(7.1.2.3)-第1講 計算機基礎知識

大學計算機1(Windows10+Office2016)教材：1、大學計算機基礎朱新華、張?zhí)m芳主編廣西師范大學出版社2、大學計算機基礎實例教程朱新華王利娥主編輔助參考書：1、大學計算機-計算與信息素養(yǎng)戰(zhàn)德臣等編高等教育出版社

2、大學計算機基礎姚怡等機械工業(yè)出版社2023/11/262課程內(nèi)容框架第一部分：計算機基本知識（24學時）工作原理；發(fā)展與分類、應用與新技術；計算機的信息表示(漢字、數(shù)字、英文字符等)互聯(lián)網(wǎng)及其應用、網(wǎng)絡安全計算思維、算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)計算機系統(tǒng)組成、操作系統(tǒng)的基本操作使用第二部分：office2016辦公自動軟件使用(44學時)

文字處理與word2016使用電子表格與excel2016的使用

演示文稿與powerpoint2016的使用2023/11/263課程考核與管理課程考試：必須參加學校的期末考試，成績合格者方可取得該門課學分和畢業(yè)證！考試方式:為機器在線考試（理論題+操作題）。成績總評：期末考試（60%）+平時成績（40%）*平時成績包括：課堂教學到課率（10&）+課堂練習完成情況（40%）+office2016大作業(yè)完成情況（50%）課程管理：測試成績計入總評成績中。每次要求提交的課堂練習必須提交，否則算缺課處理。2023/11/264上課方式與要求上課方式：課堂教學為主，網(wǎng)絡教學為輔助。借助智慧樹（）平臺，在“翻轉(zhuǎn)課堂”進行互動教學、作業(yè)布置和提交。學習要求：1、按老師布置要求，跟隨教學進度學習。2、在智慧樹平臺上，自行觀看視頻進行預習。3、智慧樹平臺輔助學習方法：在手機上登錄“知到”APP或在電腦上登錄智慧樹網(wǎng)站,進入“大學計算機基礎（學習分課）”，觀看微課視頻。第一章計算機基礎知識網(wǎng)絡探討：計算機技術對給社會帶來的影響：科技時代的“數(shù)字鴻溝”第一節(jié)計算機概述何為計算機？計算機是一種快速而高效地完成信息處理的電子設備。臺式機信息處理輸出結(jié)果輸入工作方式：工作原理：程序控制下存儲程序，逐條執(zhí)行采用“程序控制工作方式”，只要輸入不同的程序，就可以讓計算機做不同的工作。確定了計算機由運算器、存儲器、控制器、輸入設備和輸出設備五大基本部件組成以及它們之間的相互聯(lián)系。采用二進制形式的0、1代碼串表示數(shù)據(jù)和指令。馮·諾依曼設計思想的三個特點:存儲程序，逐條執(zhí)行馮.諾伊曼美籍匈牙利科學家.1910-1950

程序指令內(nèi)存條

CPU處理器一、計算機的工作原理早期計算工具繩結(jié)算籌算盤二、計算機的產(chǎn)生與發(fā)展法國科學家帕斯卡英國科學家查爾斯.巴貝奇美國科學家霍華德·艾肯1822年，發(fā)明了差分機1944年，發(fā)明MarkI電磁式計算機1642年發(fā)明了第一部機械式計算器發(fā)展過程ENIAC(電子數(shù)字積分計算機)世界上第一臺計算機ENIAC(1946年，美國)占地167m2

