計(jì)算機(jī)與數(shù)字基礎(chǔ)知識(shí)(西安交通大學(xué)少年班課件)

大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)顧剛計(jì)算機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心gugang@ggu@第1章計(jì)算機(jī)與數(shù)字基礎(chǔ)知識(shí)信息概念與計(jì)算機(jī)發(fā)展馮諾依曼計(jì)算機(jī)與微機(jī)性能指標(biāo)信息在計(jì)算機(jī)種的表示圖靈機(jī)計(jì)算模型電子計(jì)算機(jī)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)信息概念與計(jì)算機(jī)發(fā)展信息是人類對(duì)客觀世界中所有事物的一種認(rèn)識(shí)信息是區(qū)別于物質(zhì)與能量的第三類資源信息就是接收者事先所不知道的報(bào)道信息是指事物之間的差異數(shù)據(jù)指能夠輸入到計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)起來(lái)且被處理的信息數(shù)值信息是數(shù)據(jù)英語(yǔ)文字信息是數(shù)據(jù)中文漢字信息是數(shù)據(jù)聲音信息是數(shù)據(jù)圖像信息是數(shù)據(jù)甲骨文信息不是數(shù)據(jù)我國(guó)一些少數(shù)民族語(yǔ)言文字信息也不是數(shù)據(jù)信息概念與計(jì)算機(jī)發(fā)展計(jì)算工具發(fā)展:算籌→算盤→機(jī)械式計(jì)算機(jī)→電子計(jì)算機(jī)猿人使用石塊、貝殼與動(dòng)物計(jì)數(shù)中國(guó)人在唐朝發(fā)明的算盤17世紀(jì)英國(guó)發(fā)明計(jì)算尺手搖和電動(dòng)計(jì)算機(jī)1946美國(guó)發(fā)明電子計(jì)算機(jī)ENIAC信息概念與計(jì)算機(jī)發(fā)展從1956年決策研制“兩彈一星”，到1964年第一顆原子彈成功爆炸，到1967年第一顆氫彈成功空爆炸，到1970年第一顆人造衛(wèi)星升空在“兩彈一星”的研制過(guò)程中，“飛魚(yú)”手搖計(jì)算機(jī)擔(dān)當(dāng)了最為關(guān)鍵的運(yùn)算工具。在此之前，計(jì)算一條飛機(jī)轟炸的曲線軌跡需費(fèi)時(shí)十日之久，啟用手搖計(jì)算機(jī)后，這一過(guò)程縮短至三、四日。信息概念與計(jì)算機(jī)發(fā)展“飛魚(yú)”計(jì)算案例：454+383+495=1332，其具體操作步驟如下：將報(bào)數(shù)器向左移足，加減鈕撳下，清除報(bào)數(shù)器上及撳數(shù)盤上剩余數(shù)字，開(kāi)始運(yùn)算。在撳數(shù)盤上看到第一個(gè)被加數(shù)為三位數(shù)字，即從第三位撳數(shù)鈕起，自左至右，依次撳下454，大搖手順搖一轉(zhuǎn)，下字碼為454，上字碼為黑色“1”。再由原位依次撳下?lián)鍞?shù)鈕383加數(shù)，大搖手順搖一轉(zhuǎn)，下字碼為837，上字碼為黑色“2”。以同法再撳下495加數(shù)，大搖手順搖一轉(zhuǎn)，下字碼出現(xiàn)1332，即為和數(shù)，上字碼黑色“3”即為次數(shù)信息概念與計(jì)算機(jī)發(fā)展

按器件劃分計(jì)算機(jī)發(fā)展經(jīng)歷五代第一代：電子管計(jì)算機(jī)第二代：晶體管計(jì)算機(jī)第三代：集成電路計(jì)算機(jī)第四代：大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)第五代：超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)信息概念與計(jì)算機(jī)發(fā)展第一代電子管計(jì)算機(jī)信息概念與計(jì)算機(jī)發(fā)展第二代晶體管計(jì)算機(jī)TRADIC晶體管計(jì)算機(jī)IBM7090型晶體管計(jì)算機(jī)信息概念與計(jì)算機(jī)發(fā)展第三代集成電路計(jì)算機(jī)CRAY-1巨型計(jì)算機(jī)DEC公司VAX系列小型機(jī)信息概念與計(jì)算機(jī)發(fā)展第四代大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)1971年IBM制造IBM370巨型計(jì)算機(jī)信息概念與計(jì)算機(jī)發(fā)展Cray-1巨型機(jī)

銀河系列機(jī)第五代超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)信息概念與計(jì)算機(jī)發(fā)展微型計(jì)算機(jī)發(fā)展從Apple到Pentium4

AppleIBMPCIBMPC/X86

Pentium4微機(jī)操作系統(tǒng)發(fā)展從CDOS到Windows2000

CDOSMS-DOSWindowsWindows95/2000/XP

VISTAUNIXLINUX

信息概念與計(jì)算機(jī)發(fā)展

IBMPC計(jì)算機(jī)例

第一臺(tái)蘋果機(jī)奔IV微機(jī)筆記本電腦信息概念與計(jì)算機(jī)發(fā)展第1章計(jì)算機(jī)與數(shù)字基礎(chǔ)知識(shí)信息概念與計(jì)算機(jī)發(fā)展馮諾依曼計(jì)算機(jī)與微機(jī)性能指標(biāo)信息在計(jì)算機(jī)種的表示圖靈機(jī)計(jì)算模型電子計(jì)算機(jī)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)早期計(jì)算機(jī)奠基人首次提出程序存儲(chǔ)概念設(shè)計(jì)形成早期計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)目前計(jì)算機(jī)基本上仍采用馮·諾依曼

