第一章 計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識

課時及考核要求內(nèi)容學(xué)時分?jǐn)?shù)理論課46學(xué)時10分：測驗(yàn)、作業(yè)實(shí)驗(yàn)課24學(xué)時10分：實(shí)驗(yàn)作業(yè)、實(shí)驗(yàn)報告17周/18周考試（閉卷）2學(xué)時80分計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識第1章信息處理概論與計算機(jī)原理胡松筠2013年10月1.1A部分:一切數(shù)字事物1.2B部分:數(shù)字設(shè)備1.3C部分:數(shù)據(jù)在計算機(jī)中的表示1.4D部分:數(shù)字化處理1.5E部分:密碼安全第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識3本章內(nèi)容第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識41.1一切數(shù)字事物數(shù)字社會一體化數(shù)字革命SECTIONA第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識5SECTIONA1.1.1數(shù)字革命第一次科技革命，以18世紀(jì)末蒸汽機(jī)的發(fā)明和應(yīng)用為主要標(biāo)志，這次革命使社會生產(chǎn)力發(fā)生了革命性的變革，以機(jī)器大工作代替工場手工業(yè)，使人類進(jìn)入機(jī)器時代。第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識6SECTIONA1.1.1數(shù)字革命第二次科技革命，發(fā)生于19世紀(jì)中葉，它以電機(jī)的發(fā)明為起點(diǎn)，以電力的廣泛應(yīng)用為標(biāo)志，不僅推動了生產(chǎn)技術(shù)由一般的機(jī)械化到電氣化、自動化轉(zhuǎn)變，更改變了人們的生活方式。第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識7SECTIONA1.1.1數(shù)字革命第三次科技革命，發(fā)生在第二次世界大戰(zhàn)之后，以原子能、電子計算機(jī)、空間技術(shù)和生物工程的發(fā)明和應(yīng)用為主要標(biāo)志，涉及信息技術(shù)、新能源技術(shù)、新材料技術(shù)、生物技術(shù)、空間技術(shù)和海洋技術(shù)等諸多領(lǐng)域。這次科技革命不僅極大地推動了人類社會經(jīng)濟(jì)、政治、文化領(lǐng)域的變革，而且也影響了人類生活方式和思維方式，使人類社會生活和人的現(xiàn)代化向更高境界發(fā)展。第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識8數(shù)字革命是正在發(fā)生的由數(shù)字技術(shù)（例如計算機(jī)和因特網(wǎng)）引起的社會、政治和經(jīng)濟(jì)變化的改變過程

