计算机导论第一章-计算机基础知识课件

第一章第一章 计算机基础知识计算机基础知识本章学习要点：本章学习要点：概述概述 计算机中信息的表示与编码计算机中信息的表示与编码第一章第一章 计算机基础知识本章学习要点：计算机基础知识本章学习要点：概述概述 计算机中信计算机中信1.1 概述概述1.1.1 计算机的产生计算机的产生1.ENIAC l 美国宾夕法尼亚大学在美国宾夕法尼亚大学在1946年年2月月14日研发出了世界上第一台电子日研发出了世界上第一台电子数字计算机，其目的是用于计算非常复杂的弹道非线性方程组。这台数字计算机，其目的是用于计算非常复杂的弹道非线性方程组。这台机器被命名为机器被命名为“ENIAC”，即，即电子数字积分计算机电子数字积分计算机，如图，如图1-1所示。所示。图图1-1 电子数字积分计算机电子数字积分计算机ENIAC 1.1 概述概述1.1.1 计算机的产生计算机的产生1.ENIAC l ENIAC奠定了电子计算机的发展基础，在计算机史上具有跨时代奠定了电子计算机的发展基础，在计算机史上具有跨时代的意义，它的问世标志着电子计算机时代的正式到来，它与现代的意义，它的问世标志着电子计算机时代的正式到来，它与现代PC的比较如图的比较如图1-2所示。所示。图图1-2 ENIAC与现代与现代PC比较比较2冯冯诺依曼与诺依曼与EDVAC方案方案 1945年年6月，数学家月，数学家冯冯诺依曼诺依曼（如图（如图1-3所示）发表了所示）发表了EDVAC（如（如图图1-4所示）方案，这就是著名的所示）方案，这就是著名的“冯冯诺依曼原理诺依曼原理”，他的观点有，他的观点有以下一些。以下一些。ENIAC奠定了电子计算机的发展基础，在计算机史上具有跨时奠定了电子计算机的发展基础，在计算机史上具有跨时l 计算机应由计算机应由5个部分个部分组成，包括：运算器、控制器、存储器、输组成，包括：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。入设备和输出设备。l 采用采用二进制二进制机器码进行存储和计算。机器码进行存储和计算。l 存储程序存储程序控制方式控制方式，即把数据和运算指令存放在同一存储器中，即把数据和运算指令存放在同一存储器中，计算机按照程序事先编排的顺序一步一步地取出运算指令，实现自计算机按照程序事先编排的顺序一步一步地取出运算指令，实现自动计算，即存储程序控制方式。动计算，即存储程序控制方式。图图1-3 冯冯诺依曼（诺依曼（19031957年）年）图图1-4 世界上第一台冯世界上第一台冯诺依曼机诺依曼机EDVAC 计算机应由计算机应由5个部分组成，包括：运算器、控制器、存储器、输入个部分组成，包括：运算器、控制器、存储器、输入1.1.2 计算机的发展计算机的发展1.电子计算机发展的四个阶段电子计算机发展的四个阶段 根据计算机采用物理元器件的不同如图根据计算机采用物理元器件的不同如图1-5所示，可将电子计算所示，可将电子计算机的发展主要划分为以下机的发展主要划分为以下4个阶段。个阶段。图图1-5 计算机中采用的物理元器件计算机中采用的物理元器件 1.1.2 计算机的发展计算机的发展1.电子计算机发展的四个阶段电子计算机发展的四个阶段 l 每秒运算速度仅为每秒运算速度仅为几千次几千次，运算速度低，运算速度低，l 体积庞大、造价昂贵、可靠性差、内存容量小，主要用于军事体积庞大、造价昂贵、可靠性差、内存容量小，主要用于军事和科学计算。和科学计算。