第一章信息技術概述

第一章信息技術概述第一頁，共五十四頁，2022年，8月28日1.4.1信息的基本單位

——比特(bit)（1）什么是比特（2）比特的運算（3）比特的存儲（4）比特的傳輸第二頁，共五十四頁，2022年，8月28日比特（bit,binarydigit縮寫）：是計算機和其他數字系統(tǒng)處理、存儲和傳輸信息的最小單位。用小寫的“b”表示。比特只有兩種狀態(tài)：0，或1。數值、文字、符號、圖像、聲音、命令······都可以使用比特來表示，其具體的表示方法就稱為“編碼”或“代碼”第三頁，共五十四頁，2022年，8月28日用比特表示圖像第四頁，共五十四頁，2022年，8月28日字節(jié)（byte，binaryterm的縮寫）,用大寫字母“B”表示，每個字節(jié)包含8個比特。

1byte=8bits（1B=8b）第五頁，共五十四頁，2022年，8月28日比特的運算

需要使用邏輯代數。英國數學家喬治·布爾提出，也稱為布爾代數。第六頁，共五十四頁，2022年，8月28日

邏輯乘（“與”運算，AND、∧、

?

）

0∧0=0；0∧1=0；1∧0=0；1∧1=1

邏輯加（“或”運算，OR、∨、+）

0∨0=0；0∨1=1；1∨0=1；1∨1=1

取反（“非”運算，NOT、ˉ）

0=11=0第七頁，共五十四頁，2022年，8月28日多位二進制信息進行邏輯運算時，按位獨立進行，每一位不受同一信息的其他位影響。例：

01010101

∨1100∧110011010100

用于完成上述基本邏輯運算的電路稱為“門”電路。第八頁，共五十四頁，2022年，8月28日比特在計算機中如何表示？在計算機中表示二進位的方法：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)光盤面上的凹凸狀態(tài)(光盤)···第九頁，共五十四頁，2022年，8月28日CPU內部通常使用高電平表示1，低電平表示00.0V0.5V2.8V3.3V010V+3v010第十頁，共五十四頁，2022年，8月28日

觸發(fā)器：在計算機等數字系統(tǒng)中，使用觸發(fā)器（雙穩(wěn)態(tài)電路）來表示。

--一個觸發(fā)器可以存儲1個比特，一組觸發(fā)器可以存儲1組比特，稱為“寄存器”。

--

易失性存儲器，斷電后信息不再保持！第十一頁，共五十四頁，2022年，8月28日

電容器：電容的兩極被加上電壓，電容被充電；電壓撤銷后，充電狀態(tài)仍會保持一段時間。電容的充電和放電狀態(tài)分別表示1和0。

--集成了數以億計微小電容的一塊半導體芯片，構成了可存儲大量二進位信息的半導體存儲器。

--

易失性存儲器，斷電后信息不再保持！第十二頁，共五十四頁，2022年，8月28日

磁盤利用磁介質表面區(qū)域的磁化狀態(tài)來存儲二進位信息；

--

非易失性存儲器，斷電后信息可以保持！磁盤表面磁性材料粒子第十三頁，共五十四頁，2022年，8月28日

光盤通過“刻”在盤片表面上的微小凹坑的凹、凸狀態(tài)來記錄二進位信息。

--

非易失性存儲器，斷電后信息可以保持！第十四頁，共五十四頁，2022年，8月28日存儲容量內存儲器容量使用2的冪次作為單位，有助于存儲器的設計。經常使用的單位有：

1KB=210字節(jié)=1024B（千字節(jié)）

1MB=220字節(jié)=1024KB（兆字節(jié)）

1GB=230字節(jié)=1024MB（吉字節(jié)、千兆字節(jié)）

1TB=240字節(jié)=1024GB（太字節(jié)）第十五頁，共五十四頁，2022年，8月28日外存儲器容量使用10的冪次作為單位：

1KB=103

B=1000B1MB=103KB=1000KB1GB=103MB=106KB1TB=103GB第十六頁，共五十四頁，2022年，8月28日現(xiàn)象

160GB的移動硬盤電腦中實際容量/＝160GB為什么？第十七頁，共五十四頁，2022年，8月28日前綴名稱前綴符號十進制前綴二進制前綴比值kilok/K103210=1,0240.976megaM106220=1,048,5760.954gigaG109230=1,073,741,8240.931teraT1012240=1,099,511,627,7760.909petaP1015250=1,125,899,906,842,6240.888exaE1018260=1,152,921,504,606,846,9760.867zettaZ1021270=1,180,591,620,717,411,303,4240.847yottaY1024280=

