大学计算机信息技术(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者：朱立才 黄津津

出版社：人民邮电出版社

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大学计算机信息技术试读：

前言

本书共6章，主要内容包括计算机基础知识、计算机系统、文字处理Word 2010、电子表格Excel 2010、演示文稿PowerPoint 2010、计算机网络与Internet应用。本书介绍了计算机基础知识和常用的计算机应用软件，使大学非计算机专业的学生，既具备使用常用软件处理日常事务的能力，又了解了计算机和信息处理的基本知识、原理与方法以及信息技术的发展趋势，为专业学习奠定必要的计算机基础。另外，本书每一章的最后安排了练习题，并提供相应的参考答案，旨在提高学生对知识点的认识与理解，有助于拓宽学生计算机知识的视野，激发学习兴趣。

全书内容丰富，层次清晰，图文并茂，遵循教学规律。在内容编排上充分考虑到初学者的实际阅读需求，兼顾计算机软件和硬件的更新发展，突出教材的基础性和实践性。同时编写的《大学计算机信息技术——学习与实验指导》可以与本书配套使用，通过实用的操作指导，让读者能够直观、迅速地掌握计算机的基础知识和基本操作，实现学与用的统一。

本书由朱立才、黄津津任主编，李忠慧、吉祖勤、余群任副主编。在本书的编撰过程中，得到了编者所在学校领导及同事的大力支持和帮助，同时许多教学第一线专家与教师对本书提出了宝贵意见和建议，在此表示诚挚的谢意。

由于编者水平有限，书中不足和疏漏之处，敬请专家和广大读者批评指正。编者2017年8月第1章　计算机基础知识

电子计算机（Electronic Computer）又称电脑，是一种能够按照指令，自动、高速、精确地对海量信息进行存储、传送和加工处理的现代电子设备，是20世纪最伟大的发明之一。伴随计算机技术和网络技术的飞速发展，计算机已渗透到社会的各个领域，对人类社会的发展产生了极其深远的影响。学习必要的计算机知识，掌握一定的计算机操作技能，是当代社会人们应具备的基本素质。1.1　计算机概述1.1.1　计算机的诞生及发展过程

17世纪，德国数学家莱布尼茨发明了震惊世界的二进制，为计算机内部数据的表示方法创造了条件。20世纪初，电子技术得到了飞速发展，1904年，英国电气工程师弗莱明研制出了真空二级管；1906年，美国科学家福雷斯特发明了真空三极管，这些发明创造为计算机的诞生奠定了基础。

20世纪40年代后期，西方国家的工业技术得到迅猛的发展，相继出现了雷达和导弹等高科技产品，原有的计算工具对大量复杂的科技产品的计算无能为力，迫切需要在计算技术上有所突破。1943年，正值第二次世界大战，由于军事上的需要，宾夕法尼亚大学电子工程系的教授莫克利和他的研究生埃克特计划的世界上第一台计算机ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Computer，电子数字积分计算机）诞生了，如图1-1所示。图1-1　世界上第一台计算机ENIAC

ENIAC的主要元件是电子管，计算速度为每秒5 000次加法运算、300多次乘法运算，比当时最快的计算工具要快300倍。ENIAC重30多吨，占地170平方米，采用了18 000多个电子管、1 500多个继电器、70 000多个电阻和10 000多个电容，每小时耗电150千瓦。虽然ENIAC的体积庞大、性能差，但它的出现使信息处理技术进入了一个崭新的时代，标志着人类文明的一次飞跃和电子计算机时代的开始。

同一时期，鉴于ENIAC的缺点，ENIAC项目组的一个美籍匈牙利研究人员冯·诺依曼开始研制自己的EDVAC（Electronic Discrete Variable Automatic Computer，离散变量自动电子计算机），该计算机是当时计算速度最快的计算机，其主要设计理论如下。（1）使用二进制。计算机的程序和程序运行需要的数据以二进制形式存放在计算机的存储器中。（2）存储程序执行。程序和数据存放在存储程序中，即存储程序的概念。计算机执行程序时，无需人工干预，能自动、连续地执行程序，并得到预期的结果。

冯·诺依曼的原理和思想，进一步明确指出了计算机的结构应由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5个部分组成。

EDVAC计算机对ENIAC进行了重大的改进，成为现代计算机的基本雏形。直至今天，绝大部分的计算机还是采用冯·诺依曼方式工作。冯·诺依曼提出的这些原理和思想，对后来计算机的发展起到了决定性的作用，被誉为“现代电子计算机之父”。

从第一台电子计算机诞生至今的几十年时间里，计算机技术成为发展最快的现代技术之一。根据计算机采用的物理器件，可将计算机的发展划分为4个阶段，如表1-1所示。表1-1　计算机发展的4个阶段

第一代计算机（1946—1958）。这段时期称为“电子管计算机时代”。它使用的主要逻辑元件是真空电子管，其特点是体积庞大、速度慢、成本高、可靠性差。主存储器采用汞延迟线或静电储存管，容量很小；外存储器使用了磁鼓，输入/输出装置主要采用穿孔卡；采用机器语言编程，即用“0”和“1”来表示指令和数据；运算速度每秒仅为数千次至数万次。这一代计算机被应用于数值计算和军事科学方面的研究。

第二代计算机（1959—1964）。由于在计算机中采用了比电子管更先进的晶体管，所以这段时期称为“晶体管计算机时代”。晶体管与电子管相比，其特点是体积小、耗电省、速度快、价格低、寿命长。主存储器采用磁芯，外存储器采用磁盘、磁带，存储器容量有较大提高；软件方面出现了以批处理为主的操作系统、高级语言及其编译程序。由此，计算机应用开始进入实时过程控制和数据处理领域，运算速度达到每秒数百万次甚至几十万条。这一代计算机应用领域以科学计算和事务处理为主，并开始进入工业控制领域。

