第1章計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)概述

第一章計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)概述本章主要內(nèi)容引言：什么是計(jì)算機(jī)？引言：什么是計(jì)算機(jī)？計(jì)算機(jī)的英文名稱是computer，但計(jì)算機(jī)不是計(jì)算器，其功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過計(jì)算功能。當(dāng)今社會(huì)，計(jì)算機(jī)已經(jīng)走進(jìn)了萬家億戶,計(jì)算機(jī)幾乎無所不能，無孔不入，各行各業(yè)都離不開計(jì)算機(jī)，學(xué)習(xí)生活?yuàn)蕵冯x不開計(jì)算機(jī)，難怪我們給計(jì)算機(jī)一個(gè)非常形象的稱謂——“電腦”?？墒牵?jì)算機(jī)究竟是什么？它都能做些什么呢？引言：什么是計(jì)算機(jī)？計(jì)算機(jī)不是圖書館，卻能讓我們博覽群書引言：什么是計(jì)算機(jī)？計(jì)算機(jī)不是報(bào)紙，卻能讓我們飽覽全國各地報(bào)紙引言：什么是計(jì)算機(jī)？計(jì)算機(jī)不是商場(chǎng)，卻能讓我們足不出戶，就能貨比百家，買到心儀的商品。引言：什么是計(jì)算機(jī)？計(jì)算機(jī)不是電視機(jī)，卻能讓我們隨時(shí)隨地觀看自己喜愛的節(jié)目。引言：什么是計(jì)算機(jī)？計(jì)算機(jī)能做的事還有很多很多……計(jì)算機(jī)可以用于辦公自動(dòng)化、生產(chǎn)控制、信息管理、瀏覽新聞、查閱學(xué)習(xí)資料和百科知識(shí)、創(chuàng)作動(dòng)畫視頻、開發(fā)軟件、下載資料、美化相片、聽歌、聽收音機(jī)、看電影電視、購物、看報(bào)紙、和朋友聊天、發(fā)電子郵件、發(fā)手機(jī)短消息、游戲娛樂等等，集電視機(jī)、收音機(jī)、影碟機(jī)、電話機(jī)、錄音機(jī)等多種電器于一體，可謂神通廣大，老少皆宜。計(jì)算機(jī)究竟是什么？計(jì)算機(jī)實(shí)際上只是一種電子設(shè)備，是一種能夠高速地、自動(dòng)地進(jìn)行信息處理的電子設(shè)備。從本質(zhì)上講，計(jì)算機(jī)是一種工具，但它不是交通運(yùn)輸工具不是機(jī)械加工工具不是···普通的工具計(jì)算機(jī)是一種現(xiàn)代化的信息處理工具計(jì)算機(jī)所表現(xiàn)出來的神通廣大的功能全是其信息處理的結(jié)果。什么是信息處理？信息處理就是對(duì)信息進(jìn)行收集、存儲(chǔ)、傳遞、加工處理、發(fā)布、使用等過程的統(tǒng)稱。人們對(duì)信息進(jìn)行處理時(shí)首先要通過感覺器官獲得信息，然后通過大腦和神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)信息進(jìn)行傳遞、加工和存儲(chǔ)，最后通過言、行或其他形式發(fā)布信息。計(jì)算機(jī)究竟是什么？計(jì)算機(jī)處理信息的過程與人類基本一致。計(jì)算機(jī)信息處理的簡(jiǎn)化模型人們通過輸入設(shè)備把需要處理的信息輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)通過中央處理器把信息加工后，再通過輸出設(shè)備把處理后的結(jié)果告訴給人們。

加入內(nèi)存有什么用呢？打個(gè)比方，如果老師讓你心算一道簡(jiǎn)單題，你肯定毫不費(fèi)勁就算出來了，可是如果老師讓你算20個(gè)三位數(shù)相加，你心算起來肯定很費(fèi)力，但如果給你一張草稿紙的話，你也能很快算出來。計(jì)算機(jī)也是一樣，一個(gè)沒有內(nèi)存的計(jì)算機(jī)如果讓它進(jìn)行一個(gè)很復(fù)雜的計(jì)算，它可能根本就沒有辦法算出來，因?yàn)樗拇鎯?chǔ)能力有限，無法記住很多中間的結(jié)果。但如果給它一些內(nèi)存當(dāng)“草稿紙”的話，計(jì)算機(jī)就可以把一些中間結(jié)果臨時(shí)存儲(chǔ)到內(nèi)存上，然后在需要的時(shí)候再把它取出來，進(jìn)行下一步的運(yùn)算，如此往復(fù)，計(jì)算機(jī)就可以完成很多很復(fù)雜的計(jì)算。中央處理器處理信息時(shí)，其中間結(jié)果都臨時(shí)存放在內(nèi)存，假如在信息處理結(jié)束后，處理的結(jié)果仍然存放在內(nèi)存中，則如果遇到突然停電的情況，內(nèi)存中的數(shù)據(jù)就會(huì)全部消失。也正因?yàn)槿绱?，人們才在?jì)算機(jī)模型中加入了外部存儲(chǔ)器，把內(nèi)存中的處理結(jié)果再存儲(chǔ)到外部存儲(chǔ)器中，這樣停電后數(shù)據(jù)也不會(huì)丟失了。常見的外存儲(chǔ)器有硬盤，光盤，U盤等。

