第1章計(jì)算機(jī)信息技術(shù)概述-xbf

第一章計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)概述本章主要內(nèi)容引言：什么是計(jì)算機(jī)？引言：什么是計(jì)算機(jī)？計(jì)算機(jī)的英文名稱(chēng)是computer，但計(jì)算機(jī)不是計(jì)算器，其功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)計(jì)算功能。當(dāng)今社會(huì)，計(jì)算機(jī)已經(jīng)走進(jìn)了萬(wàn)家億戶,計(jì)算機(jī)幾乎無(wú)所不能，無(wú)孔不入，各行各業(yè)離不開(kāi)計(jì)算機(jī)，學(xué)習(xí)生活?yuàn)蕵?lè)離不開(kāi)計(jì)算機(jī)，難怪我們給計(jì)算機(jī)一個(gè)非常形象的稱(chēng)謂——“電腦”?？墒?，計(jì)算機(jī)究竟是什么？它都能做些什么呢？引言：什么是計(jì)算機(jī)？計(jì)算機(jī)不是圖書(shū)館，卻能讓我們博覽群書(shū)引言：什么是計(jì)算機(jī)？計(jì)算機(jī)不是報(bào)紙，卻能讓我們飽覽全國(guó)各地報(bào)紙引言：什么是計(jì)算機(jī)？計(jì)算機(jī)不是商場(chǎng)，卻能讓我們足不出戶，就能貨比百家，買(mǎi)到心儀的商品。引言：什么是計(jì)算機(jī)？計(jì)算機(jī)不是電視機(jī)，卻能讓我們隨時(shí)隨地觀看自己喜愛(ài)的節(jié)目。引言：什么是計(jì)算機(jī)？計(jì)算機(jī)不是郵局，卻能幫我們快速地傳遞郵件和賀卡。引言：什么是計(jì)算機(jī)？計(jì)算機(jī)能做的事還有很多很多……計(jì)算機(jī)可以用于辦公自動(dòng)化、生產(chǎn)控制、信息管理、瀏覽新聞、查閱學(xué)習(xí)資料和百科知識(shí)、創(chuàng)作動(dòng)畫(huà)視頻、開(kāi)發(fā)軟件、下載資料、美化相片、聽(tīng)歌、聽(tīng)收音機(jī)、看電影電視、購(gòu)物、看報(bào)紙、和朋友聊天、發(fā)電子郵件、發(fā)手機(jī)短消息、游戲娛樂(lè)等等，集電視機(jī)、收音機(jī)、影碟機(jī)、電話機(jī)、錄音機(jī)等多種電器于一體，可謂神通廣大，老少皆宜。計(jì)算機(jī)究竟是什么？計(jì)算機(jī)實(shí)際上只是一種電子設(shè)備，是一種能夠高速地、自動(dòng)地進(jìn)行信息處理的電子設(shè)備。從本質(zhì)上講，計(jì)算機(jī)是一種工具，但它不是交通運(yùn)輸工具不是機(jī)械加工工具不是···普通的工具計(jì)算機(jī)是一種現(xiàn)代化的信息處理工具計(jì)算機(jī)所表現(xiàn)出來(lái)的神通廣大的功能全是其信息處理的結(jié)果。什么是信息處理？信息處理就是對(duì)信息進(jìn)行收集、存儲(chǔ)、傳遞、加工處理、發(fā)布、使用等過(guò)程的統(tǒng)稱(chēng)。人們對(duì)信息進(jìn)行處理時(shí)首先要通過(guò)感覺(jué)器官獲得信息，然后通過(guò)大腦和神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)信息進(jìn)行傳遞、加工和存儲(chǔ)，最后通過(guò)言、行或其他形式發(fā)布信息。計(jì)算機(jī)究竟是什么？計(jì)算機(jī)處理信息的過(guò)程與人類(lèi)基本一致。計(jì)算機(jī)信息處理的簡(jiǎn)化模型人們通過(guò)輸入設(shè)備把需要處理的信息輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)通過(guò)中央處理器把信息加工后，再通過(guò)輸出設(shè)備把處理后的結(jié)果告訴給人們。

本章主要內(nèi)容1.1

計(jì)算機(jī)發(fā)展概述1.2

計(jì)算機(jī)的分類(lèi)1.3

計(jì)算機(jī)的應(yīng)用1.4

信息技術(shù)的基本概念1.5

信息在計(jì)算機(jī)中的表示1.1計(jì)算機(jī)發(fā)展概述1.1.1計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生和發(fā)展1.1.1計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生和發(fā)展計(jì)算機(jī)是20世紀(jì)人類(lèi)歷史上最偉大的發(fā)明之一。在短暫的半個(gè)多世紀(jì)里，計(jì)算機(jī)技術(shù)取得了迅猛的發(fā)展。如今，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)滲透到各行各業(yè)，成為當(dāng)今社會(huì)不可缺少的信息處理工具。一、第一臺(tái)計(jì)算機(jī)的誕生1.最早的計(jì)算工具:人的雙手一、第一臺(tái)計(jì)算機(jī)的誕生2.勞動(dòng)實(shí)踐中發(fā)明的計(jì)算工具原始社會(huì)：結(jié)繩、壘石春秋戰(zhàn)國(guó)：算籌唐末代：算盤(pán)一、第一臺(tái)計(jì)算機(jī)的誕生3.十七世紀(jì)以來(lái)出現(xiàn)的計(jì)算工具1622年英國(guó)數(shù)學(xué)家?jiàn)W特瑞德：計(jì)算尺1642年法國(guó)物理學(xué)家帕斯卡：齒輪式加減法器1673年德國(guó)數(shù)學(xué)家萊布尼茲：能進(jìn)行四則運(yùn)算的機(jī)械計(jì)算機(jī)1642年，為了協(xié)助擔(dān)任稅務(wù)局長(zhǎng)的父親，年僅19歲的法國(guó)數(shù)學(xué)家帕斯卡成功地制造了第一臺(tái)鐘表齒輪式機(jī)械計(jì)算機(jī)，但僅能做加減法運(yùn)算。一、第一臺(tái)計(jì)算機(jī)的誕生4.近代的計(jì)算機(jī)發(fā)展1822年英國(guó)數(shù)學(xué)家查爾斯.巴貝奇：差分機(jī)1834年英國(guó)數(shù)學(xué)家查爾斯.巴貝奇：分析機(jī)1944年美國(guó)科學(xué)家霍德華.艾肯：提出用機(jī)電方法來(lái)實(shí)現(xiàn)巴貝分析機(jī)，制造出MarkI計(jì)算機(jī)已使計(jì)算機(jī)具有輸入、處理、存儲(chǔ)、輸出及控制5個(gè)基本裝置的構(gòu)想，建構(gòu)了今天電子計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)組成的基本框架。但由于當(dāng)時(shí)工業(yè)水平所限，巴貝奇的設(shè)計(jì)根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)。計(jì)算機(jī)發(fā)展中的杰出人物代表：（1）英國(guó)的阿蘭·麥席森·圖靈主要貢獻(xiàn)：一是建立了圖靈機(jī)(TM)的理論模型，對(duì)數(shù)字計(jì)算機(jī)的一般結(jié)構(gòu)、可實(shí)現(xiàn)性和局限性產(chǎn)生了意義深遠(yuǎn)的影響；二是提出了定義機(jī)器智能的圖靈測(cè)試，奠定了“人工智能”的理論基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)發(fā)展中的杰出人物代表：（2）美籍匈牙利人馮.諾依曼主要貢獻(xiàn)：在純粹數(shù)學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)、量子物理學(xué)、邏輯學(xué)、氣象學(xué)、軍事學(xué)、計(jì)算機(jī)理論及應(yīng)用、對(duì)策論和經(jīng)濟(jì)學(xué)諸領(lǐng)域都有重要建樹(shù)和貢獻(xiàn)。確定計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)，采用存儲(chǔ)程序以及二進(jìn)制編碼等。第一臺(tái)計(jì)算機(jī)誕生的“故事”二戰(zhàn)爆發(fā)后，美國(guó)陸軍軍械部為研制和開(kāi)發(fā)新型大炮，設(shè)立了“彈道研究實(shí)驗(yàn)室”，但極為繁重的計(jì)算任務(wù)令研究人員大傷腦筋。盡管實(shí)驗(yàn)室雇用了200多名計(jì)算快手，還是捉襟見(jiàn)肘。他們迫切需要一種新的計(jì)算機(jī)器，以提高工作效率。賓夕法尼亞大學(xué)莫爾學(xué)院的莫克利博士提出了試制第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)的設(shè)想。他的設(shè)想吸引了陸軍軍械部，他們立即要求莫爾學(xué)院擬定一份研制計(jì)劃。