（2）第二代（）第二代（19591964）：晶体管计算机）：晶体管计算机（1）第一代（）第一代（19461958）：电子管计算机）：电子管计算机l 采用采用电子管电子管作为计算机的逻辑元器件，使用水印延迟线、阴极作为计算机的逻辑元器件，使用水印延迟线、阴极射线管等材料制作主存储器，利用穿孔卡作为外部存储设备射线管等材料制作主存储器，利用穿孔卡作为外部存储设备；l 采用采用晶体管晶体管作为计算机的逻辑元器件，主存储器采用作为计算机的逻辑元器件，主存储器采用磁芯磁芯存储器，存储器，利用磁鼓和磁盘作为辅助存储器；利用磁鼓和磁盘作为辅助存储器；每秒运算速度仅为几千次，运算速度低，每秒运算速度仅为几千次，运算速度低，体积庞大、造价昂贵、体积庞大、造价昂贵、l 运算速度达每秒几万至几十万次，内存容量增至几十运算速度达每秒几万至几十万次，内存容量增至几十KB；l 体积、耗电量、热量都大大降低，可靠性和计算机能力则大为提体积、耗电量、热量都大大降低，可靠性和计算机能力则大为提高。高。l 出现了出现了FORTRAN、COBOL、ALGOL等高级语言。操作系统初等高级语言。操作系统初步成型，使计算机的使用方式由手动操作改变为自动作业。步成型，使计算机的使用方式由手动操作改变为自动作业。（3）第三代（）第三代（19651970）：中小规模集成电路计算机）：中小规模集成电路计算机 l 采用采用中、小规模集成电路中、小规模集成电路作为计算机的逻辑元器件，使用硅作为计算机的逻辑元器件，使用硅半半导体导体制造主存储器；制造主存储器；l 运算速度可达每秒几十万次到几百万次运算速度可达每秒几十万次到几百万次，内存容量增至几，内存容量增至几MB；运算速度达每秒几万至几十万次，内存容量增至几十运算速度达每秒几万至几十万次，内存容量增至几十KB；体积体积l 计算机体积更小、耗电量更低、价格更低、可靠性更强；计算机体积更小、耗电量更低、价格更低、可靠性更强；l 软件逐步完善，高级程序语言有了很大的发展，操作系统日臻完软件逐步完善，高级程序语言有了很大的发展，操作系统日臻完善，数据库管理系统、通信处理系统等也相继出现，计算机的使用善，数据库管理系统、通信处理系统等也相继出现，计算机的使用效率显著提高，开始广泛应用于各个领域。效率显著提高，开始广泛应用于各个领域。（4）第四代（）第四代（1971至今）：大规模、超大规模集成电路计算机至今）：大规模、超大规模集成电路计算机l 采用采用大规模集成电路大规模集成电路（LSI）和）和超大规模集成电路超大规模集成电路（VLSI）技术）技术微处理器和微型计算机应运而生；微处理器和微型计算机应运而生；l 计算机的体积和成本越来越小，容量越来越大，运算速度越来快计算机的体积和成本越来越小，容量越来越大，运算速度越来快可达每秒上千万次至上亿次；可达每秒上千万次至上亿次；计算机体积更小、耗电量更低、价格更低、可靠性更强；计算机体积更小、耗电量更低、价格更低、可靠性更强；软件逐软件逐l IBM公司团队开发完成了世界上首款个人电脑公司团队开发完成了世界上首款个人电脑IBM PC 5150，掀，掀开了改变世界历史性的一页；开了改变世界历史性的一页；l 操作系统开始采用操作系统开始采用图形界面图形界面，计算机具有了多媒体处理能力，除，计算机具有了多媒体处理能力，除使用原先的高级语言之外还推广使用原先的高级语言之外还推广面向对象面向对象的程序设计语言，各种应的程序设计语言，各种应用软件也层出不穷。用软件也层出不穷。2.下一代计算机下一代计算机 硅芯片技术的高速发展同时也意味着硅技术越来越接近其物理硅芯片技术的高速发展同时也意味着硅技术越来越接近其物理极限，为此世界各国的研究人员正在加紧研究开发下一代计算机，极限，为此世界各国的研究人员正在加紧研究开发下一代计算机，俗称第俗称第5代计算机，主要体现在：代计算机，主要体现在：l 量子计算机量子计算机 l 神经网络计算机神经网络计算机 IBM公司团队开发完成了世界上首款个人电脑公司团队开发完成了世界上首款个人电脑IBM PC 5l 生化计算机生化计算机 l 光子计算机光子计算机 3.计算机的未来计算机的未来计算机未来的发展趋势可大致总结为以下几点：计算机未来的发展趋势可大致总结为以下几点：l 多极化多极化l 智能化智能化l 网络化网络化l 虚拟化虚拟化 生化计算机生化计算机 光子计算机光子计算机 3.计算机的未来计算机未来的发计算机的未来计算机未来的发1.1.3 计算机的特点计算机的特点计算机的特点可概括为以下几点。