第三代计算机（1965—1970）。这段时期被称为“中、小规模集成电路计算机时代”。它使用的主要逻辑元件是小规模集成电路（Small Scale Integrated circuits，SSI）和中规模集成电路（Medium Scale Integrated circuits，MSI），其特点是体积更小，价格更低、可靠性更高。主存储器采用半导体存储器，存储容量大幅度提高；软件方面出现了分时操作系统以及结构化、模块化程序设计方法；运算速度达到每秒千万次以上。这一代计算机应用开始进入文字处理和图形图像处理领域。

第四代计算机（1971年至今）。这段时期称为“大规模或超大规模集成电路计算机时代”。它使用的主要逻辑元件是大规模集成电路（Large Scale Integrated circuits，LSI）和超大规模集成电路（Very Large Scale Integrated circuits，VLSI），使得在很小的硅片上能够刻上几千万个晶体管，计算机走向微型化，运行速度可达每秒上千万次到万亿次，成本更低。主存储器采用半导体存储器，容量已达第三代计算机的辅存水平；作为外存的移动存储设备的容量大幅度增加；软件方面出现了数据库管理系统、网络管理系统、面向对象语言等。计算机应用的深度和广度有了更大的发展，开始深入人类生活的各个方面。1.1.2　计算机的特点

计算机能够按照程序确定的步骤，对输入的数据进行加工处理、存储或传送，以获得期望的输出信息，从而利用这些信息来提高工作效率和社会生产率以及改善人们的生活质量。计算机之所以具有如此强大的功能，能够应用于各个领域，这是由它的特点决定的。

计算机作为一种通用的信息处理工具，具有以下主要特点。1．运算速度快

计算机系统的运算速度指的是单位时间内能执行指令的条数，一般以每秒能执行多少条指令来描述。计算机内部的运算是由数字逻辑电路组成的，可以高速、准确地完成各种算术运算。早期的计算机由于技术的原因，工作频率较低，而随着集成电路技术的发展，计算机的运算速度得到飞速提升，目前世界上已经有计算速度每秒超过亿亿次的计算机。2．计算精度高

计算机的运算精度取决于采用机器码的字长（二进制码），即通常的8位、16位、32位和64位等，字长越长，有效位数就越多，精度就越高。如果使用10位十进制数转换成机器码，便可以轻而易举地取得几百亿分之一的精度。3．准确的逻辑判断能力

计算机不仅能进行精确计算，还具有逻辑运算功能，能对信息进行比较和判断。计算机能把参加运算的数据、程序以及中间结果和最后结果保存起来，并能根据判断的结果自动执行下一条指令，以供用户随时调用。4．强大的存储能力

计算机具有许多存储记忆载体，可以存储大量的信息。这些信息不仅包括各类数据信息，还包括加工这些数据的程序。5．自动功能

计算机内具有运算单元、控制单元、存储单元和输入输出单元，计算机可以按照预先编写好的程序（一组指令）实现工作自动化，不需要人的干预，而且可以反复执行。6．网络与通信功能

通过计算机网络技术可以将不同城市、不同国家的计算机连在一起形成一个计算机网，在网上的所有计算机用户可以共享资料和交流信息，从而改变了人类的交流方式和信息获取方式。1.1.3　计算机的应用

计算机的应用已经渗透到社会的各个领域，正在深刻改变着人们的工作、学习和生活方式，推动着社会的发展。计算机的应用大致可分为以下几个方面。1．科学计算

科学计算也被称为数值计算，是指利用计算机来完成科学研究和工程设计中提出的一系列复杂的数学问题的计算。计算机不仅能进行数字运算，还可以解答微积分方程以及不等式。由于计算机具有较高的运算速度，对于以往人工难以完成甚至无法完成的数值计算，计算机都可以完成，如气象资料分析和卫星轨道的测算等。目前，基于互联网的云计算也将发挥越来越重要的作用。2．数据与信息处理

对大量的数据进行分析、加工和处理等工作早已开始使用计算机来完成，这些数据不仅包括“数”，还包括文字、图像和声音等数据形式。现代计算机速度快、存储容量大，使得计算机在数据处理和信息加工方面的应用十分广泛，如企业的财务管理、事务管理、资料和人事档案的文字处理等。利用计算机进行信息管理，为实现办公自动化和管理自动化创造了有利条件。3．过程控制

过程控制也称为实时控制，它是指利用计算机自动监测生产过程和其他过程进行以及自动控制设备工作状态的一种控制方式，被广泛应用于各种工业环境中，并替代人在危险、有害的环境中作业，不受疲劳等因素的影响，并可完成人类不能完成的有高精度和高速度要求的操作，从而节省了大量的人力、物力，并大大提高了经济效益。4．人工智能

人工智能（Artificial Intelligence,AI）是用计算机模拟人类的某些智力活动。利用计算机可以识别图像和物体，模拟人的学习过程和探索过程。人工智能研究期望赋予计算机更多人的智能，如机器翻译、智能机器人等，都是利用计算机模拟人类的智力活动。人工智能是计算机科学发展以来一直处于前沿的研究领域，其主要研究内容包括自然语言理解、专家系统、机器人以及定理自动证明等。目前，人工智能已应用于机器人、医疗诊断、故障诊断、案件侦破和经营管理等诸多方面。5．计算机辅助

计算机辅助也称为计算机辅助工程，是指利用计算机协助人们完成各种设计工作。计算机的辅助功能是目前正在迅速发展并不断取得成果的重要应用领域，主要包括计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）、计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing，CAM）、计算机辅助测试（Computer Aided Test，CAT）、计算机辅助工程（Computer Aided Engineering，CAE）、计算机辅助教学（Computer Aided Instruction，CAI）、计算机仿真模拟（Simulation）等。6．网络通信

网络通信是计算机技术与现代通信技术相结合的产物。网络通信是指利用计算机网络实现信息的传递功能，随着Internet技术的快速发展，人们可以在不同地区和国家间进行数据传递，并可通过计算机网络进行各种商务活动。7．多媒体技术

