第一章 計算機和數(shù)字基礎知識

課時及考核要求內(nèi)容學時分數(shù)理論課46學時10分：測驗、作業(yè)實驗課24學時10分：實驗作業(yè)、實驗報告17周/18周考試（閉卷）2學時80分計算機和數(shù)字基礎知識第1章信息處理概論與計算機原理胡松筠2013年10月1.1A部分:一切數(shù)字事物1.2B部分:數(shù)字設備1.3C部分:數(shù)據(jù)在計算機中的表示1.4D部分:數(shù)字化處理1.5E部分:密碼安全第1章計算機和數(shù)字基礎知識3本章內(nèi)容第1章計算機和數(shù)字基礎知識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章計算機和數(shù)字基礎知識5SECTIONA1.1.1數(shù)字革命第一次科技革命，以18世紀末蒸汽機的發(fā)明和應用為主要標志，這次革命使社會生產(chǎn)力發(fā)生了革命性的變革，以機器大工作代替工場手工業(yè)，使人類進入機器時代。第1章計算機和數(shù)字基礎知識6SECTIONA1.1.1數(shù)字革命第二次科技革命，發(fā)生于19世紀中葉，它以電機的發(fā)明為起點，以電力的廣泛應用為標志，不僅推動了生產(chǎn)技術由一般的機械化到電氣化、自動化轉(zhuǎn)變，更改變了人們的生活方式。第1章計算機和數(shù)字基礎知識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、空間技術和生物工程的發(fā)明和應用為主要標志，涉及信息技術、新能源技術、新材料技術、生物技術、空間技術和海洋技術等諸多領域。這次科技革命不僅極大地推動了人類社會經(jīng)濟、政治、文化領域的變革，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章計算機和數(shù)字基礎知識8數(shù)字革命是正在發(fā)生的由數(shù)字技術（例如計算機和因特網(wǎng)）引起的社會、政治和經(jīng)濟變化的改變過程

