《信息技術(shù)概述》ppt課件

1、第1章 信息技術(shù)概述,1.1 信息與信息技術(shù)1.2 數(shù)字技術(shù)基礎(chǔ)1.3 微電子技術(shù)簡介,1.1 信息與信息技術(shù),（1）什么是信息（2）信息處理與信息技術(shù)（3）信息處理系統(tǒng),信息是什么？,信息是“事物運動的狀態(tài)及狀態(tài)變化的方式” 信息有多種表現(xiàn)形式，語言、文字、聲音、圖片等都是信息的表現(xiàn)形式(也稱為信息的載體或媒體)信息與物質(zhì)和能量同樣重要，它是人們認(rèn)識世界、改造世界的一種基本資源,什么是信息處理？,信息處理指的

2、是與下列內(nèi)容相關(guān)的行為和活動：信息的收集(信息的感知、測量、獲取、輸入等)信息的加工(信息的分類、計算、分析、轉(zhuǎn)換等)信息的存儲(書寫、攝影、錄音、錄像等)信息的傳遞(郵寄、電報、電話、廣播等 )信息的施用(控制、顯示等),人工進行信息處理的過程,人工信息處理的不足： 算不快 記不住 傳不遠 看（聽）不清,手/腳/身,眼/耳/鼻/舌/身,什么是信息技術(shù)？,信息技術(shù)（Information Technology，簡稱IT

3、）指的是用來擴展人們信息器官功能、協(xié)助人們更有效地進行信息處理的一門技術(shù)。 信息技術(shù)包括：擴展感覺器官功能的感測(獲取)與識別技術(shù)擴展神經(jīng)系統(tǒng)功能的通信技術(shù)擴展大腦功能的計算(處理) 與存儲技術(shù)擴展效應(yīng)器官功能的控制與顯示技術(shù)······,現(xiàn)代信息技術(shù),3大特征：以數(shù)字技術(shù)（計算機）為基礎(chǔ)采用電子技術(shù)（包括激光技術(shù)）以計算機及其軟件為核心內(nèi)容：計算機、微電

4、子、通信、廣播、遙感遙測、自動控制、機器人等,什么是信息處理系統(tǒng)？,用于輔助人們進行信息獲取、傳遞、存儲、加工處理、控制及顯示的綜合使用各種信息技術(shù)的系統(tǒng)，可以通稱為信息處理系統(tǒng)信息處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)：,信息處理系統(tǒng)舉例,雷達： 以感測與識別為主要目的電視/廣播： 以單向、點到多點的信息傳遞為主要目的電話：以雙向、點到點的信息交互為主要目的銀行：以處理金融信息為目的圖書館：以信息收藏和檢索為主要目的因特網(wǎng)：跨越全球的多功能

5、信息處理系統(tǒng),1.2 數(shù)字技術(shù)基礎(chǔ),1.2.1 比特1.2.2 比特與二進制數(shù)1.2.3 整數(shù)（定點數(shù)）的表示1.2.4 實數(shù)（浮點數(shù)）的表示1.2.5 小結(jié),1.2.1 信息的基本單位 ——比特(bit),（1）什么是比特（2）比特的邏輯（3）比特的存儲,什么是比特？,比特（bit，binary digit的縮寫）中文翻譯為“二進位數(shù)字”、“二進位” 或簡稱為 “位”比特只有 2 種取值：

6、0和1，一般無大小之分比特是組成數(shù)字信息的最小單位數(shù)值、文字、符號、圖像、聲音、命令······都可以使用比特來表示，其具體的表示方法就稱為“編碼”或“代碼”,例 用比特表示圖像,,比特的三種基本邏輯運算,比特的取值“0”和“l(fā)” 可表示兩種不同的狀態(tài)（例如電位的高或低、命題的真或假）比特的運算使用邏輯代數(shù)，它有3種基本邏輯運算：邏輯加（也稱“或”運算，用符號“OR

7、”、“∨”或“＋”表示）邏輯乘（也稱“與”運算，用符號“AND”、 “∧”或“ · ”表示，也可省略）取反（也稱“非”運算，用符號“NOT”或上橫杠“¯”表示）,邏輯運算的規(guī)則,邏輯加： F = A ∨ B A: 0 0 1 1 B: ∨ 0 ∨ 1 ∨ 0 ∨ 1

