感器和分布廣泛的傳感器網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)某個(gè)對(duì)象的實(shí)時(shí)狀態(tài)的獲取和特定對(duì)象行為的監(jiān)控。例如，使用分布在市區(qū)的各個(gè)噪聲探頭監(jiān)測(cè)噪聲污染，通過二氧化碳傳感器監(jiān)控大氣中二氧化碳的濃度；通過GPS標(biāo)簽跟蹤車輛位置，通過交通路口的攝像頭捕捉實(shí)時(shí)交通流程等。③對(duì)象的智能控制。物聯(lián)網(wǎng)基于云計(jì)算平臺(tái)和智能網(wǎng)絡(luò)，可以依據(jù)傳感器網(wǎng)絡(luò)，利用獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行決策，對(duì)對(duì)象的行為進(jìn)行控制和反饋。例如，根據(jù)光線的強(qiáng)弱調(diào)整路燈的亮度，根據(jù)車輛的流量自動(dòng)調(diào)整紅綠燈間隔等。1.4.5大數(shù)據(jù)1.大數(shù)據(jù)的定義大數(shù)據(jù)（BigData）是一個(gè)較為抽象的概念，正如信息學(xué)領(lǐng)域大多數(shù)新興概念一樣，至今尚無確切、統(tǒng)一的定義，不同的機(jī)構(gòu)和個(gè)人給出了不同的定義。國際數(shù)據(jù)公司（IDC，InternationalDataCompany）對(duì)大數(shù)據(jù)的定義為：大數(shù)據(jù)一般涉及兩種或兩種以上的數(shù)據(jù)形式。大數(shù)據(jù)研究機(jī)構(gòu)，全球領(lǐng)先的信息技術(shù)研究和咨詢公司高納德（Gartner）給出了這樣的定義：大數(shù)據(jù)是海量、高增長率和多樣化的信息資產(chǎn)，大數(shù)據(jù)需經(jīng)過成本效益高的、創(chuàng)新的信息處理模式處理，才能具有更強(qiáng)的決策能力、洞察力和流程優(yōu)化能力。維基百科全書的大數(shù)據(jù)定義：大數(shù)據(jù)是指無法在可容忍的時(shí)間范圍內(nèi)使用常用的軟件工具獲取、管理和處理的數(shù)據(jù)集合。亞馬遜公司的大數(shù)據(jù)科學(xué)家JohnRauser

給出了一個(gè)簡單的定義：大數(shù)據(jù)是任何超過了一臺(tái)計(jì)算機(jī)處理能力的數(shù)據(jù)量。這同樣是一個(gè)非常寬泛的定義。1.4.5大數(shù)據(jù)2.大數(shù)據(jù)的特征雖然不同的企業(yè)或個(gè)人對(duì)大數(shù)據(jù)都有著自己不同的解讀，但人們都普遍認(rèn)為大數(shù)據(jù)具有海量的數(shù)據(jù)規(guī)模、高速的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)、多樣的數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)的真實(shí)性及低的價(jià)值密度五大特征，簡稱為大數(shù)據(jù)的5個(gè)V特征，即Volume、Velocity、Variety、Veracity和Value.Volume（海量）：數(shù)據(jù)體量巨大。這是指以秒為單位生成的數(shù)據(jù)量。Variety（多樣）：數(shù)據(jù)形態(tài)多樣、類別豐富。大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)類型豐富，包括結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，其中結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)占10%左右，主要是指存儲(chǔ)在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)；半結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)占90%左右。Velocity（高速）：數(shù)據(jù)產(chǎn)生和處理的速度快。通常，數(shù)據(jù)處理和分析的速度要達(dá)到秒級(jí)響應(yīng)。這是指數(shù)據(jù)生成、存儲(chǔ)、分析和移動(dòng)的速度。Veracity（真實(shí)）：數(shù)據(jù)應(yīng)具有真實(shí)性。研究大數(shù)據(jù)就是從龐大的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中提取出能夠解釋和預(yù)測(cè)現(xiàn)實(shí)事件的過程。Value（價(jià)值）：價(jià)值密度低，商業(yè)價(jià)值高。數(shù)據(jù)價(jià)值密度低是大數(shù)據(jù)關(guān)注的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的重要屬性。1.4.5大數(shù)據(jù)3.大數(shù)據(jù)相關(guān)技術(shù)及應(yīng)用大數(shù)據(jù)需要特殊的技術(shù)，適用于大數(shù)據(jù)的技術(shù)有大規(guī)模并行處理（MPP）數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)挖掘、分布式文件系統(tǒng)、分布式數(shù)據(jù)庫、云計(jì)算平臺(tái)、互聯(lián)網(wǎng)以及可擴(kuò)展的存儲(chǔ)系統(tǒng)等。