馮.諾依曼計(jì)算機(jī)及微機(jī)性能指標(biāo)

計(jì)算機(jī)采用二進(jìn)制碼存儲(chǔ)與處理在內(nèi)存中存儲(chǔ)程序與數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)由五大部件組成輸入設(shè)備存儲(chǔ)器輸出設(shè)備運(yùn)算器控制器程序/數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)程序/數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)指令地址命令命令狀態(tài)命令/響應(yīng)請(qǐng)求/狀態(tài)請(qǐng)求/狀態(tài)命令/響應(yīng)圖2.1馮·諾依曼結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)馮.諾依曼計(jì)算機(jī)及微機(jī)性能指標(biāo)存儲(chǔ)器：存儲(chǔ)各種信息的部件儲(chǔ)存最小單位是BIT一次存入或取出的二進(jìn)制位數(shù)構(gòu)成存儲(chǔ)單元每個(gè)存儲(chǔ)單元又稱機(jī)器字，其二進(jìn)制位數(shù)稱字長(zhǎng)每個(gè)存儲(chǔ)單元的編號(hào)稱為存儲(chǔ)地址任何程序運(yùn)行要先存放到存儲(chǔ)器中運(yùn)算器：進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的部件主要是由算術(shù)加法器和邏輯運(yùn)算部件構(gòu)成減法、乘法、除法都?xì)w結(jié)為加法馮.諾依曼計(jì)算機(jī)及微機(jī)性能指標(biāo)控制器：控制指揮所有部件協(xié)調(diào)工作的部件指令：讓計(jì)算機(jī)工作的命令指令由操作碼和操作數(shù)構(gòu)成程序：完成某項(xiàng)任務(wù)的指令集合輸入設(shè)備：輸入信息到計(jì)算機(jī)內(nèi)部，轉(zhuǎn)換信息主要由紙帶機(jī)和控制面板上的開(kāi)關(guān)構(gòu)成輸出設(shè)備：將計(jì)算機(jī)內(nèi)部的信息輸出出來(lái)主要由打印機(jī)和控制面板上的指示燈構(gòu)成馮.諾依曼計(jì)算機(jī)及微機(jī)性能指標(biāo)Cray-1巨型機(jī)

銀河-1向量機(jī)計(jì)算機(jī)內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)示意圖馮.諾依曼計(jì)算機(jī)及微機(jī)性能指標(biāo)輸入設(shè)備鍵盤鼠標(biāo)話筒U盤、移動(dòng)盤掃描儀數(shù)碼相機(jī)攝像機(jī)……內(nèi)存儲(chǔ)器輸出設(shè)備顯示器打印機(jī)硬盤光盤音箱數(shù)碼相機(jī)攝像機(jī)……中央處理器CPU運(yùn)算器控制器程序數(shù)據(jù)結(jié)果數(shù)據(jù)控制命令信號(hào)控制命令信號(hào)地址指令數(shù)據(jù)輸入輸出設(shè)備硬盤光盤刻錄機(jī)數(shù)碼相機(jī)攝像機(jī)……馮.諾依曼計(jì)算機(jī)及微機(jī)性能指標(biāo)程序控制示意圖中央處理器運(yùn)算器控制器程序存儲(chǔ)器程序程序程序程序程序程序程序指令指令指令指令指令指令指令CPU性能指標(biāo)主頻：指CPU集成電路中的時(shí)鐘頻率，主頻使用的單位為Hz，還有MHz和GHz。通常所說(shuō)的計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度是指計(jì)算機(jī)在每秒鐘所能執(zhí)行的指令條數(shù)，即CPU在單位時(shí)間內(nèi)平均“運(yùn)行”的次數(shù)字長(zhǎng)：指計(jì)算機(jī)的內(nèi)存儲(chǔ)器或寄存器存儲(chǔ)一個(gè)字的位數(shù)。字長(zhǎng)越長(zhǎng),用來(lái)表示數(shù)字的有效數(shù)位就越多。目前CPU字長(zhǎng)已經(jīng)達(dá)到64位高速緩存：匹配CPU和內(nèi)存儲(chǔ)器之間的速度的存儲(chǔ)器，如32MB內(nèi)核：指在一個(gè)處理器上集成多個(gè)運(yùn)算核心，現(xiàn)代的微處理器芯片中同時(shí)具有兩個(gè)或兩個(gè)以上的微處理器內(nèi)核，例如有雙核、四核或八核等，稱為多核處理器馮.諾依曼計(jì)算機(jī)及微機(jī)性能指標(biāo)內(nèi)存儲(chǔ)器性能指標(biāo)存儲(chǔ)容量：表示內(nèi)存中所含的內(nèi)存單元數(shù)量，微機(jī)內(nèi)存單元一般以字節(jié)為單位。目前微機(jī)標(biāo)配8G存取速度：可用“存取時(shí)間”和“存取周期”這兩個(gè)時(shí)間參數(shù)來(lái)衡量存取時(shí)間是從CPU送出存儲(chǔ)器地址到存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)操作完成所經(jīng)歷的時(shí)間。存取時(shí)間越短，存取速度就越快存取周期是指連續(xù)啟動(dòng)兩次獨(dú)立的存儲(chǔ)器操作所需的最小時(shí)間間隔。以納秒(ns)為單位。目前大多數(shù)SDRAM內(nèi)存芯片的存取時(shí)間為5、6、7、8或10ns。馮.諾依曼計(jì)算機(jī)及微機(jī)性能指標(biāo)高速緩沖存儲(chǔ)器性能指標(biāo)隨著CPU主頻的不斷提高，對(duì)內(nèi)存的存取速度更快了，而內(nèi)存的響應(yīng)速度達(dá)不到CPU的速度，這樣，它們之間就存在速度上的不匹配，為了協(xié)調(diào)兩者之間的速度差別，在這兩者之間采用了高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）技術(shù)Cache存儲(chǔ)器采用雙極型靜態(tài)RAM，它的訪問(wèn)速度是DRAM的10倍左右，但容量相對(duì)內(nèi)存要小得多，一般是128KB、256KB或512KB。Cache分為兩種，在CPU內(nèi)部的Cache（L1Cache）和CPU外部的Cache（L2Cache）L1Cache稱為一級(jí)Cache，是集成在CPU內(nèi)部的，一般容量較小L2Cache稱為二級(jí)Cache，是在系統(tǒng)板上的Cache，在Pentium芯片中L2Cache是和CPU封裝在一起的。馮.諾依曼計(jì)算機(jī)及微機(jī)性能指標(biāo)硬盤的主要性能指標(biāo)硬盤的速度一般用“轉(zhuǎn)速”來(lái)衡量，轉(zhuǎn)速?zèng)Q定了硬盤內(nèi)部的傳輸率。轉(zhuǎn)速越快，盤面與磁頭之間的相對(duì)速度就越大，單位時(shí)間內(nèi)讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)就越多，因此硬盤讀寫(xiě)速度越高。目前硬盤的轉(zhuǎn)速為7200r/min轉(zhuǎn)、10000r/min和15