1.1計(jì)算機(jī)發(fā)展概述1.1.1計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生和發(fā)展1.1.1計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生和發(fā)展計(jì)算機(jī)是20世紀(jì)人類歷史上最偉大的發(fā)明之一。在短暫的半個(gè)多世紀(jì)里，計(jì)算機(jī)技術(shù)取得了迅猛的發(fā)展。如今，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)滲透到各行各業(yè)，成為當(dāng)今社會(huì)不可缺少的信息處理工具。1、第一臺(tái)計(jì)算機(jī)的誕生1946年在美國賓夕法尼亞大學(xué)誕生了世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)ENIAC（電子數(shù)字積分機(jī)與計(jì)算機(jī)，又稱作埃尼爾克）。用途：軍事計(jì)算速度：5000次/秒體積：170平方米，30噸，140千瓦價(jià)格：40萬美元2、計(jì)算機(jī)發(fā)展的四個(gè)階段根據(jù)計(jì)算機(jī)所使用的電子器件的不同，人們將計(jì)算機(jī)的發(fā)展過程劃分為四個(gè)階段。2、計(jì)算機(jī)發(fā)展的四個(gè)階段（續(xù)）(1)第一代（約1946-1957）電子管計(jì)算機(jī)

●速度：幾十～幾萬次/秒

●內(nèi)存：磁鼓，千字

●外設(shè)：磁帶

●機(jī)器語言或匯編語言編程

●

主要用于科學(xué)計(jì)算

第一代電子計(jì)算機(jī)中使用的磁鼓存儲(chǔ)器電子管(2)第二代（約1957-1964）晶體管計(jì)算機(jī)速度：幾十萬次/秒內(nèi)存：磁芯，十萬字外設(shè)：磁盤使用FORTRAN等高級(jí)語言編程開始用于數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域

晶體管2、計(jì)算機(jī)發(fā)展的四個(gè)階段（續(xù)）(3)第三代（約1965-1973）中小規(guī)模集成電路(SSI,MSI)計(jì)算機(jī)速度：幾十萬次～幾百萬次/秒內(nèi)存：半導(dǎo)體存儲(chǔ)器高級(jí)語言,開始使用操作系統(tǒng)廣泛用于科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、工業(yè)控制領(lǐng)域2、計(jì)算機(jī)發(fā)展的四個(gè)階段（續(xù)）(4)第四代（1974年起）大規(guī)模(LSI)和超大規(guī)模（VLSI）計(jì)算機(jī)速度：幾百萬次～億次/秒內(nèi)存：半導(dǎo)體存儲(chǔ)器出現(xiàn)了微型計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)2、計(jì)算機(jī)發(fā)展的四個(gè)階段（續(xù)）第1～4代計(jì)算機(jī)的對(duì)比代別年代使用的元器件使用的軟件類型主要應(yīng)用領(lǐng)域第1代20世紀(jì)40年代中期～50年代末期CPU：電子管內(nèi)存：磁鼓使用機(jī)器語言和匯編語言編寫程序科學(xué)和工程計(jì)算第2代20世紀(jì)50年代中、后期～60年代中期CPU：晶體管內(nèi)存：磁芯使用FORTRAN等高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言開始廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域第3代20世紀(jì)60年代中期～70年代初期CPU：SSI，MSI內(nèi)存：SSI，MSI的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等開始使用在科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、工業(yè)控制等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用第4代20世紀(jì)70年代中期以來CPU：LSI、VLSI內(nèi)存：LSI、VLSI的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器軟件開發(fā)工具和平臺(tái)、分布式計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)軟件等開始廣泛使用深入到各行各業(yè)，家庭和個(gè)人開始使用計(jì)算機(jī)1.1.2微電子技術(shù)1、什么是微電子技術(shù)微電子技術(shù)是指將尺寸在微米數(shù)量級(jí)，甚至是納米數(shù)量級(jí)的晶體管等基礎(chǔ)元件集成在一塊半導(dǎo)體芯片上的電路集成技術(shù)。微電子技術(shù)是計(jì)算機(jī)和通信設(shè)備的硬件核心，是現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)。微電子技術(shù)的核心技術(shù)是集成電路技術(shù)。1、什么是微電子技術(shù)集成電路的分類按功能分為數(shù)字集成電路和模擬集成電路按用途分為通用集成電路和專用集成電路集成電路的特點(diǎn)