一大批技術(shù),包括數(shù)字電子技術(shù)、計算機(jī)、通信網(wǎng)絡(luò)、Web以及數(shù)字化加速了數(shù)字革命SECTIONA1.1.1數(shù)字革命第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識9數(shù)字電子技術(shù)用電子電路來表示數(shù)據(jù)現(xiàn)在，數(shù)字電子裝置包括計算機(jī)便攜式媒體播放器（如iPod）數(shù)碼相機(jī)和攝像機(jī)蜂窩電話收音機(jī)和電視機(jī)GPS、DVDandCD播放器電子書閱讀器和游戲機(jī)1.1.1數(shù)字革命SECTIONA第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識101.1.1數(shù)字革命SECTIONA世界上第一臺電子計算機(jī)是由美國賓夕法尼亞大學(xué)為美國陸軍軍械部阿伯丁彈道研究實(shí)驗(yàn)室研制的，用于計算炮彈彈道軌跡，叫做“電子數(shù)值積分和計算機(jī)”（ElectronicNumericalIntegratorandCalculator簡稱ENIAC）。這臺叫做“埃尼阿克”的計算機(jī)占地面積170平方米，總重量30噸，使用了18000只電子管，6000個開關(guān)，7000只電阻，10000只電容，50萬條線，耗電量140千瓦，可進(jìn)行5000次加法/秒運(yùn)算。第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識111.1.1數(shù)字革命SECTIONA第一代電子計算機(jī)：電子管計算機(jī)（1946-1958）第二代電子計算機(jī)：晶體管計算機(jī)（1958-1964）第三代電子計算機(jī)：中小規(guī)模集成電路計算機(jī)（1964-1975）第四代電子計算機(jī)：大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路計算機(jī)第五代電子計算機(jī)：智能計算機(jī)第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識121.1.1數(shù)字革命SECTIONA第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識131.1.1數(shù)字革命SECTIONA2007年，我國大城市家用電腦普及率為40.6％第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識141.1.1數(shù)字革命數(shù)字革命的第二階段始于因特網(wǎng)的使用對公眾開放之時電子公告牌電子郵件在線社交網(wǎng)絡(luò)博客聊天組SECTIONA第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識151.1.1數(shù)字革命1計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一組用有線或者無線技術(shù)連接到一起的計算機(jī)，其目的是共享數(shù)據(jù)和資源2Web是可以通過因特網(wǎng)訪問的鏈接的文檔、圖片和聲音的集合3網(wǎng)際空間是一個術(shù)語，指大量出現(xiàn)在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)體4數(shù)字化是一個將文本、數(shù)字、聲音、照片和視頻轉(zhuǎn)化為能被數(shù)字設(shè)備處理的數(shù)字信息的過程SECTIONA第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識161.1一切數(shù)字事物數(shù)字社會一體化數(shù)字革命SECTIONA第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識171.1.2一體化技術(shù)一體化：是一些具有不同功能的技術(shù)整合在一起形成單一產(chǎn)品的過程一體化易于提高功能性和方便性SECTIONA第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識181.1一切數(shù)字事物數(shù)字社會一體化數(shù)字革命SECTIONA第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識191.1.3數(shù)字社會1數(shù)字技術(shù)和通信網(wǎng)絡(luò)使跨越文化和地理鴻溝變得容易。2匿名的網(wǎng)站和匿名的工具可以隱藏人的身份，甚至可以實(shí)現(xiàn)在報復(fù)壓力下的言論自由。3自由社會的公民有保護(hù)自我隱私的期望。4知識產(chǎn)權(quán)是指對某些類型的信息、概念或表示的所有權(quán)。SECTIONA第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識201.1.3數(shù)字社會數(shù)字技術(shù)在全球和國家的經(jīng)濟(jì)中是一個重要因素全球化可以被定義為由跨國商業(yè)的增加和金錢在國家間更為自由的流動引起的世界范圍的國家間經(jīng)濟(jì)互相依賴。個人會受到數(shù)字鴻溝的影響，數(shù)字鴻溝是指接觸數(shù)字技術(shù)的人與不接觸數(shù)字技術(shù)的人之間的鴻溝。SECTIONA第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識211.1A部分:一切數(shù)字事物1.2B部分:數(shù)字設(shè)備1.3C部分:數(shù)據(jù)在計算機(jī)中的表示1.4D部分:數(shù)字化處理1.5E部分:密碼安全本章內(nèi)容第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識221.2數(shù)字設(shè)備微控制器PDA、便攜式播放器和智能電話個人計算機(jī)、服務(wù)器、大型機(jī)和超級計算機(jī)計算機(jī)基礎(chǔ)知識SECTIONB第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識231.2.1計算機(jī)基礎(chǔ)知識計算機(jī)：是一種在存儲指令集的控制下，接受輸入、處理數(shù)據(jù)、存儲數(shù)據(jù)并產(chǎn)生輸出的多用途設(shè)備。SECTIONB計算機(jī)可以從輸入設(shè)備接受輸入CPU根據(jù)已經(jīng)加載到計算機(jī)內(nèi)存中的指令處理數(shù)據(jù)計算機(jī)可以從在輸出設(shè)備上產(chǎn)生輸出計算機(jī)可以使用磁盤、CD、DVD和U盤來長期存儲數(shù)據(jù)第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識241.2.1計算機(jī)基礎(chǔ)知識輸入：是輸入、提交或是傳輸?shù)接嬎銠C(jī)系統(tǒng)的任意內(nèi)容。輸出：是計算機(jī)產(chǎn)生的結(jié)果。數(shù)據(jù)：是指表示事實(shí)、對象和概念的符號。處理：計算機(jī)通過不同的方式操作數(shù)據(jù)，這種操作叫處理。中央處理器(CPU，CentralProcessingUnit)微處理器SECTIONB第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識251.2.1計算機(jī)基礎(chǔ)知識內(nèi)存：是計算機(jī)中臨時存放等待被處理、存儲或者輸出的數(shù)據(jù)的地方。存儲器：是當(dāng)數(shù)據(jù)不需要立刻被處理時長期存儲數(shù)據(jù)的區(qū)域。文件：是存在于存儲介質(zhì)中的命名的數(shù)據(jù)集合。計算機(jī)程序：控制計算機(jī)執(zhí)行處理任務(wù)的指令集合。程序構(gòu)成軟件。SECTIONB第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識261.2.1計算機(jī)基礎(chǔ)知識SECTIONB打孔卡霍爾瑞斯牌的打孔卡閱讀器（左）和普通復(fù)寫器（右）第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識271.2.1計算機(jī)基礎(chǔ)知識SECTIONB打孔紙帶第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識281.2.1計算機(jī)基礎(chǔ)知識SECTIONB磁鼓第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識291.2.1計算機(jī)基礎(chǔ)知識SECTIONB第一個硬盤容量不到5MB第一塊容量上G的硬盤第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識301.2.1計算機(jī)基礎(chǔ)知識允許用戶在不同任務(wù)之間轉(zhuǎn)換。將計算機(jī)與其它更簡單設(shè)備的區(qū)分開。存儲程序：指一系列計算任務(wù)的指令能加載到計算機(jī)的內(nèi)存中。SECTIONB第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識311.2.1計算機(jī)基礎(chǔ)知識應(yīng)用軟件是一套幫助人執(zhí)行任務(wù)的計算機(jī)程序。系統(tǒng)軟件的主要目的是幫助計算機(jī)系統(tǒng)監(jiān)視自身，以便更有效率的運(yùn)行。操作系統(tǒng)(OS)SECTIONB第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識321.2數(shù)字設(shè)備微控制器PDA、便攜式播放器和智能電話個人計算機(jī)、服務(wù)器、大型機(jī)和超級計算機(jī)計算機(jī)基礎(chǔ)知識SECTIONB第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識33個人計算機(jī)：是基于微處理器的計算設(shè)備，用來滿足個人的處理要求。SECTIONB1.2.2個人計算機(jī)、服務(wù)器、大型機(jī)和超級計算機(jī)第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識34連接到網(wǎng)絡(luò)的普通的個人計算機(jī)。工作站包含兩層含義性能強(qiáng)勁的用來執(zhí)行高性能任務(wù)的桌面計算機(jī)。SECTIONB1.2.2個人計算機(jī)、服務(wù)器、大型機(jī)和超級計算機(jī)第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識36視頻游戲機(jī)，例如任天堂的Wii、索尼的PalyStation或者微軟的Xbox，

