第一章计算机基础知识1课件

大家好大家好1第一章第一章l计算机的发展史l数制与编码l计算机系统的基本组成l多媒体技术l信息安全2计算机世界中的中国计算机世界中的中国计算机世界中的中国计算机世界中的中国计算机世界中的中国计算机世界中的中国扩展阅读扩展阅读扩展阅读扩展阅读扩展阅读扩展阅读方兴未艾的中国电脑业方兴未艾的中国电脑业方兴未艾的中国电脑业方兴未艾的中国电脑业方兴未艾的中国电脑业方兴未艾的中国电脑业 1952年在清华大学成立中国第一个计算机三人研究小组年在清华大学成立中国第一个计算机三人研究小组组长组长 闵大可闵大可电机系教授电机系教授1954年小组经扩充和调整，并入中科院近代物理研究所年小组经扩充和调整，并入中科院近代物理研究所负责人负责人 钱三强（钱三强（中国原子弹之父中国原子弹之父）1958年完成第一台电子计算机年完成第一台电子计算机1031959年完成大型电子计算机年完成大型电子计算机1041959年中国自行研究的年中国自行研究的107计算机问世计算机问世1965年中国开始研制第三代计算机（集成电路）年中国开始研制第三代计算机（集成电路）1977年研制成功中国第一台微机年研制成功中国第一台微机DJS0503第一台电子计算机第一台电子计算机 ENIAC世界上第一台计算机ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndComputer，电子数字积分计算机）诞生于1946年2月，是在美国陆军部的赞助下，由美国国防部和美国宾西法尼亚大学共同研制成功的。ENIAC占地面积为170平方米，重达30多吨，耗电量每小时150千瓦，使用了18000多个电子管电子管，内存容量为16千字节，字长为12位，运行速度仅有每秒5000次，且可靠性差。但它的诞生揭开了人类科技的新纪元，它使科学家们从奴隶般的计算中解脱出来。至今人们公认，ENIAC机的问世，表明了计算机时代的到来，具有划时代的伟大意义。4第一台电子计算机第一台电子计算机 ENIAC浏览计算机世界浏览计算机世界5 1.1 1.1 计算机发展概况计算机发展概况开天辟地的计算机器开天辟地的计算机器布莱斯布莱斯布莱斯布莱斯帕斯卡（帕斯卡（帕斯卡（帕斯卡（B.PascalB.PascalB.PascalB.Pascal）1623162316231623年年年年 帕斯卡加法器帕斯卡加法器帕斯卡加法器帕斯卡加法器 1642164216421642年年年年 6大型差分机大型差分机巴贝奇（巴贝奇（巴贝奇（巴贝奇（C.BabbageC.Babbage）18221822年年年年 第一台差分机第一台差分机第一台差分机第一台差分机 7 “巨巨巨巨人人人人”之之之之谜谜谜谜 阿兰阿兰阿兰阿兰 图灵图灵图灵图灵AlanTuring AlanTuring“图灵图灵(Turing)奖奖”是美国计算机是美国计算机协会（协会（ACM，Association for Computer Machinery）于）于 1966年设年设立的，专门奖励那些对计算机科立的，专门奖励那些对计算机科学研究与推动计算机技术发展有学研究与推动计算机技术发展有卓越贡献的杰出科学家。卓越贡献的杰出科学家。图灵奖被公认为计算机界的图灵奖被公认为计算机界的“诺贝尔诺贝尔”奖。奖。819361936年，图灵作出了他一生最重要的科学贡献，他在其著名的论文年，图灵作出了他一生最重要的科学贡献，他在其著名的论文年，图灵作出了他一生最重要的科学贡献，他在其著名的论文年，图灵作出了他一生最重要的科学贡献，他在其著名的论文 论可计论可计论可计论可计算数在判定问题中的应用（算数在判定问题中的应用（算数在判定问题中的应用（算数在判定问题中的应用（On Computer numbers with an Application to On Computer numbers with an Application to the Entscheidungs-problemthe Entscheidungs-problem）提出了图灵机的模型。提出了图灵机的模型。提出了图灵机的模型。提出了图灵机的模型。图灵机图灵机图灵机图灵机控制单元控制单元控制单元控制单元=一个控制器装置一个控制器装置一个控制器装置一个控制器装置=一个在带子上左右移动的读写头一个在带子上左右移动的读写头一个在带子上左右移动的读写头一个在带子上左右移动的读写头 =一条两端可无限伸延的带子一条两端可无限伸延的带子一条两端可无限伸延的带子一条两端可无限伸延的带子 这篇论文被誉为现代计算机原理开山之作这篇论文被誉为现代计算机原理开山之作,它描述了一种假想的可实现通用计算的它描述了一种假想的可实现通用计算的机器，后人称之为机器，后人称之为“图灵机图灵机”。其思想奠定了整个现代计算机发展的理论基础。其思想奠定了整个现代计算机发展的理论基础。9 机器能思考吗？机器能思考吗？l1950年10月，图灵发表了题为机器能思考吗？的论文，在计算机科学界引起巨大震撼，为人工智能学的创立奠定了基础。l同年，ACE样机研制成功。在公开演示会上，被认为是当时世界上速度最快、功能最强的计算机之一。l1993年美国波士顿计算机博物馆举行的著名的“图灵测试”充分验证了图灵的预言。l“图灵测试”：把一个人和一台计算机分别隔离在两间屋子，让另一个人提问。如果提问者分不清回答者是人还是机器，那就证明计算机已具备人的智能10 电子计算机之父电子计算机之父电子计算机之父电子计算机之父冯冯冯冯 诺依曼诺依曼诺依曼诺依曼J.VonNeumann J.VonNeumann 从从从从19401940年起年起年起年起,冯冯冯冯 诺依曼就成为莫尔小组的实际诺依曼就成为莫尔小组的实际诺依曼就成为莫尔小组的实际诺依曼就成为莫尔小组的实际顾问，起草一份具有顾问，起草一份具有顾问，起草一份具有顾问，起草一份具有“存储程序存储程序存储程序存储程序”的革命性的革命性的革命性的革命性方案方案方案方案EDVACEDVAC。