體重27噸17468只電子管功耗140KW5000次加法/秒我國計算機的發(fā)展歷程1958年，中科院計算所研制成功我國第一臺小型電子管通用計算機103機(八一型),標志著我國第一臺電子計算機的誕生。1965年，中科院計算所研制成功第一臺大型晶體管計算機109乙，之后推出109丙機，該機為兩彈試驗中發(fā)揮了重要作用；1974年，清華大學等單位聯(lián)合設計、研制成功采用集成電路的DJS-130小型計算機，運算速度達每秒100萬次；1983年，國防科技大學研制成功運算速度每秒上億次的銀河-I巨型機，這是我國高速計算機研制的一個重要里程碑；1985年，電子工業(yè)部計算機管理局研制成功與IBMPC機兼容的長城0520CH微機。1992年，國防科技大學研究出銀河-II通用并行巨型機，其向量中央處理機是采用中小規(guī)模集成電路自行設計的，總體上達到80年代中后期國際先進水平。它主要用于中期天氣預報；1993年，研制成功曙光一號全對稱共享存儲多處理機，這是國內(nèi)首次以基于超大規(guī)模集成電路的通用微處理器芯片和標準UNIX操作系統(tǒng)設計開發(fā)的并行計算機；華羅庚教授是我國計算機技術的奠基人和最主要的開拓者之一。華羅庚教授和我國第一個計算機研制小組1956年春，國家制定了發(fā)展我國科學的12年遠景規(guī)劃，把開創(chuàng)我國的計算機技術事業(yè)等項目列為四大緊急措施之一。化羅庚教授任計算機技術規(guī)劃組組長。按組成元件劃分,分為四代：階段年份物理器件軟件特征應用范圍運算速度(次/S)主要特點第一代1946-1957電子管機器語言、匯編語言科學計算幾千--幾萬體積大、耗電大、可靠性差、價格昂貴、維修復雜第二代1958-1964晶體管高級語言科學計算、數(shù)據(jù)處理、工業(yè)控制幾萬--幾十萬體積較小、重量輕、耗電小、可靠性較高第三代1965-1971小規(guī)模集成電路操作系統(tǒng)科學計算、數(shù)據(jù)處理、工業(yè)控制、文字處理、圖形處理幾十萬--幾百萬小型化、耗電少、可靠性高第四代1972至今大規(guī)模集成電路數(shù)據(jù)庫網(wǎng)絡等各個領域幾百萬--百億微型化、耗電極少、可靠性很高三、計算機的分代大規(guī)模集成電路時代第四代：大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路（1972－至今）

運算速度：幾百萬－幾百億（次/秒）

用途：擴展到所有的行業(yè)和部門大/超大規(guī)模集成電路集成433億個晶體管181、按計算機用途劃分四、計算機大家族家譜（分類）專用計算機：是指專為解決某一特定問題而設計制造的電子計算機。一般擁有固定的存儲程序。筆記本通用計算機：指各行業(yè)、各種工作環(huán)境都能使用的計算機。2、按計算機規(guī)模與性能劃分巨型機（超級計算機）大型機中型機小型機微機（PC機）每秒一萬億（=10^12）次我國超級計算機2023/11/2621