通常不被視作個人計算機(jī)，因?yàn)樗鼈兌际菍ｉT的游戲設(shè)備。SECTIONB1.2.2個人計算機(jī)、服務(wù)器、大型機(jī)和超級計算機(jī)第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識37服務(wù)器的目的是通過為網(wǎng)絡(luò)（如因特網(wǎng)或家庭網(wǎng)絡(luò)）上的計算機(jī)提供數(shù)據(jù)來向它們提供服務(wù)。大型計算機(jī)（或簡稱“大型機(jī)”）是大型且昂貴的計算機(jī)，能同時為成百上千的用戶處理數(shù)據(jù)。超級計算機(jī)，是世界上運(yùn)算速度最快的一類計算機(jī)，用來完成其他計算機(jī)所不能處理的復(fù)雜任務(wù)和處理計算密集型（需要用復(fù)雜的數(shù)學(xué)計算來處理大量數(shù)據(jù)）問題。SECTIONB1.2.2個人計算機(jī)、服務(wù)器、大型機(jī)和超級計算機(jī)第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識39SECTIONB1.2.2個人計算機(jī)、服務(wù)器、大型機(jī)和超級計算機(jī)第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識41SECTIONB1.2.2個人計算機(jī)、服務(wù)器、大型機(jī)和超級計算機(jī)中國曙光超級計算機(jī)第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識42SECTIONB1.2.2個人計算機(jī)、服務(wù)器、大型機(jī)和超級計算機(jī)中國天河超級計算機(jī)第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識461.2數(shù)字設(shè)備微控制器PDA、便攜式播放器和智能電話個人計算機(jī)、服務(wù)器、大型機(jī)和超級計算機(jī)計算機(jī)基礎(chǔ)知識SECTIONB第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識471PDA（個人數(shù)字助理）是袖珍數(shù)字記事簿，它帶有小型標(biāo)準(zhǔn)鍵盤或者觸摸屏幕，靠電池運(yùn)行，并在掌中使用。2掌上電腦在本質(zhì)上是帶有例如移動存儲器、電子郵件、Web接入、語音通信、內(nèi)置相機(jī)和GPS等功能的加強(qiáng)版PDA。3智能電話，除了語音通訊外，還包含其它功能，如完整的標(biāo)準(zhǔn)鍵盤、文本消息、電子郵件、Web接入、移動存儲器、照相機(jī)、FM收音機(jī)、數(shù)字音樂播放器、游戲軟件、財務(wù)管理、個人管理、GPS和地圖等。4iPod和其它類似裝置被歸類于便攜式媒體播放器，因?yàn)樗麄兊闹饕δ苁遣シ乓魳贰⒉シ乓曨l和存儲照片。SECTIONB1.2.3PDA、便攜式播放器和智能電話第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識48SECTIONB1.2.3PDA、便攜式播放器和智能電話第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識491.2數(shù)字設(shè)備微控制器PDA、便攜式播放器和智能電話個人計算機(jī)、服務(wù)器、大型機(jī)和超級計算機(jī)計算機(jī)基礎(chǔ)知識SECTIONB第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識501.2.4微控制器微控制器是一種內(nèi)置到它所控制的機(jī)器中的專用微處理器。微控制器可以被嵌入到各類日常使用的設(shè)備中。SECTIONB第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識511.1A部分:一切數(shù)字事物1.2B部分:數(shù)字設(shè)備1.3C部分:數(shù)據(jù)在計算機(jī)中的表示1.4D部分:數(shù)字化處理1.5E部分:密碼安全本章內(nèi)容第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識521.3數(shù)據(jù)在計算機(jī)中的表示中文編碼字符編碼數(shù)值數(shù)據(jù)表示概述SECTIONC非文字?jǐn)?shù)據(jù)編碼第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識531.3.1概述數(shù)據(jù)：是表示人、事件、事務(wù)以及思想的符號。數(shù)據(jù)可以是名稱、數(shù)字、照片中的色彩或者是音樂作品中的音符。信息：當(dāng)數(shù)據(jù)用人們可以理解和使用的形式表示的時候數(shù)據(jù)就變成了信息。數(shù)據(jù)是供機(jī)器使用的，信息是供人使用的！SECTIONC1.3.1概述數(shù)據(jù)表示：是指數(shù)據(jù)存儲、處理和傳輸?shù)男问?。?IPod、PDA以及計算機(jī)等電子設(shè)備能處理的文本、數(shù)字、圖像、音樂和視頻的格式。這些格式就是數(shù)據(jù)表示。SECTIONC數(shù)據(jù)能以數(shù)字或模擬方式表示。模擬數(shù)據(jù)是使用無限的數(shù)值范圍進(jìn)行表示的數(shù)據(jù)。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)是以離散數(shù)字表示的數(shù)據(jù)。數(shù)字裝置處理數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，模擬裝置處理模擬數(shù)據(jù)。第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識551.3.1概述SECTIONC計算機(jī)中處理的數(shù)據(jù)可分為兩類：數(shù)值數(shù)據(jù)和非數(shù)值數(shù)據(jù)。數(shù)值數(shù)據(jù)有大小、正負(fù)之分，包含量的概念；非數(shù)值數(shù)據(jù)包括字母、符號、語言和圖像等，沒有大小之分。數(shù)據(jù)在計算機(jī)中以器件的物理狀態(tài)表示，由于具有兩種穩(wěn)定狀態(tài)的電子元件（如晶體管的導(dǎo)通和截止，繼電器的接通和斷開，電脈沖電平的高低等）容易找到，因此，數(shù)據(jù)在計算機(jī)中采用二進(jìn)制數(shù)字系統(tǒng)來表示。這樣運(yùn)算規(guī)則簡單，且節(jié)省設(shè)備。第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識561.3數(shù)據(jù)在計算機(jī)中的表示中文編碼字符編碼數(shù)值數(shù)據(jù)表示概述SECTIONC非文字?jǐn)?shù)據(jù)編碼第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識57SECTIONC1.3.2數(shù)值數(shù)據(jù)表示進(jìn)位計數(shù)制