多媒体技术（Multimedia Technology）是指通过计算机对文字、数据、图形、图像、动画和声音等多种媒体信息进行综合处理和管理，使用户可以通过多种感官与计算机进行实时信息交互的技术。多媒体技术拓宽了计算机的应用领域，使计算机广泛应用于教育、广告宣传、视频会议、服务业和文化娱乐业等。同时，多媒体技术与人工智能技术的有机结合还促进了虚拟现实（Virtual Reality）、虚拟制造（Virtual Manufacturing）技术的发展。8．嵌入式系统

并不是所有计算机都是通用的，有许多特殊的计算机用于不同的设备中，包括大量的消费电子产品和工业制造系统，都是把处理器芯片嵌入其中，完成特定的处理任务。这些系统称为嵌入式系统。例如，数码相机、数码摄像机以及高档电动玩具等都使用了不同功能的处理器。1.1.4　计算机的分类

计算机的分类方法很多，一般可根据计算机的性能、规模和处理能力，把计算机分成巨型机、大型通用机、微型计算机、服务器和工作站等几类。1．巨型机

巨型机也称超级计算机或高性能计算机，在所有计算机类型中占地最大、价格最贵、功能最强，其浮点运算速度极快。通常，巨型机多用于国家高科技领域和尖端技术研究，是一个国家科研实力的体现，现有的超级计算机运算速度大多可以达到每秒一太（Trillion，万亿）次以上。2014年6月，在德国莱比锡市发布的世界超级计算机500强排行榜上，中国超级计算机系统“天河二号”位居榜首，其浮点运算速度达到每秒33.86千万亿次。2．大型机

大型通用机的特点是大型、通用，具有极强的处理能力和管理能力，运算速度为每秒100万至几千万次，在一台大型机中可以使用几十台微机或微机芯片，用以完成特定的操作，可同时支持上万个用户，可支持几十个大型数据库。大型通用机主要应用在政府管理部门、大公司、大企业、高校和科研院所。大型通用机通常又被称为“企业级”计算机，通用性强，但价格较贵，覆盖国内通常所说的大中型机。3．微型计算机

微型计算机简称微机，即通常说的电脑、个人电脑（Personal Computer，PC）。微机技术在近十年发展迅速，平均每两年计算机微芯片上集成的晶体管数目就翻一番，性能提高一倍而价格降低一半。微机的主流是IBM公司在1981年推出的PC系列及其众多的兼容机。微机以其设计先进（总是率先采用高性能的微处理器）、软件丰富、功能齐全、价格便宜等优势而拥有广大的用户，因而大大推动了计算机的普及应用。微机分为可独立使用的微机和嵌入式微机（又称嵌入式系统）两类。

可独立使用的微机可分为台式机、一体机、笔记本电脑、平板电脑、掌上电脑（PDA）等。在掌上电脑基础上加上手机功能，就成了智能手机；平板电脑、掌上电脑的核心技术是嵌入式操作系统这一系统软件，各种产品之间的竞争也主要在此。

嵌入式微机被作为一个应用系统的部件安装在应用设备里，最终用户直接使用的是该应用设备而非微机，如智能数字电视机、数码相机、自动售货机、微波炉、电梯等生活中的各种电器设备以及工业自动化仪表与医疗仪器等。嵌入式微机有单片机和单板机之分：把微处理器、一定容量的存储器以及输入输出接口电路等集成在一个芯片上，就构成了单片机嵌入式系统，一般用作专用机或用来控制高级仪表、家用电器等；把微处理器、存储器、输入输出接口电路安装在一块印刷电路板上，就成为单板机嵌入式系统，主要用于工业控制、微型机教学和实验，或作为计算机控制网络的前端执行机。4．工作站

工作站是一种高端的通用微型计算机系统。它具有较高的运算速度，具有大小型机的多任务、多用户功能，且兼具微型计算机的操作便利和良好的人机界面。它可以连接到多种输入/输出设备，具有易于联网、处理功能强等特点。其应用领域也已从最初的计算机辅助设计扩展到商业、金融、办公领域，并充当网络服务器的角色。5．服务器

服务器专指能通过网络，为客户端计算机提供各种服务的高性能的计算机。服务器的构成与普通电脑类似，但相对于普通电脑来说，它对稳定性、安全性、可扩展性、可管理性、性能等方面的要求更高，因此在CPU、芯片组、内存、磁盘系统、网络等硬件上和普通电脑有所不同。服务器是网络的节点，存储、处理网络上80%的数据、信息，在网络中起到举足轻重的作用，被称为网络的灵魂。服务器可以是大型机、小型机、工作站或高档微机。服务器可以提供信息浏览、电子邮件、文件传送、数据库等多种业务服务。1.1.5　未来计算机的发展趋势1．计算机的发展方向（1）巨型化。巨型化是指计算机的计算速度更快、存储容量更大、功能更强大、可靠性更高。巨型化计算机的应用范围主要包括天文、天气预报、军事、生物仿真等，这些领域需进行大量的数据处理和运算，需要性能强劲的计算机才能完成。（2）微型化。随着超大规模集成电路的进一步发展，个人计算机将更加微型化，膝上型、书本型、笔记本型、掌上型等微型化计算机将不断涌现，并受到越来越多用户的喜爱。（3）网络化。随着计算机的普及，计算机网络也逐步深入人们工作和生活的各个部分。通过计算机网络可以连接地球上分散的计算机，然后共享各种分散的计算机资源。现在计算机网络也是人们工作和生活中不可或缺的事物，计算机网络化可以让人们足不出户就能获得大量的信息以及与世界各地的亲友进行通信、网上贸易等。（4）智能化。智能化的计算机能够代替人的脑力劳动，具有类似人的智能，如能听懂人类的语言，能看懂各种图形，可以自己学习等，即计算机可以处理知识，从而代替人的部分工作。未来的智能型计算机将会代替甚至超越人类某些方面的脑力劳动。2．新一代计算机

由于计算机中最重要的核心部件是芯片，因此计算机芯片技术的不断发展也是推动计算机未来发展的动力。Intel公司的创始人之一戈登·摩尔在1965年曾预言了计算机集成技术的发展规律，那就是每18个月，在同样面积的芯片中集成的晶体管数量将翻一番，而成本将下降一半。