第一臺(tái)計(jì)算機(jī)誕生的“故事”按照科學(xué)家們的估計(jì)，制造一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)所需的經(jīng)費(fèi)為15萬(wàn)美元，數(shù)額巨大，美國(guó)著名數(shù)學(xué)家維伯倫博士堅(jiān)定地站到了支持者的行列里，他最終說(shuō)服了美國(guó)軍方。經(jīng)過(guò)兩年多的緊張研制，第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)終于在1946年2月14日問(wèn)世。而它的開(kāi)發(fā)經(jīng)費(fèi)幾經(jīng)追加，最后達(dá)到48萬(wàn)美元。一、第一臺(tái)計(jì)算機(jī)的誕生5.1946年在美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)誕生了世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)ENIAC（電子數(shù)字積分機(jī)與計(jì)算機(jī)，又稱(chēng)作埃尼爾克）。用途：軍事計(jì)算速度：5000次/秒體積：170平方米，30噸，140千瓦價(jià)格：40萬(wàn)美元優(yōu)點(diǎn)：“埃尼阿克”的計(jì)算速度是手工計(jì)算的20萬(wàn)倍、繼電器計(jì)算機(jī)的1000倍。美國(guó)軍方也從中嘗到了甜頭，因?yàn)樗?jì)算炮彈彈道只需要3秒鐘，而在此之前，則需要200人手工計(jì)算兩個(gè)月。除了常規(guī)的彈道計(jì)算外，它后來(lái)還涉及諸多的科研領(lǐng)域，曾在第一顆原子彈的研制過(guò)程中發(fā)揮了重要作用。缺點(diǎn)：(1)ENIAC的耗電量超過(guò)174千瓦小時(shí)，在使用時(shí)全鎮(zhèn)的電燈都會(huì)變暗；而且它的電子管平均每隔15分鐘就要燒壞一只，科學(xué)家們不得不滿頭大汗地不停更換。(2)不能存儲(chǔ)程序、使用十進(jìn)制，且在機(jī)外用線路連接的方法來(lái)編排程序等嚴(yán)重缺陷。1955年10月2日，“埃尼阿克”宣告“退役”，之后被陳列在華盛頓的一家博物館里。2、計(jì)算機(jī)發(fā)展的四個(gè)階段根據(jù)計(jì)算機(jī)所使用的電子器件的不同，人們將計(jì)算機(jī)的發(fā)展過(guò)程劃分為四個(gè)階段。2、計(jì)算機(jī)發(fā)展的四個(gè)階段（續(xù)）(1)第一代（約1946-1957）電子管計(jì)算機(jī)

●速度：幾十～幾萬(wàn)次/秒

●內(nèi)存：磁鼓，千字

●外設(shè)：磁帶

●機(jī)器語(yǔ)言或匯編語(yǔ)言編程

●

主要用于科學(xué)計(jì)算

第一代電子計(jì)算機(jī)中使用的磁鼓存儲(chǔ)器電子管特點(diǎn)：采用電子管作為基本電子元器件；體積大，耗電量大，壽命短，可靠性低，成本高；存儲(chǔ)器采用水銀延遲線；沒(méi)有系統(tǒng)軟件，用機(jī)器語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言編程；在少數(shù)尖端領(lǐng)域中運(yùn)用，科學(xué)，軍事和財(cái)務(wù)等。

(2)第二代（約1957-1964）晶體管計(jì)算機(jī)速度：幾十萬(wàn)次/秒內(nèi)存：磁芯，十萬(wàn)字外設(shè)：磁盤(pán)使用FORTRAN等高級(jí)語(yǔ)言編程開(kāi)始用于數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域

晶體管2、計(jì)算機(jī)發(fā)展的四個(gè)階段（續(xù)）特點(diǎn)：其軟件開(kāi)始使用面向過(guò)程的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，如fortran、algol等。能實(shí)現(xiàn)電子管的功能，具有尺寸小、重量輕、壽命長(zhǎng)、效率高、發(fā)熱少、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。(3)第三代（約1965-1973）中小規(guī)模集成電路(SSI,MSI)計(jì)算機(jī)速度：幾十萬(wàn)次～幾百萬(wàn)次/秒內(nèi)存：半導(dǎo)體存儲(chǔ)器高級(jí)語(yǔ)言,開(kāi)始使用操作系統(tǒng)廣泛用于科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、工業(yè)控制領(lǐng)域2、計(jì)算機(jī)發(fā)展的四個(gè)階段（續(xù)）特點(diǎn)：以存儲(chǔ)器為中心；機(jī)種多樣化、系列化;

外部設(shè)備不斷增加、功能不斷擴(kuò)大;

軟件的功能進(jìn)一步完善，除了用于數(shù)值計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)處理外，已經(jīng)可以處理圖像、文字等資料。(4)第四代（1974年起）大規(guī)模(LSI)和超大規(guī)模（VLSI）計(jì)算機(jī)速度：幾百萬(wàn)次～億次/秒內(nèi)存：半導(dǎo)體存儲(chǔ)器出現(xiàn)了微型計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)2、計(jì)算機(jī)發(fā)展的四個(gè)階段（續(xù)）

特點(diǎn)：大規(guī)模集成電路可以在一個(gè)芯片上容納幾百個(gè)元件；超大規(guī)模集成電路

(VLSI)在芯片上容納了幾十萬(wàn)個(gè)元件；

甚大規(guī)模集成電路(ULSI)上將數(shù)量擴(kuò)充到百萬(wàn)級(jí)；計(jì)算機(jī)的體積和價(jià)格不斷下降，而功能和可靠性不斷增強(qiáng)。第1～4代計(jì)算機(jī)的對(duì)比代別年代使用的元器件使用的軟件類(lèi)型主要應(yīng)用領(lǐng)域第1代20世紀(jì)40年代中期～50年代末期CPU：電子管內(nèi)存：磁鼓使用機(jī)器語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言編寫(xiě)程序科學(xué)和工程計(jì)算第2代20世紀(jì)50年代中、后期～60年代中期CPU：晶體管內(nèi)存：磁芯使用FORTRAN等高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言開(kāi)始廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域第3代20世紀(jì)60年代中期～70年代初期CPU：SSI，MSI內(nèi)存：SSI，MSI的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)等開(kāi)始使用在科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、工業(yè)控制等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用第4代20世紀(jì)70年代中期以來(lái)CPU：LSI、VLSI內(nèi)存：LSI、VLSI的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器軟件開(kāi)發(fā)工具和平臺(tái)、分布式計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)軟件等開(kāi)始廣泛使用深入到各行各業(yè)，家庭和個(gè)人開(kāi)始使用計(jì)算機(jī)1.1.2微電子技術(shù)1.什么是微電子技術(shù)2.納米世界3.微電子技術(shù)與計(jì)算機(jī)的關(guān)系4.集成電路的發(fā)展規(guī)律5.集成電路的分類(lèi)1、什么是微電子技術(shù)微電子技術(shù)是指將尺寸在微米數(shù)量級(jí)，甚至是納米數(shù)量級(jí)的晶體管等基礎(chǔ)元件集成在一塊半導(dǎo)體芯片上的電路集成技術(shù)。微電子技術(shù)是計(jì)算機(jī)和通信設(shè)備的硬件核心，是現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)。微電子技術(shù)的核心技術(shù)是集成電路技術(shù)。1、什么是微電子技術(shù)集成電路的分類(lèi)按功能分為數(shù)字集成電路和模擬集成電路按用途分為通用集成電路和專(zhuān)用集成電路集成電路的特點(diǎn)