大數(shù)據(jù)的分析不能采用隨機(jī)分析法（抽樣檢測(cè)）之類的捷徑，須采用對(duì)全部數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的方法，其特色在于對(duì)海量數(shù)據(jù)的挖掘，所以大數(shù)據(jù)必然無法用人腦來推算、估測(cè)，也是無法用單臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理的，而必須采用分布式的計(jì)算架構(gòu)，需依托于云計(jì)算的分布式處理、分布式數(shù)據(jù)庫、云存儲(chǔ)和虛擬化等技術(shù)。從技術(shù)層面上看，大數(shù)據(jù)與云計(jì)算的關(guān)系就像一枚硬幣的正反面一樣密不可分，大數(shù)據(jù)的處理、分析和挖掘必須要使用云計(jì)算技術(shù)。研究大數(shù)據(jù)要善于從已有的數(shù)據(jù)中洞悉可能發(fā)生的事物以及事物間存在的隱蔽聯(lián)系。在各行各業(yè)中均存在大數(shù)據(jù)，人們需要將收集到的龐大數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析、歸納和總結(jié)后，方可揭示隱含在其中的規(guī)律，挖掘出其潛在的價(jià)值，從而實(shí)現(xiàn)信息資產(chǎn)的有效利用。謝謝觀看第二章計(jì)算機(jī)中的信息表示大學(xué)計(jì)算機(jī) 基于計(jì)算思維2.1信息與信息技術(shù)2.1.1信息與數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中，數(shù)據(jù)是信息在計(jì)算機(jī)內(nèi)部的表現(xiàn)形式。數(shù)據(jù)可以在物理介質(zhì)上記錄或傳輸，并通過外圍設(shè)備被計(jì)算機(jī)接收，經(jīng)過處理得到結(jié)果。有時(shí)信息本身是已經(jīng)被數(shù)據(jù)化了的，所以數(shù)據(jù)本身也就具有了信息的含義。因此，在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域信息處理（InformationProcessing）也稱為數(shù)據(jù)處理，信息檢索（InformationRetrieval）也稱為數(shù)據(jù)檢索。在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中，數(shù)據(jù)是信息在計(jì)算機(jī)內(nèi)部的表現(xiàn)形式。數(shù)據(jù)可以在物理介質(zhì)上記錄或傳輸，并通過外圍設(shè)備被計(jì)算機(jī)接收，經(jīng)過處理得到結(jié)果。有時(shí)信息本身是已經(jīng)被數(shù)據(jù)化了的，所以數(shù)據(jù)本身也就具有了信息的含義。因此，在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域信息處理（InformationProcessing）也稱為數(shù)據(jù)處理，信息檢索（InformationRetrieval）也稱為數(shù)據(jù)檢索。信息一般具有以下主要特性：2.1.1信息與數(shù)據(jù)①不滅性。信息與物質(zhì)、能量一樣，具有不滅性，但信息的不滅性與它們有本質(zhì)的區(qū)別。一條信息產(chǎn)生后，其載體（如書、磁盤等）可以變換，甚至可以被毀掉，但信息本身并沒有被消滅。信息的不滅性是信息的一大特點(diǎn)。②可傳遞性和共享性。一條信息復(fù)制為成千上萬條信息所用的費(fèi)用十分低廉。盡管信息的創(chuàng)造可能需要很大的投入，但復(fù)制只需要載體的成本，所以可以大量地復(fù)制，廣泛地傳播，并可以共享。③知識(shí)性。信息能給觀察者以啟示，并從信息中獲得知識(shí)。2.1.1信息與數(shù)據(jù)④時(shí)效性。某些信息在此時(shí)可能價(jià)值非常高，但在彼時(shí)則可能一點(diǎn)價(jià)值也沒有。比如金融信息，在某一時(shí)刻，會(huì)非常有價(jià)值，但過了這一時(shí)刻，可能就會(huì)毫無價(jià)值。所以說，某些信息的價(jià)值是隨著時(shí)空的變化而快速變化的。⑥可處理性。信息可以被分析、計(jì)算、存儲(chǔ)，也可以轉(zhuǎn)換形態(tài)。信息經(jīng)過分析、計(jì)算處理后，實(shí)現(xiàn)信息的增值，可以更有效地服務(wù)于不同的領(lǐng)域。⑤依附性。信息不能獨(dú)立存在，必須借助于某種符號(hào)才能表現(xiàn)出來，而這些符號(hào)又必須記載于某種物體之上。2.1.2信息資源信息資源是信息與資源兩個(gè)概念整合衍生出的新概念。信息是事物的一種普遍屬性，資源是指自然界及人類社會(huì)中一切對(duì)人類有用的事物。信息資源與其他資源相比，具有可再生性和可共享性的特點(diǎn)。按對(duì)信息的開發(fā)使用程度，可以把信息資源分為潛在的信息資源和現(xiàn)實(shí)的信息資源兩大類。