凡是按進(jìn)位的方式計數(shù)的數(shù)制叫做進(jìn)位計數(shù)制，簡稱進(jìn)制。

基數(shù)：指該進(jìn)制中所使用的數(shù)碼的個數(shù)。

位權(quán)：數(shù)碼在不同位置上的倍率值。目前常使用的幾種進(jìn)位計數(shù)制：十進(jìn)制（Decimal，D）

：基數(shù)為10，有10個數(shù)碼0-9。如10D二進(jìn)制（Binary，B）：基數(shù)為2，只有兩個數(shù)碼0和1。如11B八進(jìn)制（Octal，Q）：基數(shù)為8，有8個數(shù)碼0-7。如123Q十六進(jìn)制（Hexadecimal，H）：基數(shù)為16，有16個數(shù)碼，用0-9、A～F表示十進(jìn)制中的10～15。如246H各種進(jìn)位計數(shù)制及其轉(zhuǎn)換第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識58SECTIONC1.3.2數(shù)值數(shù)據(jù)表示各種進(jìn)位計數(shù)制及其轉(zhuǎn)換進(jìn)制對照表

第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識59SECTIONC1.3.2數(shù)值數(shù)據(jù)表示各種進(jìn)位計數(shù)制及其轉(zhuǎn)換常用進(jìn)位計數(shù)制間的相互轉(zhuǎn)換其它進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)

變成按位權(quán)的展開式，累加求和：

N代表一個數(shù)值r是某個數(shù)制的基數(shù)i表示數(shù)碼排列的位號，范圍-k…-1,0,1…mDi

是位號為i的位上的一個數(shù)碼ri

是第i位上的權(quán)，即以r為底的i次冪Di*ri

是第i位的數(shù)碼所代表的實(shí)際值第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識60SECTIONC1.3.2數(shù)值數(shù)據(jù)表示各種進(jìn)位計數(shù)制及其轉(zhuǎn)換常用進(jìn)位計數(shù)制間的相互轉(zhuǎn)換其它進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)

例如：(110.11)2=1×22+1×21+0×20+1×2-1+1×2-2=4+2+0+0.5+0.25=(6.75)10第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識61SECTIONC1.3.2數(shù)值數(shù)據(jù)表示各種進(jìn)位計數(shù)制及其轉(zhuǎn)換常用進(jìn)位計數(shù)制間的相互轉(zhuǎn)換十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)對整數(shù)部分：除2取余法

將十進(jìn)制數(shù)除以2，取余數(shù)作為二進(jìn)制數(shù)最低位數(shù)K0；再取商繼續(xù)除以2，取余數(shù)作為高一位的數(shù)K1；如此繼續(xù)直到商等于0為止。然后按上述順序?qū)⑺杏鄶?shù)組合在一起即為二進(jìn)制的整數(shù)部分。對小數(shù)部分：乘2取整數(shù)法

將十進(jìn)制純小數(shù)乘以2，所得乘積的整數(shù)部分即為對應(yīng)二進(jìn)制小數(shù)最高位的值，然后對所余的小數(shù)部分乘以2，所得的乘積的整數(shù)部分為次高位的值，如此進(jìn)行下去，直到乘積的小數(shù)部分為0，或結(jié)果以滿足所需精度要求為止。C1.3.2數(shù)值數(shù)據(jù)表示各種進(jìn)位計數(shù)制及其轉(zhuǎn)換常用進(jìn)位計數(shù)制間的相互轉(zhuǎn)換十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)例如：11.625D21122252101101低高SECTION0.625*210.25*200.5*21

0.0高低1011.101B第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識63SECTIONC1.3.2數(shù)值數(shù)據(jù)表示各種進(jìn)位計數(shù)制及其轉(zhuǎn)換常用進(jìn)位計數(shù)制間的相互轉(zhuǎn)換二進(jìn)制數(shù)與八進(jìn)制數(shù)的互換

二進(jìn)制數(shù)從低位到高位按三位一組劃分，不滿三位時，整數(shù)部分在高位補(bǔ)0，小數(shù)部分在末位補(bǔ)0。然后每三位二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成一位八進(jìn)制數(shù)。反之則一位八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為三位二進(jìn)制數(shù)。二進(jìn)制數(shù)與十六進(jìn)制數(shù)的互換