特點：使用微處理器，體積小，重量輕，可靠性高，使用靈活方便。用途：最為廣泛。臺式機筆記本掌上電腦上網(wǎng)本微機五、計算機的應用領域科學計算實時控制數(shù)據(jù)處理計算機輔助設計（CAD）、輔助制造（CAM）、輔助教學（CAI）文字處理和辦公自動化人工智能計算機網(wǎng)絡應用早期的計算機主要用于科學計算?？茖W計算仍然是一個重要應用。如高能物理、工程設計、地震預測、氣象預報、航天技術等。五、計算機的應用領域科學計算實時控制數(shù)據(jù)處理計算機輔助設計（CAD）、輔助制造（CAM）、輔助教學（CAI）文字處理和辦公自動化人工智能計算機網(wǎng)絡應用北京航天控制中心在實時監(jiān)控嫦娥一號的發(fā)射情況五、計算機的應用領域科學計算實時控制數(shù)據(jù)處理計算機輔助設計（CAD）、輔助制造（CAM）、輔助教學（CAI）文字處理和辦公自動化人工智能計算機網(wǎng)絡應用數(shù)據(jù)處理是用計算機處理生產(chǎn)活動，對在科研活動中獲得的大量數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換、分類、存儲、傳送、生成報表等。五、計算機的應用領域科學計算實時控制數(shù)據(jù)處理計算機輔助設計（CAD）、輔助制造（CAM）、輔助教學（CAI）文字處理和辦公自動化人工智能計算機網(wǎng)絡應用五、計算機的應用領域科學計算實時控制數(shù)據(jù)處理計算機輔助設計（CAD）、輔助制造（CAM）、輔助教學（CAI）文字處理和辦公自動化人工智能計算機網(wǎng)絡應用五、計算機的應用領域科學計算實時控制數(shù)據(jù)處理計算機輔助設計（CAD）、輔助制造（CAM）、輔助教學（CAI）文字處理和辦公自動化人工智能計算機網(wǎng)絡應用五、計算機的應用領域科學計算實時控制數(shù)據(jù)處理計算機輔助設計（CAD）、輔助制造（CAM）、輔助教學（CAI）文字處理和辦公自動化人工智能網(wǎng)絡應用六、計算機的發(fā)展趨勢發(fā)展高速度、大存儲量和強功能的巨型計算機。這是核反應堆等尖端科學的需要，也是使計算機具有類似人腦的學習和復雜推理的功能所必需的。巨型機的發(fā)展集中體現(xiàn)了計算機科學技術的發(fā)展水平。巨型化讓計算機具有模擬人的感覺和思維過程的能力。智能計算機具有解決問題和邏輯推理的功能，知識處理和知識庫管理的功能等等。智能化充分利用計算機的寶貴資源并擴大計算機的使用范圍，為用戶提供方便、及時、可靠、廣泛、靈活的信息服務。網(wǎng)絡化微型化進一步提高集成度，利用高性能的超大規(guī)模集成電路研制質(zhì)量更加可靠、性能更加優(yōu)良、價格更加低廉、整機更加小巧的微型計算機。什么是人工智能？有一種觀點：“機器人終將會戰(zhàn)勝人類!”，你怎么看？討論：第二節(jié)計算機中的信息表示任何信息由計算機處理必經(jīng)過數(shù)字化（0和1組成的二進制代碼串）1、計算機能處理什么樣的信息？聲音文字圖像影視資料數(shù)字數(shù)字化加工處理計算機0、1代碼結(jié)果輸入2023/11/2633技術實現(xiàn)簡單。計算機的組成電器通常有兩種狀態(tài)，開關的接通和斷開，正好可表示“0”、“1”。運算規(guī)則簡單，兩個二進制數(shù)的和、積運算組合簡單。適合邏輯運算，二進制只有兩個數(shù)碼，和邏輯代數(shù)中的“真”“假”相吻合。易于進行轉(zhuǎn)換，二進制和十進制數(shù)轉(zhuǎn)換簡單。那二進制是咋回事啊？數(shù)值5在計算機中怎么表示成二進制的形式啊？2、計算機為什么要采用二進制？3、信息在計算機中如何進行編碼表示？十進位計數(shù)制（日常中使用）使用0,1,2,3,4,5,6,7,8,9十個數(shù)碼表示數(shù)基數(shù)：某計數(shù)制中數(shù)碼的個數(shù),十進制為10進位規(guī)則：逢十進一多項式展開示例其中，101

,100

,

10－1

,

10－2分別稱為權(quán)值，它是以基數(shù)為底、位號為冪所構(gòu)成的指數(shù)。(85.12)10

=8×1015×1001×10－12×10－2+++數(shù)值型數(shù)據(jù)在計算機中的編碼規(guī)則：按進制之間的轉(zhuǎn)換。不同類型的信息，編碼規(guī)則不一樣。0位號：-2-112023/11/2635二進制：組成數(shù)碼：0，1，基數(shù)2，逢二進一。八進制：組成數(shù)碼：0,1,2,3,4,5,6,7,基數(shù)8，逢八進一。十六進制數(shù)：組成數(shù)碼：0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F,基數(shù)16，逢十六進一。其他進位計數(shù)制思考題：下列數(shù)據(jù)中，有可能是八進制的是：

A.408B.677C.659D.802十進制轉(zhuǎn)化為二進制例如：(75)10=(???)2方法：逐項除2取余逆排列（只考慮整數(shù)）答案：(75)10=（1001011）275237211821902241002220112023/11/2637方法：按權(quán)值展開成多項式相加（1001011）2=（?）10