计算机的特点可概括为以下几点。1高度自动化高度自动化 计算机可以不需要人工干预而自动、协调地完成各种运算或操计算机可以不需要人工干预而自动、协调地完成各种运算或操作。这是因为人们将需要计算机完成的工作预先编成程序并存储作。这是因为人们将需要计算机完成的工作预先编成程序并存储在计算机中，使计算机能够在程序控制下自动完成工作。在计算机中，使计算机能够在程序控制下自动完成工作。2运算速度快运算速度快 计算机运算部件采用半导体电子元件，具有数学运算和逻辑运计算机运算部件采用半导体电子元件，具有数学运算和逻辑运算能力，而且运算速度很快，例如目前超级计算机的运算速度可算能力，而且运算速度很快，例如目前超级计算机的运算速度可达每秒千万亿次，从而极大地提高了人们的工作效率达每秒千万亿次，从而极大地提高了人们的工作效率 1.1.3 计算机的特点计算机的特点可概括为以下几点。计算机的特点计算机的特点可概括为以下几点。1高高3计算精度高计算精度高 计算机内用于表示数的位数越多，其计算精度就越高，有效位计算机内用于表示数的位数越多，其计算精度就越高，有效位数可为十几位、几十位甚至达到几百位。数可为十几位、几十位甚至达到几百位。4存储能力强存储能力强 计算机中拥有容量很大的存储设备，可以存储所需要的原始数计算机中拥有容量很大的存储设备，可以存储所需要的原始数据信息、处理的中间结果和最后结果，还可以存储指挥计算机工据信息、处理的中间结果和最后结果，还可以存储指挥计算机工作的程序指令。作的程序指令。5逻辑判断能力强逻辑判断能力强 计算机具有逻辑推理和判断能力，可以替代人脑的部分工作，计算机具有逻辑推理和判断能力，可以替代人脑的部分工作，随着计算机的不断发展，这种判断能力还在增强，人工智能型的随着计算机的不断发展，这种判断能力还在增强，人工智能型的计算机将具有思维和学习能力。计算机将具有思维和学习能力。3计算精度高计算精度高 计算机内用于表示数的位数越多，其计算精度计算机内用于表示数的位数越多，其计算精度6.人机交互性好人机交互性好 用户可通过图形化的窗口、界面，以及鼠标、键盘、显示器等用户可通过图形化的窗口、界面，以及鼠标、键盘、显示器等输入输入/输出设备完成对计算机的控制管理。输出设备完成对计算机的控制管理。7通用性好通用性好 当前人类社会的各种信息都可以表示为二进制的数字信息，都能当前人类社会的各种信息都可以表示为二进制的数字信息，都能被计算机存储、识别和处理，计算机既能进行数值计算，又能对各被计算机存储、识别和处理，计算机既能进行数值计算，又能对各种非数值信息进行处理，使它能应用于各行各业，渗透到人们的工种非数值信息进行处理，使它能应用于各行各业，渗透到人们的工作、学习和生活等各个方面，具有极强的通用性。作、学习和生活等各个方面，具有极强的通用性。1.1.4 计算机的分类计算机的分类 结合计算机的用途、费用、规模和性能等综合因素，其类型大致结合计算机的用途、费用、规模和性能等综合因素，其类型大致可分为以下几类：可分为以下几类：6.人机交互性好人机交互性好 用户可通过图形化的窗口、界面，以用户可通过图形化的窗口、界面，以1巨型计算机巨型计算机2大、中型计算机大、中型计算机3小型计算机小型计算机4个人计算机个人计算机5工作站工作站6嵌入式计算机嵌入式计算机1巨型计算机巨型计算机2大、中型计算机大、中型计算机3小型计算机小型计算机4个人计算机个人计算机返回本节首页返回本节首页返回本章首页返回本章首页1.1.5 计算机的应用计算机的应用 计算机最初的应用是科学计算，后来随着计算机技术的发展，计算机计算机最初的应用是科学计算，后来随着计算机技术的发展，计算机的应用领域也日益广泛。归纳起来，主要表现在以下几个方面。的应用领域也日益广泛。归纳起来，主要表现在以下几个方面。