几十年来，计算机芯片的集成度严格按照摩尔定律发展，不过该技术的发展并不是无限的。因为计算机采用电流作为数据传输的信号，而电流主要靠电子的迁移而产生，电子最基本的通路是原子，一个原子的直径大约等于1 nm，目前芯片的制造工艺已经达到了90 nm甚至更小，也就是说一条传输电流的导线的直径即为90个原子并排的长度，那么最终晶体管的尺寸将接近纳米级，即达到一个原子的直径长度，但是这样的电路是极不稳定的，因为电流极易造成原子迁移，原子迁移后电路也就断路了。

由于晶体管计算机存在上述物理极限，因而世界上许多国家在很早的时候就开始了各种非晶体管计算机的研究，如光子计算机、量子计算机、生物计算机和超导计算机等，这类计算机也被称为第五代计算机或新一代计算机，它们能在更大程度上仿真人的智能，这类技术也是目前世界各国计算机发展技术研究的重点。（1）光子计算机。是利用光信号进行数据运算、处理、传输和存储的新型计算机。在光子计算机中，以光子代替电子，用不同波长的光代表不同的数据，光运算代替电运算，具有超高速的运算速度、强大的并行处理能力、大存储量、非常强的抗干扰能力。1990年1月底，美国贝尔实验室成功研制成世界上第一台光子计算机。它采用砷化稼光学开关，运算速度可达每秒10亿次，尽管其装置粗糙，但已显示出强大的生命力，而且人类利用光缆传输数据已经有20多年的历史，用光信号来存储信息的光盘技术也已广泛应用，这些为光子计算机的研制、开发和应用奠定了基础。（2）量子计算机。是根据量子力学原理设计，基于原子的量子效应构建的完全以量子比特为基础的计算机。它利用每一位量子比特可同时存储“0”和“1”两个状态的相应量子态叠加来表示不同的数据，从而进行多位量子比特并行计算。量子计算机具有运算速度快、存储容量极大、功耗低、高度微型化和集成化的特点，理论上其性能能够超过任何可以想象的标准计算机。2007年，加拿大计算机公司D-Wave展示了全球首台量子计算机“Orion（猎户座）”，但它只能进行特定的计算。（3）生物计算机。是利用蛋白质的开关特性，采用蛋白质分子作元件从而制成的生物芯片，并以这种生物电子元件构建而成的计算机。生物计算机中的信息以波的形式沿着蛋白质分子链中单键、双键的结构顺序改变，其性能是由酶之间电流启闭的开关速度来决定，用蛋白质制成的计算机芯片的一个存储点只有一个分子大小，由蛋白质构成的集成电路大小仅相当于硅片集成电路的十万分之一，因此其存储容量可以达到普通计算机的10亿倍，运行速度比当今最新一代传统计算机快10万多倍，能耗仅相当于普通台式机的十分之一。生物计算机的发展还需要经历较长的过程。（4）超导计算机。是用超导材料代替半导体制作芯片元器件的计算机。其具有能耗小、运算速度快等特点，超导计算机耗电仅为半导体器件计算机的几千分之一，执行一条指令只需十亿分之一秒，比半导体元件快几十倍。以目前的技术制造出的超导计算机的集成电路2芯片只有（3~50）mm大小。超导计算机目前尚有许多有待突破的技术难关。1.1.6　信息技术

以计算机技术、通信技术和网络技术为核心的信息技术深入影响了人类社会的各个领域，对人类的生活和工作方式产生了巨大的影响，半个多世纪以来，人类社会正在由工业社会进入信息社会，而随着科学技术的不断进步，信息技术将得到更深、更广和更快的发展。1．信息与信息技术

信息在不同的领域有不同的定义，一般来说。信息是对客观世界中各种事物的运动状态和变化的反映，简单地说，信息是经过加工的数据，或者说信息是数据处理的结果，泛指人类社会传播的一切内容，如音讯、消息、通讯系统传输和处理的对象等。在信息化社会中，信息已成为科技发展日益重要的资源。

信息技术（Information Technology，IT）是一门综合的技术，人们对信息技术的定义，因其使用的目的、范围和层次不同而有不同的表述。联合国教科文组织对信息技术的定义为“应用在信息加工和处理中的科学、技术与工程的训练方法和管理技巧与应用；计算机及其与人、机的相互作用，与人相应的社会、经济和文化等诸种事物”。该定义强调的是信息技术的现代化应用与高科技含量，主要指一系列与计算机相关的技术。狭义范围内的信息技术是指对信息进行采集、传输、存储、加工和表达的各种技术的总称。

信息技术主要是应用计算机科学和通信技术来设计、开发、安装和实施信息系统及应用软件，主要包括传感技术、通信技术、计算机技术和缩微技术。（1）传感技术。传感技术是关于从自然信源获取信息，并对之进行处理（变换）和识别的一门多学科交叉的现代科学与工程技术，它涉及传感器、信息处理和识别的规划设计、开发、建造、测试、应用及评价改进等活动，传感技术、计算机技术和通信一起被称为信息技术的三大支柱，其主要任务是延长和扩展人类收集信息的功能。目前，传感技术已经发展了一大批敏感元件。例如，通过照相机、红外、紫外等光波波段的敏感元件来帮助人们提取肉眼见不到的重要信息，也可通过超声和次声传感器来帮助人们获得人耳听不到的信息。（2）通信技术。通信技术又称通信工程，主要研究的是通信过程中的信息传输和信号处理的原理和应用。目前，通信技术得到了飞速发展，从传统的电话、电报、收音机、电视到如今的移动电话（手机）、传真、卫星通信、光纤通信和无线技术等现代通信方式，使数据和信息的传递效率得到大大提高，通信技术已成为办公自动化的支撑技术。（3）计算机技术。计算机技术是信息技术的核心内容，其主要研究任务是延长人的思维器官处理信息和决策的功能，计算机技术作为一个完整系统运用的技术，主要包括系统结构技术、系统管理技术、系统维护技术和系统应用技术等。近年，计算机技术同样取得了飞速的发展，尤其是随着多媒体技术的发展，计算机的体积越来越小，但应用功能却越来越强大。（4）缩微技术。缩微技术是一种涉及多学科、多部门、综合性强且技术成熟的现代化信息处理技术，其主要研究任务是延长人的记忆器官存储信息的功能。例如，在金融系统、卫生系统、保险系统、工业系统均采用缩微技术复制了纸质载体的文件，从而改变了过去传统的管理方法，提高了档案文件、文献资料的管理水平，提高了经济效益。