8、 F: 0 1 1 1邏輯乘： F = A · B A: 0 0 1 1 B: ∧ 0 ∧ 1 ∧ 0 ∧ 1 F: 0 0

9、 0 1取反： F = NOT A A: NOT 0 NOT 1 F: 1 0,兩個多位的二進制信息進行邏輯運算時，按位獨立進行，即每一位都不受其它位的影響：例1A: 0110 B: ∨ 1010 F: 1110例2A: 0110

10、B: ∧ 1010 F: 0010,比特的存儲（1）--CPU中比特的存儲,存儲(記憶)1個比特需要使用具有兩種穩(wěn)定狀態(tài)的元器件，例如：開關(guān)、燈泡等。,在計算機的CPU中，比特使用一種稱為“觸發(fā)器”的雙穩(wěn)態(tài)電路來存儲觸發(fā)器有兩個狀態(tài)，可分別用來記憶0和1，1個觸發(fā)器可存儲1個比特一組（例如8個或16個）觸發(fā)器可以存儲1組比特，稱為“寄存器”CPU中有幾十個甚至上百個寄存器,斷電后信息不再保持！,比

11、特的存儲（2） --存儲器中比特的存儲,計算機存儲器中用電容器存儲二進位信息：當(dāng)電容的兩極被加上電壓，它就被充電，電壓去掉后，充電狀態(tài)仍可保持一段時間，因而1個電容可用來存儲1個比特,信息存儲原理 電容C處于充電狀態(tài)時，表示1 電容C處于放電狀態(tài)時，表示0,集成電路技術(shù)可以在半導(dǎo)體芯片上制作出以億計的微型電容器，從而構(gòu)成了可存儲大量二進位信息的半導(dǎo)體存儲器芯片,斷電后信息不再保持！,比特的存儲（3） --磁盤、光盤中比特的存儲,磁盤

12、：利用磁介質(zhì)表面區(qū)域的磁化狀態(tài)來存儲二進位信息,光盤：通過“刻”在光盤片表面上的微小凹坑來記錄二進位信息,斷電后信息可以保持！,存儲容量的計量單位,8個比特＝1個字節(jié)（byte，用大寫B(tài)表示）計算機內(nèi)存儲器容量的計量單位：KB: 1 KB=210字節(jié)=1024 B （千字節(jié)）MB: 1 MB=220字節(jié)=1024 KB（兆字節(jié)）GB: 1 GB=230字節(jié)=1024 MB（吉字節(jié)、千兆字節(jié)）TB: 1 TB=240字節(jié)

13、=1024 GB（太字節(jié)、兆兆字節(jié)）外存儲器容量經(jīng)常使用10的冪次來計算：1MB＝103 KB ＝1 000 KB1GB＝106 KB ＝1 000 000 KB1TB＝ 109 KB = 1 000 000 000 KB,現(xiàn) 象,160GB的移動硬盤實際容量＝160,041,885,696 字節(jié),,,,為什么？,,,,原 因:,相同的符號，有兩種不同的含義！,1.2.2 比特與二進制數(shù),（1）不同進位制數(shù)的表示和含義（2

14、）不同進位制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換（3）二進制數(shù)的算術(shù)運算,不同進位制數(shù)的表示和含義,“數(shù)”是一種信息，它有大?。〝?shù)值），可以進行四則運算 “數(shù)”有不同的表示方法。日常生活中人們使用的是十進制數(shù)，但計算機使用的是二進制數(shù)，程序員還使用八進制和十六進制數(shù)，它們怎樣表示？其數(shù)值如何計算？,十進制數(shù),十個數(shù)字（0、1、2、3、4、5、6、7、8、9）低位與高位的關(guān)系是：逢10進1各位的權(quán)值是10的整數(shù)次冪（基數(shù)是10 ）標(biāo)志： 尾部加“

15、D”或缺省例：204.96= 2×102＋0×101＋4×100＋9×10－1＋6×10－2,二進制數(shù),兩個數(shù)字表示（0、1），每一位1 個“比特” 低位與高位的關(guān)系是：逢2進1 各位的權(quán)值是 2 的整數(shù)次冪（基數(shù)是2 ） 標(biāo)志： 尾部加B例：101.01 B = 1×22＋0×21＋1×20 ＋0×2－1＋1