體積小、重量輕、功耗小、成本低、速度快、可靠性高等。2、納米世界1納米=10-9米=10億分之一米=1nm將一納米的物體放到乒乓球上，就像一個(gè)乒乓球放在地球上一般。1納米相當(dāng)于頭發(fā)絲的十萬分之一所謂“納米科技”，就是在0.1~100納米的尺度上，研究和利用原子、分子的結(jié)構(gòu)、特征及相互作用的高新科學(xué)技術(shù)一根頭發(fā)寬度可以擺放2000多個(gè)45納米晶體管45nm(1μm=1000nm，1nm為10億分之一米)不是指的芯片上每個(gè)晶體管的大小，而是指芯片上晶體管和晶體管之間導(dǎo)線連線的寬度，簡(jiǎn)稱線寬。半導(dǎo)體業(yè)界習(xí)慣上用線寬這個(gè)工藝尺寸來代表硅芯片生產(chǎn)工藝的水平。一個(gè)45納米晶體管可在1秒鐘內(nèi)切換34億次2、納米世界3、微電子技術(shù)與計(jì)算機(jī)的關(guān)系微電子技術(shù)最重要的應(yīng)用領(lǐng)域是計(jì)算機(jī)領(lǐng)域。微型計(jì)算機(jī)的各個(gè)組成部分都離不開微電子技術(shù)。集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展加快了計(jì)算機(jī)更新?lián)Q代的速度。一代一代經(jīng)典的CPU4、集成電路的發(fā)展規(guī)律集成電路的工作速度主要取決于晶體管的尺寸。晶體管的尺寸越小，其工作的速度就越快，相同面積的晶片可容納的晶體管數(shù)目就越多。所以從集成電路問世以來，人們就一直在縮小晶體管、電阻、電容、連接線的尺寸上下功夫。4、集成電路的發(fā)展規(guī)律（續(xù)）1965年美國Intel公司的創(chuàng)始人之一戈登·摩爾（GordonE.Moore）根據(jù)1958年以來集成電路的發(fā)展情況，預(yù)測(cè)每18個(gè)月同樣硅片面積上的晶體管數(shù)目將翻一番，性能也將提升一倍。換言之，每一美元所能買到的電腦性能，將每隔18個(gè)月翻兩倍以上。這一定律揭示了信息技術(shù)進(jìn)步的速度。4、集成電路的發(fā)展規(guī)律（續(xù)）“摩爾定律”帶動(dòng)了芯片產(chǎn)業(yè)白熱化的競(jìng)爭(zhēng)。在紀(jì)念這一定律發(fā)表４０周年之時(shí)，作為英特爾公司名譽(yù)主席的摩爾說：“如果你期望在半導(dǎo)體行業(yè)處于領(lǐng)先地位，你無法承擔(dān)落后于摩爾定律的后果?！庇⑻貭?、摩托羅拉、AMD公司等圍繞“摩爾定律”的競(jìng)爭(zhēng)像大浪淘沙一樣激烈。4、集成電路的發(fā)展規(guī)律（續(xù)）目前，最先進(jìn)的集成電路技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)?3億個(gè)晶體管集中在指甲蓋大小的區(qū)間里。4、集成電路的發(fā)展規(guī)律（續(xù)）

在2012年IDF上，Intel高管MarkBohr對(duì)他們的14nm工藝進(jìn)程進(jìn)行了介紹，并闡述了公司近年來工作的發(fā)展。據(jù)悉，Intel有望在2013年晚些時(shí)候引入14nm工藝。從2015年開始，Intel將會(huì)陸續(xù)升級(jí)10nm，之后則是7nm甚至是5nm。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，摩爾定律面臨速度太慢的尷尬。IntelCEO表示，PC時(shí)代，摩爾定律的周期是18個(gè)月，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)是12個(gè)月，甚至更短，摩爾定律需要改變節(jié)奏。目前22納米已成為主流工藝。14納米工藝正在研究中。4、集成電路的發(fā)展規(guī)律（續(xù)）問題：摩爾定律問世48年了。在這半個(gè)多世紀(jì)里，計(jì)算機(jī)從神秘不可接近的龐然大物變成多數(shù)人都不可或缺的工具。人們不禁要問：這種令人難以置信的發(fā)展速度會(huì)無止境地持續(xù)下去嗎？芯片上元件的幾何尺寸不可能無限制地縮小下去，因?yàn)楫?dāng)電流微弱到僅有幾十個(gè)甚至幾個(gè)電子流動(dòng)，晶體管將逼近其物理極限而無法正常工作。4、集成電路的發(fā)展規(guī)律（續(xù)）出路：在納米尺寸下，納米結(jié)構(gòu)會(huì)表現(xiàn)出一些新的量子現(xiàn)象和效應(yīng)，人們正在利用這些量子效應(yīng)研制具有全新功能的量子器件，使能開發(fā)出新的納米芯片和量子計(jì)算機(jī)。同時(shí)，正在研究將光作為信息的載體，發(fā)展光子學(xué)，研制集成光路，或把電子與光子并用，實(shí)現(xiàn)光電子集成。世界上第一個(gè)3D晶體管“Tri-Gate”由英特爾與2011年5月6日宣布研制成功。3DTri-Gate使用一個(gè)三維硅鰭片取代傳統(tǒng)晶體管上的平面柵極，硅鰭片三個(gè)面都安排了一個(gè)柵極用于輔助電流控制。3D晶體管讓摩爾延續(xù)用一個(gè)形象的比喻，二維晶體管如同平房，3D晶體管則是摩天大樓。在同樣的占地面積下，樓房則要比平房能夠承載更多的房屋。可以說，在摩爾定律逐漸達(dá)到極限的現(xiàn)在，3D晶體管是使其延續(xù)的最佳方法。3D晶體管讓摩爾延續(xù)22nm和3-D晶體管記錄下一代核心革命3-D晶體管將影響整個(gè)行業(yè)一個(gè)針頭可以擺放1億多個(gè)22納米三維晶體管。5、集成電路的分類按集成電路的規(guī)模，可以將集成電路分為六大類：類別芯片所含器件個(gè)數(shù)小規(guī)模集成電路（SSI）<100中規(guī)模集成電路（MSI）100~1000大規(guī)模集成電路（LSI）1000~10萬超大規(guī)模集成電路（VLSI）10萬~1000萬特大規(guī)模集成電路（ULSI）1000萬~10億巨大規(guī)模集成電路（GLSI）