與八進(jìn)制同理，只是要四位二進(jìn)制數(shù)一組。第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識64SECTIONC1.3.2數(shù)值數(shù)據(jù)表示各種進(jìn)位計數(shù)制及其轉(zhuǎn)換例題（105.125）10=（1101001.001）2（1101.0101）2=（13.3125）10（1246）8=（001010100110）2（C5A8）16=（1100010110101000）2第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識65SECTIONC1.3.2數(shù)值數(shù)據(jù)表示位與字節(jié)的概念計算機(jī)中存放二進(jìn)制數(shù)時，常用兩個單位來衡量數(shù)的多少：位（bit）：一個二進(jìn)制數(shù)。字節(jié)（byte）：8位二進(jìn)制數(shù)，通?？s寫為B。101101011個字節(jié)1位第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識66SECTIONC1.3.2數(shù)值數(shù)據(jù)表示位與字節(jié)的概念

當(dāng)描述這些數(shù)據(jù)時，如果數(shù)據(jù)量很大，為簡便起見，常用一些數(shù)量級的縮寫代替具體數(shù)字，常用的數(shù)量級縮寫有：Kilo，K：日常生活表示1000，在計算機(jī)領(lǐng)域表示1024，即210；Mega，M：日常生活表示1000000，在計算機(jī)領(lǐng)域表示1024×1024，1024K，即220；Giga，G：日常生活表示1000000000，在計算機(jī)領(lǐng)域表示1024×1024×1024，1024M，即230；Tera，T：日常生活表示1000000000000，在計算機(jī)領(lǐng)域表示1024×1024×1024×1024，1024G，即240。第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識67SECTIONC1.3.2數(shù)值數(shù)據(jù)表示數(shù)的機(jī)器碼表示真值與機(jī)器數(shù)

真值：在現(xiàn)實(shí)生活中，用正號、負(fù)號加絕對值表示數(shù)值的數(shù)稱為真值，如128、-126等。機(jī)器數(shù)：在計算機(jī)內(nèi)部使用的、連同符號一起數(shù)碼化了的數(shù)，稱為機(jī)器數(shù)。機(jī)器數(shù)分為三種表示法：原碼、補(bǔ)碼、反碼。

SECTIONC1.3.2數(shù)值數(shù)據(jù)表示數(shù)的機(jī)器碼表示原碼表示法原碼：真值X的符號數(shù)值化后所表示出來的機(jī)器數(shù)，記作[X]原

（1）正數(shù)的原碼符號位用0表示，再加數(shù)值的絕對值部分

[X]原=X(2n>X>0)共n+1位數(shù)

例如：X=+11010，則[X]原=[+11010]原=011010SECTIONC1.3.2數(shù)值數(shù)據(jù)表示數(shù)的機(jī)器碼表示原碼表示法（2）負(fù)數(shù)的原碼符號位用1表示，再加數(shù)值的絕對值部分

[X]原=2n-X=2n+|X|(-2n<X<0)共n+1位數(shù)

例如：X=-110011的原碼是：[X]原=[-110011]原=26-（-110011）=1110011SECTIONC1.3.2數(shù)值數(shù)據(jù)表示數(shù)的機(jī)器碼表示原碼表示法（3）0的原碼表示正零的原碼若X=+00…0

則[X]原=[+00…0]原=000…0

n個0n個0負(fù)零的原碼若X=-00…0

則[X]原=[-00…0]原=100…0

n個0n個0SECTIONC1.3.2數(shù)值數(shù)據(jù)表示數(shù)的機(jī)器碼表示原碼表示法（4）總結(jié)真值0的原碼有兩種不同的表示形式（+0、-0）n+1位整數(shù)原碼表示的真值范圍為：-2n<x<2n純小數(shù)原碼表示范圍為：-1<x<1原碼表示簡單易懂，其缺點(diǎn)是加法運(yùn)算復(fù)雜。因?yàn)槿藶榧s定符號位0為正數(shù)，1為負(fù)數(shù)，在運(yùn)算時，符號和數(shù)值要分開處理。SECTIONC1.3.2數(shù)值數(shù)據(jù)表示數(shù)的機(jī)器碼表示補(bǔ)碼表示法模與互補(bǔ)數(shù)如北京時間4點(diǎn)整，而表的時間是7點(diǎn)，要校準(zhǔn)，可以向回?fù)?小時，也可以向前撥12-7+4小時。因此，對于表時鐘，可以得出：7-3<=>7+912639“模”是指一個計量系統(tǒng)的計數(shù)范圍當(dāng)K為模時，對于兩個正整數(shù)a、b，若有a＝K－b，則稱b為a的補(bǔ)數(shù)，或稱a與b為互補(bǔ)數(shù)。SECTIONC1.3.2數(shù)值數(shù)據(jù)表示數(shù)的機(jī)器碼表示補(bǔ)碼表示法補(bǔ)碼：符號位的表示方法與原碼相同，數(shù)值部分的表示如下：對于正數(shù)，數(shù)值部分與真值的形式相同；對于負(fù)數(shù)，將真值的數(shù)值部分按位求反，最低位加1；0的補(bǔ)碼就是0，無正負(fù)之分。整數(shù)的補(bǔ)碼定義：[x]補(bǔ)=

例如，x=+101，則[x]補(bǔ)