16、×2－2 ＝5.25,八進制數(shù),八個數(shù)字表示（0、1、2、3、4、5、6、7） 低位與高位的關(guān)系是：逢8進1 各位的權(quán)值是8的整數(shù)次冪（基數(shù)是8 ） 標(biāo)志：尾部加Q例：365.2Q = 3×82+ 6×81+ 5×80 + 2×8－1 = 245.25,十六進制數(shù),用十六個數(shù)字表示（0

17、、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F ）逢16進1, 基數(shù)為16各位的權(quán)值是16的整數(shù)次冪（基數(shù)是16 ）標(biāo)志：尾部加H例：F5.4H=15×161 + 5×160 + 4×16－1 = 245.25,不同進制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換,熟練掌握不同進制數(shù)相互之間的轉(zhuǎn)換，在編寫程序和設(shè)計數(shù)字邏輯電路時很有用 只要學(xué)會二進制數(shù)與十進

18、制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換，與八進制、十六進制數(shù)的轉(zhuǎn)換就不在話下了,十進制數(shù) ? 二進制數(shù),轉(zhuǎn)換方法：整數(shù)和小數(shù)放開轉(zhuǎn)換 整數(shù)部分：除以2逆序取余 小數(shù)部分：乘以2順序取整例如：29.6875 ? 11101.1011 B 注意：十進制小數(shù)（如0.63）在轉(zhuǎn)換時會出現(xiàn)二進制無窮小數(shù)，這時只能取近似值,八進制數(shù)與二進制數(shù)的互換,八進制→二進制：例： 2467.32Q → 010 100 110

19、111 . 011 010 B二進制→八進制：例： 1 101 001 110.110 01 B → 001 101 001 110.110 010 B → 1516.62 Q,1位八進制數(shù)與3位二進制數(shù)的對應(yīng)！,八進制數(shù) 二進制數(shù) 0 000 1 001 2

20、 010 3 011 4 100 5 101 6 110 7 111,十六進制數(shù)與二進制數(shù)的互換,例1：35A2.CFH → 11 0101 1010 0010.1100 1111B例2：11 0100 1110.1100 11B

21、 → 34E.CCH,1位十六進制數(shù)與4位二進制數(shù)的對應(yīng)關(guān)系：,二進制數(shù)的算術(shù)運算,1位二進制數(shù)的加、減法運算規(guī)則：,2個多位二進制數(shù)的加、減法運算舉例：,小結(jié)：數(shù)字技術(shù)的基礎(chǔ)——二進制,二進制數(shù)的運算有2類：邏輯運算：∨，∧，NOT. 按位進行，不考慮進位算術(shù)運算: +, - , x , / . 從低位到高位逐位進行，需考慮低位的進位(借位),1.2.3 整數(shù)(定點數(shù))的表示,（1）計算機中數(shù)的類型（2）無符號整

22、數(shù)的表示（3）帶符號整數(shù)的表示,PC機中數(shù)的主要類型,都采用二進制表示，有不同類型和不同長度不同類型和不同長度的數(shù)各有不同的用途,計算機中的數(shù),小數(shù)點固定隱含在個位數(shù)右面,小數(shù)點不固定,無符號整數(shù)的表示,采用“自然碼”表示：取值范圍由位數(shù)決定：8位： 可表示0～255 (28-1)范圍內(nèi)的所有正整數(shù)16位：可表示0～65535(216-1)范圍內(nèi)的所有正整數(shù)n位： 可表示 0～2n-1范圍內(nèi)的所有正整數(shù)。,帶符號

23、整數(shù)的表示（1）,符號如何表示？用最高位表示，“0”表示正號(+),“1”表示負(fù)號(-)數(shù)值部分如何表示？(1)原碼表示： 整數(shù)的絕對值以二進制自然碼表示(2)補碼表示： 正整數(shù)：絕對值以二進制自然碼表示 負(fù)整數(shù)：絕對值使用補碼表示,舉例： [+43]的8位原碼為： 00101011[- 43]的8位原碼為： 10101011,表示方法,帶符號整數(shù)的編碼表示（2）,負(fù)數(shù)的絕對值如何用補碼表示