000r/min等硬盤容量在80GB~1024GB（即1TB），容量計(jì)算公式：硬盤容量=磁頭數(shù)×磁道數(shù)×扇區(qū)數(shù)×512B硬盤的接口主要有IDE、PATA、SATA和SCSI。SATA接口即串行ATA接口（SerialATA），它采用串行方式傳送數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)傳輸速度是普通IDE硬盤的幾倍SCSI硬盤的CPU占用率較低，數(shù)據(jù)傳輸速度快，但價(jià)格較高，一般用于服務(wù)器等高檔計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中。馮.諾依曼計(jì)算機(jī)及微機(jī)性能指標(biāo)光盤的性能指標(biāo)光驅(qū)的技術(shù)指標(biāo)通常有數(shù)據(jù)傳輸率和讀取時(shí)間。在光驅(qū)中將150KB/s的數(shù)據(jù)傳輸率稱為單倍速，記為“1X”，數(shù)據(jù)傳輸率為300KB/s的CD-ROM驅(qū)動(dòng)器稱為2倍速光驅(qū)，記為“2X”，依次類推。常見(jiàn)的光驅(qū)速度有“36X”、“40X”、“50X”等。讀取時(shí)間是指CD-ROM驅(qū)動(dòng)器接收到命令后，移動(dòng)光頭到指定位置，并把第一個(gè)數(shù)據(jù)讀入CD-ROM驅(qū)動(dòng)器的緩沖存儲(chǔ)器這個(gè)過(guò)程所花費(fèi)的時(shí)間。目前，CD-ROM驅(qū)動(dòng)器的讀取時(shí)間一般在200-400ms。光盤容量與光盤類型相適應(yīng)，如單個(gè)DVD數(shù)字視盤（DigitalVideoDisc或DigitalVersatileDisk）DVD盤片上能存放4.7-17.7GB的數(shù)據(jù)。馮.諾依曼計(jì)算機(jī)及微機(jī)性能指標(biāo)顯示器的性能指標(biāo)顯示器的尺寸：是用顯示屏幕的對(duì)角線來(lái)度量的，常用的有15英寸、17英寸和19英寸等像素（Pixel）：是指屏幕上獨(dú)立顯示的點(diǎn)；縱橫比：是指屏幕長(zhǎng)度和寬度的比例，CRT顯示器通常都是4：3的，對(duì)于LCD顯示器，以前使用4：3的比較多，最近這些年來(lái)16：9或16：10的所謂“寬屏”屏幕使用得越來(lái)越多；分辨率：指整個(gè)屏幕上水平方向和垂直方向上最大的像素個(gè)數(shù)，一般用水平方向像素?cái)?shù)×垂直方向像素?cái)?shù)來(lái)表示，例如分辨率有640×480、800×600、1024×768和1280×1024等馮.諾依曼計(jì)算機(jī)及微機(jī)性能指標(biāo)打印機(jī)性能指標(biāo)分辨率：分辨率用DPI表示，即每英寸打印的點(diǎn)數(shù)，它是衡量打印質(zhì)量的重要指標(biāo)。針式打印機(jī)的分辨率較低，一般為180DPI-360DPI，噴墨打印機(jī)分辨率一般為300DPI-1440DPI，激光打印機(jī)的分辨率為300DPI-2880DPI。打印速度：針式打印機(jī)的速度用每秒打印字符數(shù)CPS表示，針式打印機(jī)的打印速度由于受機(jī)械運(yùn)動(dòng)的影響，在印刷體方式下一般不超過(guò)100CPS，在草稿方式下可以達(dá)到200CPS。噴墨打印機(jī)和激光打印機(jī)都屬于頁(yè)式打印機(jī)，打印速度以每分鐘打印頁(yè)數(shù)（PPM）表示，一般在幾個(gè)PPM到幾十PPM之間。打印幅面：對(duì)針式打印機(jī)，規(guī)格有兩種：80列和132列即每行可打印80個(gè)或132個(gè)字符，對(duì)非擊打式打印機(jī)，幅面一般為A4、A3和B4。馮.諾依曼計(jì)算機(jī)及微機(jī)性能指標(biāo)信息概念與計(jì)算機(jī)發(fā)展馮諾依曼計(jì)算機(jī)與微機(jī)性能指標(biāo)信息在計(jì)算機(jī)種的表示圖靈機(jī)計(jì)算模型電子計(jì)算機(jī)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)第1章計(jì)算機(jī)與數(shù)字基礎(chǔ)知識(shí)