总地来说，现代信息技术是一个内容十分广泛的技术群，它包括微电子技术、光电子技术、通信技术、网络技术、感测技术、控制技术和显示技术等。此外，物联网和云计算作为信息技术新的高度和形态被提出，并得到了发展。根据中国物联网校企联盟的定义，物联网为当下大多数技术与计算机互联网技术的结合，它能更快、更准确地收集、传递、处理和执行信息，是科技的最新呈现形式与应用。2．现代信息技术的发展趋势

现代信息技术的发展趋势可以概括为数字化、多媒体化、高速度、网络化、宽频带、智能化等。（1）数字化。当信息被数字化并经由数字网络流通时，一个拥有无数可能性的全新世界便由此揭开序幕。大量信息可以被压缩，并以光速进行传输，数字传输的品质又比模拟传输的品质要好得多。许多种信息形态能够被结合、被创造，如多媒体文件。无论在世界的任何地方，都可以立即存储和取用信息。新的数字产品也将被制造出来，有些小巧得可以放进你的口袋里，有些则足以对商业和个人生活的各层面都造成重大影响。（2）多媒体化。随着未来信息技术的发展，多媒体技术将文字、声音、图形、图像、视频等信息媒体与计算机集成在一起，使计算机的应用由单纯的文字处理进入文、图、声、影集成处理。随着数字化技术的发展和成熟，以上每一种媒体都将被数字化，并容纳进多媒体的集合里，系统将信息整合在人们的日常生活中，以接近于人类的工作方式和思考方式来设计与操作。（3）高速度、网络化、宽频带。目前，几乎所有的国家都在进行最新一代的信息基础设施建设，即建设宽频信息高速公路。尽管今日的Internet已经能够传输多媒体信息，但仍然被认为是一条频带宽度低的网络路径，被形象地称为一条花园小径。下一代Internet技术（Internet 2）的传输速率将可以达到2.4 GB/s。实现宽频的多媒体网络是未来信息技术的发展趋势之一。（4）智能化。随着未来信息技术向着智能化的方向发展，在超媒体的世界里，“软件代理”可以替人们在网络上漫游。“软件代理”不再需要浏览器，它本身就是信息的寻找器，它能够收集任何可能想要在网络上获取的信息。1.2　信息的表示与存储

计算机最基本的功能是对信息进行采集、存储、处理和传输。信息的载体是数据，数据包括数值、字符、图形、图像、声音、视频等多种形式。计算机内部采用二进制方式表示数据，因此各类数据均需要转换为二进制，以便计算机进行运算处理与存储。1.2.1　计算机中的数据及其单位1．计算机中的数据

数据是对客观事物的符号表示。数值、文字、语言、图形、图像等都是不同形式的数据。

一般来说，信息既是对各种事物的变化和特征的反映，又是事物之间相互作用和联系的表征。人通过接受信息来认识事物，从这个意义上来说，信息是一种知识，是接受者原来不了解的知识。

在计算机中，各种信息都是以数据的形式出现，对数据进行处理后产生的结果为信息，因此数据是计算机中信息的载体。尽管数据与信息是两个不同的概念，但人们在许多场合把这两个词互换使用。信息有意义，而数据本身没有意义，只有经过处理和描述，才能赋予其实际意义。例如，37℃是一个数据，没有实际意义，但当它表示气温或体温时，就变成了有意义的信息。

计算机内部均用二进制来表示各种信息。二进制只有“0”和“1”两个数码。相对十进制而言，用二进制表示不但运算简单、易于物理实现、通用性强，更重要的优点是占用的空间和消耗的能量小得多，机器可靠性高。但计算机与外部交往仍采用人们熟悉和便于阅读的形式，如十进制数据、文字显示以及图形描述等，这之间的转换则由计算机系统来完成。2．计算机中数据的单位

在计算机内存储和运算数据时，常用的数据单位有以下几种。（1）比特（bit）和字节（Byte）

比特（位）是度量数据的最小单位。在数字电路和计算机技术中采用二进制表示数据，代码只有“0”和“l”。一字节由8比特（位）二进制数字组成，字节是信息组织和存储的基本单位，也是计算机体系结构的基本单位。

在计算机中，通常用B（字节）、KB（千字节）、MB（兆字节）或GB（吉字节）为单位来表示存储器（如内存、硬盘、U盘等）的存储容量或文件的大小。所谓存储容量，是指存储器中能够包含的字节数，存储单位B、KB、MB、GB和TB的换算关系如下。10

千字节　1 KB=1 024 B=2B20

兆字节　1 MB=1 024 KB=2B30

吉字节　1 GB=1 024 MB=2B40

太字节　1 TB=1 024 GB=2B（2）字长

在计算机诞生初期，受各种因素限制，计算机一次能够同时（并行）处理8个二进制位。人们将计算机一次能够并行处理的二进制位称为该机器的字长，也称为计算机的一“字”。随着电子技术的发展，计算机的并行能力越来越强，计算机的字长通常是字节的整倍数，如8位、16位、32位，发展到今天微型机的64位，大型机已达128位。

字长是计算机的一个重要指标，直接反映一台计算机的计算能力和计算精度。字长越长，计算机的数据处理速度越快。1.2.2　常用数制及其转换

日常生活中人们使用过许多数制，如表示时间的六十进制，表示星期的七进制，表示年份的十二进制，还有最常用的十进制。计算机中采用的数是二进制数。任何信息必须转换成二进制数据后才能由计算机进行处理。1．进位计数制