體積小、重量輕、功耗小、成本低、速度快、可靠性高等。2、納米世界1納米=10-9米=10億分之一米=1nm將一納米的物體放到乒乓球上，就像一個(gè)乒乓球放在地球上一般。1納米相當(dāng)于頭發(fā)絲的十萬(wàn)分之一所謂“納米科技”，就是在0.1~100納米的尺度上，研究和利用原子、分子的結(jié)構(gòu)、特征及相互作用的高新科學(xué)技術(shù)一根頭發(fā)寬度可以擺放2000多個(gè)45納米晶體管45nm(1μm=1000nm，1nm為10億分之一米)不是指的芯片上每個(gè)晶體管的大小，而是指芯片上晶體管和晶體管之間導(dǎo)線連線的寬度，簡(jiǎn)稱(chēng)線寬。半導(dǎo)體業(yè)界習(xí)慣上用線寬這個(gè)工藝尺寸來(lái)代表硅芯片生產(chǎn)工藝的水平。一個(gè)45納米晶體管可在1秒鐘內(nèi)切換34億次2、納米世界3、微電子技術(shù)與計(jì)算機(jī)的關(guān)系微電子技術(shù)最重要的應(yīng)用領(lǐng)域是計(jì)算機(jī)領(lǐng)域。微型計(jì)算機(jī)的各個(gè)組成部分都離不開(kāi)微電子技術(shù)。集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展加快了計(jì)算機(jī)更新?lián)Q代的速度。一代一代經(jīng)典的CPU4、集成電路的發(fā)展規(guī)律集成電路的工作速度主要取決于晶體管的尺寸。晶體管的尺寸越小，其工作的速度就越快，相同面積的晶片可容納的晶體管數(shù)目就越多。所以從集成電路問(wèn)世以來(lái)，人們就一直在縮小晶體管、電阻、電容、連接線的尺寸上下功夫。4、集成電路的發(fā)展規(guī)律（續(xù)）1965年美國(guó)Intel公司的創(chuàng)始人之一戈登·摩爾（GordonE.Moore）根據(jù)1958年以來(lái)集成電路的發(fā)展情況，預(yù)測(cè)每18個(gè)月同樣硅片面積上的晶體管數(shù)目將翻一番，性能也將提升一倍。這一定律揭示了信息技術(shù)進(jìn)步的速度，這就是著名的摩爾定律。4、集成電路的發(fā)展規(guī)律（續(xù)）“摩爾定律”帶動(dòng)了芯片產(chǎn)業(yè)白熱化的競(jìng)爭(zhēng)。在紀(jì)念這一定律發(fā)表４０周年之時(shí)，作為英特爾公司名譽(yù)主席的摩爾說(shuō)：“如果你期望在半導(dǎo)體行業(yè)處于領(lǐng)先地位，你無(wú)法承擔(dān)落后于摩爾定律的后果?！庇⑻貭?、摩托羅拉、AMD公司等圍繞“摩爾定律”的競(jìng)爭(zhēng)像大浪淘沙一樣激烈。4、集成電路的發(fā)展規(guī)律（續(xù)）目前，最先進(jìn)的集成電路技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)?3億個(gè)晶體管集中在指甲蓋大小的區(qū)間里。4、集成電路的發(fā)展規(guī)律（續(xù)）

在2012年IDF上，Intel高管MarkBohr對(duì)他們的14nm工藝進(jìn)程進(jìn)行了介紹，2014年9月正式發(fā)布酷睿M處理器。英特爾將于2015年1月的CES展上正式發(fā)布Broadwell-U系列14nm處理器，這將是第五代英特爾酷睿處理器。從2015年開(kāi)始，Intel將會(huì)陸續(xù)升級(jí)10nm，之后則是7nm甚至是5nm。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，摩爾定律面臨速度太慢的尷尬。IntelCEO表示，PC時(shí)代，摩爾定律的周期是18個(gè)月，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)是12個(gè)月，甚至更短，摩爾定律需要改變節(jié)奏。英特爾：22納米技術(shù)晶體管比DNA染色體還小4、集成電路的發(fā)展規(guī)律（續(xù)）問(wèn)題：摩爾定律問(wèn)世49年了。在這半個(gè)多世紀(jì)里，計(jì)算機(jī)從神秘不可接近的龐然大物變成多數(shù)人都不可或缺的工具。人們不禁要問(wèn)：這種令人難以置信的發(fā)展速度會(huì)無(wú)止境地持續(xù)下去嗎？芯片上元件的幾何尺寸不可能無(wú)限制地縮小下去，因?yàn)楫?dāng)電流微弱到僅有幾十個(gè)甚至幾個(gè)電子流動(dòng)，晶體管將逼近其物理極限而無(wú)法正常工作。4、集成電路的發(fā)展規(guī)律（續(xù)）出路：在納米尺寸下，納米結(jié)構(gòu)會(huì)表現(xiàn)出一些新的量子現(xiàn)象和效應(yīng)，人們正在利用這些量子效應(yīng)研制具有全新功能的量子器件，使能開(kāi)發(fā)出新的納米芯片和量子計(jì)算機(jī)。同時(shí)，正在研究將光作為信息的載體，發(fā)展光子學(xué)，研制集成光路，或把電子與光子并用，實(shí)現(xiàn)光電子集成。世界上第一個(gè)3D晶體管“Tri-Gate”由英特爾于2011年5月6日宣布研制成功。3DTri-Gate使用一個(gè)三維硅鰭片取代傳統(tǒng)晶體管上的平面柵極，硅鰭片三個(gè)面都安排了一個(gè)柵極用于輔助電流控制。3D晶體管讓摩爾延續(xù)在Tri-Gate中，由于三維硅鰭片都是垂直的，晶體管可以更緊密排列，能夠很大程度上提高晶體管密度。Tri-Gate將晶體管排列由平面轉(zhuǎn)向立體，使單位面積中可以容納更多的晶體管。用一個(gè)形象的比喻，二維晶體管如同平房，3D晶體管則是摩天大樓。在同樣的占地面積下，樓房則要比平房能夠承載更多的房屋。在摩爾定律逐漸達(dá)到極限的現(xiàn)在，3D晶體管是使其延續(xù)的最佳方法。3D晶體管讓摩爾延續(xù)22nm和3-D晶體管記錄下一代核心革命3-D晶體管將影響整個(gè)行業(yè)5、集成電路的分類(lèi)按集成電路的規(guī)模，可以將集成電路分為六大類(lèi)：類(lèi)別芯片所含器件個(gè)數(shù)小規(guī)模集成電路（SSI）<100中規(guī)模集成電路（MSI）100~1000大規(guī)模集成電路（LSI）1000~10萬(wàn)超大規(guī)模集成電路（VLSI）10萬(wàn)~1000萬(wàn)特大規(guī)模集成電路（ULSI）1000萬(wàn)~10億巨大規(guī)模集成電路（GLSI）