超過10億1.1.3計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)1.1.3計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)工作自動(dòng)化：計(jì)算機(jī)由程序控制其運(yùn)行過程，只要根據(jù)需要，預(yù)先將程序編好并存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)中，則運(yùn)行程序時(shí)計(jì)算機(jī)就能自動(dòng)完成預(yù)定的處理任務(wù)。處理速度快：目前世界上最快的計(jì)算機(jī)每秒可運(yùn)算萬億次。計(jì)算精度高：可根據(jù)需要獲得千分之一到幾百萬分之一甚至更高的精度。1.1.3計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)（續(xù)）記憶能力強(qiáng)：計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器類似于人的大腦，能記憶大量的數(shù)據(jù)和程序，可隨時(shí)提供信息查詢和處理等服務(wù)。邏輯判斷能力可靠：具有可靠的邏輯判斷能力是計(jì)算機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)信息處理自動(dòng)化的重要原因。通用性強(qiáng)：同一臺(tái)計(jì)算機(jī)只要安裝不同的軟件或連接到不同的設(shè)備上，就可以完成不同的任務(wù)。因此，計(jì)算機(jī)可以被用在各個(gè)行業(yè)。支持人機(jī)交互：計(jì)算機(jī)具有多種輸入輸出設(shè)備，可支持用戶與機(jī)器進(jìn)行交互。如用戶只要輕輕點(diǎn)擊鼠標(biāo)，計(jì)算機(jī)就可以完成某項(xiàng)操作功能。1.1.3計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)（續(xù)）1.1.4計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)60年來發(fā)展速度之快大大超出人們的預(yù)料：性能、體積、價(jià)格、應(yīng)用領(lǐng)域、軟件技術(shù)和軟件產(chǎn)品計(jì)算機(jī)的發(fā)展呈現(xiàn)出以下趨勢(shì)：巨型化微型化網(wǎng)絡(luò)化智能化1.1.4計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)當(dāng)今計(jì)算機(jī)科學(xué)發(fā)展趨勢(shì)，可以把它分為三維考慮。一維是“高”的方向發(fā)展。計(jì)算機(jī)的性能越來越高，速度越來越快，主要表現(xiàn)在計(jì)算機(jī)的主頻越來越高。目前世界上性能最高的通用計(jì)算機(jī)已采用上萬臺(tái)計(jì)算機(jī)并行，美國的ASCI計(jì)劃已經(jīng)完成每秒12.3萬億次并行機(jī)。美國一項(xiàng)計(jì)劃的目標(biāo)是推出每秒一千萬億次并行計(jì)算機(jī)，其處理機(jī)將采用超導(dǎo)量子器件，每個(gè)處理機(jī)每秒100億次，共用10萬個(gè)處理機(jī)并行。1.1.4計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)另一個(gè)方向就是向“廣”度方向發(fā)展，計(jì)算機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)就是無處不在，以至于像“沒有計(jì)算機(jī)一樣”。未來，計(jì)算機(jī)也會(huì)像現(xiàn)在的馬達(dá)一樣，存在于家中的各種電器中。未來的中小學(xué)生上課用的可能不再是教科書，而只是一個(gè)筆記本大小的計(jì)算機(jī)，所有的中小學(xué)的課程教材，輔導(dǎo)書，練習(xí)題都在里面。所以有人預(yù)言未來計(jì)算機(jī)可能像紙張一樣便宜，可以一次性使用，計(jì)算機(jī)將成為不被人注意的最常用的日用品。1.1.4計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)第三個(gè)方向是向“深”度方向發(fā)展，即向信息的智能化發(fā)展。目前計(jì)算機(jī)“思維”的方式與人類思維方式有很大區(qū)別，人類還很難以自然的方式，如語言、手勢(shì)、表情與計(jì)算機(jī)打交道。近幾年來計(jì)算機(jī)識(shí)別文字和口語技術(shù)已有較大提高，估計(jì)5-10年內(nèi)手寫和口語輸入將逐步成為主流的輸入方式。手勢(shì)和臉部表情識(shí)別也已取得較大進(jìn)展。谷歌眼鏡(GoogleProjectGlass)是由谷歌公司于2012年4月發(fā)布的一款“拓展現(xiàn)實(shí)”眼鏡，它具有和智能手機(jī)一樣的功能，可以通過聲音控制拍照，視頻通話和辨明方向以及上網(wǎng)沖浪、處理文字信息和電子郵件等。谷歌眼鏡蘋果智能手表蘋果iWatch手表內(nèi)置了支持Facetime、WiFi、藍(lán)牙、Airplay等功能，能配合蘋果的多款移動(dòng)設(shè)備產(chǎn)品使用，包括能接聽電話，支持Retina觸摸屏。1.3計(jì)算機(jī)的應(yīng)用科學(xué)計(jì)算信息處理80%以上的計(jì)算機(jī)主要用于信息處理，包括信息搜集、傳遞、存儲(chǔ)和使用。計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)，包括輔助設(shè)計(jì)CAD，輔助制造CAM，輔助教學(xué)CAI過程控制網(wǎng)絡(luò)通信家庭娛樂......1.4信息技術(shù)的基本概念1.4.1什么是信息信息是對(duì)人們有用的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)將可能影響人們的行為與決策。信息有多種表現(xiàn)形式，語言、文字、聲音、圖片、視頻等都是信息的表現(xiàn)形式。信息與物質(zhì)和能量同樣重要，它是人們認(rèn)識(shí)世界、改造世界的一種基本資源。1.4.2信息技術(shù)信息技術(shù)（InformationTechnology，簡(jiǎn)稱IT）指的是用來擴(kuò)展人們信息器官功能、協(xié)助人們更有效地進(jìn)行信息處理的一門技術(shù)。信息技術(shù)的類型信息技術(shù)包括：擴(kuò)展感覺器官功能的感測(cè)(獲取)與識(shí)別技術(shù)，如：雷達(dá)，衛(wèi)星遙感等擴(kuò)展神經(jīng)系統(tǒng)功能的通信技術(shù)，如：電話、電視、因特網(wǎng)擴(kuò)展大腦功能的計(jì)算(處理)與存儲(chǔ)技術(shù)，如：計(jì)算器、計(jì)算機(jī)、機(jī)器人、存儲(chǔ)器等擴(kuò)展效應(yīng)器官功能的控制與顯示技術(shù)，如：顯示器、打印機(jī)、音箱現(xiàn)代信息技術(shù)的特征現(xiàn)代信息技術(shù)的三大特征：采用電子技術(shù)以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)以軟件為核心信息處理系統(tǒng)信息處理系統(tǒng)是指用于輔助人們進(jìn)行信息獲取、傳遞、存儲(chǔ)、加工處理、控制及顯示的綜合使用各種信息技術(shù)的系統(tǒng)。信息處理系統(tǒng)舉例：銀行證券系統(tǒng)以處理金融信息為目的圖書館以信息收藏和檢索為主要目的因特網(wǎng)是跨越全球的多功能信息處理系統(tǒng)1.5信息在計(jì)算機(jī)中的表示計(jì)算機(jī)發(fā)展至今，有哪些是不變的？

