1.信息技術概述

　　(1) 信息定義:信息即是對各種事物的變化和特征的反映，又是事物之間相互作用和聯系的表征。

　　(2) 數據定義:數據是對某種情況的記錄。信息和數據是有區別的，數據是攜帶信息的載體，而信息則是這個載體所攜帶的內容，經過加工處理後對管理決策和實現管理目標或任務具有參考價值的數據，是一種資源。

　　(3) 信息技術內容：信息技術（Information Technology，IT）是利用計算機處理、存儲和傳輸信息的技術。

　　(4) 信息基礎技術是信息技術的基礎，包括新材料、新能源、新器件的開發和制造技術。近幾十年來，影響最大的是微電子技術和光電子技術。

　　(5) 信息系統技術是指有關信息的獲取、傳輸、處理、控制的設備和系統的技術。

　　(6) 信息獲取技術:獲取信息是利用信息的先決條件，例如傳感技術、遙測技術、遙感技術等。

　　(7) 信息處理技術:信息處理技術是指對獲取的信息進行識別、轉換、加工，使信息安全地存儲、傳輸，並能方便地檢索、再生、利用，或便於人們從中提煉知識、發現規律的工作手段。

　　(8) 信息傳輸技術:就是指通信技術，是現代信息技術的支持。如信息光纖通信技術、衛星通信技術等。

　　(9) 信息控制技術:指利用信息傳遞和信息反饋來實現對目標系統進行控制的技術，如導彈控制技術等。在信息系統中，對信息實施有效的控制是利用信息的重要前提。

　　(10)信息應用技術:信息應用技術是針對種種實用目的，如信息管理、信息控制、信息決策而發展起來的具體的技術群類，如工廠自動化、辦公自動化和互聯通信技術等。

2.計算思維

　　思維是人腦運用分析、抽象、綜合、概括等方法對現實事物進行研究從而揭露其本質的心理活動。一般而言，科學思維是經過感性認識獲得大量素材，然後進行整理與改造，形成概念、判斷和推理，以反映事物的本質與規律。

　　(1)理論思維。以推理和演繹為特征，以數學學科為代表。正如數學一樣，定義是理論思維的靈魂，定理和證明是它的精髓。公理化方法是最重要的理論思維方法。

　　(2)實驗思維。以觀察和總結自然規律為特征，以物理學科為代表。它往往需要借助於某些特定的設備，並用它們來獲取數據以供分析。

　　(3)計算思維。以設計和構造為特征，以計算機學科為代表。是運用計算機科學的基礎概念去求解問題、設計系統和理解人類行為的一系列思維活動。

3.計算機用戶的社會責任

　　(1)保護知識產權

　　(2)維護計算機系統安全

　　(3)加強網絡道德建設, 遵守網絡行為規範，具體做到：

• • 不應用計算機去傷害別人；
  • 不應幹擾別人的計算機工作；
  • 不應窺探別人的文件；
  • 不應用計算機進行偷竊；
  • 不應用計算機作偽證；
  • 不應使用或拷貝你沒有付錢的軟件；
  • 不應未經許可而使用別人的計算機資源；
  • 不應盜用別人智力成果；
  • 應該考慮你所編的程序的社會後果；（病毒）
  • 應該以深思熟慮和慎重的方式來使用計算機。

4.數制

　　什麽是數制:應用一組符號和一套統一的規則來表示數目的方法稱為數制（Number System）。不同的數制間可以進行進制轉換。
　　　　可以從下面三個方面來加深理解：

• • 數制的種類很多。
  • 在一種數制中，只能使用一組固定的 數字符號來表示數目的大小。(數碼)
  • 在一種數制中，必須有一套統一的規則。

　　雖然計算機能極快地進行運算，但其內部並不像人類在實際生活中使用的十進制，而是使用只包含0和1兩個數值的二進制。當然，人們輸入計算機的十進制被轉換成二進制進行計算，計算後的結果又由二進制轉換成十進制，這都由操作系統自動完成，並不需要人們手工去做，學習匯編語言，就必須了解二進制（還有八進制/十六進制）。

　　(1)數碼：數制中表示基本數值大小的不同數字符號。例如，十進制有10個數碼：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9。

　　(2)基數： 一個計數制所包含的數字符號的個數。如:十進制有(0,1,2,…,9)等數字符號，所以基數為10。

　　(3)位權值：一個數中的每一位數碼所表示的實際值，不僅與數碼本身的數值有關,還與所在的位置有關，由位置決定的值就叫位權值(簡稱位權)。

　　　　例如：十進制的123，1的位權是100，2的位權是10，3的位權是1。二進制中的 1011 ，第一個1的位權是8，0的位權是4，第二個1的位權是2，第三個1的位權是1

　　(4)數制：計數的規則。在人們使用最多的進位計數制中，表示數的符號在不同的位置上時所代表的數的值是不同的。

　　(5)十進制：人們日常生活中最熟悉的進位計數制。在十進制中，數用0，1，2，3，4，5，6，7，8，9這十個符號來描述。計數規則是逢十進一。

　　(6)二進制：在計算機系統中采用的進位計數制。在二進制中，數用0和1兩個符號來描述。計數規則是逢二進一，借一當二。

　　(7)十六進制：人們在計算機指令代碼和數據的書寫中經常使用的數制。在十六進制中，數用0，1，…，9和A,B,…，F（或a，b，…，f）16個符號來描述。計數規則是逢十六進一。