数制是指用一组特定的数字符号和统一的规则来表示数值的方法。其中，按照从低向高进位方式计数的数制称为进位计数制。

数制中有数位、基数（base）和位权（weight）3个要素。“数位”是指数码在某个数中所处位置。“基数”是指在某种数制中，每个数位上能使用的数码的个数。“位权”是指数码在不同的数位上表示的数值的大小。位权以指数形式表达，以基数为底，其指数是数位的序号。数位的序号以小数点为界，其左边（个位）的数位序号为0，向左每移一位序号加1，向右每移一位序号减1。

如果采用R个数码（如0，1，2，…，R−1）表示数值，相邻两位i之间为“逢R进一”的关系，它的位权可表示成R，i为数位序号。任何一个R进制数都可以表示为“按位权展开”的多项式之和，该表达式就是数的一般展开表达式。i

其中，R为基数，k为第i位的数码，R称为第i位的位权。计算机i中常用的几种进位计数制如表1-2所示。表1-2　计算机中常用的几种进位计数制的表示

其中，十六进制是人们在计算机指令代码和数据的书写中经常使用的数制。在十六进制中，数用0，1，…，9和A，B，…，F共16个符号来描述，十六进制与十进制的对应关系是：0~9对应0~9；A~F对应10~15。

一般地，用括号后加进位制基数下标的方式，或者用括号后加进位制英文字母下标的方式来表示不同数制的数，如（23）、10（25F.5A3）、（101101.011），或者表示为（23）、（25F.5A3）162D、（101101.011）等。HB

表1-3列出了几种常用数制之间的对应关系。表1-3　常用数制之间的对应关系表

可以看出，采用不同的数制表示同一个数时，基数越大，使用的位数越少。比如十进制数15，需要4位二进制数来表示，只需要2位八进制数来表示，只需要1位十六进制数来表示。这也是为什么在程序的书写中一般采用八进制或十六进制表示数据的原因。2．R进制数转换为十进制

在R进制数（如十进制数、二进制数、八进制数和十六进制数等）中，遵循“逢R进一”的进位规则，采用“按位权展开”并求和的方法，可得到等值的十进制数。

以下是R进制数转换为十进制的方法（即“按权展开”法）。（1）十进制（Decimal）

任意一个十进制数值都可用由0，1，2，3、4，5，6，7，8，9共10个数码组成的字符串来表示。它的基数R=10，其进位规则是i“逢十进一”，它的位权可表示成10。其按权展开式为：230-1-2

例如，(123.45)=1×10+2×101+×10+4×10+5×10。D（2）二进制（Binary）

任意一个二进制数可用由0，1共两个数码组成的字符串来表i示。它的基数R=2，其进位规则是“逢二进一”，它的位权可表示成2。其按权展开式为：3210-1

例如，(1101.11)=1×2+1×2+0×2+1×2+1×2+1×B-22=8+4+0+1+0.5+0.25=13.75。

转换结果为：(1101.11)=(13.75)。BD（3）八进制（Octal）

和十进制与二进制的讨论类似，任意一个八进制数可用由0，1，2，3，4，5，6，7共8个数码组成的字符串来表示。它的基数R=8，i其进位规则是“逢八进一”，它的位权可表示成8。其按权展开式为：210-1

例如，(345.08)=3×8+4×8+5×8+0×8+8×O-28=192+32+5+0+0.125=229.125。

转换结果为：(345.08)=(229.125)。OD（4）十六进制（Hexadecimal）

和十进制与二进制的讨论类似，任意一个十六进制数可用0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，A，B，C，D，E，F共16个数码组成的字符串来表示，其中符号A、B、C、D、E、F分别代表十进制数值10，11，12，13，14，15，它的基数R=16，其进位规则是“逢十六进一”，它的位权可表示成16i。其按权展开式为：210

例如，(2AB.8)=2×16+10×16+11×16+8×H-116=512+160+11+0.5=683.5。

转换结果为：(2AB.8)=(683.5)。HD3．十进制转换为R进制数

将十进制数转换为R进制数时，对具有整数和小数两部分的十进制数，要将其整数部分和小数部分分别转换，然后用小数点连接起来。

整数的转换采用“除R取余，逆序排列”法，将待转换的十进制数连续除以R，直到商为0，每次得到的余数按相反的次序（即第一次除以R得到的余数排在最低位，最后一次除以R得到的余数排在最高位）排列起来就是相应的R进制数。

小数的转换采用“乘R取整，顺序排列”法，将被转换的十进制纯小数反复乘以R，每次相乘乘积的整数部分若为1，则R进制数的相应位为1；若整数部分为0，则相应位为0。由高位向低位逐次进行，直到剩下的纯小数部分为0或达到要求的精度为止。

下面以十进制数转换为二进制数为例，具体说明十进制转换为R进制数的过程。

例如，将十进制数(124.8125)转换成二进制数。D

最终转换结果为：(124.8125)=(1111100.1101)。DB4．二进制与八进制、十六进制的相互转换

二进制数非常适合计算机内部数据的表示和运算，但书写起来位数比较长，如表示一个十进制数1 024，写成等值的二进制数就需11位，很不方便，也不直观。而八进制和十六进制数比等值的二进制数的长度短得多，而且它们之间的转换也非常方便。因此在书写程序和数据用到二进制数的地方，往往采用八进制数或十六进制数的形式。13

由于二进制、八进制和十六进制之间存在特殊关系：8=2，、1416=2，即1位八进制数相当于3位二进制数，1位十六进制数相当于4位二进制数，因此转换就比较容易。八进制数与二进制数、十六进制数之间的关系如表1-4所示。表1-4　八进制数与二进制数、十六进制数之间的关系（1）二进制数转换为八进制数或十六进制数