潛在的信息資源是指人類在利用感覺器官或各種儀器感知和接收信息后，經(jīng)過一系列思維活動(dòng)，存儲(chǔ)在大腦中的知識(shí)。潛在的信息資源能夠?yàn)閭€(gè)人所利用，進(jìn)行知識(shí)信息的再生產(chǎn)，但無法為他人直接利用。一旦經(jīng)過表述輸出，形成現(xiàn)實(shí)的信息資源，就可以被人們廣泛地利用，成為可無限再生的信息資源。信息一般現(xiàn)實(shí)的信息資源按照表述方式又可以分為口語信息資源、體語信息資源、實(shí)物信息資源、文獻(xiàn)信息資源、數(shù)字信息資源等：2.1.2信息資源①口語信息資源是指人類用口頭語言表達(dá)出來而未被記錄下來的信息資源，主要通過談話、授課、討論、演講、集會(huì)等方式進(jìn)行傳播使之得到利用。②體語信息資源是指人類用表情、姿態(tài)、動(dòng)作等方式表達(dá)出來的未被記錄下來的信息資源，它們通常依附于一定的文化背景，如舞蹈。體語信息資源同樣通過面對(duì)面的人際傳播方式得到傳播和利用。③實(shí)物信息資源是指人類通過創(chuàng)造性的勞動(dòng)以實(shí)物形式表達(dá)出來的信息資源，如產(chǎn)品樣本、標(biāo)本、模型、雕塑等?？梢酝ㄟ^參觀博覽會(huì)、博物館、展覽館、樣品室、標(biāo)本室，實(shí)地調(diào)查等方式獲取相關(guān)信息。2.1.2信息資源⑤數(shù)字信息資源是指經(jīng)過數(shù)字化處理的，可以通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或通信網(wǎng)絡(luò)等識(shí)別、傳遞、瀏覽的一種信息資源。④文獻(xiàn)信息資源是指人類用文字、數(shù)據(jù)、圖像、音頻、視頻等方式記錄在一定載體上的信息資源。只要這些載體不損壞或消失，文獻(xiàn)信息資源就可以跨越時(shí)空無限循環(huán)地為人類服務(wù)，如圖書、期刊、會(huì)議文獻(xiàn)、專利文獻(xiàn)、科技報(bào)告、標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)、學(xué)位論文、檔案文獻(xiàn)和政府出版物等。2.1.2信息資源

數(shù)字信息資源主要有數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)信息資源兩種形式：數(shù)據(jù)庫是按一定結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中的相關(guān)信息的集合。按照數(shù)據(jù)庫中所含信息的內(nèi)容可以分為：文獻(xiàn)書目數(shù)據(jù)庫、數(shù)值型數(shù)據(jù)庫、事實(shí)型數(shù)據(jù)庫、全文本數(shù)據(jù)庫、圖像數(shù)據(jù)庫、圖形數(shù)據(jù)庫、多媒體數(shù)據(jù)庫等。網(wǎng)絡(luò)信息資源是指以數(shù)字化形式記錄的、以多種媒體形式表達(dá)的、分布式存儲(chǔ)在Internet不同主機(jī)上的，并能夠通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳遞的信息資源的集合。通過Internet查找和利用這些信息資源，是當(dāng)今獲取信息的最主要途徑。2.1.3信息技術(shù)信息技術(shù)（IT，InformationTechnology）是指與信息的產(chǎn)生、獲取、處理、傳輸、控制和利用等相關(guān)的技術(shù)。這些技術(shù)包括計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、微電子技術(shù)、傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、新型元器件技術(shù)、光電子技術(shù)、人工智能技術(shù)、多媒體技術(shù)等。其中，計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、微電子技術(shù)是它的核心技術(shù)。隨著計(jì)算機(jī)的普及，信息技術(shù)在社會(huì)各行業(yè)中得到廣泛的滲透，顯示出它強(qiáng)大的生命力，它正在從根本上不斷地改變著人類社會(huì)的生產(chǎn)方式和生活方式。2.1.4信息化社會(huì)1993年美國首先提出了“國家信息基礎(chǔ)設(shè)施”的計(jì)劃，也稱“信息高速公路”。從此拉開了全球信息化的序幕。信息化（Informatization）是指信息技術(shù)和信息產(chǎn)業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展中發(fā)揮著主導(dǎo)的作用，并且作用日益增強(qiáng)，使經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效率、勞動(dòng)生產(chǎn)率、企業(yè)核心競(jìng)爭力和人民生活水平達(dá)到全面提高的過程。它以信息產(chǎn)業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的比重、信息技術(shù)在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用程度和國家信息基礎(chǔ)建設(shè)水平為主要標(biāo)志。