超過(guò)10億1.1.3計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)1.1.3計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)工作自動(dòng)化：計(jì)算機(jī)由程序控制其運(yùn)行過(guò)程，只要根據(jù)需要，預(yù)先將程序編好并存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)中，則運(yùn)行程序時(shí)計(jì)算機(jī)就能自動(dòng)完成預(yù)定的處理任務(wù)。處理速度快：目前世界上最快的計(jì)算機(jī)每秒可運(yùn)算萬(wàn)億次。計(jì)算精度高：可根據(jù)需要獲得千分之一到幾百萬(wàn)分之一甚至更高的精度。1.1.3計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)（續(xù)）記憶能力強(qiáng)：計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器類(lèi)似于人的大腦，能記憶大量的數(shù)據(jù)和程序，可隨時(shí)提供信息查詢和處理等服務(wù)。邏輯判斷能力可靠：具有可靠的邏輯判斷能力是計(jì)算機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)信息處理自動(dòng)化的重要原因。通用性強(qiáng)：同一臺(tái)計(jì)算機(jī)只要安裝不同的軟件或連接到不同的設(shè)備上，就可以完成不同的任務(wù)。因此，計(jì)算機(jī)可以被用在各個(gè)行業(yè)。支持人機(jī)交互：計(jì)算機(jī)具有多種輸入輸出設(shè)備，可支持用戶與機(jī)器進(jìn)行交互。如用戶只要輕輕點(diǎn)擊鼠標(biāo)，計(jì)算機(jī)就可以完成某項(xiàng)操作功能。1.1.3計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)（續(xù)）1.1.4計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)60年來(lái)發(fā)展速度之快大大超出人們的預(yù)料：性能、體積、價(jià)格、應(yīng)用領(lǐng)域、軟件技術(shù)和軟件產(chǎn)品計(jì)算機(jī)的發(fā)展呈現(xiàn)出以下趨勢(shì)：巨型化微型化網(wǎng)絡(luò)化智能化1.1.4計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)當(dāng)今計(jì)算機(jī)科學(xué)發(fā)展趨勢(shì)，可以把它分為三維考慮。一維是“高”的方向發(fā)展。計(jì)算機(jī)的性能越來(lái)越高，速度越來(lái)越快，主要表現(xiàn)在計(jì)算機(jī)的主頻越來(lái)越高。目前世界上性能最高的通用計(jì)算機(jī)已采用上萬(wàn)臺(tái)計(jì)算機(jī)并行，美國(guó)的ASCI計(jì)劃已經(jīng)完成每秒12.3萬(wàn)億次并行機(jī)。美國(guó)一項(xiàng)計(jì)劃的目標(biāo)是推出每秒一千萬(wàn)億次并行計(jì)算機(jī)，其處理機(jī)將采用超導(dǎo)量子器件，每個(gè)處理機(jī)每秒100億次，共用10萬(wàn)個(gè)處理機(jī)并行。1.1.4計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)另一個(gè)方向就是向“廣”度方向發(fā)展，計(jì)算機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)就是無(wú)處不在，以至于像“沒(méi)有計(jì)算機(jī)一樣”。未來(lái)，計(jì)算機(jī)也會(huì)像現(xiàn)在的馬達(dá)一樣，存在于家中的各種電器中。未來(lái)的中小學(xué)生上課用的可能不再是教科書(shū)，而只是一個(gè)筆記本大小的計(jì)算機(jī)，所有的中小學(xué)的課程教材，輔導(dǎo)書(shū)，練習(xí)題都在里面。所以有人預(yù)言未來(lái)計(jì)算機(jī)可能像紙張一樣便宜，可以一次性使用，計(jì)算機(jī)將成為不被人注意的最常用的日用品。1.1.4計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)第三個(gè)方向是向“深”度方向發(fā)展，即向信息的智能化發(fā)展。目前計(jì)算機(jī)“思維”的方式與人類(lèi)思維方式有很大區(qū)別，人類(lèi)還很難以自然的方式，如語(yǔ)言、手勢(shì)、表情與計(jì)算機(jī)打交道。近幾年來(lái)計(jì)算機(jī)識(shí)別文字和口語(yǔ)技術(shù)已有較大提高，估計(jì)5-10年內(nèi)手寫(xiě)和口語(yǔ)輸入將逐步成為主流的輸入方式。手勢(shì)和臉部表情識(shí)別也已取得較大進(jìn)展。谷歌眼鏡(GoogleProjectGlass)是由谷歌公司于2012年4月發(fā)布的一款“拓展現(xiàn)實(shí)”眼鏡，它具有和智能手機(jī)一樣的功能，可以通過(guò)聲音控制拍照，視頻通話和辨明方向以及上網(wǎng)沖浪、處理文字信息和電子郵件等。谷歌眼鏡蘋(píng)果智能手表2014年9月發(fā)布，蘋(píng)果iWatch采用藍(lán)寶石屏幕，不怕刮。支持電話，語(yǔ)音回短信，連接汽車(chē)，天氣、航班信息，地圖導(dǎo)航，播放音樂(lè)，測(cè)量心跳、計(jì)步等幾十種功能，是一款全方位的健康和運(yùn)動(dòng)追蹤設(shè)備。1.3計(jì)算機(jī)的應(yīng)用科學(xué)計(jì)算信息處理80%以上的計(jì)算機(jī)主要用于信息處理，包括信息搜集、傳遞、存儲(chǔ)和使用。計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)，包括輔助設(shè)計(jì)CAD，輔助制造CAM，輔助教學(xué)CAI過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò)通信家庭娛樂(lè)......1.4信息技術(shù)的基本概念1.4.1什么是信息信息是對(duì)人們有用的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)將可能影響人們的行為與決策。信息有多種表現(xiàn)形式，語(yǔ)言、文字、聲音、圖片、視頻等都是信息的表現(xiàn)形式。信息與物質(zhì)和能量同樣重要，它是人們認(rèn)識(shí)世界、改造世界的一種基本資源。1.4.2信息技術(shù)信息技術(shù)（InformationTechnology，簡(jiǎn)稱(chēng)IT）指的是用來(lái)擴(kuò)展人們信息器官功能、協(xié)助人們更有效地進(jìn)行信息處理的一門(mén)技術(shù)。信息技術(shù)的類(lèi)型信息技術(shù)包括：擴(kuò)展感覺(jué)器官功能的感測(cè)(獲取)與識(shí)別技術(shù)，如：雷達(dá)，衛(wèi)星遙感等擴(kuò)展神經(jīng)系統(tǒng)功能的通信技術(shù)，如：電話、電視、因特網(wǎng)擴(kuò)展大腦功能的計(jì)算(處理)與存儲(chǔ)技術(shù)，如：計(jì)算器、計(jì)算機(jī)、機(jī)器人、存儲(chǔ)器等擴(kuò)展效應(yīng)器官功能的控制與顯示技術(shù)，如：顯示器、打印機(jī)、音箱現(xiàn)代信息技術(shù)的特征現(xiàn)代信息技術(shù)的三大特征：采用電子技術(shù)以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)以軟件為核心信息處理系統(tǒng)信息處理系統(tǒng)是指用于輔助人們進(jìn)行信息獲取、傳遞、存儲(chǔ)、加工處理、控制及顯示的綜合使用各種信息技術(shù)的系統(tǒng)。信息處理系統(tǒng)舉例：銀行證券系統(tǒng)以處理金融信息為目的圖書(shū)館以信息收藏和檢索為主要目的因特網(wǎng)是跨越全球的多功能信息處理系統(tǒng)1.5信息在計(jì)算機(jī)中的表示計(jì)算機(jī)發(fā)展至今，有哪些是不變的？