1科学计算科学计算2信息管理信息管理3过程控制过程控制4辅助工程辅助工程5人工智能人工智能6多媒体应用多媒体应用7网络通信网络通信返回本节首页返回本章首页返回本节首页返回本章首页1.1.5 计算机的应用计算机的应用 计算计算1.2 计算机中信息的表示与编码计算机中信息的表示与编码1.2.1 数制及其转换数制及其转换 计算机中存储的信息分为计算机中存储的信息分为数值信息数值信息和和非数值信息非数值信息，这些信息都是，这些信息都是以二进制代码的形式存储和处理的。以二进制代码的形式存储和处理的。图图1-6 信息的分类与表现形式信息的分类与表现形式 1.2 计算机中信息的表示与编码计算机中信息的表示与编码1.2.1 数制及其转换数制及其转换 1数制及其属性数制及其属性（1）数制）数制 数制是一种表示及计算数的方法。日常生活中，我们习惯用十进制数制是一种表示及计算数的方法。日常生活中，我们习惯用十进制记数，在计算机中表示和处理数据常用记数，在计算机中表示和处理数据常用二进制二进制、八进制八进制和和十六进制十六进制。（2）数制的）数制的3个属性个属性l 基数基数：指数制中所用到的数码符号的个数。：指数制中所用到的数码符号的个数。l 计数规则计数规则：指数制的进位和借位规则。：指数制的进位和借位规则。l 位权位权：不同位置上的：不同位置上的1的所表示的数值大小即为该位的位权。的所表示的数值大小即为该位的位权。2常用数制介绍常用数制介绍1数制及其属性（数制及其属性（1）数制）数制 数制是一种表示及计算数的方数制是一种表示及计算数的方（1）十进制数（）十进制数（Decimal）l 基数为基数为10，用，用09 十个不同的基本数码符号构成；十个不同的基本数码符号构成；l 逢十进一，借一当十；逢十进一，借一当十；l 整数部分第整数部分第i位的位权位的位权10 i 1，小数部分第，小数部分第j位的位权位的位权10 jl 在十进制数的后面用大写字母在十进制数的后面用大写字母D标示，如：（标示，如：（120.45）D（2）二进制数（）二进制数（Binary）l 基数为基数为2，用，用0、1 这两个不同的基本数码符号构成；这两个不同的基本数码符号构成；l 逢二进一逢二进一，借一当二；，借一当二；l 整数部分第整数部分第i位的位权位的位权2 i1，小数部分第，小数部分第j位的位权位的位权2 j l 在二进制数的后面用大写字母在二进制数的后面用大写字母B标示，如：（标示，如：（101.11）B（1）十进制数（）十进制数（Decimal）基数为基数为10，用，用09 十个十个（3）八进制数（）八进制数（Octal）l 基数为基数为8，用，用07 这八个不同的基本数码构成；这八个不同的基本数码构成；l 逢八进一逢八进一，借一当八；，借一当八；l 整数部分第整数部分第i位的位权位的位权8 i1，小数部分第，小数部分第j位的位权位的位权8 j；l 在八进制数的后面用大写字母在八进制数的后面用大写字母O标示，如：（标示，如：（174.4）O（4）十六进制数（）十六进制数（Hexadecimal）l 基数为基数为16，用，用09、A、B、C、D、E、F 这十六个不同的基本这十六个不同的基本数码符号构成。数码符号构成。l 逢十六进一逢十六进一，借一当十六；，借一当十六；l 整数部分第整数部分第i位的位权位的位权16 i-1；小数部分第；小数部分第j位的位权位的位权16-j（3）八进制数（）八进制数（Octal）基数为基数为8，用，用07 这八个不同这八个不同l 在十六进制数的后面用大写字母在十六进制数的后面用大写字母H标示，如：（标示，如：（1AF.8）H 4常用数制间的转换常用数制间的转换（1）R进制转换为十进制进制转换为十进制通过通过“位权展开位权展开”法，可以将法，可以将R进制数转换为等值的十进制数。进制数转换为等值的十进制数。