　　(8)數制符號：二進制B(binary)，八進制O(octal)，十進制D(decimal)，十六進制H(hexadecimal)

5.二進制的算術運算

　　當前的計算機系統使用的基本上是二進制系統，數據在計算機中主要是以補碼的形式存儲的。因為數字計算機只能識別和處理由‘0’.‘1’符號串組成的代碼。其運算模式正是二進制。二進制運算包括二進制邏輯運算和算術運算。

　　加法：二進制數的加法規則是：逢2進1。0+0=0； 1+0=1； 0+1=1； 1+1=10

　　減法：二進制數的減法規則是：“借一當二”。 0－0=0　　1－0=1　　1－1=0　　0－1=1(向高位借位)。

　　乘法：二進制數的乘法特別簡單，因為每一步只包括乘以 “1”或乘以“0”。二進制乘法規則是：0×0=0 1×0=0 0×1=0 1×1=1

　　除法：二進制的除法也很簡單，因為所求的商每位不是“1”就是“0”。0÷0 = 0，0÷1 = 0，1÷0 = 0 (無意義)，1÷1 = 1

6.二進制的邏輯運算

　　(1)邏輯數據: 在邏輯上可以代表真與假、是與非、對與錯、有與無這種具有邏輯性的量稱為邏輯數據。邏輯上用二進制的0和1代表這種邏輯數據

　　(2)邏輯運算：邏輯數據之間的運算稱為邏輯運算，在計算機中，邏輯數據的值用於判斷某個事件成立與否，成立為真，反之為假。用1代表真，0代表假。

　　計算機的邏輯運算的算術運算的主要區別是：邏輯運算是按位進行的，位與位之間不像加減運算那樣有進位或借位的聯系。

　　邏輯運算主要包括三種基本運算：邏輯加法（又稱“或”運算）、邏輯乘法（又稱“與”運算）和邏輯否定（又稱“非”運算）。此外，“異或”運算也很有用。

　　(1)邏輯加法（“或”運算）

　　邏輯加法通常用符號“+”或“∨”來表示。邏輯加法運算規則如下：

　　　　0+0=0， 0∨0=0

　　　　0+1=1， 0∨1=1

　　　　1+0=1， 1∨0=1

　　　　1+1=1， 1∨1=1

　　從上式可見，邏輯加法有“或”的意義。也就是說，在給定的邏輯變量中，A或B只要有一個為1，其邏輯加的結果就為1；只有當兩者都為0時邏輯加的結果才為0。

　　(2)邏輯乘法（“與”運算）

　　邏輯乘法通常用符號“×”或“∧”或“·”來表示。邏輯乘法運算規則如下：

　　　　0×0=0， 0∧0=0， 0·0=0

　　　　0×1=0， 0∧1=0， 0·1=0

　　　　1×0=0， 1∧0=0， 1·0=0

　　　　1×1=1， 1∧1=1， 1·1=1

　　不難看出，邏輯乘法有“與”的意義。它表示只當參與運算的邏輯變量都同時取值為1時，其邏輯乘積才等於1。

　　(3)邏輯否定（"非"運算）

　　邏輯非運算又稱邏輯否運算。其運算規則為：

　　　　0=1 “非”0等於1

　　　　1=0 “非”1等於0

　　(4)異或邏輯運算（“半加”運算）

　　異或運算通常用符號"⊕"表示，其運算規則為：

　　　　0⊕0=0 0同0異或，結果為0

　　　　0⊕1=1 0同1異或，結果為1

　　　　1⊕0=1 1同0異或，結果為1

　　　　1⊕1=0 1同1異或，結果為0

　　即兩個邏輯變量相異，輸出才1

7.數制之間的相互轉換(二進制、八進制、十進制、十六進制之間的轉換)

　　(1) 十進制數轉成非十進制數 　整數部分：用除基數r取余逆排法(先余為低,後余為高)。即:把一個十進制的整數不斷除以所需要的基數r,直到商為0為止，取其余數並逆排（除r取余逆排法），就能夠轉換成以r為基數的數。小數部分：用乘基數r取整順排法(先整為高,後整為低)。即：將一個十進制小數轉換成 r進制小數時，將十進制小數不斷地乘以r，直到滿足精度要求或直到純小數部分為零為止,取其整數順排(乘r取整順排法)。

　　應當註意，把十進制數轉換成二進制時，對於整數均可用有限位二進制整數表示，但對於小數卻不一定能用有限位的二進制小數表示。當乘2後使小數部分等於零時，轉換結束；當乘2後小數部分總是不等於零，轉換過程將是無限的。