一大批技術,包括數(shù)字電子技術、計算機、通信網(wǎng)絡、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章計算機和數(shù)字基礎知識9數(shù)字電子技術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便攜式媒體播放器（如iPod）數(shù)碼相機和攝像機蜂窩電話收音機和電視機GPS、DVDandCD播放器電子書閱讀器和游戲機1.1.1數(shù)字革命SECTIONA第1章計算機和數(shù)字基礎知識101.1.1數(shù)字革命SECTIONA世界上第一臺電子計算機是由美國賓夕法尼亞大學為美國陸軍軍械部阿伯丁彈道研究實驗室研制的，用于計算炮彈彈道軌跡，叫做“電子數(shù)值積分和計算機”（ElectronicNumericalIntegratorandCalculator簡稱ENIAC）。這臺叫做“埃尼阿克”的計算機占地面積170平方米，總重量30噸，使用了18000只電子管，6000個開關，7000只電阻，10000只電容，50萬條線，耗電量140千瓦，可進行5000次加法/秒運算。第1章計算機和數(shù)字基礎知識111.1.1數(shù)字革命SECTIONA第一代電子計算機：電子管計算機（1946-1958）第二代電子計算機：晶體管計算機（1958-1964）第三代電子計算機：中小規(guī)模集成電路計算機（1964-1975）第四代電子計算機：大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路計算機第五代電子計算機：智能計算機第1章計算機和數(shù)字基礎知識121.1.1數(shù)字革命SECTIONA第1章計算機和數(shù)字基礎知識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章計算機和數(shù)字基礎知識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)絡博客聊天組SECTIONA第1章計算機和數(shù)字基礎知識151.1.1數(shù)字革命1計算機網(wǎng)絡是一組用有線或者無線技術連接到一起的計算機，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)際空間是一個術語，指大量出現(xiàn)在計算機網(wǎng)絡中的實體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)字設備處理的數(shù)字信息的過程SECTIONA第1章計算機和數(shù)字基礎知識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章計算機和數(shù)字基礎知識171.1.2一體化技術一體化：是一些具有不同功能的技術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章計算機和數(shù)字基礎知識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章計算機和數(shù)字基礎知識191.1.3數(shù)字社會1數(shù)字技術和通信網(wǎng)絡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，甚至可以實現(xiàn)在報復壓力下的言論自由。3自由社會的公民有保護自我隱私的期望。4知識產(chǎn)權是指對某些類型的信息、概念或表示的所有權。SECTIONA第1章計算機和數(shù)字基礎知識201.1.3數(shù)字社會數(shù)字技術在全球和國家的經(jīng)濟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)字技術的人與不接觸數(shù)字技術的人之間的鴻溝。SECTIONA第1章計算機和數(shù)字基礎知識211.1A部分:一切數(shù)字事物1.2B部分:數(shù)字設備1.3C部分:數(shù)據(jù)在計算機中的表示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章計算機和數(shù)字基礎知識221.2數(shù)字設備微控制器PDA、便攜式播放器和智能電話個人計算機、服務器、大型機和超級計算機計算機基礎知識SECTIONB第1章計算機和數(shù)字基礎知識231.2.1計算機基礎知識計算機：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)生輸出的多用途設備。SECTIONB計算機可以從輸入設備接受輸入CPU根據(jù)已經(jīng)加載到計算機內(nèi)存中的指令處理數(shù)據(jù)計算機可以從在輸出設備上產(chǎn)生輸出計算機可以使用磁盤、CD、DVD和U盤來長期存儲數(shù)據(jù)第1章計算機和數(shù)字基礎知識241.2.1計算機基礎知識輸入：是輸入、提交或是傳輸?shù)接嬎銠C系統(tǒng)的任意內(nèi)容。輸出：是計算機產(chǎn)生的結果。數(shù)據(jù)：是指表示事實、對象和概念的符號。處理：計算機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章計算機和數(shù)字基礎知識251.2.1計算機基礎知識內(nèi)存：是計算機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。計算機程序：控制計算機執(zhí)行處理任務的指令集合。程序構成軟件。SECTIONB第1章計算機和數(shù)字基礎知識261.2.1計算機基礎知識SECTIONB打孔卡霍爾瑞斯牌的打孔卡閱讀器（左）和普通復寫器（右）第1章計算機和數(shù)字基礎知識271.2.1計算機基礎知識SECTIONB打孔紙帶第1章計算機和數(shù)字基礎知識281.2.1計算機基礎知識SECTIONB磁鼓第1章計算機和數(shù)字基礎知識291.2.1計算機基礎知識SECTIONB第一個硬盤容量不到5MB第一塊容量上G的硬盤第1章計算機和數(shù)字基礎知識301.2.1計算機基礎知識允許用戶在不同任務之間轉(zhuǎn)換。將計算機與其它更簡單設備的區(qū)分開。存儲程序：指一系列計算任務的指令能加載到計算機的內(nèi)存中。SECTIONB第1章計算機和數(shù)字基礎知識311.2.1計算機基礎知識應用軟件是一套幫助人執(zhí)行任務的計算機程序。系統(tǒng)軟件的主要目的是幫助計算機系統(tǒng)監(jiān)視自身，以便更有效率的運行。操作系統(tǒng)(OS)SECTIONB第1章計算機和數(shù)字基礎知識321.2數(shù)字設備微控制器PDA、便攜式播放器和智能電話個人計算機、服務器、大型機和超級計算機計算機基礎知識SECTIONB第1章計算機和數(shù)字基礎知識33個人計算機：是基于微處理器的計算設備，用來滿足個人的處理要求。SECTIONB1.2.2個人計算機、服務器、大型機和超級計算機第1章計算機和數(shù)字基礎知識34連接到網(wǎng)絡的普通的個人計算機。工作站包含兩層含義性能強勁的用來執(zhí)行高性能任務的桌面計算機。SECTIONB1.2.2個人計算機、服務器、大型機和超級計算機第1章計算機和數(shù)字基礎知識36視頻游戲機，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，因為它們都是專門的游戲設備。SECTIONB1.2.2個人計算機、服務器、大型機和超級計算機第1章計算機和數(shù)字基礎知識37服務器的目的是通過為網(wǎng)絡（如因特網(wǎng)或家庭網(wǎng)絡）上的計算機提供數(shù)據(jù)來向它們提供服務。大型計算機（或簡稱“大型機”）是大型且昂貴的計算機，能同時為成百上千的用戶處理數(shù)據(jù)。超級計算機，是世界上運算速度最快的一類計算機，用來完成其他計算機所不能處理的復雜任務和處理計算密集型（需要用復雜的數(shù)學計算來處理大量數(shù)據(jù)）問題。SECTIONB1.2.2個人計算機、服務器、大型機和超級計算機第1章計算機和數(shù)字基礎知識39SECTIONB1.2.2個人計算機、服務器、大型機和超級計算機第1章計算機和數(shù)字基礎知識41SECTIONB1.2.2個人計算機、服務器、大型機和超級計算機中國曙光超級計算機第1章計算機和數(shù)字基礎知識42SECTIONB1.2.2個人計算機、服務器、大型機和超級計算機中國天河超級計算機第1章計算機和數(shù)字基礎知識461.2數(shù)字設備微控制器PDA、便攜式播放器和智能電話個人計算機、服務器、大型機和超級計算機計算機基礎知識SECTIONB第1章計算機和數(shù)字基礎知識471PDA（個人數(shù)字助理）是袖珍數(shù)字記事簿，它帶有小型標準鍵盤或者觸摸屏幕，靠電池運行，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)置相機和GPS等功能的加強版PDA。3智能電話，除了語音通訊外，還包含其它功能，如完整的標準鍵盤、文本消息、電子郵件、Web接入、移動存儲器、照相機、FM收音機、數(shù)字音樂播放器、游戲軟件、財務管理、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，因為他們的主要功能是播放音樂、播放視頻和存儲照片。SECTIONB1.2.3PDA、便攜式播放器和智能電話第1章計算機和數(shù)字基礎知識48SECTIONB1.2.3PDA、便攜式播放器和智能電話第1章計算機和數(shù)字基礎知識491.2數(shù)字設備微控制器PDA、便攜式播放器和智能電話個人計算機、服務器、大型機和超級計算機計算機基礎知識SECTIONB第1章計算機和數(shù)字基礎知識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備中。SECTIONB第1章計算機和數(shù)字基礎知識511.1A部分:一切數(shù)字事物1.2B部分:數(shù)字設備1.3C部分:數(shù)據(jù)在計算機中的表示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章計算機和數(shù)字基礎知識521.3數(shù)據(jù)在計算機中的表示中文編碼字符編碼數(shù)值數(shù)據(jù)表示概述SECTIONC非文字數(shù)據(jù)編碼第1章計算機和數(shù)字基礎知識531.3.1概述數(shù)據(jù)：是表示人、事件、事務以及思想的符號。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以及計算機等電子設備能處理的文本、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)值范圍進行表示的數(shù)據(jù)。數(shù)字數(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)字數(shù)據(jù)，模擬裝置處理模擬數(shù)據(jù)。第1章計算機和數(shù)字基礎知識551.3.1概述SECTIONC計算機中處理的數(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)在計算機中采用二進制數(shù)字系統(tǒng)來表示。這樣運算規(guī)則簡單，且節(jié)省設備。第1章計算機和數(shù)字基礎知識561.3數(shù)據(jù)在計算機中的表示中文編碼字符編碼數(shù)值數(shù)據(jù)表示概述SECTIONC非文字數(shù)據(jù)編碼第1章計算機和數(shù)字基礎知識57SECTIONC1.3.2數(shù)值數(shù)據(jù)表示進位計數(shù)制

