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必修一 数据与计算

第一章 数据与信息

1.1数据及其特征

信息技术涵盖了获取、表示、传输、存储和加工信息在内的各种技术。

数据：数据是现实世界客观事物的符号记录，是信息的载体，是计算机加工的对象。在日常生活中，人们常用符号表达客观事物。

在计算机科学中数据具有如下特征：二进制、语义性、分散性、多样性与感知性。

1.2数据编码

模拟信号与数字信号：模拟信号是指用连续变化的物理量所表达的信息，是传到能量的一种形式，在时间和大小上是连续的；数字信号是离散时间信号的数字化表示，在时间和大小上是离散的。

数字信号的大小常用有限位的二进制数来。

编码的基本方式：数据基本上是通过编码将模拟信号转换为数字信号进行存储和传输，文字、图像、声音等类型的数据都可以经过编码进行存储和传输。

文字编码：单字节编码（ASCII码和莫尔斯码）和双字节编码（国标码和统一码）

ASCII 码使用指定的7 位或8 位二进制数组合来表示128 或256 种可能的字符。

英文字母A的ASII码为01000001，转化为十进制（序号）后是多少？26+20

7位二进制表示（0000000-1111111）128种编码。

图像编码：位图又叫点阵图，采用位映射存储格式，每一个像素映射一个数据，存放在以字节为单位的矩阵中。

在计算机二进制系统中，每个0和1就是一个位（bit），数据存储的最小单位；8个二进制位成为一个字节（Byte）。

黑白图像，每个像素有2种可选颜色（黑、白），称为1位图像。16色图像有16种可选颜色，称为4位图像（24=16）；256色图像称位8位图像（28=256）

有一幅24位的位图图像，像素为1024*800，试确定其数据文件的大小。

1024*800*24，单位是位；1024*800*3，注意单位是字节。

声音编码：模拟声音信号（模数转换A/D）采样\量化\编码成数字信号。

计算机存储容量（文件大小）单位。bit---B---KB---MB---GB---TB

1B（字节）=8位 1KB=1024B 1MB=1024KB 1GB=1024MB 1TB=1024GB

位图图像存储空间的计算公式是：

水平像素×垂直像素×每个像素色彩所需位数／8（单位：字节B）

下面表格以分辨率800×600的位图图像为例，计算机各种类别位图图像的存储空间。

1.3声音的数字化：

1、自然界的物理量可以分为模拟量和数字量，模拟量的特征是连续变化，数字量的特征是非连续变化。可以通过模数转换器把模拟量转化为数字量。常见的声音格式有：MP3、WAV、MID、WMA等。

通过采样和量化可以把模拟信号转化为数字信号。

采样：就是每隔一时间段，从连续的波形上取一点。

量化：对采样过来的点，进行数字化。

2、声音的质量取决于采样频率和量化位数。采样频率越高，量化的分辨率越高，所得声音的保真程度也越好，但数据量会越大。

*3、声音存储量的计算：

声音存储量=采样频率*量化位数*声道数*时间/8（字节B）

注意： 单声道*1 双声道（立体声）*2 四声道*4

4、声音素材编辑的常用软件 Cool Edit、Wave Edit、GoldWave等

5、一段未经压缩的视频文件存储量的计算：

视频文件存储量=一帧图像文件存储量×帧频×时间（帧频×时间=帧数）

1.4信息及其特征

信息是客观世界各种事物的运动状态和变化的反映，是客观事物之间相互关系和相互作用的象征。

信息的基本特征：普遍性、传递性、共享型、依附性、真伪性、价值相对性。

第二章 知识与数字化学习

知识：知识是人们运用大脑对获取或积累的信息进行系统化的提炼、研究和分析的结果，能够精确地反映事物的本质。

数据是现实世界客观事物的符号记录；信息是经过加工处理的、具有意义的数据；知识是人们运用大脑对获取或积累的信息进行系统化的提炼、研究和分析的结果，能够精确的反应事物的本质；智慧是为了达到预定目标而运用知识解决问题的创新思维能力。

数据、信息、知识、智慧是逐渐递进的关系，前者是后者的基础和前提，后者是前者的抽象和升华。

数字化工具可大致分为：数据采集工具、信息获取工具、信息检索工具、数字化可视化表达工具、信息通信交流与传输工具、信息存储工具、信息加工工具、三维设计工具。

数字化工具与资源的优势：获取的便捷性、形式的多样性、资源的共享型、平台的互助内容的扩展性。

数字化学习的特点：问题化、合作性、个性化、创造性和再生性、开放性。

第三章 算法基础

3.1体验计算机解决问题的过程：分析问题、设计算法、编写程序、调试运行。

3.2算法及其描述：算法是指在有限步骤内求解某一问题所使用的一组定义明确的规则，通俗的说算法就是解决问题的方法和步骤；

算法的特征：有穷性、确定性、数据输入（一个算法必须有零个或多个输入）、数据输出（一个算法有一个或多个输出）、可行性；

算法描述的方法：自然语言描述法、流程图描述法、伪代码描述法。

计算机程序与程序设计语言：计算机程序是指为了得到某种结果而可以由计算机等具有信息处理能力的装置执行的代码化的命令。简而言之，计算机程序就是指计算机可以识别运行的指令集合。

常用的计算机主要包括：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大基本部件。计算机内部采用二进制形式表示和存储指令或数据，把解决问题的程序和需要加工处理的原始数据是先转换成二进制数，并存入存储器中。

计算机程序设计语言：经历了机器语言、汇编语言到高级语言的发展历程。

机器语言：由0和1组成的二进制代码，由计算机直接识别，是第一代编程语言，也是编程的低级语言。

汇编语言：不能被计算机直接识别，介于机器语言和高级语言之间。

高级语言：不能被计算机直接识别和执行，必须经过编译程序或解释程序将其翻译成机器语言。例如：VB、Python、C、C++等。