二进制数转换为八进制数时，以小数点为界向左右两边分组，每3位为一组，两头不足3位补0即可。同样，二进制数转换为十六进制数时，按每4位为一组分组进行转换即可。

例如：（2）八进制数或十六进制数转换为二进制数

同样，八进制数或十六进制数转换为二进制数，只要将1位（八进制数或十六进制数）转换为3或4位（二进制数）表示即可。

例如：1.2.3　计算机字符编码1．西文字符的编码

在计算机处理的数据中，除了数值型数据外，日常生活中还经常使用字符这类不可做算术运算的数据，包括字母、数字、各种符号等西文字符和中文字符等。由于计算机只能识别二进制代码，为了能够对字符进行识别和处理，同样要对字符用二进制编码表示。对字符进行编码时，首先要确定总字符数，再按顺序为每一个字符分配序号即可，每一个西文字符和一个确定的编码相对应。

西文字符主要用ASCII编码，ASCII码是“美国信息交换标准代码”（American Standard Code for Information Interchange）的缩写，该标准已经被国际标准化组织（International Organization for Standardization，ISO）指定为国际标准，是使用最广泛的一种字符编码。

国际通用的ASCII码的编码规则是：每个字符用7位二进制数7（bbbbbbb）表示，共有2=128个编码值，如表1-5所示。6543210表1-5　标准7位ASCII码

ASCII码表中94个可打印字符，也称为图形字符。在这些字符中，0~9、A~Z、a~z都是顺序排列的，且小写比大写字母的码值大32，即位值b为0或1，这有利于大、小写字母之间的编码转换。有些特殊5字符的编码是比较容易记忆的。例如：“0”数字字符的编码为0110000，对应的十进制数是48，则“1”的编码值是49。“A”字符的编码为1000001，对应的十进制数是65，则“B”的编码值是66。“a”字符的编码为1100001，对应的十进制数是97，则“b”的编码值是98。

ASCII码表中有34个非图形字符（又称为控制字符）。例如：

BS（Back Space）编码是0001000　　　退格

CR（Carriage Return）编码是0001101　　　回车

DEL（Delete）编码是1111111　　　删除

SP（Space）编码是0100000　　　空格

要想计算机的内部用一字节（8个二进制位）存放一个7位ASCII码，最高位置为0。2．中文字符的编码

要想让计算机能够处理汉字信息，就必须对汉字也进行编码。

汉字信息的编码体系包括机内码、输入码、字形码、交换码、地址码和控制码。其中最主要的是机内码、输入码和字形码。（1）国标码

我国于1980年颁布了国家汉字编码标准GB2312-80，全称是《信息交换用汉字编码的字符集—基本集》。GB2312-80汉字编码标准是“中华人民共和国国家标准信息交换汉字编码”，汉字信息交换码简称交换码，也叫国际码（或GB码）。该标准收入了6 763个常用汉字（分成两级：一级汉字有3 755个，按汉语拼音字母的次序排列；二级汉字有3 008个，按偏旁部首排列），以及682个非汉字图形符，标码的基本集共有7 445个符号。

由于一字节只能表示256种编码，不足以表示6 763个汉字。所以，国标码规定，任何汉字编码都必须包括该标准规定的这两级汉字，每个汉字字符由两字节代码长度的一个编码组成。每字节的最高位恒为“0”，其余7位用于组成各种不同的码值，如图1-2所示。图1-2　汉字国标码的编码

为避开ASCII码表中的控制码，将GB 2312-80中的6 763个汉字分为94行、94列，代码表分94个区（行）和94个位（列）。由区号（行号）和位号（列号）构成了区位码。区位码最多可以表示94×94=8 836个汉字。区位码由4位十进制数字组成，前两位为区号，后两位为位号。在区位码中，01~09区为特殊字符，10~55区为一级汉字，56~87区为二级汉字。例如，汉字“中”的区位码为54 48，即它位于第54行、第48列。

区位码是一个4位十进制数，国标码是一个4位十六进制数。为了与ASCII码兼容，汉字输入区位码与国标码之间有一种简单的转换关系。具体方法是：将一个汉字的十进制区号和十进制位号分别转换成十六进制；然后分别加上20（十进制就是32），就成为汉字的国H标码。所以，汉字的国标码与区位码有下列关系。

汉字国标码=汉字的区位码+2020。H

例如，已知汉字“中”的区位码为5448（十进制数）、D3630（十六进制数），则根据上述关系式得：H

汉字“中”的国标码=汉字“中”的区位码+2020=5650。HH

二进制表示为：(00110110 00110000)+(00100000 B00100000)=(01010110 01010000)。BB（2）汉字在计算机中的处理过程

计算机内部使用二进制来处理汉字，汉字从输入到计算机内部的处理，再到汉字输出，需要多种汉字编码的支持和相互转换才能实现。这些编码主要包括汉字输入码、汉字内码、汉字地址码、汉字字形码等。这一系列的汉字编码及转换、汉字信息处理中的各编码及流程如图1-3所示。图1-3　汉字信息汉字处理流程（3）输入码

输入码是利用计算机标准键盘按键的不同排列组合来对汉字的输入进行编码，也叫外码。目前汉字输入编码方法的开发研究种类繁多，基本上可分为音码、形码、语音、手写输入或扫描输入等。对于同一个汉字，输入法不同，则输入码也不同，不管使用何种输入法，当用户向计算机输入汉字时，最终存入计算机中的总是它的机内码，与采用的输入法无关。这是因为在输入码与国标码之间存在一个对应关系，不同输入法的汉字输入码会通过输入字典统一转换为标准的国标码。（4）汉字机内码

机内码是计算机内部进行文字（字符、汉字）信息处理时使用的编码，简称内码。当汉字信息输入计算机中后，都要转换为机内码，才能进行各种存储、加工、传输、显示和打印等处理。

ASCII码是7位单字节编码，最高位为“0”。国标码中每个汉字采用两字节表示，故称之为双字节编码，最高位也为“0”。为了实现中、英文兼容，在汉字机内码中，通常利用字节的最高位来区分某个码值是代表汉字还是代表ASCII字符。具体方法是，若最高位为“1”则视为汉字符，为“0”则视为ASCII字符。所以，汉字机内码是在国标码的基础上，把两字节的最高位一律由“0”改为“l”而构成。由此可见，同一汉字的国标码与机内码并不相同，而对ASCII字符来说，机内码与国标码的码值是一样的。所以，汉字的国标码与其内码有下列关系。