計(jì)算機(jī)從誕生到現(xiàn)在，無(wú)論從體積、功能、性能、價(jià)格、應(yīng)用領(lǐng)域等各個(gè)方面都發(fā)生了巨大的變化，但是計(jì)算機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)的表示方法、計(jì)算機(jī)的邏輯結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)的工作原理都沒(méi)有發(fā)生變化。數(shù)據(jù)，不管是數(shù)字、文字、符號(hào)、圖像、聲音、視頻等，在計(jì)算機(jī)中都是用二進(jìn)制編碼來(lái)表示。計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)仍然是馮.諾依曼結(jié)構(gòu)，即計(jì)算機(jī)由中央處理器、內(nèi)存、外存、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備組成。計(jì)算機(jī)的工作原理仍然是馮.諾依曼提出的存儲(chǔ)程序控制原理。計(jì)算機(jī)發(fā)展至今，有哪些是不變的？（續(xù)）1.5.1數(shù)制及轉(zhuǎn)換1、什么是二進(jìn)制數(shù)？在討論二進(jìn)制數(shù)之前先考察一下十進(jìn)制計(jì)數(shù)系統(tǒng)。（1）十進(jìn)制數(shù)每一位可使用十個(gè)不同數(shù)字表示（0、1、2、3、4、5、6、7、8、9）低位與高位的關(guān)系是：逢10進(jìn)1各位的權(quán)值是10的整數(shù)次冪（基數(shù)是10）標(biāo)志：尾部加“D”或缺省例：

204.96=2×102＋0×101＋4×100＋9×10－1＋6×10－2（2）什么是二進(jìn)制數(shù)？萊布尼茲

：第一個(gè)明確提出二進(jìn)制的概念馮.諾依曼：提出采用二進(jìn)制作為數(shù)字計(jì)算機(jī)的數(shù)制基礎(chǔ)。（2）什么是二進(jìn)制數(shù)？進(jìn)位計(jì)數(shù)制，簡(jiǎn)稱(chēng)進(jìn)位制，是按進(jìn)位方式實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)的一種規(guī)則。數(shù)碼：一組用來(lái)表示某種數(shù)制的符號(hào)?；鶖?shù)：數(shù)制所使用的數(shù)碼個(gè)數(shù)。位權(quán)：數(shù)碼在不同位置上的倍率值。（2）什么是二進(jìn)制數(shù)？

每一位使用兩個(gè)不同數(shù)字表示（0、1），即每一位使用1個(gè)“比特”表示低位與高位的關(guān)系是：逢2進(jìn)1

各位的權(quán)值是2的整數(shù)次冪（基數(shù)是2）標(biāo)志：尾部加B例：101.01B=1×22＋0×21＋1×20

＋0×2－1＋1×2－2＝5.25（3）計(jì)算機(jī)采用二進(jìn)制數(shù)的原因二進(jìn)制只有0和1兩個(gè)數(shù)字符號(hào)，用兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)的物理器件就能表示，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，可靠性好二進(jìn)制的運(yùn)算規(guī)則非常簡(jiǎn)單二進(jìn)制的0和1與邏輯代數(shù)的“真”和“假”相吻合，適合計(jì)算機(jī)將算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算統(tǒng)一在一起作處理（4）八進(jìn)制數(shù)

每一位使用八個(gè)不同數(shù)字表示（0、1、2、3、4、5、6、7）低位與高位的關(guān)系是：逢8進(jìn)1

各位的權(quán)值是8的整數(shù)次冪（基數(shù)是8）標(biāo)志：尾部加Q或O例：

365.2Q=3×82+6×81+5×80+2×8－1=245.25（5）十六進(jìn)制數(shù)每一位使用十六個(gè)數(shù)字和符號(hào)表示（0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F）逢16進(jìn)1,基數(shù)為16各位的權(quán)值是16的整數(shù)次冪（基數(shù)是16）標(biāo)志：尾部加H例：

F5.4H=15×161+5×160+4×16－1=245.25（6）不同進(jìn)制數(shù)的比較十進(jìn)制二進(jìn)制八進(jìn)制十六進(jìn)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（6）K進(jìn)制數(shù)的性質(zhì)

（1）基數(shù)為K，逢K進(jìn)一（2）小數(shù)點(diǎn)右移n位——相當(dāng)于乘以Kn

（為原來(lái)的Kn

倍）（3）小數(shù)點(diǎn)左移n位——相當(dāng)于除以Kn

（為Kn分之一）如：將（11001.11）2的小數(shù)點(diǎn)向右移2位，則數(shù)值擴(kuò)大為原來(lái)的4位。若左移1位，則為原來(lái)的1/2。2、二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算（1）二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算1位二進(jìn)制數(shù)的加、減法運(yùn)算規(guī)則：0+0=00-0=01+0=11-0=10+1=1（1）0-1=11+1=101-1=0二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算2個(gè)多位二進(jìn)制數(shù)的加、減法運(yùn)算舉例：01011001+0100－010010010101由低位到高位逐位進(jìn)行！（2）二進(jìn)制數(shù)的邏輯運(yùn)算基本的邏輯運(yùn)算有三種：或運(yùn)算：用符號(hào)“∨”表示。與運(yùn)算：用符號(hào)“∧”表示。非運(yùn)算：用符號(hào)“-”表示。（2）二進(jìn)制數(shù)的邏輯運(yùn)算（續(xù)）邏輯運(yùn)算規(guī)則：或運(yùn)算規(guī)則：

1∨1=11∨0=10∨1=10∨0=0與運(yùn)算規(guī)則：

1∧1=11∧0=00∧1=00∧0=0非運(yùn)算規(guī)則：1=00=1或運(yùn)算兩邊的操作數(shù)只要有一個(gè)為1，運(yùn)算結(jié)果就為1。與運(yùn)算兩邊的操作數(shù)只要有一個(gè)為0，運(yùn)算結(jié)果就為0。（2）二進(jìn)制數(shù)的邏輯運(yùn)算（續(xù)）單個(gè)二進(jìn)位進(jìn)行邏輯運(yùn)算的結(jié)果不是1就是0，沒(méi)有進(jìn)位和借位。多個(gè)二進(jìn)位進(jìn)行邏輯運(yùn)算時(shí)按位獨(dú)立進(jìn)行運(yùn)算。例：1101∧1011=10011101∨1011=1111

3、不同進(jìn)制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換要求：熟練掌握不同進(jìn)制數(shù)相互之間的轉(zhuǎn)換，在編寫(xiě)程序時(shí)很有用。重點(diǎn)掌握二進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換。（1）十進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換方法： 整數(shù)和小數(shù)分開(kāi)轉(zhuǎn)換整數(shù)部分：除以2逆序取余小數(shù)部分：乘以2順序取整例如：29.6875

11101.1011B

129371421222200111余數(shù)低位高位整數(shù)部分小數(shù)部分0.6875×21.37500.75001.50001.0000×2×2×2高位低位注意：十進(jìn)制小數(shù)（如0.63）在轉(zhuǎn)換時(shí)會(huì)出現(xiàn)二進(jìn)制無(wú)窮小數(shù)，這時(shí)只能取近似值。課堂練習(xí)：1、將十進(jìn)制數(shù)58.625轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制 結(jié)果為：111010.101B2、將十進(jìn)制小數(shù)0.37轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制，要求精確到小數(shù)點(diǎn)后面第四位。

結(jié)果為：

0.0101B十進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)（2）二進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換方法：位權(quán)展開(kāi)法二進(jìn)制數(shù)的每一位乘以其相應(yīng)的權(quán)值，然后累加即可得到它的十進(jìn)制數(shù)值例：11101.1011B=1×24＋1×23＋1×22＋0×21＋1×20

＋1×2－1＋0×2－2＋1×2－3＋1×2－4

=29.6875

推廣：K進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)

位權(quán)展開(kāi)法【例】將下列數(shù)值轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)