1945194519451945年年年年6 6 6 6月，冯月，冯月，冯月，冯诺依曼等人，联名发表了计算诺依曼等人，联名发表了计算诺依曼等人，联名发表了计算诺依曼等人，联名发表了计算机史上著名的机史上著名的机史上著名的机史上著名的“101101101101页报告页报告页报告页报告”。报告。报告。报告。报告明确规定出明确规定出明确规定出明确规定出计算机的五大部件，并用二进制替代十进制运算计算机的五大部件，并用二进制替代十进制运算计算机的五大部件，并用二进制替代十进制运算计算机的五大部件，并用二进制替代十进制运算。11计算机工作原理计算机工作原理运算器运算器外存储器外存储器输入设备输入设备内存储器内存储器控制器控制器输出设备输出设备数据流数据流控制流控制流指令流指令流存数据存数据取数据取数据存数据存数据运算命令运算命令输出输出命令命令输入输入命令命令 存存取取指指令令 程程序序指指令令冯冯.诺依曼思想：诺依曼思想：二进制；程序与数据一样存放在内存；二进制；程序与数据一样存放在内存；五大模块。五大模块。存储器存储器12真空二极管真空二极管真空二极管真空二极管 19041904年弗莱明年弗莱明年弗莱明年弗莱明（J.FlemingJ.Fleming）19061906年德年德年德年德 福福福福雷斯特研制雷斯特研制雷斯特研制雷斯特研制出真空三极出真空三极出真空三极出真空三极管器件管器件管器件管器件 第一代：电子管阶段第一代：电子管阶段计算机的特点计算机的特点：体积庞大，成本高，运体积庞大，成本高，运算速度每秒几千次，性算速度每秒几千次，性能不稳定，内存量小。能不稳定，内存量小。使用机器语言编程，仅使用机器语言编程，仅用于军事和科研。用于军事和科研。返回返回13第二代第二代 晶体管阶段晶体管阶段晶体管之父晶体管之父晶体管之父晶体管之父肖克利肖克利肖克利肖克利W.ShockleyW.Shockley特点：特点：体积小，成本低，功体积小，成本低，功能强，可靠性提高，能强，可靠性提高，速度达每秒几十万次。速度达每秒几十万次。出现了高级语言，内出现了高级语言，内存量增多。用于科学存量增多。用于科学计算和数据处理。计算和数据处理。14 第三代第三代第三代第三代 集成电路阶段集成电路阶段集成电路阶段集成电路阶段第一个集成电路第一个集成电路第一个集成电路第一个集成电路 19611961年年年年仙童公司的仙童公司的仙童公司的仙童公司的IC IC 特点：体积和成本进一步降低，速度达每秒几百万特点：体积和成本进一步降低，速度达每秒几百万次。软件进一步完善，存储器进一步发展，出现了次。软件进一步完善，存储器进一步发展，出现了操作系统，计算机朝着标准化，通用化，多样化和操作系统，计算机朝着标准化，通用化，多样化和机种系列化发展。应用领域更加广泛。机种系列化发展。应用领域更加广泛。15芯片芯片芯片芯片 指尖上的计算机指尖上的计算机指尖上的计算机指尖上的计算机 第四代：大规模第四代：大规模/超大规模集成电路阶段超大规模集成电路阶段特点：特点：集成度进一步加大，速度达每秒集成度进一步加大，速度达每秒几百亿次，网络和数据库进一步完善。几百亿次，网络和数据库进一步完善。应用于社会各个领域。应用于社会各个领域。16 17l分类：分类：l巨型机巨型机l大型机大型机l小型机小型机l微型机微型机l工作站工作站l服务器服务器18 1.2 1.2 计算机的特点及工作原理计算机的特点及工作原理计算机特点：计算机特点：1.运算速度快运算速度快2.计算精度高计算精度高3.存储能力强存储能力强4.具有记忆和逻辑判具有记忆和逻辑判断功能断功能5.具有很强的自动控具有很强的自动控制能力制能力19克雷巨型机克雷巨型机克雷巨型机克雷巨型机西蒙西蒙西蒙西蒙 克雷克雷克雷克雷S.CrayS.CrayCray-1Cray-1巨型机巨型机巨型机巨型机 20IBMIBMIBMIBM大型机大型机大型机大型机IBM 7030(Stretch)IBM 7030(Stretch)21小型机小型机PDP-8PDP-8小型机小型机小型机小型机 PDP-11PDP-11小型机小型机小型机小型机 VAX11/780VAX11/780小型机小型机小型机小型机 小型机之父小型机之父小型机之父小型机之父奥尔森奥尔森奥尔森奥尔森 22 微型机微型机微电脑微电脑微电脑微电脑PET PET 微电脑微电脑微电脑微电脑TRS-80 TRS-80 23 第一台微型计算机第一台微型计算机第一台微型计算机第一台微型计算机l lIntel4004Intel4004，4 4位，含位，含23002300个晶体管个晶体管;l l时时钟钟频频率率108KHz108KHz，每每秒秒执执行行6 6万万条条指指令令。19711971年由年由IntelIntel公司设计公司设计。第一个微处理器第一个微处理器第一个微处理器第一个微处理器4004 4004 40044004外观外观外观外观 24 车库里的车库里的“苹果苹果”乔布斯乔布斯乔布斯乔布斯 沃兹奈克沃兹奈克沃兹奈克沃兹奈克 苹果公司创业者苹果公司创业者苹果公司创业者苹果公司创业者 车库工作室车库工作室车库工作室车库工作室 25 车库里的车库里的“苹果苹果”苹果公司标志苹果公司标志苹果公司标志苹果公司标志 苹果苹果苹果苹果电脑电脑电脑电脑 时代时代时代时代封面人物封面人物封面人物封面人物 26 划分为四代划分为四代划分为四代划分为四代时代时代时间时间位数位数代表性芯片代表性芯片一一1971年年8位位Intel 8008 二二1973年年8位位Intel 8085、M6800(Motorola)Z80(Zilog)三三1978年年16位位Intel 8086、M68000(Motorola)Z8000(Zilog)四四1985年起年起32位位Intel 80836、Z80000HP-32、NS-16032、Pentium系列系列 微型计算机发展阶段微型计算机发展阶段27个人电脑新纪元个人电脑新纪元弗兰克弗兰克弗兰克弗兰克 卡利卡利卡利卡利 IBM PC IBM PC 28微软公司微软公司崛起崛起湖边中学的湖边中学的湖边中学的湖边中学的比尔与保罗比尔与保罗比尔与保罗比尔与保罗 童年童年童年童年比尔比尔比尔比尔 盖茨盖茨盖茨盖茨 少年比尔少年比尔少年比尔少年比尔 盖茨盖茨盖茨盖茨 DOSDOSDOSDOS之父之父之父之父帕特森帕特森帕特森帕特森 比尔比尔比尔比尔 盖茨与保罗盖茨与保罗盖茨与保罗盖茨与保罗 艾伦艾伦艾伦艾伦 29摩尔定律摩尔定律ITIT业第一定律业第一定律摩尔定律摩尔定律301.2.2计算机工作原理计算机的工作方式取决于它的两个基本能力：一是能够存储程序，二是能够自动地执行一是能够存储程序，二是能够自动地执行程序程序。