二進制轉(zhuǎn)換成十進制1×260×25+0×24+1×20+1×21+1×23+642=+8+1+=75（1001011）2

=字符型數(shù)據(jù)在計算機中的表示英文字符在計算機內(nèi)的編碼規(guī)則使用ASCII編碼

ASCII碼即美國標準信息交換碼，用7位0、1代碼串來編碼。所有英文字符的編碼可在ASCII碼表中找到。7位ASCII碼表共有128個字符，其中：32個通用、標點符號0-910個數(shù)碼52個大小寫英文D的ASCII編碼：1000100400111BELETB’7GWgw1000BSCAN（8HXhx1001HTEM）9IYiy1010LFSUB*：JZjz1011VTESC+；K[k{1100FFFS，<L\l|1101CRGS–=M]m}1110SORS.>N↑n~1111SIVS/？O↓oDEL4321位765位0000010100111001011101110000NULDLESP0@P′p0001SOHDC1！1AQaq0010STXDC2”2BRbr0011ETXDC3#3CScs0100EOTDC4$4DTdt0101ENQNAK%5EUeu0110ACKSYN&6FVfv2023/11/2641根據(jù)該字符對應的ASCII碼值的大小比較思考題：

1.按對應的ASCII碼值來比較，不正確的是：

A.”b”比“a”大B.”Q”比“f”大C.逗號比空格大編排規(guī)律NUL(空)位于表的第一個位置，其值最小。整體：從左到右控制符號(除DEL)<標點符號<數(shù)字字符<大寫字母<小寫字母。

內(nèi)部：數(shù)字字符按其對應的十進制數(shù)值大小排序；大小寫字母按英文字母表的順序排序。ASCII字符排序二進制漢字字符在計算機內(nèi)的表示國標碼

1981年5月由中國國家標準總局頒布《信息交換用漢字編碼字符集》(GB2312-80)作為漢字交換碼（在不同漢字系統(tǒng)之間交換時使用），編碼的國家標準簡稱國標碼。收錄漢字總數(shù):7445。4、字符型數(shù)據(jù)在計算機中的表示另外還收錄常用符號、序號、圖形字符集、英文字母、日文假名、希臘字母、俄文字母、漢語拼音、注音字符、制表符號等.國標碼編碼：一個漢字的國標碼用2個字節(jié)表示，第一個字節(jié)表示漢字所在的行，第二個字節(jié)表示漢字所在的列，通過漢字在表中的位置確定其國標碼。GB2312-80代碼表（局部）啊

01100000100001=〉3021H（國標碼）1601(區(qū)位碼)保

01100010100011=〉3123H（國標碼）1703(區(qū)位碼)二進制漢字字符在計算機內(nèi)的編碼表示44為了避免ASCII碼和國標碼同時使用時產(chǎn)生二義性問題，在微機系統(tǒng)，漢字常使用2個字節(jié)存儲，并把每個字節(jié)的最高位設為1。這就是漢字機內(nèi)碼。

(這是漢字和西文字符的根本區(qū)別)。機內(nèi)碼:每個計算機內(nèi)部使用的漢字編碼。每一個漢字輸入計算機后就自動轉(zhuǎn)為機內(nèi)碼，才能在計算機內(nèi)流動和處理。國標碼是漢字系統(tǒng)間交換的國家標準，為什么不在計算機內(nèi)部直接使用國標碼而要另使用機內(nèi)碼呢？0011000100100011從國標碼表查到“?！弊值膰鴺舜a為:00110001從ASCII碼表查到字符“1”

ASCII碼為:出現(xiàn)了二義性：這到底是一個漢字”?！蹦?，還是兩個字符組合：“1#”?二進制漢字字符在計算機內(nèi)的表示00100011“#”的ASCII碼為:二進制漢字字符在計算機內(nèi)的表示機內(nèi)碼由國標碼轉(zhuǎn)換而得:

機內(nèi)碼＝國標碼的16進制表示＋8080H如：“啊”的國標碼：0011000000100001那么：0011000000100001+1000000010000000=1011000010100001所以:”啊”的機內(nèi)碼:1011000010100001

轉(zhuǎn)換目的：保證每個字節(jié)二進制首位為“1”總結(jié):漢字機內(nèi)碼編碼由2個字節(jié)組成每個字節(jié)最高位為1區(qū)分ASCII編碼或：機內(nèi)碼=國標碼+1000000010000000英文字符數(shù)值數(shù)據(jù)漢字字符按不同進制之間轉(zhuǎn)換ASCII編碼標準由國標碼轉(zhuǎn)換成機內(nèi)碼二進制總結(jié)計算機中幾種信息表示：練習：請用ASCII編碼表示一句英文句子。如：Iloveyou100100111011001101111111011011000111111001110111111101011x1=1