(123)7(205.4)8(AF.8)16

解：(123)7=1×72＋2×71＋3×70=(66)10(205.4)8=2×82＋0×81＋5×80＋4×8–1=(133.5)10

(AF.8)16=10×161

＋15×160＋8×16-1=(175.5)10（3）八進(jìn)制數(shù)與二進(jìn)制數(shù)的互換八進(jìn)制→二進(jìn)制：一位變?nèi)?，即把每個(gè)八進(jìn)制數(shù)字改寫(xiě)成等值的3位二進(jìn)制數(shù)，且保持高低位的次序不變

例：2467.32Q

→010100110111.011010B八進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)八進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)

000041001001510120106110301171111位八進(jìn)制數(shù)與3位二進(jìn)制數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系：二進(jìn)制→八進(jìn)制：整數(shù)部分從低位向高位每3位用一個(gè)等值的八進(jìn)制數(shù)來(lái)替換，不足3位時(shí)在高位補(bǔ)0湊滿3位；小數(shù)部分從高位向低位每3位用一個(gè)等值八進(jìn)制數(shù)來(lái)替換，不足3位時(shí)在低位補(bǔ)0湊滿三位例：1101001110.11001B=

001101001110.110010B=1516.62Q

（3）八進(jìn)制數(shù)與二進(jìn)制數(shù)的互換（4）十六進(jìn)制數(shù)與二進(jìn)制數(shù)的互換十六進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)十六進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)

0000081000

1000191001

20010A1010

30011B1011

40100C110050101D110160110E111070111F11111位十六進(jìn)制數(shù)與4位二進(jìn)制數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系：轉(zhuǎn)換方法：與八、二進(jìn)制互換的方法類(lèi)似例1：（35A2.CF）H

→11010110100010.11001111B例2：1101001110.110011B→（34E.CC）H（4）十六進(jìn)制數(shù)與二進(jìn)制數(shù)的互換1.5.2信息的計(jì)量單位

計(jì)算機(jī)中的信息都用二進(jìn)制編碼表示。比特是組成計(jì)算機(jī)數(shù)字信息的最小單位1、什么是比特？比特（bit，binarydigit的縮寫(xiě)）中文翻譯為“二進(jìn)位數(shù)字”、“二進(jìn)位”或簡(jiǎn)稱(chēng)為“位”，使用“b”表示。比特只有2種取值：0，1比特的0和1表示的是兩種狀態(tài)，不是數(shù)量概念，不能認(rèn)為1一定大于0。例：用比特表示圖像2、比特在計(jì)算機(jī)中如何表示？在計(jì)算機(jī)中表示二進(jìn)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(pán))光盤(pán)面上的凹凸?fàn)顟B(tài)(光盤(pán))···例1：CPU內(nèi)部二進(jìn)位信息的表示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磁盤(pán)表面微小區(qū)域中，磁性材料粒子的兩種不同的磁化狀態(tài)分別表示0和1例2：磁盤(pán)存儲(chǔ)器中比特的表示磁盤(pán)表面磁性材料粒子例3：CD/DVD盤(pán)片上比特的表示

光盤(pán)表面的凹、凸?fàn)顟B(tài)用于表示和存儲(chǔ)二進(jìn)位信息CD光盤(pán)表面DVD光盤(pán)表面3、比特的存儲(chǔ)存儲(chǔ)1個(gè)比特需要使用具有兩種穩(wěn)定狀態(tài)的元器件，例如：開(kāi)關(guān)、燈泡等。在計(jì)算機(jī)的CPU中，比特用“觸發(fā)器”來(lái)存儲(chǔ)觸發(fā)器有兩個(gè)狀態(tài)，可分別用來(lái)記憶0和1，1個(gè)觸發(fā)器可存儲(chǔ)1個(gè)比特一組（例如8個(gè)或16個(gè)）觸發(fā)器可以存儲(chǔ)1組比特，稱(chēng)為“寄存器”CPU中有幾十個(gè)甚至上百個(gè)寄存器斷電后信息丟失！比特的存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中用電容器存儲(chǔ)二進(jìn)位信息：當(dāng)電容C處于充電狀態(tài)時(shí)，表示1；電容C處于放電狀態(tài)時(shí)，表示0。1個(gè)電容可用來(lái)存儲(chǔ)1個(gè)比特集成電路技術(shù)可以在半導(dǎo)體芯片上制作出數(shù)以億計(jì)的微型電容器，從而構(gòu)成了可存儲(chǔ)大量二進(jìn)位信息的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器芯片。斷電后信息丟失！比特的存儲(chǔ)磁盤(pán)：利用磁介質(zhì)表面區(qū)域的磁化狀態(tài)來(lái)存儲(chǔ)二進(jìn)位信息光盤(pán)：通過(guò)“刻”在光盤(pán)表面上的微小凹坑來(lái)記錄二進(jìn)位信息磁盤(pán)表面磁性材料粒子斷電后信息可以保持！4、存儲(chǔ)容量的計(jì)量單位

較比特稍大一點(diǎn)的單位是字節(jié)，英文是Byte，用“Ｂ”表示。1個(gè)字節(jié)包含8個(gè)比特，即b7b6b5b4b3b2b1b0比字節(jié)再大點(diǎn)的單位是字，字的長(zhǎng)度不固定，一般為字節(jié)的整數(shù)倍，如２個(gè)字節(jié)、４個(gè)字節(jié)或８?jìng)€(gè)字節(jié)等。存儲(chǔ)容量的計(jì)量單位計(jì)算機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)器容量的計(jì)量單位：KB:1KB=210字節(jié)=1024B（千字節(jié)）MB:1MB=220字節(jié)=1024KB（兆字節(jié)）GB:1GB=230字節(jié)=1024MB（吉字節(jié)、千兆字節(jié)）TB:1TB=240字節(jié)=1024GB（太字節(jié)、兆兆字節(jié)）5、傳輸速率的度量單位在數(shù)據(jù)通信和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中傳輸信息時(shí)，是一位一位串行傳輸?shù)?，因此傳輸速率的度量單位是比?秒。傳輸速率的度量單位常用的速率單位有：比特／秒（b/s），也稱(chēng)“波特（bps）”千比特／秒（kb/s）,1kb/s=1000b/s兆比特/秒（Mb/s）,1Mb/s=106b/s=1000kb/s吉比特/秒（Ｇb/s）,1Ｇb/s=109b/s=1000

Ｍb/s太比特/秒（Ｔb/s）,1Ｔb/s=1012b/s=1000

Ｇb/s計(jì)量單位bit(b)Byte(B)KBMBGBTB（210）b/s(bps)Kb/sMb/sGb/sTb/s（103）1.5.3數(shù)值信息的表示1、計(jì)算機(jī)中數(shù)的主要類(lèi)型都采用二進(jìn)制表示，有不同類(lèi)型和不同長(zhǎng)度計(jì)算機(jī)中的數(shù)整數(shù)(定點(diǎn)數(shù))實(shí)數(shù)(浮點(diǎn)數(shù))無(wú)符號(hào)整數(shù)帶符號(hào)整數(shù)32位（單精度浮點(diǎn)數(shù)）64位（雙精度浮點(diǎn)數(shù)）128位（擴(kuò)充精度浮點(diǎn)數(shù)）8位(0～28-1)16位(0～216-1)32位(0～232-1)32位(-231～231-1)短整數(shù)64位(-263～263-1)長(zhǎng)整數(shù)16位(-215～215-1)16位整數(shù)8位(-27～27-1)小數(shù)點(diǎn)固定隱含在個(gè)位數(shù)右面小數(shù)點(diǎn)不固定1、整數(shù)的表示方法1、整數(shù)的表示方法整數(shù)又稱(chēng)為定點(diǎn)數(shù)，計(jì)算機(jī)內(nèi)部將整數(shù)分為兩大類(lèi)：無(wú)符號(hào)整數(shù)帶符號(hào)整數(shù)（一）無(wú)符號(hào)整數(shù)的表示采用“自然碼”表示：取值范圍由位數(shù)決定：8位：可表示0～255(28-1)范圍內(nèi)的所有正整數(shù)16位：可表示0～65535(216-1)范圍內(nèi)的所有正整數(shù)n位：可表示0～2n-1范圍內(nèi)的所有正整數(shù)。十進(jìn)制數(shù)8位無(wú)符號(hào)整數(shù)