信息化已成為推進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的助力器，信息化水平則成為一個(gè)城市或地區(qū)現(xiàn)代化水平和綜合實(shí)力的重要標(biāo)志。因此，世界各國都把加快信息化建設(shè)作為國家的發(fā)展戰(zhàn)略。信息化給人類帶來了前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。2.1.4信息化社會(huì)信息成為重要的戰(zhàn)略資源信息產(chǎn)業(yè)上升最重要的產(chǎn)業(yè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)成為社會(huì)的基礎(chǔ)施信息化社會(huì)具有以下征：2.2信息在計(jì)算機(jī)中的表示2.2.1數(shù)制按照進(jìn)位的原則進(jìn)行計(jì)數(shù)的數(shù)制稱為進(jìn)位計(jì)數(shù)制，簡稱進(jìn)制。日常生活中，除了采用十進(jìn)制數(shù)，還有二十四進(jìn)制（24小時(shí)為一天）、六十進(jìn)制（60分鐘為1小時(shí)，60秒為1分鐘）、二進(jìn)制（鞋、襪子等兩只為一雙）等。表示數(shù)值大小的數(shù)碼與它在數(shù)中的位置無關(guān)的數(shù)制稱為非進(jìn)位計(jì)數(shù)制，如羅馬數(shù)字就是典型的非進(jìn)位計(jì)數(shù)制。1.數(shù)制的概念數(shù)制（NumberingSystem）即表示數(shù)值的方法，有進(jìn)位計(jì)數(shù)制和非進(jìn)位計(jì)數(shù)制兩種。2.2.1數(shù)制①使用固定個(gè)數(shù)的數(shù)碼表示數(shù)值的大小。數(shù)碼的個(gè)數(shù)R稱為該數(shù)制的基數(shù)（Radix），最小數(shù)碼是0，最大數(shù)碼是R-1。數(shù)碼在一個(gè)數(shù)中所處的位置稱為數(shù)位。例如，十進(jìn)制數(shù)（Decimal）的基數(shù)是10，使用0~9十個(gè)數(shù)碼；二進(jìn)制數(shù)（Binary）的基數(shù)是2，使用0、1兩個(gè)數(shù)碼；八進(jìn)制數(shù)（Octal）的基數(shù)是8，使用0~7八個(gè)數(shù)碼；十六進(jìn)制數(shù)（Hexdecimal）的基數(shù)是16，使用0~9、a~f（或A~F）十六個(gè)數(shù)碼。進(jìn)位計(jì)數(shù)制的基本特點(diǎn)如下：1.數(shù)制的概念②逢R進(jìn)一。在各種進(jìn)制中，有一套統(tǒng)一的規(guī)則。R進(jìn)制的規(guī)則是逢R進(jìn)1，例如，十進(jìn)制數(shù)逢10進(jìn)1，八進(jìn)制數(shù)逢8進(jìn)1，二進(jìn)制數(shù)逢2進(jìn)1，十六進(jìn)制數(shù)逢16進(jìn)1.2.2.1數(shù)制③采用位權(quán)表示法。表示數(shù)值大小的數(shù)碼與它在數(shù)中的位置有關(guān)，即與它所在位置的“權(quán)”值有關(guān)。位權(quán)值的大小是以基數(shù)R為底，以數(shù)碼所在位置的序號(hào)為指數(shù)的整數(shù)次冪。比如，十進(jìn)制整數(shù)部分的位權(quán)值從個(gè)位開始向左依次為10°，10'，102，…，十進(jìn)制小數(shù)部分的位權(quán)值從小數(shù)點(diǎn)后第一位開始向右依次為103，102，…。例如，十進(jìn)制數(shù)135.69按權(quán)展開可表示為：135.69=1×102+3×103+5×10°+6×103+9×102對(duì)于一個(gè)R進(jìn)制的數(shù)A，A，…A，AA，.AηAA…它的按位權(quán)展開式的一般形式為A，×R"+A，xR°3++A，xR2+A；×R+A，×R°+AxR3+A，×R2+…+A_xR"數(shù)位、基數(shù)和位權(quán)是進(jìn)位計(jì)數(shù)制中的3個(gè)要素。無論是什么進(jìn)制的數(shù)，都按照基數(shù)來進(jìn)位、借位，用位權(quán)值來計(jì)數(shù)。進(jìn)位計(jì)數(shù)制的基本特點(diǎn)如下：1.數(shù)制的概念2.2.1數(shù)制2.數(shù)制的轉(zhuǎn)換R進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)非常簡單，只要寫出該進(jìn)制數(shù)的按位權(quán)展開式，進(jìn)行乘法和加法運(yùn)算即可。例如：二進(jìn)制數(shù)11010011=1x23+1×2°+0×23+1x2°+0×23+0×22+1x23+1x2°=（211）πo十六進(jìn)制數(shù)a12￡.28=a×163+1×163+2×16'+f×16°+2×163+8×162=（41263.15625）ω除了用下標(biāo)區(qū)別不同進(jìn)制的數(shù)據(jù)，還可以在數(shù)據(jù)后加一個(gè)特定的字母來表示它所采用的進(jìn)制。