=0101x=-101，則[x]補(bǔ)

=1011X0≤X＜2n2n+1-|X|-2n≤X＜

0Mod=2n+1SECTIONC1.3.2數(shù)值數(shù)據(jù)表示數(shù)的機(jī)器碼表示補(bǔ)碼表示法正數(shù)的補(bǔ)碼表示與原碼相同。如：[x]原=01011010，[x]補(bǔ)=01011010負(fù)數(shù)原碼轉(zhuǎn)換為補(bǔ)碼的方法：之一：符號位保持1不變，數(shù)值位按位求反，末位加1。

如：[x]原=11011010，按位求反得10100101，末位加1得10100110，[x]補(bǔ)=10100110之二：符號位保持1不變，在數(shù)值位中從低位向高位找1，第一個1及其右邊的0保持不變，數(shù)值位的其余部分求反。 如：[x]原=11011010，符號位及后兩位不變，其余求反得

[x]補(bǔ)=10100110由原碼轉(zhuǎn)換為補(bǔ)碼的簡便方法SECTIONC1.3.2數(shù)值數(shù)據(jù)表示數(shù)的機(jī)器碼表示補(bǔ)碼表示法正數(shù)補(bǔ)碼與原碼相同，不需要轉(zhuǎn)換。負(fù)數(shù)補(bǔ)碼轉(zhuǎn)換為原碼，可以采用上述方法，對補(bǔ)碼再求補(bǔ)碼，實(shí)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)換，即對補(bǔ)碼再求補(bǔ)碼結(jié)果為原碼。由補(bǔ)碼表示轉(zhuǎn)換為原碼與真值SECTIONC1.3.2數(shù)值數(shù)據(jù)表示數(shù)的機(jī)器碼表示補(bǔ)碼表示法補(bǔ)碼的加法運(yùn)算規(guī)則是：

[X＋Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)＋[Y]補(bǔ)補(bǔ)碼的減法運(yùn)算規(guī)則是：

[X-Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[-Y]補(bǔ)補(bǔ)碼加減法

例如：已知X=33，Y=15X-Y用補(bǔ)碼完成[X]補(bǔ)+[-Y]補(bǔ)=00100001+11110001=[00010010]補(bǔ)=[00010010]原=18SECTIONC1.3.2數(shù)值數(shù)據(jù)表示數(shù)的機(jī)器碼表示補(bǔ)碼表示法在補(bǔ)碼表示中，仍以最高位作為符號位，0為正數(shù)、1為負(fù)數(shù)。補(bǔ)碼的符號位是數(shù)值的一部分，可以和數(shù)值位一起參與運(yùn)算，不需要單獨(dú)處理。數(shù)值0只有一種表示，無+0和-0之分，補(bǔ)碼的負(fù)數(shù)域不含0。補(bǔ)碼表示可以把減法轉(zhuǎn)化為加法，用一套電路完成加法和減法總結(jié)SECTIONC1.3.2數(shù)值數(shù)據(jù)表示數(shù)的機(jī)器碼表示反碼表示法反碼：反碼符號位的表示方法與原碼相同，數(shù)值部分表示：對于正數(shù)，數(shù)值部分與真值的形式相同；對于負(fù)數(shù)，將真值的數(shù)值部分按位求反；零的反碼也分為正零和負(fù)零。[x]反=X0≤X＜2n(2n+1–1)+X-2n＜

X≤0反碼通常作為求補(bǔ)過程的中間形式，即在一個負(fù)數(shù)的反碼的未位上加1，就得到了該負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼。SECTIONC1.3.2數(shù)值數(shù)據(jù)表示數(shù)的機(jī)器碼表示反碼表示法例如：X1=+1010110X2=-1001010[X1]原=01010110[X1]反=[X1]原=01010110[X2]原=11001010[X2]反=10110101SECTIONC1.3.2數(shù)值數(shù)據(jù)表示數(shù)的機(jī)器碼表示定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)計算機(jī)處理的數(shù)值數(shù)據(jù)多數(shù)帶有小數(shù)，小數(shù)點(diǎn)在計算機(jī)中通常有兩種表示方法：一種是約定所有數(shù)值數(shù)據(jù)的小數(shù)點(diǎn)隱含在某一個固定位置上，稱為定點(diǎn)表示法，簡稱定點(diǎn)數(shù)；一種是小數(shù)點(diǎn)位置可以浮動，稱為浮點(diǎn)表示法，簡稱浮點(diǎn)數(shù)。SECTIONC1.3.2數(shù)值數(shù)據(jù)表示數(shù)的機(jī)器碼表示定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)定點(diǎn)數(shù)表示法（fixed-pointnumber）在計算機(jī)中通常采用兩種簡單的約定表示定點(diǎn)數(shù)：將小數(shù)點(diǎn)的位置固定在數(shù)據(jù)的最高位之前，稱為定點(diǎn)小數(shù)將小數(shù)點(diǎn)的位置固定在最低位數(shù)據(jù)之后，稱為定點(diǎn)整數(shù)SECTIONC1.3.2數(shù)值數(shù)據(jù)表示數(shù)的機(jī)器碼表示定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)定點(diǎn)數(shù)表示法（fixed-pointnumber）定點(diǎn)小數(shù)是純小數(shù)，若數(shù)據(jù)|x|=0.x1x2…xn，則在計算機(jī)中的表示形式為下圖所示，其中x0為符號位。x0x1x2…xn符號位小數(shù)點(diǎn)位置數(shù)值部分SECTIONC1.3.2數(shù)值數(shù)據(jù)表示數(shù)的機(jī)器碼表示定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)定點(diǎn)數(shù)表示法（fixed-pointnumber）定點(diǎn)整數(shù)是純整數(shù)，若數(shù)據(jù)x=x1x2…xn，則在計算機(jī)中的表示形式為下圖，其中x0為符號位。x0x1x2…xn符號位小數(shù)點(diǎn)位置數(shù)值部分SECTIONC1.3.2數(shù)值數(shù)據(jù)表示數(shù)的機(jī)器碼表示定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)定點(diǎn)數(shù)表示法（fixed-pointnumber）計算機(jī)采用定點(diǎn)數(shù)表示數(shù)時，對于既有整數(shù)又有小數(shù)的數(shù)據(jù)，需要設(shè)定一個比例因子，數(shù)據(jù)按其縮小成定點(diǎn)小數(shù)或擴(kuò)大成定點(diǎn)整數(shù)再參加運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果，根據(jù)比例因子，還原成實(shí)際數(shù)值。SECTIONC1.3.2數(shù)值數(shù)據(jù)表示數(shù)的機(jī)器碼表示定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)浮點(diǎn)數(shù)表示法（floating-pointnumber）任意一個十進(jìn)制數(shù)N可以寫成N=10E×M同理，計算機(jī)中的一個數(shù)N也可以寫成