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

基數(shù)：指該進制中所使用的數(shù)碼的個數(shù)。

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

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

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

變成按位權的展開式，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，即以r為底的i次冪Di*ri

是第i位的數(shù)碼所代表的實際值第1章計算機和數(shù)字基礎知識60SECTIONC1.3.2數(shù)值數(shù)據(jù)表示各種進位計數(shù)制及其轉(zhuǎn)換常用進位計數(shù)制間的相互轉(zhuǎn)換其它進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(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章計算機和數(shù)字基礎知識61SECTIONC1.3.2數(shù)值數(shù)據(jù)表示各種進位計數(shù)制及其轉(zhuǎn)換常用進位計數(shù)制間的相互轉(zhuǎn)換十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)對整數(shù)部分：除2取余法

將十進制數(shù)除以2，取余數(shù)作為二進制數(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制的整數(shù)部分。對小數(shù)部分：乘2取整數(shù)法

將十進制純小數(shù)乘以2，所得乘積的整數(shù)部分即為對應二進制小數(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，如此進行下去，直到乘積的小數(shù)部分為0，或結果以滿足所需精度要求為止。C1.3.2數(shù)值數(shù)據(jù)表示各種進位計數(shù)制及其轉(zhuǎn)換常用進位計數(shù)制間的相互轉(zhuǎn)換十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)例如：11.625D21122252101101低高SECTION0.625*210.25*200.5*21

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

二進制數(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0，小數(shù)部分在末位補0。然后每三位二進制數(shù)轉(zhuǎn)換成一位八進制數(shù)。反之則一位八進制數(shù)轉(zhuǎn)換為三位二進制數(shù)。二進制數(shù)與十六進制數(shù)的互換