未來(lái)計(jì)算機(jī)向4個(gè)方向發(fā)展巨型化微型化網(wǎng)絡(luò)化智能化電子計(jì)算機(jī)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

不是指體積的巨型化而是指運(yùn)算速度更快（10億次/每秒以上）存儲(chǔ)容量更高（海量存儲(chǔ)）多CPU并行計(jì)算豐富的應(yīng)用軟件包我國(guó)巨型計(jì)算機(jī)技術(shù)研究居第三位下面是銀河II型巨型計(jì)算機(jī)（10億次/每秒）電子計(jì)算機(jī)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

不單純指體積的微型化而是指使用方便，人性化系統(tǒng)服務(wù)功能微處理器集成度更高

INTEL4004是2300個(gè)晶體管，奔4是4.2億個(gè)晶體管運(yùn)算速度和存儲(chǔ)容量較高下面是臺(tái)式、筆記本和掌上型電腦電子計(jì)算機(jī)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

網(wǎng)絡(luò)化有兩層含義：一是指多臺(tái)計(jì)算機(jī)連接在一起，稱為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)二是指單臺(tái)計(jì)算機(jī)具有強(qiáng)大上網(wǎng)功能，稱為網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)NPC電子計(jì)算機(jī)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)智能機(jī)器人裝配深藍(lán)之父許峰雄

智能化指計(jì)算機(jī)模擬人類的智能：感知能力：聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)、語(yǔ)音說(shuō)話、嗅覺(jué)、觸覺(jué)、味覺(jué)等思維能力：邏輯推理、定理證明、學(xué)習(xí)等行動(dòng)能力：四肢行為能力，走路，拿東西等機(jī)器人爬繩電子計(jì)算機(jī)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)光計(jì)算機(jī)（三大優(yōu)勢(shì)：速度、無(wú)感應(yīng)、無(wú)線電傳輸）生物計(jì)算機(jī)（仿生物傳輸和存儲(chǔ)信號(hào)功能：并行處理、分布存儲(chǔ)）分子計(jì)算機(jī)（分子元器件：進(jìn)一步微型化）量子計(jì)算機(jī)（處理、傳輸和存儲(chǔ)信息低功耗、高速度）？你希望未來(lái)計(jì)算機(jī)是什么樣（或者說(shuō)有什么憧憬）電子計(jì)算機(jī)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)計(jì)算機(jī)已在工、農(nóng)、商業(yè)、國(guó)防、教育等領(lǐng)域加以應(yīng)用計(jì)算機(jī)無(wú)所不在，即插即用，所見(jiàn)即所得Ittakes38yearsforBroadcastlistenersupto50millions(since1900s)Ittakes14yearsforTVaudienceupto50millions(since1920s)Ittakes4yearsforInternetuserupto50millions(since1993)電子計(jì)算機(jī)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)信息概念與計(jì)算機(jī)發(fā)展馮諾依曼計(jì)算機(jī)與微機(jī)性能指標(biāo)信息在計(jì)算機(jī)種的表示圖靈機(jī)計(jì)算模型電子計(jì)算機(jī)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)第1章計(jì)算機(jī)與數(shù)字基礎(chǔ)知識(shí)