計(jì)算機(jī)從誕生到現(xiàn)在，無論從體積、功能、性能、價(jià)格、應(yīng)用領(lǐng)域等各個(gè)方面都發(fā)生了巨大的變化，但是計(jì)算機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)的表示方法、計(jì)算機(jī)的邏輯結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)的工作原理都沒有發(fā)生變化。數(shù)據(jù)，不管是數(shù)字、文字、符號(hào)、圖像、聲音、視頻等，在計(jì)算機(jī)中都是用二進(jìn)制編碼來表示。計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)仍然是馮.諾依曼結(jié)構(gòu)，即計(jì)算機(jī)由中央處理器、內(nèi)存、外存、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備組成。計(jì)算機(jī)的工作原理仍然是馮.諾依曼提出的存儲(chǔ)程序控制原理。計(jì)算機(jī)發(fā)展至今，有哪些是不變的？（續(xù)）1.5.1數(shù)制及轉(zhuǎn)換1、什么是二進(jìn)制數(shù)？在討論二進(jìn)制數(shù)之前先考察一下十進(jìn)制計(jì)數(shù)系統(tǒng)。（1）十進(jìn)制數(shù)每一位可使用十個(gè)不同數(shù)字表示（0、1、2、3、4、5、6、7、8、9）低位與高位的關(guān)系是：逢10進(jìn)1各位的權(quán)值是10的整數(shù)次冪（基數(shù)是10）標(biāo)志：尾部加“D”或缺省例：

204.96=2×102＋0×101＋4×100＋9×10－1＋6×10－2（2）什么是二進(jìn)制數(shù)？

每一位使用兩個(gè)不同數(shù)字表示（0、1），即每一位使用1個(gè)“比特”表示低位與高位的關(guān)系是：逢2進(jìn)1

各位的權(quán)值是2的整數(shù)次冪（基數(shù)是2）標(biāo)志：尾部加B例：101.01B=1×22＋0×21＋1×20

＋0×2－1＋1×2－2＝5.25（3）計(jì)算機(jī)采用二進(jìn)制數(shù)的原因二進(jìn)制只有0和1兩個(gè)數(shù)字符號(hào)，用兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)的物理器件就能表示，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，可靠性好二進(jìn)制的運(yùn)算規(guī)則非常簡(jiǎn)單二進(jìn)制的0和1與邏輯代數(shù)的“真”和“假”相吻合，適合計(jì)算機(jī)將算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算統(tǒng)一在一起作處理（4）八進(jìn)制數(shù)

每一位使用八個(gè)不同數(shù)字表示（0、1、2、3、4、5、6、7）低位與高位的關(guān)系是：逢8進(jìn)1

各位的權(quán)值是8的整數(shù)次冪（基數(shù)是8）標(biāo)志：尾部加Q或O例：

365.2Q=3×82+6×81+5×80+2×8－1=245.25（5）十六進(jìn)制數(shù)每一位使用十六個(gè)數(shù)字和符號(hào)表示（0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F）逢16進(jìn)1,基數(shù)為16各位的權(quán)值是16的整數(shù)次冪（基數(shù)是16）標(biāo)志：尾部加H例：

F5.4H=15×161+5×160+4×16－1=245.25（6）不同進(jìn)制數(shù)的比較十進(jìn)制二進(jìn)制八進(jìn)制十六進(jìn)制零0000000壹1000111貳2001022叁3001133肆4010044伍5010155陸6011066柒7011177捌81000108玖91001119拾10101012A拾壹11101113B拾貳12110014C拾叁13110115D拾肆14111016E拾伍15111117F（6）K進(jìn)制數(shù)的性質(zhì)