與八進制同理，只是要四位二進制數(shù)一組。第1章計算機和數(shù)字基礎知識64SECTIONC1.3.2數(shù)值數(shù)據(jù)表示各種進位計數(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章計算機和數(shù)字基礎知識65SECTIONC1.3.2數(shù)值數(shù)據(jù)表示位與字節(jié)的概念計算機中存放二進制數(shù)時，常用兩個單位來衡量數(shù)的多少：位（bit）：一個二進制數(shù)。字節(jié)（byte）：8位二進制數(shù)，通?？s寫為B。101101011個字節(jié)1位第1章計算機和數(shù)字基礎知識66SECTIONC1.3.2數(shù)值數(shù)據(jù)表示位與字節(jié)的概念

當描述這些數(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，在計算機領域表示1024，即210；Mega，M：日常生活表示1000000，在計算機領域表示1024×1024，1024K，即220；Giga，G：日常生活表示1000000000，在計算機領域表示1024×1024×1024，1024M，即230；Tera，T：日常生活表示1000000000000，在計算機領域表示1024×1024×1024×1024，1024G，即240。第1章計算機和數(shù)字基礎知識67SECTIONC1.3.2數(shù)值數(shù)據(jù)表示數(shù)的機器碼表示真值與機器數(shù)

真值：在現(xiàn)實生活中，用正號、負號加絕對值表示數(shù)值的數(shù)稱為真值，如128、-126等。機器數(shù)：在計算機內(nèi)部使用的、連同符號一起數(shù)碼化了的數(shù)，稱為機器數(shù)。機器數(shù)分為三種表示法：原碼、補碼、反碼。

SECTIONC1.3.2數(shù)值數(shù)據(jù)表示數(shù)的機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)的機器碼表示原碼表示法（2）負數(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)的機器碼表示原碼表示法（4）總結真值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，其缺點是加法運算復雜。因為人為約定符號位0為正數(shù)，1為負數(shù)，在運算時，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)的機器碼表示補碼表示法模與互補數(shù)如北京時間4點整，而表的時間是7點，要校準，可以向回撥3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“?！笔侵敢粋€計量系統(tǒng)的計數(shù)范圍當K為模時，對于兩個正整數(shù)a、b，若有a＝K－b，則稱b為a的補數(shù)，或稱a與b為互補數(shù)。SECTIONC1.3.2數(shù)值數(shù)據(jù)表示數(shù)的機器碼表示補碼表示法補碼：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；對于負數(shù)，將真值的數(shù)值部分按位求反，最低位加1；0的補碼就是0，無正負之分。整數(shù)的補碼定義：[x]補=

例如，x=+101，則[x]補

=0101x=-101，則[x]補

=1011X0≤X＜2n2n+1-|X|-2n≤X＜

0Mod=2n+1SECTIONC1.3.2數(shù)值數(shù)據(jù)表示數(shù)的機器碼表示補碼表示法正數(shù)的補碼表示與原碼相同。如：[x]原=01011010，[x]補=01011010負數(shù)原碼轉(zhuǎn)換為補碼的方法：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=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=10100110由原碼轉(zhuǎn)換為補碼的簡便方法SECTIONC1.3.2數(shù)值數(shù)據(jù)表示數(shù)的機器碼表示補碼表示法正數(shù)補碼與原碼相同，不需要轉(zhuǎn)換。負數(shù)補碼轉(zhuǎn)換為原碼，可以采用上述方法，對補碼再求補碼，實現(xiàn)逆轉(zhuǎn)換，即對補碼再求補碼結果為原碼。由補碼表示轉(zhuǎn)換為原碼與真值SECTIONC1.3.2數(shù)值數(shù)據(jù)表示數(shù)的機器碼表示補碼表示法補碼的加法運算規(guī)則是：

[X＋Y]補=[X]補＋[Y]補補碼的減法運算規(guī)則是：

[X-Y]補=[X]補+[-Y]補補碼加減法

例如：已知X=33，Y=15X-Y用補碼完成[X]補+[-Y]補=00100001+11110001=[00010010]補=[00010010]原=18SECTIONC1.3.2數(shù)值數(shù)據(jù)表示數(shù)的機器碼表示補碼表示法在補碼表示中，仍以最高位作為符號位，0為正數(shù)、1為負數(shù)。補碼的符號位是數(shù)值的一部分，可以和數(shù)值位一起參與運算，不需要單獨處理。數(shù)值0只有一種表示，無+0和-0之分，補碼的負數(shù)域不含0。補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SECTIONC1.3.2數(shù)值數(shù)據(jù)表示數(shù)的機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零。[x]反=X0≤X＜2n(2n+1–1)+X-2n＜