數(shù)值信息英文信息中文漢字信息圖像信息聲音信息信息在計(jì)算機(jī)中的表示

信息表示的準(zhǔn)則計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器只能存儲(chǔ)識(shí)別0和1，bit客觀世界存在的任何信息（數(shù)值信息、文字信息、聲音信息、圖像信息、視頻信息）必須轉(zhuǎn)換為0和1組成的編碼在計(jì)算機(jī)內(nèi)部，信息只有經(jīng)過(guò)數(shù)字化編碼后才能表示、存放和傳遞當(dāng)今世界正處于bit時(shí)代信息在計(jì)算機(jī)中的表示日常生活中人們采用十進(jìn)制數(shù)顯然十進(jìn)制數(shù)必須轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù)的特點(diǎn)：共有0、1、……9十個(gè)數(shù)字符號(hào)，逢十進(jìn)一二進(jìn)制數(shù)的特點(diǎn)：共有0和1兩個(gè)數(shù)字符號(hào)，逢二進(jìn)一存儲(chǔ)+110110.01和-101011011.0101方式如下：01101100111010110110101100000010101101101010000000000000011011001000000信息在計(jì)算機(jī)中的表示十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制整數(shù)：除2取余，直至為0信息在計(jì)算機(jī)中的表示例如：(35)十=(100011)二0124817352100011除數(shù)余數(shù)商2351

低位217128024020

高位10.6875×2=1.375整數(shù)1

0.375×2=0.75整數(shù)00.75×2=1.5整數(shù)10.5×2=1.0整數(shù)1高位低位信息在計(jì)算機(jī)中的表示十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制小數(shù)：乘2取整，直至為0例如：(0.6875)十=(0.1011)二0.68750.3750.750.50

101102乘數(shù)小數(shù)取整100011.101=1×25+0×24+0×23+0×22+1×21+1×20+1×2-1+0×2-2+1×2-3

=32+0+0+0+2+1+0.5+0+0.125=35.625信息在計(jì)算機(jī)中的表示二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)：按權(quán)展開(kāi)計(jì)算十六進(jìn)制數(shù)特點(diǎn)：共有0、1、2、……、15個(gè)數(shù)字，逢十六進(jìn)一

10、11、12、13、14、15分別用A、B、C、D、E、F表示二進(jìn)制轉(zhuǎn)十六進(jìn)制：以小數(shù)點(diǎn)為起點(diǎn)向兩邊四位一轉(zhuǎn)換（四縮一）十六進(jìn)制轉(zhuǎn)二進(jìn)制：一位變四位例如：101010010101000111.1010111101

2A547.AF15AF4.0010101101011110100.000000000001結(jié)論:十進(jìn)制先轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制,再轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制,加快轉(zhuǎn)換速度!？十進(jìn)制如何轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制呢？八進(jìn)制呢信息在計(jì)算機(jī)中的表示*六個(gè)特殊數(shù)量的簡(jiǎn)稱與表示1b=一個(gè)二進(jìn)制位，bit1B=8個(gè)二進(jìn)制位,byte1K=1024=2101M=1024K=1024x1024=2201G=1024M=1024x1024K=1024x1024x1024=230

1T=1024G=1024x1024x1024x1024=240信息在計(jì)算機(jī)中的表示

英文信息如何表示呢？英文文章→句子→短語(yǔ)→單詞→字母+標(biāo)點(diǎn)符號(hào)英文字母與標(biāo)點(diǎn)符號(hào)符號(hào)表示的思路:

將所有英文大小寫(xiě)字母用若干位二進(jìn)制數(shù)來(lái)表示大寫(xiě)字母26個(gè)可以用5位二進(jìn)制例如：00001表示A，00010表示B

大小寫(xiě)字母需要多少位呢？加上阿拉伯?dāng)?shù)字以及+-*/等標(biāo)點(diǎn)符號(hào)需要多少位？如果各行其是，編碼方式太多，無(wú)法進(jìn)行信息交換共享國(guó)際組織將所有符號(hào)統(tǒng)一編碼來(lái)表示

信息在計(jì)算機(jī)中的表示

ASCII碼是美國(guó)信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼，已被國(guó)際公認(rèn)采用

ASCII碼采用7位二進(jìn)制碼表示128個(gè)符號(hào)

1000001表示字母A，1100001表示字母a，0111001表示數(shù)字9

我的英文名稱GuGang如何表示？

ExtendedASCII(ANSI美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì))采用8位二進(jìn)制碼表示256個(gè)符號(hào)，即一個(gè)byte信息在計(jì)算機(jī)中的表示

練習(xí)題目：俄文字母33個(gè)，10元音，21輔音，2無(wú)音，需多少位АаБбВвГгДдЕеЁёЖжЗзИиЙйКкЛлМм

НнОоПпРрСсТтУуФфХхЦцЧчШшЩщъЫыьЭэЮюЯя希臘字母24個(gè)，需多少位表示公元日期信息需要多少二進(jìn)制位提示：年：月：日表示時(shí)間信息需要多少二進(jìn)制位提示：時(shí)：分：秒信息在計(jì)算機(jī)中的表示中文信息如何表示呢中文文章→句子→短語(yǔ)→漢字+標(biāo)點(diǎn)符號(hào)中文漢字有多少呢？常用有多少？如果常用漢字7000個(gè)用多少二進(jìn)制位數(shù)呢？必須采用兩個(gè)BYTE字節(jié)國(guó)標(biāo)碼是我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化組織制定的漢字信息交換的編碼目前采用的國(guó)標(biāo)碼是GB2312-80編碼方式是雙字節(jié)的低7位二進(jìn)制位，可表示214=16384個(gè)漢字實(shí)際上表示了6763個(gè)常用漢字，682個(gè)非漢字符號(hào)信息在計(jì)算機(jī)中的表示信息在計(jì)算機(jī)中的表示我國(guó)在1980年制定了《信息交換用漢字編碼字符集·基本集》作為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB2312-80編碼字符集，稱為國(guó)標(biāo)碼例如，漢字“中國(guó)”在兩個(gè)字節(jié)中的存放為：中5650H國(guó)397AH01010110