计算机利用存储器来存放所要执行的程序，中央处理器可以依次从存储器中取出程序中的每一条指令，并加以分析和执行，直至完成全部指令任务为止。这就是计算机的“存储程序”的工作原理。312.2.计算机的应用计算机的应用计算机的应用已经渗透到社会的各个领域，改变着传统的工作，学习和生活方式。归纳起来，计算机的应用主要有以下几方面：（1）科学计算科学计算例如：人造卫星轨迹计算、水坝应力计算、房屋抗震强度计算等（2）数据处理数据处理也称信息处理，用计算机对信息进行记录、整理、加工、存储和传输等。（3）人工智能人工智能AI（ArtificialIntelligence）是指明用计算机来模拟人脑进行演绎推理和采取决策的思维过程，是计算机应用研究的前沿学科。32（4）自动控制自动控制也称过程控制。可以大大提高控制的自动化水平，先进性和准确性。（5）计算机辅助系统计算机辅助系统计算机辅助设计（CAD）（Computer-AidedDesign）、计算机辅助制造（CAM）（Computer-AidedManufacturing）、计算机辅助教学（CAI）（Computer-aidedInstruction）、计算机辅助教育CBE（Computer-BestedEducation）、和计算机辅助测试CAT（Computer-AidedTesting）（6）电子商务电子商务指在计算机和网络上进行的商务活动。（7）信息高速公路信息高速公路实际上是一个交互式多媒体网络。33计算机发展趋势与展望计算机发展趋势与展望浏览计算机世界浏览计算机世界3计算机的发展(发展趋势可概括为四化)巨型化计算机也必须向超高速、大容量、强功能的巨型化发展。微型化芯片的集成度越来越高，计算机的元器件越来越小，而使得计算机的计算速度快、功能强、体积小、价格低，因此发展极其迅速并被广泛应用。网络化计算机网络可以实现资源共享。资源包括了硬件资源，软件资源和数据资源智能化智能化是未来计算机发展的总趋势。341.4数制与编码(p7)1进位制数制定义进位制数制定义按进位的方式来计数，简称为进位制。数制有进位计数制与非进位计数制之分，目前一般使用进位计数制。进位计数制逢N进一，N是指进位计数制表示一位数所需要的符号数目，称为基数。处在不同位置上的数字所代表的值是确定的，这个固定位上的值称为位权，简称“权”。介绍组成介绍组成35二进制系统二进制系统二进制系统二进制系统在计算机中使用二进制码的三个理由：l二进制码在物理上容易实现。l二进制码的各种编码、计数和计算规则简单。l二进制的“1”和“0”与逻辑“真”和“假”对应，为计算机实现逻辑运算与判断提供了自然条件。36二进制数：用0和1的组合表示数。l计数规则：逢二进一，借一当二。l二进制运算规则：加法规则：0+0=0,0+1=1,1+0=1,1+1=10乘法规则：00=0，01=0，10=0，11=137 10011+)100011 110110 10110-)1100 1010 1101)11110111011001111101011101101011 10 10 10 10 10 11 10 10 100进行下列二进制计算：进行下列二进制计算：10011+100011=？10110-1100=？1101*11=？1101011/10=？38数制间的转换数制间的转换数制间的转换数制间的转换输入十输入十进制数进制数二进制二进制数数进行二进行二进制运进制运算算十进制十进制数输出数输出得出二得出二进制结进制结果果转转化化为为转转化化为为39数制与编码各进位制中位权的值恰巧是基数的若干次幂。因此，任何一种数制表示的数都可以写成按权展开的多项式之和。设一个基数为r的数值N，N=（dn-1dn-2d1d0d-1d-m），则N的展开为：N=dn-1rn-1+dn-2rn-2+d1r1+d0r0+d-1r-1+d-mr-m例如，十进制数1234.56的展开式为：1234.56=1103+2102+3101+4100+510-1+610-2相应地，二进制数1011.01的展开式为：1011.01=123+022+121+120+02-1+12-2计算机中常使用二进制、十进制、八进制、十六进制等。40进制（进位计数制）进制（进位计数制）数符：数制中所使用的数码符号数符：数制中所使用的数码符号基数基数：数制中所使用的数码符号的个数：数制中所使用的数码符号的个数位权：每一个数位被赋予的不同的位值位权：每一个数位被赋予的不同的位值不同位数上的计数符号所表示不同位数上的计数符号所表示的数值大小是不同的，它的实际数值是计数符号乘以某一固定的常数，的数值大小是不同的，它的实际数值是计数符号乘以某一固定的常数，这个常数叫做这个常数叫做“位权位权”，简称，简称“权权”。法则：逢十进一，逢二进一法则：逢十进一，逢二进一.规则规则二进制二进制八进制八进制十进制十进制十六进制十六进制进位位逢二逢二进一一 逢八逢八进一一 逢十逢十进一一逢十六逢十六进一一基数基数R=2R=8R=10R=16数符数符0,10,1,70,1,90,1,9,A,F位位权2i8i10i16i表示表示BODH信息的表示与存储信息的表示与存储41数制与编码 2二进制数二进制数二进制数的数码为0、1共两个，进位规则为逢二进一，借一当二。