汉字的内码=汉字的国标码+8080。H

例如，在前面已知汉字“中”的国标码为5650，则根据上述公H式得：

汉字“中”的内码=汉字“中”的国标码5650+8080=D6D0。HHH

二进制表示为：(01010110 01010000)+(10000000 B1000000)=(11010110 11010000)。BB（5）汉字字形码

汉字字形码是指汉字字形存储在字库中的数字化代码，用于计算机显示和打印输出汉字的外形，即称为“字模”。同一汉字可以有多种“字模”，也就是字体或字库。字形码通常有点阵表示方式和矢量表示方式。

用点阵表示汉字的字形时，汉字字形显示通常使用16×16点阵，汉字打印可选用24×24、32×32、48×48等点阵。点数越多，打印的字体越美观，但汉字占用的存储空间也越大，而不同的字体又对应不同的字库。图1-4是汉字“景”的24×24点阵构成示意图。

由图1-4可知，用24×24点阵表示一个汉字，则一个汉字占24行，每行有24个点，在存储时用3字节存放一行上24个点的信息，对应位置为“0”表示该点为“白”，“1”表示该点为“黑”。因此，一个汉字“景”的点阵字库的总占用空间为24×24/8=72字节。图1-4　“景”的24×24点阵构成示意图

矢量字库存储的是描述汉字字形轮廓特征的数学模型。矢量字库中的汉字可以随意放大、缩小而不失真，而且所需存储量和字符大小无关。矢量字符的输出分为两步，首先从字库中取出它的字符信息，然后根据数学模型进行计算，生成所需大小和形状的汉字点阵。（6）汉字地址码

汉字地址码是指汉字库（这里主要指字形的点阵式字模库）中存储汉字字形信息的逻辑地址码。需要向输出设备输出汉字时，必须通过地址码访问汉字库。因为汉字库中的字形信息都是按一定顺序（大多数按标准汉字交换码中汉字的排列顺序）连续存放在存储介质中，所以汉字地址码也大多是连续有序的，而且与汉字内码间有简单的对应关系，以简化汉字内码到汉字地址码的转换。（7）其他汉字内码

GB2312-80国标码只能表示和处理6 763个汉字，为了统一表示世界各国、各地区的文字，便于全球范围的信息交流，各级组织公布了各种汉字内码，常用的有GBK码、UCS码、Unicode码、BIG5码等。

GBK码的全称为《汉字内码扩展规范》，是在GB2312-80标准基础上的内码扩展规范，共收录了21 003个汉字，完全兼容GB2312-80标准，支持国际标准ISO/IEC10646-1和国家标准GB13000-1中的全部中、日、韩汉字，并包含了BIG5码中的所有汉字。GBK编码方案于1995年10月制定，1995年12月正式发布，目前中文版的Windows 95、Windows 98、Windows NT以及Windows 2000、Windows XP、Windows 7等都支持GBK编码方案。

UCS码是国际标准化组织为各种语言字符制定的另一种国际编码标准，是所有其他字符集标准的一个超集。它保证与其他字符集是双向兼容的，包含了用于表达所有已知语言的字符，即不仅包含字母文字、音节文字，还包含中文、日文和韩文这样的象形文字等。

Unicode码（又称统一码、万国码、单一码）是由一个名为Unicode的学术学会机构制定的一个国际字符编码标准。由于不同国家和地区采用的字符集不一致，所以会出现无法正常显示所有字符的情况，为了满足跨语言、跨平台进行文本转换、处理的要求，Unicode于1990年开始研发，1994年正式公布。该国际编码标准为每种语言中的每个字符设定了统一并且唯一的二进制编码，成为能用双字节编码统一地表示几乎世界上所有书写语言的字符编码标准，可容纳65 536个字符编码。目前，Unicode码在网络、Windows系统和很多大型软件中得到应用。

Big 5码（又称大五码）是目前我国台湾、香港等地区普遍使用的一种繁体汉字编码标准，它包括440个符号，一级汉字5 401个、二级汉字7 652个，共计13 060个汉字。1.3　多媒体技术

媒体（Medium）是指文字、声音、图像、动画和视频等内容。多媒体信息在计算机内部都转换成以0和1表示的数字化信息进行处理，并以不同文件类型进行存储，然后通过计算机输出界面向人们展示丰富多彩的文、图、声信息。

按照国际电信联盟制订的广义媒体分类标准，可以将媒体分为感觉媒体（视觉、听觉、触觉）、表示媒体（计算机数据格式）、表现媒体（输入、输出）、存储媒体（存取信息）和传输媒体（网络传输介质）5类。1.3.1　多媒体技术的特征

多媒体（Multimedia）技术是指能够同时对两种或两种以上的媒体进行采集、操作、编辑、存储等综合处理的技术，具有交互性、集成性、多样性、实时性、非线性等特征，是一门跨学科的综合技术，它使得高效而方便地处理文字、声音、图像和视频等多种媒体信息成为可能。（1）交互性。交互性是指多媒体技术可以实现人对信息的主动选择和控制，具有人—机交互功能。交互性是多媒体技术的关键特征，没有交互性的系统就不是多媒体系统。交互性是指多媒体系统向用户提供交互使用、加工和控制信息的手段，从而为应用开辟了更加广阔的领域，也为用户提供了更加自然的信息存取手段。（2）集成性。集成性是指以计算机为中心，将多种媒体信息（文字、声音、图形、图像与音频、视频等）有机地组织在一起，共同表达一个完整的概念。此外，多媒体处理工具和设备的集成能够为多媒体系统的开发与实现建立理想的集成环境。（3）多样性。多样性是指多媒体信息是多样化和多维化的，同时也指媒体输入、传播、再现和展示手段的多样化。多媒体技术使人们的思维不再局限于顺序、单调和狭小的范围。这些信息媒体包括文字、声音、图像、动画等，它扩大了计算机所能处理的信息空间，使计算机不再局限于处理数值、文本等，使人们能得心应手地处理更多种信息。

试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]

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