01010000

00111001

01111100

如果直接存儲(chǔ)國(guó)標(biāo)碼行不行呢？ASCII碼規(guī)定56H是V，50H是P，顯然表示有沖突解決國(guó)標(biāo)碼與ASCII碼沖突問(wèn)題方法如下：在存儲(chǔ)時(shí)將國(guó)標(biāo)碼雙字節(jié)高位都置1，形成機(jī)內(nèi)碼信息在計(jì)算機(jī)中的表示中E6E0H國(guó)B9FAH11010110

11010000

10111001

11111100

0001000010000001

1

國(guó)標(biāo)碼第一字節(jié)1

國(guó)標(biāo)碼第二字節(jié)00000001

10010000啊國(guó)標(biāo)碼解決了漢字編碼問(wèn)題機(jī)內(nèi)碼解決了漢字存儲(chǔ)問(wèn)題但在計(jì)算機(jī)中處理漢字過(guò)程，還要解決漢字輸入問(wèn)題輸入英語(yǔ)26個(gè)字母，可以通過(guò)鍵盤上的鍵字來(lái)實(shí)現(xiàn)成千上萬(wàn)個(gè)漢字不可能放在一個(gè)鍵盤上必須要借助鍵盤上有限的鍵字輸入漢字拼音是一種輸入方法，同音字取序號(hào)，形成漢字輸入碼部首也是一種輸入方法，形成另一種漢字輸入碼還要將各種不同類型輸入方法進(jìn)行編碼，稱輸入碼如用拼音輸入“顧”，編碼gu9，輸入“剛”，編碼gang1信息在計(jì)算機(jī)中的表示輸入碼解決了漢字輸入問(wèn)題但計(jì)算機(jī)還要輸出各種字體(形狀)的漢字因此漢字輸出如何編碼？形成漢字輸出碼，又稱字形碼例如漢字“來(lái)”，采用16×16點(diǎn)陣形狀表示如下：信息在計(jì)算機(jī)中的表示■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■0000000000000000000000011000000000111111111111000001000110001000000010011001000000000101101000000111111111111110000000011000000000000011100000000000010111000000000010011010000000010001100100000010000110001000010000011000010000000001100000000000000000000000信息在計(jì)算機(jī)中的表示字形碼是以點(diǎn)陣的形式“畫(huà)”出漢字字形的代碼將這些點(diǎn)陣代碼存放在計(jì)算機(jī)中形成漢字點(diǎn)陣字庫(kù)顯然漢字字形點(diǎn)陣的行和列分得越多，描繪的漢字也就越逼真常用的漢字字形點(diǎn)陣有16×16、24×24、32×32、64×64、96×96、128×128、256×256點(diǎn)陣等漢字字形點(diǎn)陣中每個(gè)點(diǎn)的信息用一位二進(jìn)制碼來(lái)表示對(duì)于16×16點(diǎn)陣的漢字字形碼，需要用32個(gè)字節(jié)(16×16÷8=32）表示。24×24點(diǎn)陣的漢字需72個(gè)字節(jié)表示精密型4848288提高型3232128普及型242472簡(jiǎn)易型161632漢字點(diǎn)陣類型點(diǎn)陣占用字節(jié)數(shù)字體外碼：鍵盤輸入碼內(nèi)碼：機(jī)內(nèi)碼UNICODE編碼符號(hào)6811個(gè)漢字20902個(gè)韓文拼音11172個(gè)造字區(qū)6400個(gè)保留20249個(gè)

總計(jì)65534個(gè)信息在計(jì)算機(jī)中的表示漢字處理過(guò)程中各種編碼之間的關(guān)系，如下圖所示自動(dòng)轉(zhuǎn)換字節(jié)最高位置“1”轉(zhuǎn)換（調(diào)用漢字字庫(kù)）信息在計(jì)算機(jī)中的表示信息在計(jì)算機(jī)中的表示聲音信息如何表示？大腦對(duì)聲波的感知就是聲音聲波是物體在空氣中的振動(dòng)，可看成連續(xù)量的平滑曲線對(duì)波形進(jìn)行數(shù)字化，將其劃分成垂直的段，稱為取樣（30個(gè)/秒）每個(gè)樣本的高度被轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)保存圖像信息如何表示？類似漢字輸出字形碼將圖像平面有規(guī)律地劃分為小方塊，當(dāng)行列數(shù)較大時(shí)，小方塊成為小圓點(diǎn)每個(gè)小圓點(diǎn)由行號(hào)、列號(hào)、顏色的二進(jìn)制編碼信息在計(jì)算機(jī)中的表示行號(hào)：12列號(hào)：29顏色：灰白結(jié)論信息在計(jì)算機(jī)中如何表示就是信息數(shù)字化數(shù)字化根本原因在于計(jì)算機(jī)只能存儲(chǔ)0和1“bit”

可表達(dá)各種信息形式人能接受的信息：文字、聲音、圖形、圖像、視頻觸覺(jué)？嗅覺(jué)？味覺(jué)？“atom”是萬(wàn)物最基本的組成“bit”