24、？先表示為自然碼將自然碼的每一位取反碼在最低位加“1”例1: [- 43]用8位補碼表示[- 43] 的8位補碼為：11010101例2： [- 64]用8位補碼表示[- 64] 的8位補碼為：11000000,43 => 0101011取反： 1010100加1： 1010101,64 => 1000000取反： 0111111加1： 1000000,帶符號整數(shù)的編碼表示（3）,優(yōu)缺點

25、分析：原碼表示法優(yōu)點：與日常使用的十進制表示方法一致，簡單直觀缺點：加法與減法運算規(guī)則不統(tǒng)一，增加了成本；整數(shù)0 有“00000000”和“10000000”兩種表示形式，不方便補碼表示法優(yōu)點：加法與減法運算規(guī)則統(tǒng)一， 沒有“-0”,可表示的數(shù)比原碼多一個缺點：不直觀，人使用不方便結(jié)論：帶符號整數(shù)在計算機內(nèi)不采用“原碼”而采用“補碼”的形式表示！,帶符號整數(shù)的編碼表示（4）,原碼可表示的整數(shù)范圍8位原碼： - 27+

26、1～27- 1（- 127～127）16位原碼： - 215+1～215- 1（- 32767～32767）n 位原碼： - 2n-1+1～2n-1- 1補碼可表示的整數(shù)范圍 8位補碼：- 27～27- 1 （- 128～127 ) n位補碼：- 2n-1～2n-1- 1,- 128表示為 10000000+127 表示為 01111111,小結(jié)：3種整數(shù)的比較,計算機中整數(shù)有多種，

27、同一個二進制代碼表示不同類型的整數(shù)時，其含義（數(shù)值）可能不同 一個代碼它到底代表哪種整數(shù)（或其它東西），是由指令決定的,1.2.4 實數(shù)(浮點數(shù))的表示,（選講）,實數(shù)的特點與表示方法,特點：既有整數(shù)部分又有小數(shù)部分，小數(shù)點位置不固定整數(shù)和純小數(shù)是實數(shù)的特例任何一個實數(shù)總可以表達成一個乘冪和一個純小數(shù)之積例如： 56.725 = 0.56725×102 －0.0034756 = -0.34756

28、15;10－2 實數(shù)的表示方法（記階法）：用3個部分表示乘冪中的指數(shù)：表示實數(shù)中小數(shù)點的位置純小數(shù)部分(尾數(shù))：表示實數(shù)中的有效數(shù)字部分?jǐn)?shù)的正負(fù)(符號),二進制實數(shù)的浮點表示,與十進制實數(shù)一樣，二進制實數(shù)也可以用記階法表示 例如： +1001.011B = + 0.1001011B×2 100 －0.0010101B = －0.10101B×2－10 可見，任一個二進

29、制實數(shù) N 均可表示為：N=±S×2P（其中， ±是該數(shù)的符號； S是N 的尾數(shù)；P是N的階碼）因此，32位的單精度浮點數(shù)在計算機中可表示為：,小 結(jié)：用比特表示信息的優(yōu)點,比特只有0和1兩個符號，具有2個狀態(tài)的器件和裝置就能表示和存儲比特，而制造兩個穩(wěn)定狀態(tài)的電路又很容易比特的運算規(guī)則很簡單，使用門電路就能高速度地實現(xiàn)二進制數(shù)的算術(shù)和邏輯運算比特不僅能表示“數(shù)”，而且能表示文字、符號、圖像

30、、聲音，可以毫不費力地相互組合，開發(fā)“多媒體”應(yīng)用信息使用比特表示以后，可以通過多種方法進行“數(shù)據(jù)壓縮”，從而大大降低信息傳輸和存儲的成本。使用比特表示信息后，只要再附加一些額外的比特，就能發(fā)現(xiàn)甚至糾正信息傳輸和存儲過程中的錯誤，大大提高了信息系統(tǒng)的可靠性,1.3 微電子技術(shù)簡介,（1）微電子技術(shù)與集成電路（2）集成電路的制造（3）集成電路的發(fā)展趨勢（4）IC卡,(1)微電子技術(shù)與集成電路,微電子技術(shù)是信息技術(shù)領(lǐng)域中的關(guān)鍵技