例:（1101）2=123+122+021+120=8+4+0+1=（13）10其中：23，22，21，20表示权，即标明对应二进制数码所在的位。42l计算下列二进制对应的十进制值：计算下列二进制对应的十进制值：l1=？l10=？l100=？l1000=？l10000=？l0.1=？l0.01=？我认识她已有我认识她已有1111年了。（计算该二进制对应的十进制的值）年了。（计算该二进制对应的十进制的值）对于不超过对于不超过4位二进制的计算，可用位二进制的计算，可用8421的方式进行口算。的方式进行口算。例如：例如：1011=？1001=？111=？11=？验证上面的结果。验证上面的结果。大家可以发现，对于大家可以发现，对于2进制而言，进位进制而言，进位相当于相当于*2，小数增加一位相当于除以，小数增加一位相当于除以2。思考：对于十进制呢？。思考：对于十进制呢？43数制与编码 3八进制数八进制数八进制表示：（1）八进制数的计数符号有八个：0，1，2，3，4，5，6，7。所以八进制的基数N=8；（2）进位规则：逢8进1及借1当8；（3）任何一个八进制数都可以写成多项表示式形式。如：（563）8=582+681+380=320+48+3=（371）10其中：82，81，80为八进制数中的权。44数制与编码 4.十六进制数十六进制数十六进制表示：（1）十六进制数的数码有十六个：09，A，B，C，D，E，F。最大数码为F（对应十进制数的15）。十六进制数的基数N=16。（2）进位规则：“逢十六进1”及“借一当十六”。（3）任何一个十六进制数也可写成多项表示式形式。如：（FA5）16=15162+10161+5160=3840+160+5=(4005)10其中：162，161，160为十六进制数中的权。45数制换算(p11)4二进制数与八进制数的相互换算二进制数与八进制数的相互换算因为二进制的进位基数是2，而八进制的进位基数是8。所以三位二进制数对应一位八进制数。方法是：方法是：以小数点为基准，整数部分从右向左，三位一组，最高位不足三位时，左边添0补足三位；小数部分从左向右，三位一组，最低位不足三位时，右边添0补足三位。然后将每组的三位二进制数用相应的八进制数表示，即得到八进制数。八进制数换算成二进制数的方法是：八进制数换算成二进制数的方法是：将每一位八进制数用三位对应的二进制数表示。461。（10110100.1111011）B=（?）O 010 110 100 .111 101 100 ()B=（264.754）O 2 6 4 .7 5 4二进制二进制 八进制八进制 2。（7406）O=（?）B 111 100 000 110 （7406）O=(）B=（111100000110）B 7 4 0 647二进制二进制八进制八进制（238）八八二：每位八进制对应于三位二进制数。二：每位八进制对应于三位二进制数。计算计算(7123.63(7123.63）o o（？）（？）b b （436.7436.7）o o （？）（？）b b（7123.637123.63）o o （111111 001001 010010 011011.110110 011011)b b（436.7436.7）o o（100100 011011 110110.111111)b b信息的表示与存储信息的表示与存储48二二八：八：l整数部分从低位往高位分组，每三位一组；整数部分从低位往高位分组，每三位一组；l小数部分从高位往低位分组，每三位一组；不足补零。小数部分从高位往低位分组，每三位一组；不足补零。l计算（计算（1101011.01=(?)1101011.01=(?)o o 101010100.11=(?)101010100.11=(?)o o)（001001 101101 011011.010010）b b（153.2)153.2)o o（101101 010010 100100.110110）b b（524.6524.6）o o49数制换算5二进制数与十六进制数的相互换算二进制数与十六进制数的相互换算因为二进制的基数是2，而十六进制的基数是16。所以四位二进制数对应一位十六进制数。方法是：方法是：以小数点为基准，整数部分从右向左，四位一组，最高位不足四位时，左边添0补足四位；小数部分从左向右，四位一组，最低位不足四位时，右边添0补足四位。然后将每组的四位二进制数用相应的十六进制数表示，即可以得到十六进制数。十六进制数换算成二进制数的方法是十六进制数换算成二进制数的方法是：将每一位十六进制数用四位相应的二进制数表示。50二进制二进制 十六进制十六进制1。（110101011001111）B=（?）H 0110 1010 1100 1111 (）B=（6ACF）H 6 A C F 2。（。（3D9.E）H=（?）B 0011 1101 1001.1110（3D9.E）H=(）B=（1111011001.111）B 3 D 9 .E51二进制二进制十六进制十六进制（2416）十六十六二：每位十六进制数对应于二：每位十六进制数对应于4 4位二进制数。位二进制数。计算计算(AF.3D)(AF.3D)h h(?)(?)b b (DB.5C)(DB.5C)h h(?)(?)b b (AF.3D)(AF.3D)h h(10101010 11111111.00110011 11011101)b b (DB.5C)(DB.5C)h h(11011101 10111011.01010101 11001100)b b信息的表示与存储信息的表示与存储52二二十六：十六：l整数部分从低位向高位分组，每整数部分从低位向高位分组，每4 4位一组；位一组；l小数部分从高位向低位分组，每小数部分从高位向低位分组，每4 4位一组；不足补零。位一组；不足补零。计算计算(110101010011.011)(110101010011.011)b b(?)