N=RE×M=2E×M其中：

M：尾數(shù)，是一個純小數(shù)

E：浮點(diǎn)的指數(shù)，是一個整數(shù)，稱為階碼一個機(jī)器浮點(diǎn)數(shù)由階碼和尾數(shù)及其符號位組成：尾數(shù)：用定點(diǎn)小數(shù)表示階碼：用定點(diǎn)整數(shù)表示SECTIONC1.3.2數(shù)值數(shù)據(jù)表示數(shù)的機(jī)器碼表示定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)浮點(diǎn)數(shù)表示法（floating-pointnumber）E0E1E2……Em階符階值M0M1M2……Mm尾符尾數(shù)值第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識871.3數(shù)據(jù)在計算機(jī)中的表示中文編碼字符編碼數(shù)值數(shù)據(jù)表示概述SECTIONC非文字?jǐn)?shù)據(jù)編碼第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識88數(shù)字設(shè)備可使用多種類型的編碼表示字符數(shù)據(jù)：ASCII（（AmericanStandardCodeforInformationInterchange，美國信息互換標(biāo)準(zhǔn)代碼）擴(kuò)展ASCIIEBCDIC（ExtendedBinaryCodedDecimalInterchangeCode，擴(kuò)展二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制交換碼）Unicode，統(tǒng)一碼、萬國碼、單一碼SECTIONC1.3.3字符編碼第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識89SECTIONC1.3.3字符編碼1、10個十進(jìn)制數(shù)2、26個英文字母3、34個專用符號4、32個控制字符共計128個，其中有95個可打印。5、用7為二進(jìn)制數(shù)表示第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識911.3數(shù)據(jù)在計算機(jī)中的表示中文編碼字符編碼數(shù)值數(shù)據(jù)表示概述SECTIONC非文字?jǐn)?shù)據(jù)編碼第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識92SECTIONC1.3.4中文編碼漢字的輸入碼

區(qū)位碼：用數(shù)字串代表一個漢字。區(qū)位碼是將國家標(biāo)準(zhǔn)局公布的6763個漢字分94個區(qū)，每個區(qū)分94個位(漢字)，把漢字表示成二維數(shù)組，每個漢字在數(shù)組中的下標(biāo)就是區(qū)位碼。區(qū)碼和位碼各兩位十進(jìn)制數(shù)。拼音碼：以漢語拼音為基礎(chǔ)的輸入方法。

字型編碼：用漢字的形狀來進(jìn)行編碼，例如五筆字型。

SECTIONC1.3.4中文編碼SECTIONC1.3.4中文編碼第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識95SECTIONC1.3.4中文編碼漢字國標(biāo)碼=區(qū)號十六進(jìn)制+20H位號十六進(jìn)制+20H漢字機(jī)內(nèi)碼=漢字國標(biāo)碼+8080H漢字內(nèi)碼

漢字內(nèi)碼是用于漢字信息處理、存儲、交換、檢索等操作的機(jī)內(nèi)代碼。國標(biāo)碼是由國家標(biāo)準(zhǔn)局公布的漢字交換碼，主要用于信息交換。1981年，GB2312-80的國家標(biāo)準(zhǔn)字符集的構(gòu)成：一級常用漢字3755個，按漢語拼音排列二級常用漢字3008個，按偏旁部首排列非漢字字符682個第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識96SECTIONC1.3.4中文編碼漢字字模碼