11x11=121

111x111=12321

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1111111x1111111=1234567654321

11111111x11111111=123456787654321

111111111x111111111=12345678987654321數(shù)字的對稱美黃金分割點0.618最高雅的建筑：巴黎圣母院的正立面的寬度和高度之比為0.618ABCD勤學如初起之苗，不見其增，日有所長；輟學如磨刀之石，不見其損，日有所虧。積跬步以至千里，積怠惰以致深淵。二進制數(shù)值計算

加法規(guī)則乘法規(guī)則0+0=05、計算機中的運算1+0=10+1=11+1=100×0=01×0=00×1=01×1=1基本運算：二進制的運算規(guī)則：

計算機的“計算（Computing）”（或者稱為“運算”）可以分為數(shù)值計算（如函數(shù)計算、方程求解、微分、積分、概率統(tǒng)計等)和非數(shù)值計算（如邏輯推理、比較、排序、查找等）兩大類：

1110+0101練習：二進制邏輯計算邏輯運算是用數(shù)學方法研究邏輯問題。也稱布爾運算。運算數(shù)只有2個，真值和假值。可以用1和0表示這兩個數(shù)。有三種基本運算，即邏輯與(AND)、邏輯或(OR)、邏輯非(NOT)，簡稱與、或、非。邏輯“與”運算0AND0＝0邏輯“或”運算邏輯“非”運算NOT0＝10AND1＝01AND0＝01AND1＝10OR0＝00OR1＝11OR0＝11OR1＝1NOT1＝0練習：1、（269）10=（？）16=（？）2

2、（100110.101）2=（？）103、已知英文字母b的ASCII碼值為98，那么字母e的ASCII碼值是？？4、八進制數(shù)397Q是一個不合法的數(shù)值，仿照此數(shù)，分別列舉一個不合法的二進制數(shù)和一個不合法的十六進制數(shù)。

字母表示法下角標表示法十進制（Decimal）21D二進制（Binary）10101B八進制（Octal）25Q十六進制（Hexadecimal）15H（21）10(10101)2(25)8(15)16

六計算思維邏輯思維實證思維計算思維以推理和演繹為特征，是所有學科的理論支撐，以數(shù)學學科為代表以觀察和總結(jié)自然規(guī)律為特征，是物理學、天文學、化學、生物學、醫(yī)學等近代科學的基礎，以物理學科為代表以設計和構(gòu)造為特征，是當今信息時代分析和解決問題的方法論，計算思維以計算機學科為代表三大科學思維一、計算改變了什么？二、什么是計算？三、什么是計算思維？計算思維思考56一、計算改變了什么計算改變了科學家的思考方式57最典型的案例：人類的基因工程----耗時10年，耗資數(shù)百億美元。散彈槍算法提出來后，用于基因測序----耗時幾天，耗資千把美元就能測一個基因。（因為大量的繁雜的工作由計算機完成，大大解放了生物學家，從而改變著生物學家的思考方式）一、計算改變了什么計算改變了工作方式數(shù)字化會議數(shù)字化醫(yī)療數(shù)字化教學數(shù)字化制造58數(shù)字化會議59數(shù)字化醫(yī)療60數(shù)字化教學61數(shù)字化制造62美國學者尼葛洛龐帝在其1996年出版的《數(shù)字化生存》一書中提出的，按照他的解釋，計算不再只與計算機有關，它決定我們的生存。63尼葛洛龐帝（Negroponte）為美國麻省理工學院教授及媒體實驗室的創(chuàng)辦人。西方媒體推崇他為電腦和傳播科技領域最具影響力的大師之一，1996年7月被《時代》周刊列為當代最重要的未來學家之一。計算改變了世界二、計算思維是什么1、計算的定義：計算是指運用事先規(guī)定的規(guī)則，將一組數(shù)值變換為另一(所需的)數(shù)值的過程。對某一類問題，如能找到一組確定的規(guī)則，當給出這類問題中的任一具體問題后，按規(guī)則可以完全機械地在有限步內(nèi)求出結(jié)果，則說這類問題是可計算的。這種規(guī)則就是算法。642.計算思維的定義“計算思維”是美國卡內(nèi)基梅隆大學周以真教授提出的一種理論。周以真認為：計算思維是運用計算機科學的基礎概念去求解問題、設計系統(tǒng)和理解人類行為，它涵蓋了計算機科學的一系列思維活動。周以真（英文名JeannetteM.Wing，），美國計算機科學家。卡內(nèi)基-梅隆大學教授。美國國家自然基金會計算與信息科學工程部助理部長。ACM和IEEE會士。