X≤0反碼通常作為求補過程的中間形式，即在一個負數(shù)的反碼的未位上加1，就得到了該負數(shù)的補碼。SECTIONC1.3.2數(shù)值數(shù)據(jù)表示數(shù)的機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)的機器碼表示定點數(shù)和浮點數(shù)計算機處理的數(shù)值數(shù)據(jù)多數(shù)帶有小數(shù)，小數(shù)點在計算機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)點隱含在某一個固定位置上，稱為定點表示法，簡稱定點數(shù)；一種是小數(shù)點位置可以浮動，稱為浮點表示法，簡稱浮點數(shù)。SECTIONC1.3.2數(shù)值數(shù)據(jù)表示數(shù)的機器碼表示定點數(shù)和浮點數(shù)定點數(shù)表示法（fixed-pointnumber）在計算機中通常采用兩種簡單的約定表示定點數(shù)：將小數(shù)點的位置固定在數(shù)據(jù)的最高位之前，稱為定點小數(shù)將小數(shù)點的位置固定在最低位數(shù)據(jù)之后，稱為定點整數(shù)SECTIONC1.3.2數(shù)值數(shù)據(jù)表示數(shù)的機器碼表示定點數(shù)和浮點數(shù)定點數(shù)表示法（fixed-pointnumber）定點小數(shù)是純小數(shù)，若數(shù)據(jù)|x|=0.x1x2…xn，則在計算機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)點位置數(shù)值部分SECTIONC1.3.2數(shù)值數(shù)據(jù)表示數(shù)的機器碼表示定點數(shù)和浮點數(shù)定點數(shù)表示法（fixed-pointnumber）定點整數(shù)是純整數(shù)，若數(shù)據(jù)x=x1x2…xn，則在計算機中的表示形式為下圖，其中x0為符號位。x0x1x2…xn符號位小數(shù)點位置數(shù)值部分SECTIONC1.3.2數(shù)值數(shù)據(jù)表示數(shù)的機器碼表示定點數(shù)和浮點數(shù)定點數(shù)表示法（fixed-pointnumber）計算機采用定點數(shù)表示數(shù)時，對于既有整數(shù)又有小數(shù)的數(shù)據(jù)，需要設定一個比例因子，數(shù)據(jù)按其縮小成定點小數(shù)或擴大成定點整數(shù)再參加運算，運算結果，根據(jù)比例因子，還原成實際數(shù)值。SECTIONC1.3.2數(shù)值數(shù)據(jù)表示數(shù)的機器碼表示定點數(shù)和浮點數(shù)浮點數(shù)表示法（floating-pointnumber）任意一個十進制數(shù)N可以寫成N=10E×M同理，計算機中的一個數(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：浮點的指數(shù)，是一個整數(shù)，稱為階碼一個機器浮點數(shù)由階碼和尾數(shù)及其符號位組成：尾數(shù)：用定點小數(shù)表示階碼：用定點整數(shù)表示SECTIONC1.3.2數(shù)值數(shù)據(jù)表示數(shù)的機器碼表示定點數(shù)和浮點數(shù)浮點數(shù)表示法（floating-pointnumber）E0E1E2……Em階符階值M0M1M2……Mm尾符尾數(shù)值第1章計算機和數(shù)字基礎知識871.3數(shù)據(jù)在計算機中的表示中文編碼字符編碼數(shù)值數(shù)據(jù)表示概述SECTIONC非文字數(shù)據(jù)編碼第1章計算機和數(shù)字基礎知識88數(shù)字設備可使用多種類型的編碼表示字符數(shù)據(jù)：ASCII（（AmericanStandardCodeforInformationInterchange，美國信息互換標準代碼）擴展ASCIIEBCDIC（ExtendedBinaryCodedDecimalInterchangeCode，擴展二進制編碼的十進制交換碼）Unicode，統(tǒng)一碼、萬國碼、單一碼SECTIONC1.3.3字符編碼第1章計算機和數(shù)字基礎知識89SECTIONC1.3.3字符編碼1、10個十進制數(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為二進制數(shù)表示第1章計算機和數(shù)字基礎知識911.3數(shù)據(jù)在計算機中的表示中文編碼字符編碼數(shù)值數(shù)據(jù)表示概述SECTIONC非文字數(shù)據(jù)編碼第1章計算機和數(shù)字基礎知識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)位碼是將國家標準局公布的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)組中的下標就是區(qū)位碼。區(qū)碼和位碼各兩位十進制數(shù)。拼音碼：以漢語拼音為基礎的輸入方法。