(?)h h (1010100110.111)(1010100110.111)b b(?)(?)h h (11011101 01010101 00110011.01100110)b b(D53.6)(D53.6)h h (00100010 10101010 01100110.11101110)b b(2A6.E)(2A6.E)h h53四种进制数对照表四种进制数对照表十十进制制二二进制制八八进制制十六十六进制制十十进制制二二进制制八八进制制十六十六进制制0 00 00 00 08 81000100010108 81 11 11 11 19 91001100111119 92 210102 22 21010101010101212A A3 311113 33 31111101110111313B B4 41001004 44 41212110011001414C C5 51011015 55 51313110111011515D D6 61101106 66 61414111011101616E E7 71111117 77 71515111111111717F F信息的表示与存储信息的表示与存储54不同进制数间的转换不同进制数间的转换lR进制转换成十进制：将各位数乘以对应的位权展开求和l十进制转换成R进制：整数部分：除R取余，小数部分：乘R取整l如：1234.25信息的表示与存储信息的表示与存储55数制换算2二进制、八进制、十六进制数换算成十进制数方法二进制、八进制、十六进制数换算成十进制数方法:将二进制、八进制或十六进制数按权展开相加即可以得到相应的十进制数。56二二十进制十进制（1101.011101.01）b b 1 12 23 3+1+12 22 2+0+02 21 1+1+12 20 0+0+02 2-1-1+1+12 2-2-28+4+0+1+0+0.258+4+0+1+0+0.25（13.2513.25）d d信息的表示与存储信息的表示与存储57八、十六进制八、十六进制十进制十进制lQ：l（1053.4）o=（?）d l（A1E.F）h=（?）dl计算麻烦？计算麻烦？简单！简单！信息的表示与存储信息的表示与存储58数制换算3十进制数与二进制、八进制、十六进制数之间的十进制数与二进制、八进制、十六进制数之间的转换转换十进制数转换算成n进制数，因其整数部分和小数部分的换算方法不相同，所以相应地分整数部分的换算和小数部分的换算。整数部分的换算整数部分的换算方法：“除除N取余法取余法”（再由下向上读取数据）。小数部分的换算小数部分的换算方法：“乘乘N取整法取整法”（再由上向下读取数据）。59十十进制进制二进制二进制（13.2513.25）d d（1101.011101.01）b b13262123021101高位低位0.25 20.500 21.001高位低位信息的表示与存储信息的表示与存储60数制换算例如：将十进制小数0.48换算成二进制、八进制和十六进制数（精确到小数点后第5位）的方法如下61十进制十进制八、十六进制八、十六进制Q：l（555.12555.12）d d（?）o ol（278.46278.46）d d（?）h h信息的表示与存储信息的表示与存储621.十进制数转换成二进制数（整数）十进制数转换成二进制数（整数）方法方法:除除2 2取余。取余。2.十进制数转换成二进制数（小数十进制数转换成二进制数（小数)方法方法:乘乘2 2取整取整3.二进制数转换成十进制数二进制数转换成十进制数 方法方法:以以2 2为基数为基数,按权位展开按权位展开,求和。求和。数制的相互转换数制的相互转换63 4.二进制数转换成八进制数二进制数转换成八进制数 方法方法:“三合一三合一”，用三位二进制表示一位八进制，用三位二进制表示一位八进制 5.二进制数转换为十六进制数二进制数转换为十六进制数 方法方法:“四合一四合一”，用四位二进制表示一位十六进制，用四位二进制表示一位十六进制 6.八进制数转换成二进制数八进制数转换成二进制数 方法：方法：“一拉三一拉三”,把一位八进制用三位二进制表示把一位八进制用三位二进制表示 7.十六进制数转换成二进制数十六进制数转换成二进制数 方法方法:“一拉四一拉四”，把一位十六进制用四位二进制表示，把一位十六进制用四位二进制表示 641.4.3 1.4.3 计算机中数的表示计算机中数的表示计算机中符号的表示:0-正 1-负 好处:符号和数值全部数码化1.原码、反码和补码原码、反码和补码机器数：一个数连同符号在计算机中的表示形式真值：机器数对应的原来数值如：二进制数N1=1101000，N1的机器数是01101000，真值是其本身 二进制数N2=-1101000，N2的机器数是11101000，真值是其本身（1）原码表示法整数X的原码：符号位用“0”、“1”表示；数值位用绝对值表示。（2）反码表示法整数X的反码：正数的反码与原码相同，负数的反码只需对符号位以外的数值位按位取反。（3）补码表示法整数X的补码：正数的补码与原码相同，负数的补码为反码+165原码，反码，补码原码，反码，补码例如例如N=79l例如：l原码：(N)原=01001111l反码：(N)反=01001111l补码：(N)补=01001111l(-N)原=11001111l(-N)反=10010000l(-N)补=10010001请计算请计算X=0的时候，的时候，X和和-X的原、反、补码。的原、反、补码。l(-X)原=10000000l(-X)反=11111111l(-X)补=00000000l(X)原=00000000l(X)反=00000000l(X)补=00000000符号位，符号位，0正正1负负进位进位1溢出，被丢弃。溢出，被丢弃。1662.定点数和浮点数定点数和浮点数在计算机中，若小数点的位置是固定的，这样的数叫定点数。否则称为浮点数。定点数通常用来表示整数或纯小数，浮点数用来表示实数。