1,208,925,819,614,629,174,706,1760.827因為相同的符號，有兩種不同的含義！第十八頁，共五十四頁，2022年，8月28日不同進位制前綴的使用場合內存、cache、半導體存儲器芯片的容量均使用二進制前綴：512MB的內存條（1M＝220

）256KB的cache（1K＝210

）文件和文件夾的大小使用二進制前綴頻率、傳輸速率等使用十進制前綴：主頻1GHz（1G＝109）傳輸速率100Mbps（1M＝106）外存儲器（硬盤、DVD光盤、U盤、存儲卡等）容量：廠商標注的容量使用十進制前綴操作系統(tǒng)顯示的容量使用二進制前綴第十九頁，共五十四頁，2022年，8月28日解決方案：使用兩種不同的前綴符號已經采用IEC建議符號的有：MozillaFirefox，BitTornado，Linux，以及其他一些GNU自由軟件尚未采用IEC建議符號的有：微軟公司前綴名稱前綴符號十進制值二進制值比值IEC建議二進制前綴符號kilok/K103210=1,0240.976kibi-KimegaM106220=1,048,5760.954mebi-MigigaG109230=1,073,741,8240.931gibi-GiteraT1012240=1,099,511,627,7760.909tebi-TipetaP1015250=1,125,899,906,842,6240.888pebi-PiexaE1018260=0.867exbi-EizettaZ1021270=0.847zebi-ZiyottaY1024280=

0.827yobi-Yi第二十頁，共五十四頁，2022年，8月28日比特的傳輸

經常使用的傳輸速率單位如下：

1kb/s=103比特/秒=1000b/s1Mb/s=106比特/秒=1000kb/s1Gb/s=109比特/秒=1000Mb/s1Tb/s=1012比特/秒=1000Gb/s第二十一頁，共五十四頁，2022年，8月28日1.4.2比特與二進制數（1）不同進位制數的表示和含義（2）不同進位制數的相互轉換（3）二進制數的算術運算第二十二頁，共五十四頁，2022年，8月28日

十進制數（D）十種符號，(0,1,2,3,4,5,6,7,8,9)

逢十進一各位的權值是10的整數次冪（基數是10）標志：尾部加“D”或數字10或缺省

十進制數可以表示為Dn-1Dn-2…D1D0.

D-1…D-m

(D)10=Dn-1×10n-1+Dn-2×10n-2+…+D1×101+

D0×100+D-1×10-1+…+D-m×10-m第二十三頁，共五十四頁，2022年，8月28日

二進制數

2種狀態(tài)，僅有0，1

逢2進一各位的權值是2的整數次冪（基數為2）標志：尾部加B或數字2

特點：容易實現(xiàn)，運算簡單，運算速度快。

(B)2=Bn-1×2n-1+Bn-2×2n-2+…+B1×21+B0×20+B-1×2-1+…+B-m×2-m第二十四頁，共五十四頁，2022年，8月28日八進制數八種符號，（0、1、2、3、4、5、6、7）逢8進1

各位的權值是8的整數次冪（基數是8）標志：尾部加Q、O或數字8

例：

365.2Q=3×82+6×81+5×80+2×8－1=245.25第二十五頁，共五十四頁，2022年，8月28日十六進制數十六種符號，（0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F）逢16進1

各位的權值是16的整數次冪（基數是16）標志：尾部加H或數字16例：

F5.4H=15×161+5×160+4×16－1=245.25第二十六頁，共五十四頁，2022年，8月28日不同進位制數的比較十進制二進制八進制十六進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第二十七頁，共五十四頁，2022年，8月28日二進制數的算術運算1位二進制數的加、減法運算規(guī)則：被加數加數和進位

0000011010101101（a）加法規(guī)則被減數減數差借位

0000011110101100（b）減法規(guī)則第二十八頁，共五十四頁，2022年，8月28日二進制數的算術運算

2個多位二進制數的加、減法運算舉例：01011001+0100－010010010101由低位到高位逐位進行！第二十九頁，共五十四頁，2022年，8月28日不同進制數的相互轉換

熟練掌握不同進制數相互之間的轉換，在編寫程序和設計數字邏輯電路時很有用。第三十頁，共五十四頁，2022年，8月28日

十進制數與二進制數之間的轉換二進制數轉換成十進制數

只要把二進制的數按位權展開相加即可。例如：

(101.1)2=1×22+0×21+1×20+1×2-1

=(5.5)10第三十一頁，共五十四頁，2022年，8月28日十進制轉換成二進制數整數部分除2取余,逆序，第一個余數為最低位。

例：

29.6875

11101.1011B129371421222200111余數低位高位整數部分第三十二頁，共五十四頁，2022年，8月28日十進制轉換成二進制數小數部分“乘2取整”,正序，第一個乘積的整數為二進制小數的最高位例：29.6875