31、術(shù)，是發(fā)展電子信息產(chǎn)業(yè)和各項高技術(shù)的基礎(chǔ) 微電子技術(shù)的核心是集成電路技術(shù),電子電路中元器件的發(fā)展演變,微電子技術(shù)是以集成電路為核心的電子技術(shù)，它是在電子元器件小型化、微型化的過程中發(fā)展起來的。,,電子管(1904),什么是集成電路？,集成電路 (Integrated Circuit，簡稱IC)：以半導(dǎo)體單晶片作為基片,采用平面工藝，將晶體管、電阻、電容等元器件及其連線所構(gòu)成的電路制作在基片上所構(gòu)成的一個微型化的電路或系統(tǒng)集成電

32、路的優(yōu)點：體積小、重量輕功耗小、成本低速度快、可靠性高,超大規(guī)模集成電路,小規(guī)模集成電路,集成電路的分類,按用途分：通用集成電路專用集成電路（ASIC）按電路的功能分：數(shù)字集成電路模擬集成電路按集成度(芯片中包含的元器件數(shù)目)分：,IC集成度提高的規(guī)律,Moore定律：單塊集成電路的集成度平均每18個月翻一番 (Gordon E.Moore,1965年),,晶體管數(shù),例：Intel微處理器集成度的發(fā)展,酷睿2雙核

33、 （2006）291～410M晶體管酷睿2四核 （2007）820M 晶體管,進一步提高集成度的問題與出路,問題：線寬進一步縮小后，晶體管線條小到納米級時，其電流微弱到僅有幾十個甚至幾個電子流動，晶體管將逼近其物理極限而無法正常工作出路：在納米尺寸下，納米結(jié)構(gòu)會表現(xiàn)出一些新的量子現(xiàn)象和效應(yīng)，人們正在利用這些量子效應(yīng)研制具有全新功能的量子器件，使能開發(fā)出新的納米芯片和量子計算機同時，正在研究將光作為信息的載體，發(fā)展光子學(xué)，

34、研制集成光路，或把電子與光子并用，實現(xiàn)光電子集成,(4) IC卡簡介,幾乎每個人每天都與IC卡打交道，例如我們的身份證、手機SIM卡、交通卡、飯卡等等，什么是IC卡？它有哪些類型和用途？工作原理大致是怎樣的？下面是簡單介紹。,什么是 IC卡？,IC卡(chip card、smart card)，又稱為集成電路卡，它是把集成電路芯片密封在塑料卡基片內(nèi)，使其成為能存儲信息、處理和傳遞數(shù)據(jù)的載體特點：存儲信息量大保密性能強可以防止偽

35、造和竊用抗干擾能力強可靠性高應(yīng)用舉例：作為電子證件，記錄持卡人的信息，用作身份識別（如身份證、考勤卡、醫(yī)療卡、住房卡等）作為電子錢包（如電話卡、公交卡、加油卡等）,IC卡的類型(按芯片分類),存儲器卡：封裝的集成電路為存儲器，信息可長期保存，也可通過讀卡器改寫。結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。用于安全性要求不高的場合，如電話卡、水電費卡、公交卡、醫(yī)療卡等（帶加密邏輯的存儲器卡增加了加密電路）CPU卡：封裝的集成電路為中央處理器（CPU

36、）和存儲器，還配有芯片操作系統(tǒng)(Chip Operating System)，處理能力強，保密性更好，常用作證件和信用卡使用。手機中使用的SIM卡就是一種特殊的CPU卡。,IC卡的類型(按使用方式分類),接觸式IC卡(如電話IC卡)表面有方型鍍金接口，共8個或6個鍍金觸點。使用時必須將IC卡插入讀卡機，通過金屬觸點傳輸數(shù)據(jù)。用于信息量大、讀寫操作比較復(fù)雜的場合,但易磨損、怕臟、壽命短非接觸式IC卡(射頻卡、感應(yīng)卡)采用電磁感應(yīng)方

37、式無線傳輸數(shù)據(jù)，解決了無源（卡中無電源）和免接觸問題操作方便，快捷，采用全密封膠固化，防水、防污，使用壽命長用于讀寫信息較簡單的場合，如身份驗證等,非接觸式IC卡,作業(yè)：,1. 將以下數(shù)據(jù)用十進制表示： 1010011.01B、206.4Q、3E7.C2. 將以下數(shù)據(jù)用二進制表示： 35.25、125.63、 206.4Q、3E7.C3. 將以下數(shù)據(jù)分別用八進制、十六進制表示： 1011011.01B、2