（1）基數(shù)為K，逢K進(jìn)一（2）小數(shù)點(diǎn)右移n位——相當(dāng)于乘以Kn

（為原來的Kn

倍）（3）小數(shù)點(diǎn)左移n位——相當(dāng)于除以Kn

（為Kn分之一）如：將（11001.11）2的小數(shù)點(diǎn)向右移2位，則數(shù)值擴(kuò)大為原來的4倍。若左移1位，則為原來的1/2。2、二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算（1）二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算1位二進(jìn)制數(shù)的加、減法運(yùn)算規(guī)則：0+0=00-0=01+0=11-0=10+1=1（1）0-1=11+1=101-1=0二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算2個(gè)多位二進(jìn)制數(shù)的加、減法運(yùn)算舉例：01011001+0100－010010010101由低位到高位逐位進(jìn)行！（2）二進(jìn)制數(shù)的邏輯運(yùn)算基本的邏輯運(yùn)算有三種：或運(yùn)算：用符號(hào)“∨”表示。與運(yùn)算：用符號(hào)“∧”表示。非運(yùn)算：用符號(hào)“-”表示。（2）二進(jìn)制數(shù)的邏輯運(yùn)算（續(xù)）邏輯運(yùn)算規(guī)則：或運(yùn)算規(guī)則：

1∨1=11∨0=10∨1=10∨0=0與運(yùn)算規(guī)則：

1∧1=11∧0=00∧1=00∧0=0非運(yùn)算規(guī)則：1=00=1或運(yùn)算兩邊的操作數(shù)只要有一個(gè)為1，運(yùn)算結(jié)果就為1。與運(yùn)算兩邊的操作數(shù)只要有一個(gè)為0，運(yùn)算結(jié)果就為0。（2）二進(jìn)制數(shù)的邏輯運(yùn)算（續(xù)）單個(gè)二進(jìn)位進(jìn)行邏輯運(yùn)算的結(jié)果不是1就是0，沒有進(jìn)位和借位。多個(gè)二進(jìn)位進(jìn)行邏輯運(yùn)算時(shí)按位獨(dú)立進(jìn)行運(yùn)算。例：1101∧1011=10011101∨1011=1111

3、不同進(jìn)制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換要求：熟練掌握不同進(jìn)制數(shù)相互之間的轉(zhuǎn)換，在編寫程序時(shí)很有用。重點(diǎn)掌握二進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換。（1）十進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換方法： 整數(shù)和小數(shù)分開轉(zhuǎn)換整數(shù)部分：除以2逆序取余小數(shù)部分：乘以2順序取整例如：29.6875

11101.1011B

129371421222200111余數(shù)低位高位整數(shù)部分小數(shù)部分0.6875×21.37500.75001.50001.0000×2×2×2高位低位注意：十進(jìn)制小數(shù)（如0.63）在轉(zhuǎn)換時(shí)會(huì)出現(xiàn)二進(jìn)制無窮小數(shù)，這時(shí)只能取近似值。課堂練習(xí)：1、將十進(jìn)制數(shù)58.625轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制 結(jié)果為：111010.101B2、將十進(jìn)制小數(shù)0.37轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制，要求精確到小數(shù)點(diǎn)后面第四位。十進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)（2）二進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換方法：位權(quán)展開法二進(jìn)制數(shù)的每一位乘以其相應(yīng)的權(quán)值，然后累加即可得到它的十進(jìn)制數(shù)值例：11101.1011B=1×24＋1×23＋1×22＋0×21＋1×20

＋1×2－1＋0×2－2＋1×2－3＋1×2－4

=29.6875

推廣：K進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)

位權(quán)展開法【例】將下列數(shù)值轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)

(123)7(205.4)8(AF.8)16

解：(123)7=1×72＋2×71＋3×70=(66)10(205.4)8=2×82＋0×81＋5×80＋4×8–1=(133.5)10

(AF.8)16=10×161

＋15×160＋8×16-1=(175.5)10（3）八進(jìn)制數(shù)與二進(jìn)制數(shù)的互換八進(jìn)制→二進(jìn)制：一位變?nèi)?，即把每個(gè)八進(jìn)制數(shù)字改寫成等值的3位二進(jìn)制數(shù)，且保持高低位的次序不變

例：2467.32Q

→010100110111.011010B八進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)八進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)

000041001001510120106110301171111位八進(jìn)制數(shù)與3位二進(jìn)制數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系：二進(jìn)制→八進(jìn)制：整數(shù)部分從低位向高位每3位用一個(gè)等值的八進(jìn)制數(shù)來替換，不足3位時(shí)在高位補(bǔ)0湊滿3位；小數(shù)部分從高位向低位每3位用一個(gè)等值八進(jìn)制數(shù)來替換，不足3位時(shí)在低位補(bǔ)0湊滿三位例：1101001110.11001B=

001101001110.110010B=1516.62Q

（3）八進(jìn)制數(shù)與二進(jìn)制數(shù)的互換（4）十六進(jìn)制數(shù)與二進(jìn)制數(shù)的互換十六進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)十六進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)

0000081000

1000191001

20010A1010

30011B1011

40100C110050101D110160110E111070111F11111位十六進(jìn)制數(shù)與4位二進(jìn)制數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系：轉(zhuǎn)換方法：與八、二進(jìn)制互換的方法類似例1：（35A2.CF）H