(1)定点数定点数定点整数：最高位是符号位，小数点固定在数值部分的最后面，不占位。定点（纯）小数：最高位为符号位，小数点固定在符号位与第二位之间，不占位。定点数的运算规则比较简单，但表示的范围有限，除法也不太精确。(2)浮点数浮点数指小数点位置不固定的数，通常用来表示实数，它由尾数和阶码两部分组成。任一个二进制数可以表示为：N=M*2e其中e是一个二进制整数，称为N的阶码，M是一个二进制纯小数，称为N的尾数。M表示了数N的全部有效数字，阶码e指明了小数点的位置。67阶码尾数阶符尾符eM浮点数表示如：二进制数-1011.011，用浮点数表示的形式为-0.1011011*2e，在计算机中的存放形式为：01001101101168为适应机器采集和处理，计算机内部为适应机器采集和处理，计算机内部为适应机器采集和处理，计算机内部为适应机器采集和处理，计算机内部采用二进制数来储存数据和进行计算；采用二进制数来储存数据和进行计算；采用二进制数来储存数据和进行计算；采用二进制数来储存数据和进行计算；引入引入引入引入“补码补码补码补码”的目的是简化运算：把减的目的是简化运算：把减的目的是简化运算：把减的目的是简化运算：把减法转化为加法；使用法转化为加法；使用法转化为加法；使用法转化为加法；使用“浮点数浮点数浮点数浮点数”扩大了扩大了扩大了扩大了数的表示范围，提高了数的精度。数的表示范围，提高了数的精度。数的表示范围，提高了数的精度。数的表示范围，提高了数的精度。综上所述691.4.4 信息存储单元l位位bit，简称，简称(b)l字节字节Byte，简称，简称(B)（1Byte=8bit）1KB=1024B1MB=1024KB1GB=1024MB1TB=1024GBl字、字长字、字长一个计算机字包含一个或多个字节一个计算机字包含一个或多个字节字长是一个字所包含的二进制的位数字长是一个字所包含的二进制的位数70数据编码数据编码就是规定用什么样的二进制码来表示字母、数字以及专用符号。计算机系统中，有两种字符编码方式：ASCII码和EBCDIC码。ASCII码使用最为普遍，主要用在微型机与小型机中，而EBCDIC代码（ExtendedBinaryCodedDecimalInterchangeCode，扩展的二扩展的二十进制十进制交换码）主要用在IBM的大型机中。71数据编码 1BCD码码把十进制数的每一位分别写成二进制形式的编码，称为二进制编码的十进制数，即二到十进制编码或BCD（BinaryCodedDecimal）编码。BCD码编码方法很多，通常采用8421编码，其方其方法使用四位二进制数表示一位十进制数法使用四位二进制数表示一位十进制数，从左到右每一位对应的权分别是23、22、21、20，即8、4、2、1。例如十进制数1975的8421码可以这样得出1975（D）=0001100101110101（BCD）72数据编码 2ASCII码码国际上使用的字母、数字和符号的信息编码系统是采用美国标准信息交换码American Standard Code for Information Interchange），简称为简称为ASCII码码。它有7位码版本和8位码版本两种。国际上通用的ASCII码是7位码（即用七位二进制数表示一个字符）。总共有128个字符（27=128），其中包括：26个大写英文字母，26个小写英文字母，09共10个数字，34个通用控制字符和32个专用字符（标点符号和运算符）。具体编码如下页表所示：737位位ASCII码表码表b7b6b5b4b3b2b10000010100111001011101110000NULDLESP0Pp0001SOHDC1!1AQaq0010STXDC2”2BRbr0011ETXDC3#3CScs0100EOTDC4$4DTdt0101ENQNAK%5EUeu0110ACKSYN&6FVfv0111BELETB，7GWgw1000BSCAN(8HXhx1001HTEM)9IYiy1010LFSUB*:JZjz1011VTESC+;Kk1100FFS,Nn1111SIUS/?OoDEL查字母查字母O的的ascII码。码。分别写出分别写出09的的ascII码，不计算码，不计算高三位相同（同一列），分别计算低四位的值高三位相同（同一列），分别计算低四位的值思考：思考：ascII一共能表一共能表示多少个字符？示多少个字符？747位位ASCII码表码表b7b6b5b4b3b2b10000010100111001011101110000NULDLESP0Pp0001SOHDC1!1AQaq0010STXDC2”2BRbr0011ETXDC3#3CScs0100EOTDC4$4DTdt0101ENQNAK%5EUeu0110ACKSYN&6FVfv0111BELETB，7GWgw1000BSCAN(8HXhx1001HTEM)9IYiy1010LFSUB*:JZjz1011VTESC+;Kk1100FFS,Nn1111SIUS/?OoDEL课堂作业：请大家查找自己名字的首课堂作业：请大家查找自己名字的首字母的字母的ascII码。大小写均要查：码。大小写均要查：1、查、查ascII表得出对应字母的大小写表得出对应字母的大小写的的2进制代码进制代码2、计算其分别对应的十进制的值、计算其分别对应的十进制的值3、计算大小写之间的差值，大小写、计算大小写之间的差值，大小写字母的字母的ascII码哪个大？大多少？码哪个大？大多少？例如：计算回车符的例如：计算回车符的ascII码。码。75b7b6b5b4b3b2b11001011101110000Pp0001AQaq0010BRbr0011CScs0100DTdt0101EUeu0110FVfv0111GWgw1000HXhx1001IYiy1010JZjz1011Kk1100Ll|1101Mm1110Nn1111OoDEL76计算机中的字符编码计算机中的字符编码ASCII码码l lASCIIASCII码采用七位二进制位编码，共可表示码采用七位二进制位编码，共可表示码采用七位二进制位编码，共可表示码采用七位二进制位编码，共可表示2 27 7128128个字符（个字符（个字符（个字符（000 0000111 1111000 0000111 1111）。）