00000000010000000120000001030000001140000010050000010125211111100253111111012541111111025511111111······（二）帶符號(hào)整數(shù)的表示（1）表示方法用最高位表示符號(hào)，其余數(shù)位用來(lái)表示數(shù)值部分（2）符號(hào)的表示方法

“0”表示正號(hào)(+),“1”表示負(fù)號(hào)(-)···符號(hào)位數(shù)值部分最低位最高位（三）帶符號(hào)整數(shù)的表示（3）數(shù)值部分的表示方法：

①原碼表示:

正、負(fù)整數(shù)絕對(duì)值都以二進(jìn)制自然碼表示

②反碼表示:

正整數(shù)：絕對(duì)值以二進(jìn)制自然碼表示負(fù)整數(shù)：在原碼基礎(chǔ)上絕對(duì)值部分按位取反

③補(bǔ)碼表示：正整數(shù)：絕對(duì)值以二進(jìn)制自然碼表示負(fù)整數(shù)：在反碼基礎(chǔ)上加1（三）帶符號(hào)整數(shù)的表示（續(xù)）注意：正數(shù)的原碼、反碼和補(bǔ)碼都相同，都等于原碼。如：（+127）原=（+127）反=（+127）補(bǔ)=01111111（三）帶符號(hào)整數(shù)的表示（續(xù)）（4）負(fù)數(shù)補(bǔ)碼求解方法先將負(fù)數(shù)表示為原碼（即符號(hào)位為1，其他位為絕對(duì)值的自然碼）將原碼絕對(duì)值部分按位取反，得到反碼將反碼加1得到補(bǔ)碼例:用8位補(bǔ)碼表示-43練習(xí)題：-64用8位補(bǔ)碼表示。(1)(-43)原

=10101011(2)(-43)反=11010100(3)(-43)補(bǔ)=11010101（三）帶符號(hào)整數(shù)的表示（續(xù)）帶符號(hào)整數(shù)小結(jié)補(bǔ)碼沒(méi)有正0和負(fù)0之分，0的補(bǔ)碼只有一種：

000000008位原碼和反碼表示的數(shù)據(jù)范圍為-127～+127，補(bǔ)碼表示范圍為-128～+127碼。在8位碼中，（-128）補(bǔ)=10000000正數(shù)的原碼、反碼和補(bǔ)碼都相同，都等于原碼。帶符號(hào)整數(shù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)采用補(bǔ)碼形式表示。表示范圍原碼可表示的整數(shù)范圍8位原碼：-127～12716位原碼：-32767～32767n位原碼：-2n-1+1～2n-1-1補(bǔ)碼可表示的整數(shù)范圍

8位補(bǔ)碼：-128～12716位補(bǔ)碼：-32768～32767n位補(bǔ)碼：-2n-1～2n-1-18位二進(jìn)制碼表示無(wú)符號(hào)整數(shù)時(shí)的數(shù)值表示帶符號(hào)整數(shù)(原碼)時(shí)的值表示帶符號(hào)整數(shù)(補(bǔ)碼)時(shí)的值0000000000000000001111……………………0111111112712712710000000128-0-12810000001129-1-127……………………11111111255-127-1

計(jì)算機(jī)中整數(shù)有多種，同一個(gè)二進(jìn)制代碼表示不同類(lèi)型的整數(shù)時(shí)，其數(shù)值可能不同。三種整數(shù)的比較2、實(shí)數(shù)的表示方法

（一）實(shí)數(shù)的特點(diǎn)

特點(diǎn)：既有整數(shù)部分又有小數(shù)部分，小數(shù)點(diǎn)位置不固定整數(shù)和純小數(shù)是實(shí)數(shù)的特例（二）實(shí)數(shù)的表示方法實(shí)數(shù)的表示方法（科學(xué)記數(shù)法）：階碼：乘冪中的指數(shù)，表示實(shí)數(shù)中小數(shù)點(diǎn)的位置，指數(shù)也有正負(fù)之分尾數(shù)：純小數(shù)部分，表示實(shí)數(shù)中的有效數(shù)字部分符號(hào)：尾數(shù)的正負(fù)如：－0.0034756=－0.34756×10－2

（三）二進(jìn)制實(shí)數(shù)的浮點(diǎn)表示

與十進(jìn)制實(shí)數(shù)一樣，二進(jìn)制實(shí)數(shù)也可以用指數(shù)法表示例如：+1001.011B=+0.1001011B×2100

－0.0010101B=－0.10101B×2－1032位的單精度浮點(diǎn)數(shù)在計(jì)算機(jī)中可表示為：

尾數(shù)符號(hào)位8位23位階碼1.5.4字符信息的表示組成文本的基本元素是字符，字符在計(jì)算機(jī)中采用二進(jìn)制編碼表示。主要掌握西文字符和漢字字符編碼標(biāo)準(zhǔn)。1.5.4字符信息的表示1）西文字符的表示方法

西文字符包括拉丁字母、數(shù)字、標(biāo)點(diǎn)符號(hào)及一些特殊符號(hào)，統(tǒng)稱(chēng)”字符”。所有字符的集合稱(chēng)為“字符集”。字符集中每個(gè)字符對(duì)應(yīng)一個(gè)代碼，構(gòu)成編碼表，簡(jiǎn)稱(chēng)碼表。1）西文字符的表示方法目前計(jì)算機(jī)中使用最廣泛的西文字符集是ASCII字符集，其全稱(chēng)是“美國(guó)信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼”。標(biāo)準(zhǔn)ASCII用7位進(jìn)行編碼，在計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)時(shí)1個(gè)字符占1個(gè)字節(jié)，最高位為0，可表示128個(gè)字符，具體參見(jiàn)P17表1.3。特殊字符的ASCII碼空格（32D,20H）A（65D,41H）a（97D,61H）0~9（48D~57D，30H~39H）基本的ASCII字符集共有128個(gè)字符,其中包括：

95個(gè)可打印字符

33個(gè)控制字符

1）西文字符的表示方法（續(xù)）擴(kuò)展ASCII用8位編碼，最高位可以為0，也可以為1，最多可表示256個(gè)字符。標(biāo)準(zhǔn)ASCII字符集字符數(shù)目有限，在實(shí)際應(yīng)用中往往無(wú)法滿足要求，ISO陸續(xù)制定了一批適用于不同地區(qū)的擴(kuò)充ASCII字符集。每種擴(kuò)充ASCII字符集分別可以擴(kuò)充128字符，即最多可表示256個(gè)字符。這些擴(kuò)充字符的編碼均為高位為1的八位代碼（即十進(jìn)制數(shù)128-255），稱(chēng)為擴(kuò)展ASCII碼。西文字符（1）漢字輸入碼（2）漢字編碼標(biāo)準(zhǔn)GB2312，GBK，UCS/Unicode，GB18030（3）區(qū)位碼，國(guó)標(biāo)碼，機(jī)內(nèi)碼（4）漢字字符的顯示2）漢字的表示方法漢字輸入碼輸入碼的分類(lèi)：數(shù)字編碼：電報(bào)碼、區(qū)位碼等字音編碼：智能ABC、微軟拼音、全拼、搜狗字形編碼：五筆字形音形編碼：自然碼好的漢字輸入碼的特點(diǎn)：易學(xué)習(xí)、易記憶、效率高、重碼少、容量大等。GB2312漢字編碼1981年頒布，第一個(gè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《信息交換用漢字編碼字符集·基本集》雙字節(jié)存儲(chǔ)和表示，每個(gè)字節(jié)的最高位均為“1”在GB2312-80中，無(wú)繁體字，包括3部分：第1部分：字母、數(shù)字和各種符號(hào)共682個(gè)第2部分：一級(jí)常用漢字3755個(gè)，按拼音排列第3部分：二級(jí)常用字3008個(gè)，按部首排列總共7445個(gè)，漢字6763個(gè)