→11010110100010.11001111B例2：1101001110.110011B→（34E.CC）H（4）十六進(jìn)制數(shù)與二進(jìn)制數(shù)的互換1.5.2信息的計(jì)量單位

計(jì)算機(jī)中的信息都用二進(jìn)制編碼表示。比特是組成計(jì)算機(jī)數(shù)字信息的最小單位1、什么是比特？比特（bit，binarydigit的縮寫）中文翻譯為“二進(jìn)位數(shù)字”、“二進(jìn)位”或簡(jiǎn)稱為“位”，使用“b”表示。比特只有2種取值：0，1比特的0和1表示的是兩種狀態(tài)，不是數(shù)量概念，不能認(rèn)為1一定大于0。例：用比特表示圖像2、比特在計(jì)算機(jī)中如何表示？在計(jì)算機(jī)中表示二進(jìn)位的方法：電路的高電平狀態(tài)或低電平狀態(tài)(CPU)電容的充電狀態(tài)或放電狀態(tài)(RAM)兩種不同的磁化狀態(tài)(磁盤)光盤面上的凹凸?fàn)顟B(tài)(光盤)···例1：CPU內(nèi)部二進(jìn)位信息的表示CPU內(nèi)部通常使用高電平表示1，低電平表示00.0V0.5V2.8V3.3V010V+3v010磁盤表面微小區(qū)域中，磁性材料粒子的兩種不同的磁化狀態(tài)分別表示0和1例2：磁盤存儲(chǔ)器中比特的表示磁盤表面磁性材料粒子例3：CD/DVD盤片上比特的表示

光盤表面的凹、凸?fàn)顟B(tài)用于表示和存儲(chǔ)二進(jìn)位信息CD光盤表面DVD光盤表面5、存儲(chǔ)容量的計(jì)量單位

較比特稍大一點(diǎn)的單位是字節(jié)，英文是Byte，用“Ｂ”表示。1個(gè)字節(jié)包含8個(gè)比特，即b7b6b5b4b3b2b1b0比字節(jié)再大點(diǎn)的單位是字，字的長(zhǎng)度不固定，一般為字節(jié)的整數(shù)倍，如２個(gè)字節(jié)、４個(gè)字節(jié)或８?jìng)€(gè)字節(jié)等。存儲(chǔ)容量的計(jì)量單位計(jì)算機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)器容量的計(jì)量單位：KB:1KB=210字節(jié)=1024B（千字節(jié)）MB:1MB=220字節(jié)=1024KB（兆字節(jié)）GB:1GB=230字節(jié)=1024MB（吉字節(jié)、千兆字節(jié)）TB:1TB=240字節(jié)=1024GB（太字節(jié)、兆兆字節(jié)）6、傳輸速率的度量單位在數(shù)據(jù)通信和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中傳輸傳輸信息時(shí)，是一位一位串行傳輸?shù)?，因此傳輸速率的度量單位是比?秒。傳輸速率的度量單位常用的速率單位有：比特／秒（b/s），也稱“波特（bps）”千比特／秒（kb/s）,1kb/s=1000b/s兆比特/秒（Mb/s）,1Mb/s=106b/s=1000kb/s吉比特/秒（Ｇb/s）,1Ｇb/s=109b/s=1000Ｍb/s太比特/秒（Ｔb/s）,1Ｔb/s=1012b/s=1000Ｇb/s1.5.3數(shù)值信息的表示1、計(jì)算機(jī)中數(shù)的主要類型都采用二進(jìn)制表示，有不同類型和不同長(zhǎng)度計(jì)算機(jī)中的數(shù)整數(shù)(定點(diǎn)數(shù))實(shí)數(shù)(浮點(diǎn)數(shù))無符號(hào)整數(shù)帶符號(hào)整數(shù)32位（單精度浮點(diǎn)數(shù)）64位（雙精度浮點(diǎn)數(shù)）128位（擴(kuò)充精度浮點(diǎn)數(shù)）8位(0～28-1)16位(0～216-1)32位(0～232-1)32位(-231～231-1)短整數(shù)64位(-263～263-1)長(zhǎng)整數(shù)16位(-215～215-1)16位整數(shù)8位(-27～27-1)小數(shù)點(diǎn)固定隱含在個(gè)位數(shù)右面小數(shù)點(diǎn)不固定1、整數(shù)的表示方法1、整數(shù)的表示方法整數(shù)又稱為定點(diǎn)數(shù)，計(jì)算機(jī)內(nèi)部將整數(shù)分為兩大類：無符號(hào)整數(shù)帶符號(hào)整數(shù)（一）無符號(hào)整數(shù)的表示采用“自然碼”表示：取值范圍由位數(shù)決定：8位：可表示0～255(28-1)范圍內(nèi)的所有正整數(shù)16位：可表示0～65535(216-1)范圍內(nèi)的所有正整數(shù)n位：可表示0～2n-1范圍內(nèi)的所有正整數(shù)。十進(jìn)制數(shù)8位無符號(hào)整數(shù)

00000000010000000120000001030000001140000010050000010125211111100253111111012541111111025511111111······（二）帶符號(hào)整數(shù)的表示（1）表示方法用最高位表示符號(hào)，其余數(shù)位用來表示數(shù)值部分（2）符號(hào)的表示方法