。）。）。l l计算机中常以计算机中常以计算机中常以计算机中常以8 8位二进制（字节）为单位表示信位二进制（字节）为单位表示信位二进制（字节）为单位表示信位二进制（字节）为单位表示信息，因此将息，因此将息，因此将息，因此将ASCIIASCII码的最高位取码的最高位取码的最高位取码的最高位取0 0。l lASCIIASCII码表中的大写字母与小写字母之间的联系码表中的大写字母与小写字母之间的联系码表中的大写字母与小写字母之间的联系码表中的大写字母与小写字母之间的联系和区别？和区别？和区别？和区别？77ASCIIASCII码的编码特点码的编码特点lASCII码中的每个字符用码中的每个字符用7位二进制表示；而在计算机内部一个字符实际占位二进制表示；而在计算机内部一个字符实际占用用8位二进制位，其最高位位二进制位，其最高位D7为为“0”。在数据传输过程中需要奇偶校验。在数据传输过程中需要奇偶校验时，时，D7可用作校验位（可用作校验位（D7D6D5D4D3D2D1D0）。）。lASCII码是码是128(27)个字符所组成的字符集。个字符所组成的字符集。其中编码值其中编码值031（00000000011111）是控制符）是控制符编码值编码值32是空格字符是空格字符SP编码值编码值127是删除控制是删除控制DEL码码其余其余94个字符为可印刷字符。个字符为可印刷字符。l阿拉伯符号阿拉伯符号09的高的高3位编码为位编码为011，低四位编码为，低四位编码为00001001，低四位，低四位的二进制形式就是的二进制形式就是09的对应，这既有利于排序需要，又有利于在的对应，这既有利于排序需要，又有利于在ASCII码与二进制码之间的转换。码与二进制码之间的转换。l英文字母的英文字母的ASCII码值满足正常的字母排序要求，大小写字母的编码差别码值满足正常的字母排序要求，大小写字母的编码差别仅在于仅在于D5(25)位的值为位的值为0还是为还是为1，这有利于大小写字母之间的编码转换。，这有利于大小写字母之间的编码转换。信息的表示与存储信息的表示与存储78lASCII码只能表示英文字符，用来处理英文没有任何问题，但是世界上还有法文、德文、日文等其他字符。其他国家也制定相应的字符编码，这样软件在交叉使用过程中就会出现问题。于是Unicode就诞生了，Unicode用两个字节来表示字符，几乎可以表示世界上所有的字符，世界上的编码问题就统一了。Unicode编码中UTF-8是现在最常用的一种。l我国的通用文字是汉字。在计算机中处理汉字时，也要对其进行编码。国标码即中华人民共和国国家标准信息交换汉字编码。79汉字编码:国标码汉字信息在传递、交换中必须规定统一的编码。目前国内计算机普遍采用的标准汉字交换码是1980年我国根据有关国际标准规定的信息交换用汉字编码字符集基本集，即GB2312-80，简称国标码国标码。国标码国标码基本集中收录了汉字和图像符号共7445个，分为两级汉字。其中一级汉字3755个，属于常用汉字，按照汉字拼音字母顺序排序；二级汉字3008个，属于非常用汉字，按照部首顺序排序；还收录了682个图形符号。80数据编码国标码采用两个字节（28281616位）位）位）位）表示一个汉字，每个字节只使用了低七位(二个字节的最高位均不用，置二个字节的最高位均不用，置二个字节的最高位均不用，置二个字节的最高位均不用，置0 0)。这样使得汉字与英文完全兼容。，大约可以表示，大约可以表示，大约可以表示，大约可以表示128128128128种状态。种状态。种状态。种状态。汉字机内码汉字机内码机内码机内码是计算机内部存储和加工汉字时所用的代码。计算机处理汉字，实际上是处理汉字机内码。一计算机处理汉字，实际上是处理汉字机内码。一般用二个字节表示一个汉字的内码般用二个字节表示一个汉字的内码。811 1 1 1 国标码国标码国标码国标码 国标码规定：一个汉字用两个字节来表示，每个字节只用前国标码规定：一个汉字用两个字节来表示，每个字节只用前国标码规定：一个汉字用两个字节来表示，每个字节只用前国标码规定：一个汉字用两个字节来表示，每个字节只用前7 7位，最高位，最高位，最高位，最高位均未作定义，如图所示。位均未作定义，如图所示。位均未作定义，如图所示。位均未作定义，如图所示。2 2 2 2 内码与外码内码与外码内码与外码内码与外码国标码是一种机器内部编码，也称内码，其主要作用是统一不同的系统国标码是一种机器内部编码，也称内码，其主要作用是统一不同的系统国标码是一种机器内部编码，也称内码，其主要作用是统一不同的系统国标码是一种机器内部编码，也称内码，其主要作用是统一不同的系统之间所用的不同编码。通过将不同系统使用的不同编码统一转换成国标码，之间所用的不同编码。通过将不同系统使用的不同编码统一转换成国标码，之间所用的不同编码。通过将不同系统使用的不同编码统一转换成国标码，之间所用的不同编码。通过将不同系统使用的不同编码统一转换成国标码，不同系统之间的汉字信息就可以相互交换。不同系统之间的汉字信息就可以相互交换。不同系统之间的汉字信息就可以相互交换。不同系统之间的汉字信息就可以相互交换。与内码相对应，输入法编码称为外码。与内码相对应，输入法编码称为外码。与内码相对应，输入法编码称为外码。与内码相对应，输入法编码称为外码。1.4.2 1.4.2 1.4.2 1.4.2 1.4.2 1.4.2 汉字编码汉字编码汉字编码汉字编码汉字编码汉字编码82机内码机内码是指计算机内部存储、处理加工汉字时所用的实际代码。输入码通过键盘被接受后就由汉字操作系统的“输入码转换模块”转换为机内码，每个汉字的机内码用2个字节的二进制数表示。