GBK漢字編碼GBK全稱(chēng)為《漢字內(nèi)碼擴(kuò)展規(guī)范》，是1995年發(fā)布的，共有21003個(gè)漢字，它與GB2312國(guó)標(biāo)漢字字符集及其內(nèi)碼保持兼容，有繁體字。雙字節(jié)存儲(chǔ)和表示，第1個(gè)字節(jié)的最高位必為“1”。GBK目前已被廣泛應(yīng)用，WINDOWS操作系統(tǒng)和OFFICE軟件均支持GBK代碼。UCS/Unicode編碼

UCS/Unicode是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織ISO制定的用以將全世界所有字符和符號(hào)集中統(tǒng)一編碼的標(biāo)準(zhǔn)，稱(chēng)為UCS-2。UCS-2是雙字節(jié)編碼，共有字符49194個(gè)，其中包括中、日、韓（CJK）統(tǒng)一編碼的漢字（2萬(wàn)多漢字，有簡(jiǎn)有繁）。GB18030漢字編碼我國(guó)政府在2000年又頒布了一個(gè)新的漢字編碼標(biāo)準(zhǔn)GB18030。GB18030-2000編碼標(biāo)準(zhǔn)在GB2312和GBK的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)充，增加了4字節(jié)編碼，包含漢字27000多個(gè)，和GB2312和GBK兼容，而且與臺(tái)灣、香港地區(qū)使用的BIG5碼（大五碼）相兼容。區(qū)位碼

GB2312的所有的國(guó)標(biāo)漢字與符號(hào)分布在一個(gè)94行94列的平面內(nèi)，行號(hào)為區(qū)號(hào)，列號(hào)為位號(hào)(值均在為01-94范圍)。一個(gè)漢字所在的區(qū)號(hào)和位號(hào)簡(jiǎn)單地組合在一起就構(gòu)成了該漢字的”區(qū)位碼”。在漢字的區(qū)位碼中,高兩位為區(qū)號(hào),低兩位為位號(hào)。注：區(qū)位碼是用兩個(gè)10進(jìn)制數(shù)表示的。如，“大”字的區(qū)號(hào)20，位號(hào)83，區(qū)位碼是2083。思考題下列4個(gè)4位十進(jìn)制數(shù)中，正確的漢字區(qū)位碼是A)5601B)9596C)9678D)8799答案：A國(guó)標(biāo)碼每個(gè)漢字的區(qū)號(hào)和位號(hào)分別加上32D（即20H或00100000B）后得到國(guó)標(biāo)交換碼，簡(jiǎn)稱(chēng)國(guó)標(biāo)碼或交換碼。即：國(guó)標(biāo)碼高位=區(qū)碼+20H國(guó)標(biāo)碼低位=位碼+20H

漢字國(guó)標(biāo)碼的起始二進(jìn)制位置選擇00100001B（即33D）是為了跳過(guò)ASCII碼的32個(gè)控制字符和空格字符。舉例說(shuō)明“大”字的區(qū)位碼是：20832083D1453H1453H

+2020H3473H

∴“大”字的國(guó)標(biāo)碼是3473H機(jī)內(nèi)碼為了將漢字的各種輸入碼在計(jì)算機(jī)內(nèi)部統(tǒng)一起來(lái)，就有了專(zhuān)用于計(jì)算機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)漢字使用的漢字機(jī)內(nèi)碼（內(nèi)碼，漢字存儲(chǔ)碼）。計(jì)算機(jī)既要處理漢字，又要處理英文，因此計(jì)算機(jī)必須能區(qū)別漢字字符和英文字符。機(jī)內(nèi)碼為了不與7位ASCII碼發(fā)生沖突，把國(guó)標(biāo)碼每個(gè)字節(jié)的最高位由0改為1，其余位不變的編碼作為漢字字符的機(jī)內(nèi)碼。即：

機(jī)內(nèi)碼高位=國(guó)標(biāo)碼高位+80H=區(qū)碼+A0H

機(jī)內(nèi)碼低位=國(guó)標(biāo)碼低位+80H=位碼+A0H

舉例說(shuō)明“大”字的區(qū)位碼是：20832083D1453H1453H

+2020H3473H

“大”字的國(guó)標(biāo)碼是：3473H

+8080HB4F3H

“大”字的機(jī)內(nèi)碼是：B4F3H注意事項(xiàng)區(qū)位碼是用兩個(gè)10進(jìn)制數(shù)表示的，國(guó)標(biāo)碼和機(jī)內(nèi)碼通常是用兩個(gè)16進(jìn)制數(shù)表示的。使用不同的輸入編碼方法向計(jì)算機(jī)輸入同一個(gè)漢字，其內(nèi)碼是相同的。幾種漢字編碼的對(duì)比GB2312GBKGB18030UCS-2(Unicode)6763個(gè)漢字(簡(jiǎn)體字)21003個(gè)漢字（包括GB2312漢字在內(nèi)）27000多漢字(包括GBK漢字和CJK及其擴(kuò)充中的漢字)2萬(wàn)多漢字雙字節(jié)存儲(chǔ)和表示，每個(gè)字節(jié)的最高位均為“1”雙字節(jié)存儲(chǔ)和表示，第1個(gè)字節(jié)的最高位必為“1”部分雙字節(jié)、部分4字節(jié)表示(UTF-8編碼)1字節(jié)、2字節(jié)、3字節(jié)等不等長(zhǎng)編碼注意：在同一臺(tái)機(jī)器上，即使使用不同的輸入碼向計(jì)算機(jī)輸入同一個(gè)漢字，其內(nèi)碼是相同的。2）漢字的表示方法3）字符的顯示如果要輸出字符，則需要把機(jī)內(nèi)碼轉(zhuǎn)換成可以閱讀的字形格式；字形碼又稱(chēng)為輸出碼或字模，同一種字體的所有字符的形狀描述信息構(gòu)成字庫(kù)（字形碼的集合）；文本字形描述方法：點(diǎn)陣字形和輪廓字形3）字符的顯示點(diǎn)陣描述輪廓描述輪廓點(diǎn)直線二次曲線漢字輸出時(shí)，若使用16×16點(diǎn)陣的表示方法，則需要16b×16b=256bit=32B3）字符的顯示同一種字體的所有字符的形狀描述信息構(gòu)成字庫(kù)。不同的字體(如宋體、仿宋、楷體、黑體等)對(duì)應(yīng)不同的字庫(kù)。要輸出一個(gè)字符時(shí)，計(jì)算機(jī)根據(jù)該字符的機(jī)內(nèi)碼找出其在字庫(kù)中的位置，再取出其字模信息作為字形輸出。小結(jié)本章重點(diǎn)：1、計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史和階段劃分2、計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)和用途3、二進(jìn)制的概念，各種數(shù)制間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法4、存儲(chǔ)容量、傳輸速率的計(jì)量單位5、整數(shù)的分類(lèi)和表示方法，補(bǔ)碼求解方法6、西文字符和漢字表示方法，漢字機(jī)內(nèi)碼表示方法1、二進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)相互轉(zhuǎn)換方法2、無(wú)符號(hào)整數(shù)表示方法3、帶符號(hào)整數(shù)表示方法：0正1負(fù)4、負(fù)整數(shù)的原碼、反碼、補(bǔ)碼求解方法5、正整數(shù)原碼、反碼、補(bǔ)碼等于原碼6、在8位補(bǔ)碼中，0只