字母D表示數(shù)據(jù)為十進(jìn)制數(shù)（也可以省略），字母B表示數(shù)據(jù)為二進(jìn)制數(shù)，字母O表示數(shù)據(jù)為八進(jìn)制數(shù)，字母H表示數(shù)據(jù)為十六進(jìn)制數(shù)。例如，1237.17D（十進(jìn)制數(shù)1237.17）、211.211（十進(jìn)制數(shù)211.211，省略了字母D）、1110.0011B（二進(jìn)制數(shù)1110.0011）、456O（八進(jìn)制數(shù)456）、234a.b5H（十六進(jìn)制數(shù)234a.b5）。（1）R進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換2.2.1數(shù)制2.數(shù)制的轉(zhuǎn)換將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為R進(jìn)制數(shù)需對(duì)整數(shù)部分和小數(shù)部分分別進(jìn)行轉(zhuǎn)換。整數(shù)部分的轉(zhuǎn)換采用“除基數(shù)取余法”，即用基數(shù)R多次整除被轉(zhuǎn)換的十進(jìn)制數(shù)的整數(shù)部分，直到商為0，每次整除后所得的余數(shù)，按倒序排列便是對(duì)應(yīng)R進(jìn)制數(shù)的整數(shù)部分，也就是說第一次整除基數(shù)所得的余數(shù)是該進(jìn)制數(shù)的最低位，最后一次整除基數(shù)所得的余數(shù)是最高位。小數(shù)部分的轉(zhuǎn)換采用“乘基數(shù)取整法”，即用基數(shù)多次乘以被轉(zhuǎn)換的十進(jìn)制數(shù)的小數(shù)部分，每次相乘后，所得乘積的整數(shù)部分按正序排列便是對(duì)應(yīng)R進(jìn)制數(shù)的小數(shù)部分，也就是說第一次乘基數(shù)所得的整數(shù)部分是該進(jìn)制數(shù)的最高位（小數(shù)點(diǎn)后第一位），最后一次是最低位。將一個(gè)十進(jìn)制數(shù)的整數(shù)部分和小數(shù)部分分別轉(zhuǎn)換后再組合，一個(gè)完整的轉(zhuǎn)換過程就完成了。（2）十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為R進(jìn)制數(shù)2.2.1數(shù)制2.數(shù)制的轉(zhuǎn)換因?yàn)?=23、16=2°，也就是說，1個(gè)八進(jìn)制數(shù)位等于3個(gè)二進(jìn)制數(shù)位，1個(gè)十六進(jìn)制數(shù)位等于4個(gè)二進(jìn)制數(shù)位。因此，可以很容易地實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制數(shù)與八進(jìn)制數(shù)、二進(jìn)制數(shù)與十六進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換。二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制數(shù)，以小數(shù)點(diǎn)為分界點(diǎn)，左右每3位一節(jié)，不足3位以零補(bǔ)足。（3）二進(jìn)制數(shù)與八進(jìn)制數(shù)和十六進(jìn)制數(shù)之間的相互轉(zhuǎn)換2.2.2計(jì)算機(jī)中的信息表示計(jì)算機(jī)是以二進(jìn)制方式組織、存放信息的。這是因?yàn)槎M(jìn)制數(shù)只有0和1兩個(gè)數(shù)碼，對(duì)應(yīng)兩種狀態(tài)，用電子器件表示兩種狀態(tài)是很容易的（十進(jìn)制數(shù)有10個(gè)數(shù)碼對(duì)應(yīng)10種狀態(tài)，用電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)起來很困難），如電燈的亮和滅、晶體管的導(dǎo)通和截止、電壓的高和低等。如果用電子器件的這兩種狀態(tài)分別表示0和1，按照數(shù)位進(jìn)制的規(guī)則，采用一組同類物質(zhì)可以很容易地表示出一個(gè)數(shù)據(jù)。另外，二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算規(guī)則很簡單，即0+0=0，0+1=1，1+1=10。這樣的運(yùn)算很容易實(shí)現(xiàn)，在電子電路中，只要用一些簡單的邏輯運(yùn)算元件就可以完成。再加上由于二進(jìn)制數(shù)只有兩個(gè)狀態(tài)，所以數(shù)字的傳輸和處理不容易出錯(cuò)，使計(jì)算機(jī)工作的可靠性得以提高。因此，在計(jì)算機(jī)內(nèi)部，一切信息（包括數(shù)值、字符、圖形、指令等）的存放、處理和傳送均采用二進(jìn)制的形式。2.2.2計(jì)算機(jī)中的信息表示1.信息的存儲(chǔ)單位信息的存儲(chǔ)單位有位、字節(jié)和字等。在計(jì)算機(jī)內(nèi)，一個(gè)二進(jìn)制的位也稱比特，記為bit或b。這是最小的信息單位，用O或1表示。由于1比特太小，無法用來表示出信息的含義，所以又引入了字節(jié)。字節(jié)也稱拜特，記為Byte或B（注意：這里B作為信息量大小的單位，不要與數(shù)的表示中表示為二進(jìn)制數(shù)的B混淆），它是信息存儲(chǔ)中最常用的基本單位。