“0”表示正號(hào)(+),“1”表示負(fù)號(hào)(-)···符號(hào)位數(shù)值部分最低位最高位（三）帶符號(hào)整數(shù)的表示（3）數(shù)值部分的表示方法：

①原碼表示:

正、負(fù)整數(shù)絕對(duì)值都以二進(jìn)制自然碼表示

②反碼表示:

正整數(shù)：絕對(duì)值以二進(jìn)制自然碼表示負(fù)整數(shù)：在原碼基礎(chǔ)上絕對(duì)值部分按位取反

③補(bǔ)碼表示：正整數(shù)：絕對(duì)值以二進(jìn)制自然碼表示負(fù)整數(shù)：在反碼基礎(chǔ)上加1（三）帶符號(hào)整數(shù)的表示（續(xù)）注意：正數(shù)的原碼、反碼和補(bǔ)碼都相同，都等于原碼。如：（+127）原=（+127）反=（+127）補(bǔ)=01111111（三）帶符號(hào)整數(shù)的表示（續(xù)）（4）負(fù)數(shù)補(bǔ)碼求解方法先將負(fù)數(shù)表示為原碼（即符號(hào)位為1，其他位為絕對(duì)值的自然碼）將原碼絕對(duì)值部分按位取反，得到反碼將反碼加1得到補(bǔ)碼例:用8位補(bǔ)碼表示-43練習(xí)題：-64用8位補(bǔ)碼表示。(1)(-43)原

=10101011(2)(-43)反=11010100(3)(-43)補(bǔ)=11010101（三）帶符號(hào)整數(shù)的表示（續(xù)）帶符號(hào)整數(shù)小結(jié)補(bǔ)碼沒有正0和負(fù)0之分，0的補(bǔ)碼只有一種：

000000008位原碼和反碼表示的數(shù)據(jù)范圍為-127～+127，補(bǔ)碼表示范圍為-128～+127碼。在8位碼中，（-128）補(bǔ)=10000000正數(shù)的原碼、反碼和補(bǔ)碼都相同，都等于原碼。帶符號(hào)整數(shù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)采用補(bǔ)碼形式表示。2、實(shí)數(shù)的表示方法

（一）實(shí)數(shù)的特點(diǎn)

特點(diǎn)：既有整數(shù)部分又有小數(shù)部分，小數(shù)點(diǎn)位置不固定整數(shù)和純小數(shù)是實(shí)數(shù)的特例（二）實(shí)數(shù)的表示方法實(shí)數(shù)的表示方法（科學(xué)記數(shù)法）：階碼：乘冪中的指數(shù)，表示實(shí)數(shù)中小數(shù)點(diǎn)的位置，指數(shù)也有正負(fù)之分尾數(shù)：純小數(shù)部分，表示實(shí)數(shù)中的有效數(shù)字部分符號(hào)：尾數(shù)的正負(fù)如：－0.0034756=－0.34756×10－2

（三）二進(jìn)制實(shí)數(shù)的浮點(diǎn)表示

與十進(jìn)制實(shí)數(shù)一樣，二進(jìn)制實(shí)數(shù)也可以用指數(shù)法表示例如：+1001.011B=+0.1001011B×2100

－0.0010101B=－0.10101B×2－1032位的單精度浮點(diǎn)數(shù)在計(jì)算機(jī)中可表示為：

尾數(shù)符號(hào)位8位23位階碼1.5.4字符信息的表示組成文本的基本元素是字符，字符在計(jì)算機(jī)中采用二進(jìn)制編碼表示。主要掌握西文字符和漢字字符編碼標(biāo)準(zhǔn)。1.5.4字符信息的表示1）西文字符的表示方法

西文字符包括拉丁字母、數(shù)字、標(biāo)點(diǎn)符號(hào)及一些特殊符號(hào)，統(tǒng)稱”字符”。所有字符的集合稱為“字符集”。字符集中每個(gè)字符對(duì)應(yīng)一個(gè)代碼，構(gòu)成編碼表，簡(jiǎn)稱碼表。1）西文字符的表示方法目前計(jì)算機(jī)中使用最廣泛的西文字符集是ASCII字符集，其全稱是“美國信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼”。標(biāo)準(zhǔn)ASCII用7位進(jìn)行編碼，在計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)時(shí)1個(gè)字符占1個(gè)字節(jié)，最高位為0，可表示128個(gè)字符，具體參見P15表1.3。特殊字符的ASCII碼空格（32D,20H）A（65D,41H）a（97D,61H）0~9（48D~57D，30H~39H）基本的ASCII字符集共有128個(gè)字符,其中包括：

95個(gè)可打印字符

33個(gè)控制字符

1）西文字符的表示方法（續(xù)）擴(kuò)展ASCII用8位編碼，最高位可以為0，也可以為1，最多可表示256個(gè)字符。2）漢字的表示方法（1）漢字輸入碼好的漢字鍵盤輸入編碼方案的特點(diǎn)：易學(xué)習(xí)、易記憶、效率高、重碼少、容量大等。輸入編碼方法的分類：字音編碼：智能ABC、微軟拼音、全拼字形編碼：五筆形形音編碼數(shù)字編碼：電報(bào)碼、區(qū)位碼等（2）漢字機(jī)內(nèi)碼（一）漢字編碼標(biāo)準(zhǔn)

①GB2312漢字編碼（1981年頒布，第一個(gè)國家標(biāo)準(zhǔn)），《信