在十六进制数的后面用大写字母在十六进制数的后面用大写字母H标示，如：（标示，如：（1AF.8）H（2）十进制转换为）十进制转换为R进制进制l 整数部分的转换：采用整数部分的转换：采用“除基取余除基取余”法法 l 小数部分的转换：采用小数部分的转换：采用“乘基取整乘基取整”法法（2）十进制转换为）十进制转换为R进制进制 整数部分的转换：采用整数部分的转换：采用“除基取余除基取余”法法l 对于既有整数又有小数的十进制数，可以先将整数部分和小数部对于既有整数又有小数的十进制数，可以先将整数部分和小数部分分别进行转换后，再合并得到所要结果分分别进行转换后，再合并得到所要结果 对于既有整数又有小数的十进制数，可以先将整数部分和小数部分对于既有整数又有小数的十进制数，可以先将整数部分和小数部分l 同理，采用同理，采用“除除8取余数，乘取余数，乘8取整数取整数”的方法可将十进制数转换的方法可将十进制数转换为八进制数；采用为八进制数；采用“除除16取余数，乘取余数，乘16取整数取整数”的方法可将十进制的方法可将十进制数转换为十六进制数。数转换为十六进制数。同理，采用同理，采用“除除8取余数，乘取余数，乘8取整数取整数”的方法可将十进制数转换的方法可将十进制数转换（3）二进制与八进制、十六进制的转换）二进制与八进制、十六进制的转换l 二进制与八进制之间的转换二进制与八进制之间的转换 采用采用“分组分组”法，即以小数点为界，整数部分从右往左法，即以小数点为界，整数部分从右往左3位一位一组，小数部分从左往右组，小数部分从左往右3位一组。若位数不够分组，只要在整数位一组。若位数不够分组，只要在整数最高位前或小数最低位后面添最高位前或小数最低位后面添0补位。补位。（3）二进制与八进制、十六进制的转换）二进制与八进制、十六进制的转换 二进制与八进制之间的转二进制与八进制之间的转l 二进制与十六进制之间的转换二进制与十六进制之间的转换 仍采用仍采用“分组分组”法，即以小数点为界，整数部分从右往左法，即以小数点为界，整数部分从右往左4位位一组，小数部分从左往右一组，小数部分从左往右4位一组。若位数不够分组，只要在整位一组。若位数不够分组，只要在整数最高位前或小数最低位后面添数最高位前或小数最低位后面添0补位。补位。二进制与十六进制之间的转换二进制与十六进制之间的转换 仍采用仍采用“分组分组”法，即以法，即以l 八进制与十六进制的转换八进制与十六进制的转换 一般通过二进制作为桥梁，即：先将八进数制或十六进制数转一般通过二进制作为桥梁，即：先将八进数制或十六进制数转换为二进制数，再将二进制数转换成十六进制数或八进制数。换为二进制数，再将二进制数转换成十六进制数或八进制数。八进制与十六进制的转换八进制与十六进制的转换 一般通过二进制作为桥梁，即一般通过二进制作为桥梁，即1.2.2 数值信息的表示数值信息的表示1机器数机器数l 在计算机中，数的正负符号位也用二进制代码表示。规定最高位在计算机中，数的正负符号位也用二进制代码表示。规定最高位为符号位（用表示为符号位（用表示“”号；表示号；表示“”号），其余位仍然表号），其余位仍然表示数值位。这种连同正负号一起数字化的二进制数称为示数值位。这种连同正负号一起数字化的二进制数称为机器数机器数。l 机器数在进行计算时，符号位也一同参与运算机器数在进行计算时，符号位也一同参与运算 1.2.2 数值信息的表示数值信息的表示1机器数机器数 在计算机中，数的正负符在计算机中，数的正负符l 直接使用机器数进行运算时，若减法问题，通常采取对机器数编直接使用机器数进行运算时，若减法问题，通常采取对机器数编码来解决问题。码来解决问题。2机器数的机器数的3种编码方式种编码方式（1）原码）原码 符号位用符号位用“0”表示正号，用表示正号，用“1”表示负号表示负号，数值位与真值保持一，数值位与真值保持一致。致。直接使用机器数进行运算时，若减法问题，通常采取对机器数编码直接使用机器数进行运算时，若减法问题，通常采取对机器数编码（2）反码）反码 正数的反码与原码保持一致，负数的反码将原码的数值位按位取反正数的反码与原码保持一致，负数的反码将原码的数值位按位取反（3）补码）补码 正数的补码与原码保持一致；负数的补码将反码最低数值位加正数的补码与原码保持一致；负数的补码将反码最低数值位加1，符号位不变。