在計(jì)算機(jī)中規(guī)定，1字節(jié)為8個(gè)二進(jìn)制位（1B=8bit）。除字節(jié)外，還有千字節(jié)（KB）、兆字節(jié)（MB）、吉字節(jié)（GB）、太字節(jié)（TB），拍字節(jié)（PB）。它們之間的換算關(guān)系是：1KB=1024B=23B1MB=1024KB=23KB=23B1GB=1024MB=2"MB=23KB=23B1TB=1024GB=2"GB=22MB=23KB=2*B1PB=1024TB=23TB=23GB=23MB=2*KB=23B2.2.2計(jì)算機(jī)中的信息表示1.信息的存儲(chǔ)單位對(duì)于不同類型的數(shù)據(jù)其編碼方式是不同的，編碼的方法也很多，一般都制定了相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)或國際標(biāo)準(zhǔn)。如數(shù)值型數(shù)據(jù)的原碼、反碼、補(bǔ)碼編碼方案；西文字符的ASCII碼；漢字編碼的國標(biāo)碼、機(jī)內(nèi)碼、字型碼等方案。因此，進(jìn)入計(jì)算機(jī)中的各種數(shù)據(jù)，都必須先把它轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的二進(jìn)制編碼。同樣，從計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)據(jù)要進(jìn)行逆向的轉(zhuǎn)換。信息轉(zhuǎn)換過程如圖2.1所示。2.3數(shù)值信息的編碼2.3.1帶符號(hào)整數(shù)的編碼1.原碼原碼最簡單，它就是機(jī)器數(shù)。其符號(hào)用0表示正號(hào)，用1表示負(fù)號(hào)，通常用［X表示x的原碼。注意，數(shù)字0的表示有兩種原碼形式：［+0］x=［+000000000000000］ε=0000000000000000［-0］ε=［-000000000000000］ε=1000000000000000原碼表示的數(shù)據(jù)范圍因字長而定，采用16位二進(jìn)制原碼表示時(shí)，其真值的表示范圍為：［（23-1），+（23-1）］，即二進(jìn)制的取值范圍為：［1111111111111111，0111111111111111］。例如（假設(shè)計(jì)算機(jī)用16位二進(jìn)制碼表示數(shù)據(jù)）：［+1］x=［+000000000000001］==0000000000000001［-1］x［-000000000000001］ε=1000000000000001［+32767］ε=［+111111111111111］ε=0111111111111111［-32767］ε=［-111111111111111］ε=11111111111111112.3.1帶符號(hào)整數(shù)的編碼2.反碼反碼可以由原碼得到。反碼表示法規(guī)定：正數(shù)的反碼與原碼相同，負(fù)數(shù)的反碼是對(duì)原碼除符號(hào)位以外的所有數(shù)位取反（0變1，1變0），通常用［X］表示x的反碼。例如（假設(shè)計(jì)算機(jī)用16位二進(jìn)制碼表示數(shù)據(jù)）：［+1］a=［+000000000000001］a=0000000000000001［-1］a=［-000000000000001］α=1111111111111110［+32767］x=［+111111111111111］ε=0111111111111111［-32767］=［-111111111111111］x=1000000000000000注意，數(shù)字0的表示有兩種反碼形式：［+0］&=［+000000000000000］ε=0000000000000000［-0］x=［-000000000000000］ε=1111111111111111反碼表示的數(shù)據(jù)范圍因字長而定。采用16位二進(jìn)制原碼表示時(shí)，其真值的表示范圍為：［-（23-1），+（2"-1）］，即二進(jìn)制的取值范圍為：［1000000000000000，0111111111111111］.同樣，用反碼運(yùn)算也不方便。2.3.1帶符號(hào)整數(shù)的編碼3.補(bǔ)碼補(bǔ)碼也可以由原碼得到。補(bǔ)碼表示法規(guī)定：正數(shù)的補(bǔ)碼與原碼相同，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼由在其反碼的末位上加1得到，通常用［X表示x的補(bǔ)碼。例如（假設(shè)計(jì)算機(jī)用16位二進(jìn)制碼表示數(shù)據(jù)）：［+1］ε=［+000000000000001］ε=0000000000000001［-1］s=［-000000000000001］ε=1111111111111111［+32767］w=［+111111111111111］ε=0111111111111111［-32767］n=［-111111111111111］ε=1000000000000001而對(duì)于數(shù)字0的補(bǔ)碼表示只有一種形式：［+0］x=［-0］，=0000000000000000補(bǔ)碼表示的數(shù)據(jù)范圍因字長而定，采用16位二進(jìn)制補(bǔ)碼表示時(shí)，其真值的表示范圍為：［-2"，+23-1］，即二進(jìn)制整數(shù)取補(bǔ)的取值范圍為：［1000000000000000，0111111111111111］.2.3.2帶符號(hào)實(shí)數(shù)的編碼數(shù)的定點(diǎn)表示法是指機(jī)器數(shù)中小數(shù)點(diǎn)的位置固定不變。