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?shù)诙?，共五十四頁?022年，8月28日比特（bit,binarydigit縮寫）：是計算機和其他數(shù)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(shù)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(shù)。英國數(shù)學家喬治·布爾提出，也稱為布爾代數(shù)。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(nèi)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(shù)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(shù)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(zhì)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(nèi)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(jīng)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(nèi)存、cache、半導體存儲器芯片的容量均使用二進制前綴：512MB的內(nèi)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(jīng)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(jīng)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(shù)（1）不同進位制數(shù)的表示和含義（2）不同進位制數(shù)的相互轉換（3）二進制數(shù)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(shù)（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(shù)次冪（基數(shù)是10）標志：尾部加“D”或數(shù)字10或缺省

十進制數(shù)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(shù)

2種狀態(tài)，僅有0，1

逢2進一各位的權值是2的整數(shù)次冪（基數(shù)為2）標志：尾部加B或數(shù)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(shù)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(shù)次冪（基數(shù)是8）標志：尾部加Q、O或數(shù)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(shù)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(shù)次冪（基數(shù)是16）標志：尾部加H或數(shù)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(shù)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(shù)的算術運算1位二進制數(shù)的加、減法運算規(guī)則：被加數(shù)加數(shù)和進位

0000011010101101（a）加法規(guī)則被減數(shù)減數(shù)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(shù)的算術運算

2個多位二進制數(shù)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(shù)的相互轉換

熟練掌握不同進制數(shù)相互之間的轉換，在編寫程序和設計數(shù)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(shù)與二進制數(shù)之間的轉換二進制數(shù)轉換成十進制數(shù)

只要把二進制的數(shù)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(shù)整數(shù)部分除2取余,逆序，第一個余數(shù)為最低位。

例：

29.6875

11101.1011B129371421222200111余數(shù)低位高位整數(shù)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(shù)小數(shù)部分“乘2取整”,正序，第一個乘積的整數(shù)為二進制小數(shù)的最高位例：29.6875

11101.1011B小數(shù)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(shù)轉換成二進制數(shù)把每個八進制數(shù)字改寫成等值的3位二進制數(shù)即可，且保持高、低位次序不變。

16.327O=001

110.011

010

111

B八進制數(shù)二進制數(shù)八進制數(shù)二進制數(shù)

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

整數(shù)部分從低位到高位每3位用一個等值的八進制數(shù)替換，最后不足3位在高位用0補足；小數(shù)部分從高位到低位每3位用一個等值的八進制數(shù)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(shù)與二進制數(shù)間的轉換方法同八進制數(shù)與二進制數(shù)間的轉換方法類似。區(qū)別在于——二進制數(shù)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(shù)(定點數(shù))的表示（1）計算機中數(shù)的類型（2）無符號整數(shù)的表示（3）帶符號整數(shù)的表示第三十七頁，共五十四頁，2022年，8月28日

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

00000000010000000120000001030000001140000010050000010125211111100253111111012541111111025511111111······第三十九頁，共五十四頁，2022年，8月28日帶符號整數(shù)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(shù)值的大小。

--n個二進制原碼表示的帶符號整數(shù)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(shù)在計算機內(nèi)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(shù)范圍：-2n-1～2n-1-1帶符號整數(shù)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(shù)無論采用原碼還是補碼，其編碼都相同。采用補碼表示負數(shù)后，加法減法運算就可以統(tǒng)一用加法器來完成。負數(shù)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(shù)的二進制補碼可表示的數(shù)的個數(shù)比原碼多一個！8位二進制代碼無符號整數(shù)的值帶符號整數(shù)的值(原碼)帶符號整數(shù)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(shù)有多種，同一個二進制代碼表示不同類型的整數(shù)時，其含義（數(shù)值）可能不同一個代碼它到底代表哪種整數(shù)（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(shù)(浮點數(shù))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(shù)在計算機內(nèi)部都可以用“指數(shù)”（稱為“階碼”，是一個整數(shù)）和“尾數(shù)”（是一個“純小數(shù)”）來表示，這種用指數(shù)和尾數(shù)來表示實數(shù)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(shù)在計算機中可表示為：

尾數(shù)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