就是信息領(lǐng)域中的atom，信息統(tǒng)一于數(shù)字信息處理的高效是數(shù)字化的最終目的物質(zhì)與信息的價(jià)值特點(diǎn)：物質(zhì)以稀為貴，信息以廣為貴信息在計(jì)算機(jī)中的表示信息概念與計(jì)算機(jī)發(fā)展馮諾依曼計(jì)算機(jī)與微機(jī)性能指標(biāo)信息在計(jì)算機(jī)種的表示圖靈機(jī)計(jì)算模型電子計(jì)算機(jī)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)第1章計(jì)算機(jī)與數(shù)字基礎(chǔ)知識(shí)阿蘭·麥席森·圖靈

AlanMathisonTuring1912年–1954年英國(guó)著名的數(shù)學(xué)家和邏輯學(xué)家計(jì)算機(jī)科學(xué)之父、人工智能之父

1931年圖靈考入劍橋大學(xué)國(guó)王學(xué)院研究量子力學(xué)、概率論和邏輯學(xué)大學(xué)畢業(yè)去美國(guó)普林斯頓大學(xué)攻讀博士學(xué)位圖靈機(jī)計(jì)算模型在他短暫的生涯中，圖靈在量子力學(xué)、數(shù)理邏輯、生物學(xué)、化學(xué)方面都有深入的研究在晚年還開(kāi)創(chuàng)了一門新學(xué)科：非線性力學(xué)24歲提出圖靈機(jī)理論28歲研究密碼理論，研制出“破譯機(jī)”31歲參與COLOSSUS（巨型計(jì)算機(jī)）的研制33歲設(shè)想仿真系統(tǒng)35歲提出自動(dòng)程序設(shè)計(jì)概念38歲設(shè)計(jì)"圖靈測(cè)驗(yàn)"圖靈機(jī)計(jì)算模型德國(guó)有一個(gè)名為“Enigma”(謎)的通信密碼機(jī),破譯高手們絞盡腦汁也難以破解圖靈率領(lǐng)著大約200多名精干人員進(jìn)行密碼分析分析和計(jì)算工作非常復(fù)雜,26個(gè)字母在“Enigma”機(jī)中能替代8萬(wàn)億個(gè)謎文字母。如果改動(dòng)接線,變化會(huì)超過(guò)2.5千萬(wàn)億億最后多虧波蘭同行們提供了一臺(tái)真正的“Enigma”,圖靈才憑借著他的天才設(shè)想設(shè)計(jì)出一種破譯機(jī)。它被圖靈戲稱為“羅賓遜”，至今沒(méi)人能搞懂圖靈究竟如何指揮它工作。但"羅賓遜"的確神通廣大，在它的密報(bào)下，德國(guó)飛機(jī)一再落入圈套，死無(wú)葬身之地。圖靈機(jī)計(jì)算模型他發(fā)表了《機(jī)器能思考嗎?》的論文這篇文章為圖靈贏得了“人工智能之父”桂冠在這篇論文里,圖靈首次提出“機(jī)器思維”的概念他反駁了機(jī)器不能思維的論調(diào),做出了肯定的回答他還對(duì)智能問(wèn)題從行為主義的角度給出了定義他提出一假想:即一個(gè)人在不接觸對(duì)方的情況下,通過(guò)一種特殊的方式,和對(duì)方進(jìn)行一系列的問(wèn)答,如果在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi),他無(wú)法根據(jù)這些問(wèn)題判斷對(duì)方是人還是計(jì)算機(jī),那么,就可以認(rèn)為這個(gè)計(jì)算機(jī)具有同人相當(dāng)?shù)闹橇?即這臺(tái)計(jì)算機(jī)是能思維的。這就是著名的"圖靈測(cè)試"(TuringTesting)圖靈機(jī)計(jì)算模型“圖靈（Turing）獎(jiǎng)”它是美國(guó)計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)（ACM，AssociationforComputerMachinery）于1966年設(shè)立的專門獎(jiǎng)勵(lì)那些對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)研究與推動(dòng)計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展有卓越貢獻(xiàn)的杰出科學(xué)家設(shè)立的初衷是因?yàn)橛?jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，尤其到20世紀(jì)60年代，其已成為一個(gè)獨(dú)立的有影響的學(xué)科，信息產(chǎn)業(yè)亦逐步形成但在這一產(chǎn)業(yè)中卻一直沒(méi)有一項(xiàng)類似“諾貝爾”、“普利策”等的獎(jiǎng)項(xiàng)來(lái)促進(jìn)該學(xué)科的進(jìn)一步發(fā)展截止至2005年，獲此殊榮的華人僅有一位，他是2000年圖靈獎(jiǎng)得主姚期智

圖靈機(jī)計(jì)算模型1936年，圖靈向倫敦權(quán)威的數(shù)學(xué)雜志投了一篇論文，題為“論數(shù)字計(jì)算在決斷難題中的應(yīng)用”在這篇開(kāi)創(chuàng)性的論文中,圖靈給“可計(jì)算性”下了一個(gè)嚴(yán)格的數(shù)學(xué)定義，并提出著名的圖靈機(jī)“(TuringMachine)的設(shè)想?！皥D靈機(jī)”不是一種具體的機(jī)器，而是一種思想模型可制造一種十分簡(jiǎn)單但運(yùn)算能力極強(qiáng)的計(jì)算裝置，用來(lái)計(jì)算所有能想像得到的可計(jì)算函數(shù)圖靈機(jī)計(jì)算模型圖靈假想機(jī)器由下列部分構(gòu)成一條無(wú)限長(zhǎng)的紙帶