用點(diǎn)陣表示的漢字字型碼，用于漢字的輸出。

字模碼是用點(diǎn)陣表示的漢字字型碼，是漢字的輸出形式，用于輸出。字模碼占用的存儲空間也很大。只有顯示或打印時才找出來使用。有16×16點(diǎn)陣、24×24點(diǎn)陣、32×32點(diǎn)陣，甚至更高。第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識971.3數(shù)據(jù)在計算機(jī)中的表示中文編碼字符編碼數(shù)值數(shù)據(jù)表示概述SECTIONC非文字?jǐn)?shù)據(jù)編碼圖像的數(shù)字化是將圖像轉(zhuǎn)化成一系列彩色的點(diǎn)，每個點(diǎn)的色彩都有指派給它的二進(jìn)制數(shù)來表示的。圖像是它所包含的所有點(diǎn)的色彩數(shù)字列表。即由分辨率和顏色深度兩部分?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)合而成。

第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識98SECTIONC1.3.5非文字?jǐn)?shù)據(jù)編碼聲音是由波形的特性區(qū)分的，因此可以用數(shù)字化的方式表示波形。第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識99SECTIONC1.3.5非文字?jǐn)?shù)據(jù)編碼模擬聲音波形是由一系列連續(xù)的值所形成的光滑曲線要將波形數(shù)字化，需要將波形切割成垂直的片段，這些片段就是樣本。為了形象地說明問題，這幅圖中時長一秒的聲音波形被切割為30個樣本第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識100SECTIONC1.3.5非文字?jǐn)?shù)據(jù)編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)：是指轉(zhuǎn)換成離散數(shù)字的文本、數(shù)字、圖形、聲音和視頻的表達(dá)形式。模擬數(shù)據(jù)：是使用無限的數(shù)值范圍進(jìn)行表達(dá)的，尤其是圖像、聲音等數(shù)據(jù)可以有此種表示方式。第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識1011.1A部分:一切數(shù)字事物1.2B部分:數(shù)字設(shè)備1.3C部分:數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)表示1.4D部分:數(shù)字化處理1.5E部分:密碼安全本章內(nèi)容第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識識1021.4數(shù)字化處理程序和指令集1處理器邏輯2SECTIOND第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識103

1.4.1程序和指令集計算機(jī)、便攜式媒體播放器、掌上電腦和智能電話都能處理數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，并且是在計算機(jī)程序或軟件的控制下進(jìn)行的。計算機(jī)程序員會創(chuàng)建控制數(shù)字裝置的程序。這些程序通常是用高級編程語言來編寫的。源代碼：程序員用高級語言編寫的程序的可讀版本。但處理器不能使用沒有轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式的源代碼。SECTIOND第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識104

1.4.1程序和指令集編譯器：將單獨(dú)程序組中一個程序的所有語句轉(zhuǎn)換成0和1組成的序列的程序。解釋器：一次只能轉(zhuǎn)換并執(zhí)行一條語句的程序。SECTIOND第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識1051.4.1程序和指令集SECTIOND高級語言指令編譯器機(jī)器語言指令處理器高級語言指令解釋器處理器編譯執(zhí)行解釋執(zhí)行第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識1061.4.1程序和指令集指令集：是指微處理器用硬布線形式執(zhí)行的一系列預(yù)編程的活動集合。機(jī)器語言：微處理器指令集的編碼列表，它可以直接被處理器的電路執(zhí)行。機(jī)器代碼：是程序使用的一系列機(jī)器語言指令。包括操作碼和操作數(shù)。目標(biāo)代碼：指計算機(jī)編譯器處理源代碼后所生成的代碼，它一般由機(jī)器代碼或接近于機(jī)器語言的代碼組成。SECTIOND第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識1071.4.1程序和指令集操作碼：是代表操作（如加、比較或者跳轉(zhuǎn)）的命令字。操作數(shù)：是需要操作數(shù)據(jù)或者數(shù)據(jù)的地址。

如：在接下圖的指令中，操作碼表示加，操作數(shù)是1，所以這條指令表示加1。SECTIOND操作碼操作數(shù)第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識1081.4.1程序和指令集SECTIOND第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識識1091.4數(shù)字化處理程序和指令集1

處理器邏輯2SECTIOND第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識1101.4.2處理器邏輯ALU（算數(shù)邏輯單元）：是微處理進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算的部分

，它同時也能進(jìn)行邏輯運(yùn)算?？刂茊卧菏怯脕砣≈噶畹?。指令周期：是指計算機(jī)執(zhí)行單條指令的全過程。SECTIOND微處理器中包括數(shù)以英里計的精密電路，以及數(shù)以百萬計的微型元件，這些元件分為很多不同種類的操作單元，如算數(shù)邏輯單元和控制單元。第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識1111.4.2處理器邏輯SECTIOND控制單元ADD寄存器2寄存器31.獲取指令2.解釋指令3.執(zhí)行指令4.指針遞增，指向下一條指令控制單元取出ADD指令，然后將數(shù)據(jù)裝載到ALU的寄存器中，數(shù)據(jù)在寄存器中被處理指令周期第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識1121.4.2處理器邏輯SECTIOND控制單元的作用地址M1地址M2地址M3將兩數(shù)字相加把結(jié)果放到M3中指令指針M1將兩數(shù)相加ALU4+51.4.2處理器邏輯第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識113SECTIOND寄存器14寄存器25RAM累加器9控制單元計算機(jī)處理數(shù)據(jù)時ALU的工作第1章計算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)知識1141.1

A部分:一切數(shù)字事物1.2

B部分:數(shù)字設(shè)備1.3

C部分:數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)表示1.4

D部分:數(shù)字化處理1.5

E部分:密碼安全本章內(nèi)容1.5密碼安全第