，符号位不变。（2）反码）反码 正数的反码与原码保持一致，负数的反码将原码的数值正数的反码与原码保持一致，负数的反码将原码的数值 注意注意：用补码进行计算时，可以统一加减法。把机器数表示：用补码进行计算时，可以统一加减法。把机器数表示成补码形式后，可解决困扰机器数多时的减法问题。成补码形式后，可解决困扰机器数多时的减法问题。（4）存储带符号整数）存储带符号整数l 计算机计算机CPU的运算器中只有加法器，而没有减法器，通常要把减的运算器中只有加法器，而没有减法器，通常要把减法转化成加法来计算。法转化成加法来计算。l 把机器数按把机器数按补码形式补码形式进行存储来进行算术运算无疑是最好的选择。进行存储来进行算术运算无疑是最好的选择。注意：用补码进行计算时，可以统一加减法。把机器数表示注意：用补码进行计算时，可以统一加减法。把机器数表示计算机导论第一章计算机导论第一章-计算机基础知识课件计算机基础知识课件3机器数的两种存储格式机器数的两种存储格式根据小数点位置固定与否，机器数又可以分为根据小数点位置固定与否，机器数又可以分为定点数定点数和和浮点数浮点数。（1）定点数）定点数l 定点数又可分为定点小数和定点整数。定点数又可分为定点小数和定点整数。l 定点小数定点小数是指小数点的位置固定在符号位与最高数据位之间是指小数点的位置固定在符号位与最高数据位之间 l 定点整数定点整数是指小数点的位置固定在最低数据位的右侧是指小数点的位置固定在最低数据位的右侧 图图1-7 定点小数和定点整数的存储格式定点小数和定点整数的存储格式3机器数的两种存储格式根据小数点位置固定与否，机器数又可以机器数的两种存储格式根据小数点位置固定与否，机器数又可以l 定点数的表示较为单一、呆板，数值的表示范围小、精度低且运定点数的表示较为单一、呆板，数值的表示范围小、精度低且运算时易发生溢出，所以在数值计算时，大多采用浮点数来表示。算时易发生溢出，所以在数值计算时，大多采用浮点数来表示。（2）浮点数）浮点数l 若数的小数点位置不固定，则称之为若数的小数点位置不固定，则称之为浮点数浮点数。浮点表示法类似于。浮点表示法类似于十进制的科学计数法。十进制的科学计数法。l 二进制所表示的浮点数的一般形式为二进制所表示的浮点数的一般形式为M=S2P，如图，如图1-8所示。所示。图图1-8 浮点数存储格式浮点数存储格式 定点数的表示较为单一、呆板，数值的表示范围小、精度低且运算定点数的表示较为单一、呆板，数值的表示范围小、精度低且运算l 纯小数纯小数S为数为数M的的尾数尾数，表示数的精度；数符，表示数的精度；数符Sf为为尾数的符号位尾数的符号位，表示数的正负；表示数的正负；l 指数指数P为数为数M的的阶码阶码（也称指数位），表示小数点浮动的位置（或（也称指数位），表示小数点浮动的位置（或表示数的范围大小）；阶符表示数的范围大小）；阶符Pf为为阶码的符号位阶码的符号位，表示小数点浮动的，表示小数点浮动的方向（往左移还是往右移）。方向（往左移还是往右移）。l 为了浮点数表示的唯一性，并充分利用尾数的二进制位来表示更为了浮点数表示的唯一性，并充分利用尾数的二进制位来表示更多的有效数字（提高精度），我们通常采用多的有效数字（提高精度），我们通常采用规格化形式规格化形式表示浮点数表示浮点数 纯小数纯小数S为数为数M的尾数，表示数的精度；数符的尾数，表示数的精度；数符Sf为尾数的符号位为尾数的符号位（3）定点数与浮点数的比较）定点数与浮点数的比较 l 浮点表示法所能表示的数值范围远远大于定点表示法浮点表示法所能表示的数值范围远远大于定点表示法；l 浮点运算要比定点运算复杂；浮点运算要比定点运算复杂；l 定点运算时，当运算结果超出数的表示范围时，就发生溢出。浮定点运算时，当运算结果超出数的表示范围时，就发生溢出。浮点运算时，当运算结果超出尾数点运算时，当运算结果超出尾数S的表示范围时，不一定溢出。只的表示范围时，不一定溢出。只有当阶码有当阶码P也超出所能表示的范围时，才一定发生溢出。