字型編碼：用漢字的形狀來進行編碼，例如五筆字型。

SECTIONC1.3.4中文編碼SECTIONC1.3.4中文編碼第1章計算機和數(shù)字基礎知識95SECTIONC1.3.4中文編碼漢字國標碼=區(qū)號十六進制+20H位號十六進制+20H漢字機內(nèi)碼=漢字國標碼+8080H漢字內(nèi)碼

漢字內(nèi)碼是用于漢字信息處理、存儲、交換、檢索等操作的機內(nèi)代碼。國標碼是由國家標準局公布的漢字交換碼，主要用于信息交換。1981年，GB2312-80的國家標準字符集的構成：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章計算機和數(shù)字基礎知識96SECTIONC1.3.4中文編碼漢字字模碼

用點陣表示的漢字字型碼，用于漢字的輸出。

字模碼是用點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點陣、24×24點陣、32×32點陣，甚至更高。第1章計算機和數(shù)字基礎知識971.3數(shù)據(jù)在計算機中的表示中文編碼字符編碼數(shù)值數(shù)據(jù)表示概述SECTIONC非文字數(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，每個點的色彩都有指派給它的二進制數(shù)來表示的。圖像是它所包含的所有點的色彩數(shù)字列表。即由分辨率和顏色深度兩部分數(shù)據(jù)結合而成。

第1章計算機和數(shù)字基礎知識98SECTIONC1.3.5非文字數(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章計算機和數(shù)字基礎知識99SECTIONC1.3.5非文字數(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章計算機和數(shù)字基礎知識100SECTIONC1.3.5非文字數(shù)據(jù)編碼數(shù)字數(shù)據(jù)：是指轉(zhuǎn)換成離散數(shù)字的文本、數(shù)字、圖形、聲音和視頻的表達形式。模擬數(shù)據(jù)：是使用無限的數(shù)值范圍進行表達的，尤其是圖像、聲音等數(shù)據(jù)可以有此種表示方式。第1章計算機和數(shù)字基礎知識1011.1A部分:一切數(shù)字事物1.2B部分:數(shù)字設備1.3C部分:數(shù)字數(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章計算機和數(shù)字基礎知識識1021.4數(shù)字化處理程序和指令集1處理器邏輯2SECTIOND第1章計算機和數(shù)字基礎知識103

1.4.1程序和指令集計算機、便攜式媒體播放器、掌上電腦和智能電話都能處理數(shù)字數(shù)據(jù)，并且是在計算機程序或軟件的控制下進行的。計算機程序員會創(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章計算機和數(shù)字基礎知識104

1.4.1程序和指令集編譯器：將單獨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章計算機和數(shù)字基礎知識1051.4.1程序和指令集SECTIOND高級語言指令編譯器機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章計算機和數(shù)字基礎知識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)行的一系列預編程的活動集合。機器語言：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。機器代碼：是程序使用的一系列機器語言指令。包括操作碼和操作數(shù)。目標代碼：指計算機編譯器處理源代碼后所生成的代碼，它一般由機器代碼或接近于機器語言的代碼組成。SECTIOND第1章計算機和數(shù)字基礎知識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章計算機和數(shù)字基礎知識1081.4.1程序和指令集SECTIOND第1章計算機和數(shù)字基礎知識識1091.4數(shù)字化處理程序和指令集1

處理器邏輯2SECTIOND第1章計算機和數(shù)字基礎知識1101.4.2處理器邏輯ALU（算數(shù)邏輯單元）：是微處理進行算術運算的部分

，它同時也能進行邏輯運算?？刂茊卧菏怯脕砣≈噶畹?。指令周期：是指計算機執(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章計算機和數(shù)字基礎知識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章計算機和數(shù)字基礎知識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章計算機和數(shù)字基礎知識113SECTIOND寄存器14寄存器25RAM累加器9控制單元計算機處理數(shù)據(jù)時ALU的工作第1章計算機和數(shù)字基礎知識1141.1

A部分:一切數(shù)字事物1.2

B部分:數(shù)字設備1.3

C部分:數(shù)字數(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