定點(diǎn)表示法有定點(diǎn)整數(shù)和定點(diǎn)小數(shù)兩種約定。定點(diǎn)整數(shù)約定小數(shù)點(diǎn)位置在機(jī)器數(shù)的最后一位之后。定點(diǎn)整數(shù)是用來表示純整數(shù)的，前面介紹原碼、反碼和補(bǔ)碼時(shí)，實(shí)際上約定的是純整數(shù)。定點(diǎn)小數(shù)約定小數(shù)點(diǎn)位置在符號(hào)位之后，定點(diǎn)小數(shù)是用來表示純小數(shù)的，即所有數(shù)均小于1。例如，字長為8位時(shí)，數(shù)據(jù)+22-1和-22的定點(diǎn)表示如圖2.2所示。1.定點(diǎn)表示法2.3.2帶符號(hào)實(shí)數(shù)的編碼2.浮點(diǎn)表示法數(shù)的浮點(diǎn)表示法是指機(jī)器數(shù)中小數(shù)點(diǎn)的位置是浮動(dòng)的，浮點(diǎn)表示法類似科學(xué)計(jì)數(shù)法，任一數(shù)均可通過改變指數(shù)部分，使小數(shù)點(diǎn)位置發(fā)生變動(dòng)。浮點(diǎn)數(shù)由兩部分組成：尾數(shù)部分和階碼部分。二進(jìn)制數(shù)浮點(diǎn)表示法的一般形式是：N=22xM由此可見，浮點(diǎn)數(shù)是定點(diǎn)整數(shù)和定點(diǎn)小數(shù)的混合。假設(shè)機(jī)器字長為32位，其階碼占8位，尾數(shù)占24位，二進(jìn)制數(shù)據(jù)0.00000011101011的M值為0.11101011，階碼E為-110，其浮點(diǎn)數(shù)表示如圖2.3所示。2.4文本信息的編碼2.4.1西文字符的編碼西文字符包括各種運(yùn)算符號(hào)、關(guān)系符號(hào)、控制符號(hào)、字母和數(shù)字等。在計(jì)算機(jī)中廣泛應(yīng)用的西文字符編碼是ASCII碼（AmerieanNationalStandardCodeforInformationInterchange，美國國家信息交換標(biāo)準(zhǔn)碼）。ASCII碼采用1字節(jié)進(jìn)行編碼，因此可以表示256種不同的字符。其中，二進(jìn)制最高位為0的編碼稱為標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼，是國際通用的，其范圍為0~127（00000000B~01111111B），共可以表示128個(gè)字符，包括52個(gè)英文大小寫字母、10個(gè)數(shù)字、34種控制字符、32個(gè)字符和運(yùn)算符。2.4.2漢字的編碼1.定點(diǎn)表示法1.區(qū)位碼與漢字國標(biāo)碼為了解決漢字的編碼問題，1981年我國國家標(biāo)準(zhǔn)局公布了國標(biāo)GB231280漢字編碼字符集，在此標(biāo)準(zhǔn)中共收錄了7445個(gè)漢字及符號(hào)。其中，漢字6763個(gè)，漢字符號(hào)682個(gè)。在該標(biāo)準(zhǔn)的漢字編碼表中，漢字和漢字符號(hào)被分成了94個(gè)區(qū)和94個(gè)位，區(qū)、位的序號(hào)均為01~94。一個(gè)漢字的編碼由它所在的區(qū)號(hào)和位號(hào)組成，稱為區(qū)位碼。區(qū)位碼中規(guī)定，1~15區(qū)（其中有些區(qū)沒有被使用）為漢字符號(hào)區(qū)，包括西文字母、日文假名和片假名、俄文字母、數(shù)字、制表符及一些特殊的圖形符號(hào)。16~94區(qū)為漢字區(qū)。在漢字區(qū)中，按照漢字的使用頻度分為兩級(jí)：一級(jí)漢字3755個(gè)，依漢語拼音聲母順序排列（同音字再按筆畫順序排列），占用了16~55區(qū)；二級(jí)漢字3008個(gè)，按部首排列，占用了56~87區(qū)。2.4.2漢字的編碼1.區(qū)位碼與漢字國標(biāo)碼這樣在區(qū)位碼表中，每一個(gè)字符可用4位十進(jìn)制數(shù)唯一表示，而沒有重碼。但為了與標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼兼容，將區(qū)碼和位碼分別加上十六進(jìn)制數(shù)20H就構(gòu)成了漢字國標(biāo)碼，如“啊”字的區(qū)位碼的十六進(jìn)制數(shù)表示為1001H，而“啊”字的漢字國標(biāo)碼則為3021H。漢字國標(biāo)碼和區(qū)位碼的換算關(guān)系是：漢字國標(biāo)碼漢字區(qū)位碼+2020H由于區(qū)位碼與漢字屬性之間沒有直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系，用戶難以記憶，所以區(qū)位碼一般用于輸入一些特殊符號(hào)。2.4.2漢字的編碼2.漢字機(jī)內(nèi)碼1.定點(diǎn)表示法漢字機(jī)內(nèi)碼是計(jì)算機(jī)內(nèi)部處理漢字信息時(shí)所用的漢字編碼，也稱漢字的內(nèi)碼。