因此，浮也超出所能表示的范围时，才一定发生溢出。因此，浮点数的健壮性较定点数更好。点数的健壮性较定点数更好。1.2.3 信息单位信息单位（3）定点数与浮点数的比较）定点数与浮点数的比较 浮点表示法所能表示的数值范围远浮点表示法所能表示的数值范围远1计算机中最小的信息量单位：计算机中最小的信息量单位：bitl 信息熵公式中对数信息熵公式中对数log若以若以2为底，则计算出来的信息熵就以为底，则计算出来的信息熵就以bit为单位。为单位。l 在计算机科学中，我们把在计算机科学中，我们把1位二进制数码所能表示的信息量称为位二进制数码所能表示的信息量称为1bit（1比特）。它是构成信息的最小信息量单位。比特）。它是构成信息的最小信息量单位。l 一个二进制位只能表示一个二进制位只能表示0或或1两种状态，要表示更多信息，就得两种状态，要表示更多信息，就得把多个位组合成一个整体。把多个位组合成一个整体。2计算机中最基本的信息量单位：计算机中最基本的信息量单位：Bytel 字节（字节（Byte）从比特位（）从比特位（bit）演化而来，是计算机中最基本的）演化而来，是计算机中最基本的信息量单位，信息量单位，多用于计算存储容量和传输容量。多用于计算存储容量和传输容量。1计算机中最小的信息量单位：计算机中最小的信息量单位：bit 信息熵公式中对数信息熵公式中对数lol 8个连续的二进制位称为个连续的二进制位称为1个字节，即：个字节，即：8 bits=1 Byte l 由于字节仍是一个很小的容量单位，为了方便标识和计算，由于字节仍是一个很小的容量单位，为了方便标识和计算，KB、MB、GB、TB、PB等大容量单位被广泛使用。它们之间的数量转换等大容量单位被广泛使用。它们之间的数量转换关系如下图关系如下图1-9所示。所示。图图1-9 单位间的转换关系单位间的转换关系 8个连续的二进制位称为个连续的二进制位称为1个字节，即：个字节，即：8 bits=1 3计算机中最常用的信息量处理单位计算机中最常用的信息量处理单位wordl 从字节（从字节（Byte）演化而来，计算机进行数据处理时，一次存取、）演化而来，计算机进行数据处理时，一次存取、加工和传送的二进制位组，称为一个加工和传送的二进制位组，称为一个字字（word）。）。l CPU在单位时间内一次所能处理的二进制位组叫做字，一个字在单位时间内一次所能处理的二进制位组叫做字，一个字的长度称为的长度称为字长字长。l 字长是计算机系统结构中的一个重要的性能指标，例如：字长是计算机系统结构中的一个重要的性能指标，例如：32位位处理器、处理器、64位处理器。位处理器。1.2.4 非数值信息的表示非数值信息的表示1字符的编码字符的编码3计算机中最常用的信息量处理单位计算机中最常用的信息量处理单位word 从字节（从字节（By（1）ASCII码码l ASCII是由美国国家标准学会（是由美国国家标准学会（ANSI）制定的标准单字节字符）制定的标准单字节字符编码方案，最初是美国国家标准，供不同计算机在相互通信时用编码方案，最初是美国国家标准，供不同计算机在相互通信时用作共同遵守的西文字符编码标准，后被国际标准化组织（作共同遵守的西文字符编码标准，后被国际标准化组织（ISO）定）定为国际标准，适用于所有拉丁文字字母。为国际标准，适用于所有拉丁文字字母。l ASCII分为分为标准标准ASCII和和扩展扩展ASCII两种。两种。l 标准标准ASCII，如图，如图1-10所示，使用所示，使用7位二进制数来表示所有的位二进制数来表示所有的大写和小写字母，数字大写和小写字母，数字09、标点符号以及在美式英语中使用的、标点符号以及在美式英语中使用的特殊控制字符，共特殊控制字符，共128个字符（个字符（27=128）。）。（1）ASCII码码 ASCII是由美国国家标准学会（是由美国国家标准学会（ANSI图图1-10 标准标准ASCII表表图图1-10 标准标准ASCII表表l 扩展扩展ASCII采用采用8位二进制数进行编码，共位二进制数进行编码，共256个字符。