TAPE一個(gè)讀寫(xiě)頭

HEAD一套控制規(guī)則

TABLE一個(gè)狀態(tài)寄存器注意這個(gè)機(jī)器的每一部分都是有限的，但它有一個(gè)潛在的無(wú)限長(zhǎng)的紙帶，因此這種機(jī)器只是一個(gè)理想的設(shè)備圖靈認(rèn)為這樣的一臺(tái)機(jī)器就能模擬人類所能進(jìn)行的任何計(jì)算過(guò)程圖靈機(jī)計(jì)算模型模擬近視眼、不吃飯昆蟲(chóng)“爬行”的圖靈機(jī)昆蟲(chóng)看到的信息集合：黑色、白色昆蟲(chóng)的動(dòng)作集合：前移、后移、涂黑、涂白規(guī)則集合：①黑色|前移；②白色|涂黑假設(shè)紙帶的信息是“黑黑白白黑”，昆蟲(chóng)行動(dòng)如下：第一步：小蟲(chóng)在最左邊的方格，根據(jù)規(guī)則一，讀入黑色應(yīng)該前移。第二步：仍然讀入黑，根據(jù)規(guī)則一，前移。第三步：這個(gè)時(shí)候讀入的是白色，根據(jù)規(guī)則二，應(yīng)該把這個(gè)方格涂黑，而沒(méi)有其他的動(dòng)作。第四步：當(dāng)前方格已經(jīng)是黑色的，因此小蟲(chóng)讀入黑色方格，前移。第五步：讀入白色，涂黑方格，原地不動(dòng)。第六步：當(dāng)前的方格已經(jīng)被涂黑，繼續(xù)前移。第七步：讀入黑色，前移昆蟲(chóng)在紙帶上不斷前進(jìn)，并將紙帶全部涂黑圖靈機(jī)計(jì)算模型圖靈機(jī)計(jì)算模型模擬近視眼、能吃飯昆蟲(chóng)“爬行”的圖靈機(jī)昆蟲(chóng)看到的信息集合：黑色、白色昆蟲(chóng)的動(dòng)作集合：前移、后移、涂黑、涂白昆蟲(chóng)內(nèi)部狀態(tài)集合：吃飽、饑餓規(guī)則集合：①黑色、饑餓|涂白、吃飽；②黑色、吃飽|后移、饑餓；③白色、饑餓|圖黑、饑餓；④白色、吃飽|后移、吃飽假設(shè)紙帶的信息是“黑黑白白黑”，昆蟲(chóng)行動(dòng)如下：第二步：當(dāng)前的方格變成了白色，因而讀入白色，而當(dāng)前的狀態(tài)是吃飽狀態(tài)，那么根據(jù)規(guī)則四前移，仍然是吃飽狀態(tài)；第三步：讀入白色，當(dāng)前狀態(tài)是吃飽，因而會(huì)重復(fù)第二步的動(dòng)作。第四步：仍然重復(fù)上次的動(dòng)作。第五步：讀入黑色，當(dāng)前狀態(tài)是吃飽，這時(shí)候根據(jù)程序的第二行應(yīng)該后移方格，并轉(zhuǎn)入饑餓狀態(tài)；第六步：讀入白色，當(dāng)前饑餓狀態(tài)，根據(jù)程序第三行應(yīng)該涂黑，并保持饑餓狀態(tài)（各位注意，這位小蟲(chóng)似乎自己吐出了食物?。坏谄卟?，讀入黑色，當(dāng)前饑餓，于是把方格涂白，并轉(zhuǎn)入吃飽狀態(tài)（呵呵，小蟲(chóng)把剛剛自己吐出來(lái)的東西又吃掉了?。?。第八步，讀入白色，當(dāng)前吃飽，于是前移，保持吃保狀態(tài)。昆蟲(chóng)在紙帶上不斷前進(jìn)，直到最后一個(gè)黑色圖靈機(jī)的形式化描述：一臺(tái)圖靈機(jī)是一個(gè)七元組，{Q，Σ，Γ，δ，q0,qaccept,qreject}，其中Q，Σ，Γ都是有限集合，且滿足：Q是狀態(tài)集合；Σ是輸入字母表，其中不包含特殊的空白符□；Γ是帶字母表，其中□∈Γ且Σ∈Γ；δ：Q×「→Q×Γ×{L,R}是轉(zhuǎn)移函數(shù)，其中L,R表示讀寫(xiě)頭是向左移還是向右移；q0∈Q是起始狀態(tài)；qaccept是接受狀態(tài)。qreject是拒絕狀態(tài)，且。qreject≠qaccept圖靈機(jī)計(jì)算模型設(shè)計(jì)兩位二進(jìn)制加法器的圖靈機(jī)輸入字符集合：0、1、+紙帶字符集合：0、1、+、=、.、空白符狀態(tài)