以GB231280國家標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)制定的漢字機(jī)內(nèi)碼也稱為GB2312碼，它和區(qū)位碼及漢字國標(biāo)碼的換算關(guān)系是：漢字機(jī)內(nèi)碼=漢字區(qū)位碼+AOAOH=漢字國標(biāo)碼+8080H與西文字符一樣，漢字在排序時(shí)也是根據(jù)它的編碼大小來確定的，即分在不同區(qū)里的漢字由機(jī)內(nèi)碼的第1字節(jié)的大小決定，在同一區(qū)中的漢字則由第2字節(jié)的大小來決定。由于漢字的內(nèi)碼都大于128，所以漢字無論是高位內(nèi)碼還是低位內(nèi)碼都大于ASCII碼（僅對(duì)GB2312碼而言）。機(jī)內(nèi)碼是漢字最基本的編碼，漢字機(jī)內(nèi)碼應(yīng)該是統(tǒng)一的，而實(shí)際上目前世界各地的漢字系統(tǒng)都還不相同。2.4.2漢字的編碼3.漢字輸入碼1.定點(diǎn)表示法輸入漢字使用的編碼稱為漢字輸入碼，也稱為漢字外部碼，簡稱外碼。它的作用是用鍵盤上的字母和數(shù)字來描述漢字。漢字輸入碼不是漢字在計(jì)算機(jī)內(nèi)部的表示形式，只是一種快速有效的輸入漢字的手段。不管采用什么漢字輸入方法，輸入的外碼到機(jī)器內(nèi)部都要轉(zhuǎn)換成機(jī)內(nèi)碼，才能被存儲(chǔ)和進(jìn)行各種處理。2.4.2漢字的編碼計(jì)算機(jī)對(duì)漢字的輸入、保存和輸出過程為：在輸入漢字時(shí)，操作者在鍵盤上輸入輸入碼，通過輸入碼找到漢字國標(biāo)碼，再計(jì)算出漢字的機(jī)內(nèi)碼后保存。而當(dāng)顯示或打印漢字時(shí)，則首先從計(jì)算機(jī)內(nèi)取出漢字的內(nèi)碼，然后根據(jù)內(nèi)碼計(jì)算出漢字的地址碼，通過地址碼從漢字庫中取出漢字的字形碼，再通過一定的軟件轉(zhuǎn)換，將字形輸出到屏幕或打印機(jī)上，其轉(zhuǎn)換過程如圖2.4所示。4.漢字字形碼與漢字地址碼2.5女聲音和圖形圖像信息的編碼2.5女聲音和圖形圖像信息的編碼為了能對(duì)多媒體信息進(jìn)行綜合處理，首先就要獲取各種媒體。而現(xiàn)實(shí)生活中媒體的物理形式是多種多樣的，比如，聲音的物理形式是聲波，圖像的物理形式是由二維或三維空間中連續(xù)變化的光和色彩組成的，它們都屬于模擬信號(hào)，在幅度和時(shí)間上是連續(xù)變化的。而在計(jì)算機(jī)內(nèi)部只能存儲(chǔ)和處理數(shù)字信號(hào)，是離散的。因此，多媒體信息必須轉(zhuǎn)化成數(shù)字信息。多媒體信息的數(shù)字化過程一般包括3個(gè)階段：采樣、量化和編碼，如圖2.5所示。2.5聲音和圖形圖像信息的編碼采樣：就是按照一定的規(guī)律每隔一定時(shí)間間隔抽取模擬信號(hào)的值。量化：理論上采樣得到的樣本值可以是-∞~+∞之間的任意值，量化就是對(duì)樣本值進(jìn)行離散化處理，即事先規(guī)定一組數(shù)據(jù)，每個(gè)數(shù)據(jù)按一定規(guī)則近似地表示一組相關(guān)采樣值。編碼：經(jīng)過量化后得到的數(shù)字信息，還必須按一定格式轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的二進(jìn)制形式，才能在計(jì)算機(jī)中保存。用二進(jìn)制形式表示量化值的過程稱為編碼。2.5.1聲音媒體的數(shù)字化聲音信號(hào)是典型的連續(xù)信號(hào)，不僅在時(shí)間上連續(xù)，而且在幅度上也是連續(xù)的。在時(shí)間上“連續(xù)”是指在一個(gè)指定的時(shí)間范圍里聲音信號(hào)的幅值有無窮多個(gè)，在幅度上“連續(xù)”是指幅度的數(shù)值有無窮多個(gè)。我們把在時(shí)間和幅度上都連續(xù)的信號(hào)稱為模擬信號(hào)。聲音通常用模擬波的形式來表示，有兩個(gè)基本參數(shù)：振幅和頻率。振幅反映了聲音的音量，頻率反映了聲音的音調(diào)。頻率在20Hz~20kHz的波稱為音頻波，頻率小于20Hz的波稱為次音波，頻率大于20kHz的波稱為超音波。常見聲音的頻率范圍如下。電話音頻：200~3400Hz。調(diào)頻廣播音頻：20Hz~15kHz。調(diào)幅廣播音頻：50Hz~7kHz.音頻信號(hào)是一種模擬信號(hào)，計(jì)算機(jī)不能直接處理，音頻信號(hào)必須先數(shù)字化，才能在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理。2.5.1聲音媒體的數(shù)字化采樣的對(duì)象是通過話筒等裝置轉(zhuǎn)換后得到的模擬電信號(hào)。采樣是每隔一定時(shí)間間隔（稱為采樣周期）在模擬波形上取一個(gè)電壓值（稱為樣本值）。采樣是對(duì)連續(xù)時(shí)間的離散化。采樣頻率越高，用采樣數(shù)據(jù)表示的聲音就越接近于原始波形，數(shù)字化音頻的質(zhì)量也就越高。常見的采樣頻率標(biāo)準(zhǔn)有44.1kHz、22.05kHz、11.025kHz等。（1）采樣：1.音頻信號(hào)的數(shù)字化過程2.5.1聲音媒體的數(shù)字化用來量化的數(shù)字的二進(jìn)制位數(shù)n稱為量化位數(shù)（上例的量化位數(shù)為3）