前个字符。前128个个编码为标准编码为标准ASCII码，后码，后128个称为扩展个称为扩展ASCII，许多系统都支持，许多系统都支持使用扩展使用扩展ASCII。l ASCII是计算机世界里最重要的标准，但它存在严重的国际化问是计算机世界里最重要的标准，但它存在严重的国际化问题。题。ASCII只适用于美国，它并不完全适用于其他以英语为主要语只适用于美国，它并不完全适用于其他以英语为主要语言的国家，更不用说在欧洲一些国家里使用的非拉丁字母，包括言的国家，更不用说在欧洲一些国家里使用的非拉丁字母，包括希腊文、阿拉伯文、希伯来文和西里尔文等。对于东方以汉字为希腊文、阿拉伯文、希伯来文和西里尔文等。对于东方以汉字为代表的象形文字巨大的集合更是无能为力。代表的象形文字巨大的集合更是无能为力。2中文汉字的编码中文汉字的编码（1）国标码）国标码 扩展扩展ASCII采用采用8位二进制数进行编码，共位二进制数进行编码，共256个字符。前个字符。前l 1980年，我国颁布年，我国颁布信息交换用汉字编码字符集基本集信息交换用汉字编码字符集基本集，代号，代号为为GB 2312-80，是国家规定的用于汉字信息处理使用的代码依据，是国家规定的用于汉字信息处理使用的代码依据，这种编码称为这种编码称为国标码国标码。l 在国标码的字符集中共收录了在国标码的字符集中共收录了6763个常用汉字和个常用汉字和682个非汉字字个非汉字字符（图形、符号）。符（图形、符号）。l 国际码采用国际码采用16位的二进制数进行编码位的二进制数进行编码，理论上最多可以表示，理论上最多可以表示25625665536个汉字个汉字（2）机内码）机内码 为了使计算机有效地区分为了使计算机有效地区分英文字符英文字符和和中文字符中文字符，约定将国际码，约定将国际码中每个字节的最高位设置为中每个字节的最高位设置为1，ASCII码的最高位设置为码的最高位设置为0。我们把。我们把这种经过约定后的国际码，称为这种经过约定后的国际码，称为机内码机内码。1980年，我国颁布信息交换用汉字编码字符集基本集，代年，我国颁布信息交换用汉字编码字符集基本集，代（3）汉字输入码）汉字输入码 实现汉字输入时，系统所使用的字母或数字的组合称为实现汉字输入时，系统所使用的字母或数字的组合称为汉字的汉字的输入码输入码，也称汉字外码。如：五笔输入法、，也称汉字外码。如：五笔输入法、sogo智能输入法等。智能输入法等。（4）汉字输出码）汉字输出码l 点阵字型码点阵字型码 图图1-11 汉字汉字“中中”1616位点阵字模示例位点阵字模示例（3）汉字输入码）汉字输入码 实现汉字输入时，系统所使用的字母或数实现汉字输入时，系统所使用的字母或数l 区位码区位码 国标国标GB 2312-80规定，所有的国标汉字与符号组成一个规定，所有的国标汉字与符号组成一个9494位位的方阵，在此方阵中，每一行称为一个的方阵，在此方阵中，每一行称为一个“区区”（区号为（区号为01-94)，每，每一列称为一个一列称为一个“位位”（位号为（位号为01-94)，该方阵实际组成了一共，该方阵实际组成了一共94个个区，每个区内有区，每个区内有94个位的汉字字符集，每一个汉字或符号在码表个位的汉字字符集，每一个汉字或符号在码表中都有一个唯一的位置编码叫该字符的中都有一个唯一的位置编码叫该字符的区位码区位码。3Unicode码码 Unicode即统一码，又称万国码，是一种以满足跨语言、跨平即统一码，又称万国码，是一种以满足跨语言、跨平台进行文本转换、处理的要求为目的设计的计算机字符编码。它台进行文本转换、处理的要求为目的设计的计算机字符编码。它为每种语言中的每个字符设定了统一并且唯一的二进制编码。为每种语言中的每个字符设定了统一并且唯一的二进制编码。返回本节首页返回本节首页返回本章首页返回本章首页 区位码区位码 国标国标GB 2312-80规定，所有的国标汉规定，所有的国标汉