65問題求解中的計算思維系統(tǒng)設計問題求解人類行為理解建立問題模型選擇算法編程實現(xiàn)66百元買白雞公雞每只5元，母雞每只3元，小雞一元3只，一百元買一百只雞，問有幾種買法？問題分析：X+Y+Z=1005X+3Y+Z/3=10067編程計算思維能夠反映人類思維活動，高效執(zhí)行。For

x=1to100Fory=1to100Z=100-x-yIf5*x+3*y+z/3=100thenPrintx,y,zEndifNextforNextfor68系統(tǒng)設計中的計算思維將系統(tǒng)中的變換過程映射為符號變換——形式化，然后就可以用計算機進行處理。系統(tǒng)設計問題求解人類行為理解70系統(tǒng)設計中的計算思維認識抽象自然系統(tǒng)和社會系統(tǒng)符號系統(tǒng)系統(tǒng)分解……子系統(tǒng)1子系統(tǒng)N信息管理系統(tǒng)計算思維概述和特點囚徒困境——博弈策略建模警方逮捕了A、B兩名嫌疑犯，但沒有足夠證據(jù)指控二人有罪。于是警方分開囚禁嫌疑犯，并向雙方提供以下相同的選擇（如表所示）：（1）如果一人認罪并檢控對方（背叛），而對方保持沉默，則此人將獲釋，沉默者將判監(jiān)禁10年。（2）如果二人都保持沉默（合作），則二人同樣判監(jiān)1年。（3）如果二人都互相檢舉（背叛），則二人同樣判監(jiān)8年。策略A沉默（合作）A認罪（背叛）B沉默（合作）二人同服刑1年A即時獲釋；B服刑10年B認罪（背叛）A服刑10年；B即時獲釋A和B二人同服刑8年72囚徒困境——博弈策略建模囚徒的策略選擇困境兩名囚徒的選擇：（1）若對方沉默，背叛會讓我獲釋，所以我會選擇背叛。（2）若對方背叛我，我也要指控對方才能得到較低刑期，所以選擇背叛。結(jié)果：兩人都選擇背叛，結(jié)果二人服刑8年。如果兩個囚徒合作保持沉默，總體利益會更高。而兩個囚徒追求個人利益，選擇背叛時，總體利益較低。這就是困境所在。73囚徒困境——博弈策略建模囚徒困境的數(shù)學建模（1）策略的符號化將囚徒各種選擇獲得的收益和支付轉(zhuǎn)換為數(shù)值，獲得表所示符號表。符號分數(shù)英文中文說明T5Temptation背叛收益單獨背叛成功所得R3Reward合作報酬共同合作所得P1Punishment背叛懲罰共同背叛所得S0Suckers受騙支付被單獨背叛所獲743、計算思維的特性1概念化，不是程序化。抽象多層次思維計算機科學不是計算機編程。像計算機科學家那樣去思維意味著遠遠不止能為計算機編程。它要求能夠在抽象的多個層次上思維。752基礎的，不是機械的技能?，F(xiàn)代社會每個人都必須掌握的技能基礎的技能是每一個人為了在現(xiàn)代社會中發(fā)揮職能所必須掌握的。生搬硬套之機械的技能意味著機械的重復。763人的，不是計算機的思維。人類賦予計算機以激情創(chuàng)造性的使用計算機計算思維是人類求解問題的一條途徑，人類聰穎且富有想象力，人類賦予計算機以激情。配置了計算設備，就能用自己的智慧去解決那些計算時代之前不敢嘗試的問題。7