　　對於既包含整數部分又包含小數部分的十進制數，如果要轉換到其他進制，則分別對整數部分和小數部分采用前述方法，然後組合即是求得的結果。

　　(2)非十進制數轉換成十進制數

　　非十進制轉換成十進制的方法：把非十進制數各位按位權值展開後求和即可。

　　(3)二進制數轉換成八、十六進制數

　　二進制數轉換成八進制：整數從右向左三位並一位，不足部分左補0 ；小數從左向右三位並一位，不足部分右補0

　　二進制數轉換成十六進制：整數從右向左四位並一位，不足部分左補0；小數從左向右四位並一位，不足部分右補0

8.計算機中數據的表示

　　(1)數值型數據
　　　　機器數：將在機器內存放的正、負號數值化的數稱為機器數，機器數對應的實際數值稱為機器數的真值。
　　　　機器數的三個特點:

• • 數的符號數值化：數的最高位定義為符號位，
  • 計算機中可表示整數和純小數，因此小數點約定在一個固定的位置上，這樣就不用占用1個數位，
  • 機器數表示的範圍受字長和數據類型的限制。例如若表示一個整數，字長為8位，最大值 (01111111)2即(127)D。

　　(2)定點數的表示方法

　　定點數：小數點的位置是固定的,約定在某一固定位置上，所以稱為定點數表示法。

　　定點小數：小數點的位置在最高數值位的前面，符號位的後面。定點小數是純小數，即所表示的小數的絕對值均小於1

　　定點整數:小數點的位置約定在最低數值位的後面。

　　註意：小數點在存儲單元中不占存儲位。
　　定點整數分為有符號和無符號兩種，對於有符號的整數，最高位就是符號位。對於無符號數，所有的數字都是有效數值。

　　(3)浮點數的表示法　　

　　浮點表示來源於數學中的指數表示形式:

　　　　N=M×R^C。
　　例如: 十進制數(123)_D可以寫作0.123×10³， 1.23×10²
　　　　小數點的位置是可以變化的。
　　在計算機中，一個浮點數由兩部分構成：階碼C和尾數M。底數R是事先約定的，在機器數中不出現。
　　階碼: 相當於指數，是一個帶符號的整數，決定數的範圍.
　　尾數: 為了便於計算機中小數點的表示，規定尾數的絕對值為大於0.1並且小於1的小數（規格化）。尾數表示數值的有效數字，決定數的精度。

　　任意二進制規格化浮點數的表示形式：N=±d×2^±p
　　d為尾數，前面的±為數的符號。P為階碼，其前面的±為階碼的符號。

　　浮點數在計算機內的存儲形式為：
　　　　階符　 階碼　　 數符 　尾數
　　註意：

• • 階符、數符各占1位。
  • 尾數的位數決定數的精度。
  • 階碼是定點整數，其位數決定數的大小範圍。浮點數表示擴大了數的範圍

9.原碼，反碼，補碼

　　對於一個數， 計算機要使用一定的編碼方式進行存儲。 原碼， 反碼， 補碼是計算機存儲一個具體數字的編碼方式。

　　一個數在計算機中的二進制表示形式， 叫做這個數的機器數。機器數是帶符號的，在計算機用一個數的最高位存放符號， 正數為0， 負數為1。比如，十進制中的數 +2 ，計算機字長為8位，轉換成二進制就是[00000010]。如果是 -2 ，就是 [10000010] 。因為第一位是符號位，所以機器數的形式值就不等於真正的數值。例如上面的有符號數 [10000010]，其最高位1代表負，其真正數值是 -2 而不是形式值130（[10000010]轉換成十進制等於130）。所以將帶符號位的機器數對應的真正數值稱為機器數的真值。

　　原碼就是符號位加上真值的絕對值， 即用第一位表示符號， 其余位表示值。
　　反碼的表示方法是:正數的反碼是其本身；負數的反碼是在其原碼的基礎上， 符號位不變，其余各個位取反。
　　補碼的表示方法是:正數的補碼就是其本身；負數的補碼是在其原碼的基礎上， 符號位不變， 其余各位取反， 最後+1。 (即在反碼的基礎上+1)
　　舉例：

　　那麽計算機為什麽要使用補碼呢？

　　首先，根據運算法則減去一個正數等於加上一個負數， 即: 1-1 = 1+(-1)， 所以計算機被設計成只有加法而沒有減法， 而讓計算機辨別”符號位”會讓計算機的基礎電路設計變得十分復雜，於是就讓符號位也參與運算，從而產生了反碼。
　　用反碼計算， 出現了”0”這個特殊的數值， 0帶符號是沒有任何意義的。 而且會有[0000 0000]和[1000 0000]兩個編碼表示0。於是設計了補碼， 負數的補碼就是反碼+1，正數的補碼就是正數本身，從而解決了0的符號以及兩個編碼的問題: 用[0000 0000]表示0，用[1000 0000]表示-128。
　　 註意-128實際上是使用以前的-0的補碼來表示的， 所以-128並沒有原碼和反碼。使用補碼， 不僅僅修復了0的符號以及存在兩個編碼的問題， 而且還能夠多表示一個最低數。 這就是為什麽8位二進制， 使用補碼表示的範圍為[-128， 127]。

大學計算機第二課