为了与ASCII码区别，将国标码两个字节的最高位置1。注意：l西文符号的机内码和ASCII码是相同的，而汉字的国标码和机内码是不同的，其换算关系为：机内码=国标码+8080H汉字国标码汉字内码中5650(0101011001010000)B(1101011011010000)B华3B2A(0011101100101010)B(1011101110101010)Bl一个汉字的机内码是唯一的，而汉字的机外码是多样的。l国标码“中”转换成内码l=(0101011001010000)B+(10000000 10000000)Bl=5060H+8080Hl=D0E0H=(1101011011010000)B83汉字的编码汉字的编码l汉字多，字形变化大，输入、存储和输出都需要不同的编码输入码输入码国标码国标码机内码机内码字形码字形码汉字输汉字输入入汉字输出汉字输出信息的表示与存储信息的表示与存储输入码：输入码：输入码：输入码：解决汉字的输入问题。l主要分为三类：音码音码（全拼,智能ABC，双拼,微软拼音）形码形码（五笔，郑码）数字码数字码（国标区位码GB2312-80）84数据编码汉字输出码汉字输出码又称汉字字形码或汉字发生器编码。汉字输出码的作用是输出汉字。汉字的字形称为字模汉字的字形称为字模，以一点阵表示。点阵中的点对应存储器中的一位，对于1616点阵的汉字，共有256个点，即256位。由于计算机中，8个二进制位作为一个字节，所以1616点阵汉字需要216=32字节表示一个汉字的点阵数字信息（字模）。同样，2424点阵汉字需要324=72个字节来表示一个汉字；3232点阵汉字需要432=128个字节表示。点阵数越大，分辨率越高，字形越美观，但占用的存储空间越多。85字形码（输出码）字形码（输出码）l表示汉字字形的字模数据，是汉字的输出形式。l点阵方式点阵方式：计算机汉字处理系统常配有宋体、仿宋、黑体、楷体等多种字体。同一个汉字不同字体的字形编码是不相同的。点阵的多少也不同：简易型汉字为1616点阵（国标两级汉字要占用256KB），提高型汉字为2424点阵、3232点阵，甚至更高。l矢量表示法：折线的起点和终点坐标矢量表示法：折线的起点和终点坐标l曲线表示法：曲线的起点和终点坐标（曲线表示法：曲线的起点和终点坐标（True Type型型曲线字形曲线字形）信息的表示与存储信息的表示与存储86字形码：打印或显示汉字时使用，研制字库存放汉字字形。字形码：打印或显示汉字时使用，研制字库存放汉字字形。l点阵字形：每个字形都以一组排成方阵的二进制数字来点阵字形：每个字形都以一组排成方阵的二进制数字来 表示一个汉字。表示一个汉字。同一汉字不同字体的字形编码不相同。同一汉字不同字体的字形编码不相同。效果、存储容量与点阵的多少有关，占用空间大，且很难放大效果、存储容量与点阵的多少有关，占用空间大，且很难放大（马赛克效应）（马赛克效应）。常用类型：常用类型：1616、2424、3232、4848优点：存储方式简单，无需转换直接输出。优点：存储方式简单，无需转换直接输出。文件扩展名为文件扩展名为FON，图标为红色，图标为红色A。l轮廓字形：把汉字或符号的笔画轮廓用一组直线段或曲轮廓字形：把汉字或符号的笔画轮廓用一组直线段或曲 线段描述。线段描述。优点：存储空间小，字形质量高，放大或缩小仍圆滑。优点：存储空间小，字形质量高，放大或缩小仍圆滑。扩展名为扩展名为TTF，图标为两个，图标为两个T或或O矢量表示法（折线）矢量表示法（折线）曲线表示法（曲线曲线表示法（曲线 True Type型曲线字形型曲线字形）87“大大”字的点阵外形字的点阵外形1616点阵（一个汉字要点阵（一个汉字要1616/832个字节）个字节）0000001100000000000000110000000000000011000001001111111111111110000000110000000000000011000000000000001100000000000000110000000000000011000000000000001110000000000001100100000000001100001000000001100000010000000100000001100000100000000011001100000000000111信息的表示与存储信息的表示与存储把汉字当做图形，对把汉字当做图形，对其进行数字化处理其进行数字化处理88同一个字的字形码有多种同一个字的字形码有多种（字体不同）（字体不同）000000011000000000000001100000000000000110000000000000011000000001111111111111100111111111111110000000011000000000000011100000000000011011000000000011000110000000011000001100000011000000011000011000000000110011000000000001100000000000000000000000000000000089计算机图形、图像、声音、视频的表示计算机图形、图像、声音、视频的表示l图形、图像、声音、视频等多媒体信息在计算机中也是采用二进制图形、图像、声音、视频等多媒体信息在计算机中也是采用二进制编码来表示的。编码来表示的。11110000inputoutput内存内存数值数值西文西文汉字汉字声音、图像声音、图像十十二进制转换二进制转换ASCII码码输入码输入码机内码机内码A D数值数值西文西文汉字汉字声音、图像声音、图像二二十进制转换十进制转换西文字形码西文字形码汉字字形码汉字字形码D A90汉字各种编码间的转换汉字各种编码间的转换信息的表示与存储信息的表示与存储911、在微机系统，基本字符编码是（）。A A、机内码、机内码 B B、ASCIIASCII码码 C C、BCDBCD码