11101.1011B小數部分0.6875×21.37500.75001.50001.0000×2×2×2高位低位第三十三頁，共五十四頁，2022年，8月28日八進制數轉換成二進制數把每個八進制數字改寫成等值的3位二進制數即可，且保持高、低位次序不變。

16.327O=001

110.011

010

111

B八進制數二進制數八進制數二進制數

00004100100151012010611030117111第三十四頁，共五十四頁，2022年，8月28日二進制數轉換成八進制數

整數部分從低位到高位每3位用一個等值的八進制數替換，最后不足3位在高位用0補足；小數部分從高位到低位每3位用一個等值的八進制數替換，最后不足3位在低位用0補足。

11101.01B=

.B=11101010035.2O第三十五頁，共五十四頁，2022年，8月28日十六進制數與二進制數間的轉換方法同八進制數與二進制數間的轉換方法類似。區(qū)別在于——二進制數要用4位。

4C.2EH=？B11101.01B=？H=0100

1100.0010

1110B0001

1101.0100B1D.4H第三十六頁，共五十四頁，2022年，8月28日1.4.3整數(定點數)的表示（1）計算機中數的類型（2）無符號整數的表示（3）帶符號整數的表示第三十七頁，共五十四頁，2022年，8月28日

整數不使用小數點，或者說小數點始終隱含在個位數的右面，所以整數也叫“定點數”。整數分為兩類：無符號整數和帶符號整數。第三十八頁，共五十四頁，2022年，8月28日--無符號整數一定是正整數，可以是8位、16位、32位甚至更多（8的整數倍）--n位二進制表示的正整數取值范圍是0~2n-1。無符號整數的表示十進制數8位無符號整數

00000000010000000120000001030000001140000010050000010125211111100253111111012541111111025511111111······第三十九頁，共五十四頁，2022年，8月28日帶符號整數的表示（1），原碼表示：

--

用最高位作為符號位，“0”表示“+”，“1”

表示“-”--其余各位表示數值的大小。

--n個二進制原碼表示的帶符號整數的取值范圍是——-2n-1+1~+2n-1-1第四十頁，共五十四頁，2022年，8月28日

負整數在計算機內部采用“補碼”進行表示：符號位仍是“1”，絕對值部分是對原碼的每一位取反后再在末位加“1”。例：

(-43)原=10101011，絕對值部分每一位取反后為：11010100，末位加“1”得到：(-43)補

=11010101n位補碼可表示的整數范圍：-2n-1～2n-1-1帶符號整數的表示（2），補碼表示反碼第四十一頁，共五十四頁，2022年，8月28日注意：正整數無論采用原碼還是補碼，其編碼都相同。采用補碼表示負數后，加法減法運算就可以統(tǒng)一用加法器來完成。負數的補碼如何變回原碼？第四十二頁，共五十四頁，2022年，8月28日注意：相同位數的二進制補碼可表示的數的個數比原碼多一個！8位二進制代碼無符號整數的值帶符號整數的值(原碼)帶符號整數的值(補碼)0000000000000000001111……………………0111111112712712710000000128-0-12810000001129-1-127……………………11111111255-127-1第四十三頁，共五十四頁，2022年，8月28日補碼如何還原為原碼？--符號位仍是“1”，--其余部分對反碼的每一位取反后再在末位加“1”。第四十四頁，共五十四頁，2022年，8月28日故——計算機中整數有多種，同一個二進制代碼表示不同類型的整數時，其含義（數值）可能不同一個代碼它到底代表哪種整數（或其它東西），是由指令決定的第四十五頁，共五十四頁，2022年，8月28日1.4.4實數(浮點數)的表示

（選講）第四十六頁，共五十四頁，2022年，8月28日任意一個實數在計算機內部都可以用“指數”（稱為“階碼”，是一個整數）和“尾數”（是一個“純小數”）來表示，這種用指數和尾數來表示實數的方法叫“浮點表示法”。

1001.011=2100×（0.1001011）

-0.0010101=2-10×（-0.10101）

-111001010=21001×（-0.111001010）第四十七頁，共五十四頁，2022年，8月28日

例：-111001010=21001×（-0.111001010）32位的單精度浮點數在計算機中可表示為：

尾數符號位8位23位階碼111001010000010000000…0001001第四十八頁，共五十四頁，2022年，8月28日1、在下列關于集成電路的敘述中，錯誤的是

。A.現(xiàn)代集成電路使用的半導體材料主要是硅（Si）B.Moore定律指出單塊IC的集成度平均每半年翻一番C.我國第