大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)（第六版）課件全套 馬曉敏 第1-11章 計(jì)算思維導(dǎo)論 - 計(jì)算機(jī)發(fā)展前沿技術(shù)

第1章計(jì)算思維導(dǎo)論01計(jì)算與計(jì)算思維02計(jì)算理論03數(shù)與計(jì)算工具04計(jì)算與信息社會(huì)Contents目錄01計(jì)算與計(jì)算思維計(jì)算就是一種思考過(guò)程或執(zhí)行過(guò)程。計(jì)算的特點(diǎn)：①計(jì)算要有可用的數(shù)據(jù)；②在一定的時(shí)間內(nèi)完成計(jì)算，故要有速度；③計(jì)算是個(gè)過(guò)程；④要有適合和科學(xué)的方法（算術(shù)、規(guī)則、變換、算法、策略等）；⑤計(jì)算過(guò)程和結(jié)果要有精度；⑥計(jì)算對(duì)錯(cuò)都要有結(jié)果。計(jì)算的含義計(jì)算需要硬件與軟件算籌和算盤都屬于硬件，而擺法和算盤的使用規(guī)則就是它們的軟件，它們的計(jì)算功能是加、減、乘、除、開方等運(yùn)算，這就是計(jì)數(shù)與計(jì)算。計(jì)數(shù)與計(jì)算邏輯（Logic）：本質(zhì)是尋找事物的相對(duì)關(guān)系，并用已知推斷未知數(shù)理邏輯：德國(guó)人萊布尼茨邏輯代數(shù)：愛爾蘭的數(shù)學(xué)教授布爾邏輯與計(jì)算算法是對(duì)特定問(wèn)題求解步驟和方案的一種描述或解法算法是一組確定的、有效的、有限的解決問(wèn)題的步驟6-5=1和6+（-5）=1的區(qū)別：前者是算數(shù)，后者為算法算法可分為數(shù)值計(jì)算類、非數(shù)值計(jì)算類算法的過(guò)程正好就是可以在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行的過(guò)程計(jì)算：計(jì)算的過(guò)程就是執(zhí)行算法的過(guò)程算法與計(jì)算科學(xué)思維（ScientificThinking）：人腦對(duì)科學(xué)信息的加工活動(dòng)，它是主體對(duì)客體理性的、邏輯的、系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)過(guò)程。科學(xué)思維必須遵守的基本原則：在邏輯上要求嚴(yán)密的邏輯性，達(dá)到歸納和演繹的統(tǒng)一；在方法上要求辯證的分析和綜合兩種思維方法；在體系上要求實(shí)現(xiàn)邏輯與歷史的一致，達(dá)到理論與實(shí)踐具體的、歷史的統(tǒng)一?？茖W(xué)思維理論思維（TheoreticalThinking）又稱邏輯思維，對(duì)應(yīng)于理論科學(xué)實(shí)踐思維（ExperimentalThinking）又稱實(shí)證思維，對(duì)應(yīng)于實(shí)踐科學(xué)計(jì)算思維（ComputationalThinking）對(duì)應(yīng)于計(jì)算機(jī)科學(xué)科學(xué)思維的分類計(jì)算思維的精髓是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的思想與方法分析問(wèn)題、行為理解、系統(tǒng)建模與設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)科學(xué)成為計(jì)算思維的基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)強(qiáng)化了計(jì)算思維的意義和作用計(jì)算思維的概念人與環(huán)境人與人環(huán)境與人行為理解的社會(huì)性什么是“行為理解”？計(jì)算思維定義、本質(zhì)和特征科學(xué)思維美國(guó)學(xué)者周以真（JeannetteMWing）教授2006年提出：計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問(wèn)題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及人類行為的理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)計(jì)算思維的三大部分：?jiǎn)栴}求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和工程組織（人類行為理解）本質(zhì)：抽象（Abstract）和自動(dòng)化（Automation）；特征：能行性，構(gòu)造性和確定性計(jì)算思維的概念計(jì)算思維的實(shí)踐基礎(chǔ)為計(jì)算系統(tǒng)（機(jī)器）與程序，當(dāng)程序被加載到計(jì)算系統(tǒng)（機(jī)器）中之后，它會(huì)被自動(dòng)執(zhí)行。這種思維方式就是要將現(xiàn)實(shí)信息進(jìn)行符號(hào)化。計(jì)算思維的實(shí)踐環(huán)境是指應(yīng)用計(jì)算系統(tǒng)（機(jī)器）與程序的通用領(lǐng)域，是將計(jì)算思維轉(zhuǎn)化成物理環(huán)境的過(guò)程?！榜T?諾依曼計(jì)算機(jī)”“個(gè)人計(jì)算環(huán)境”“并行與分布式計(jì)算環(huán)境”“云計(jì)算環(huán)境”計(jì)算思維的實(shí)踐計(jì)算系統(tǒng)（機(jī)器）程序遞歸0和1

計(jì)算思維的實(shí)踐基礎(chǔ)02計(jì)算理論計(jì)算模型是指用于刻畫計(jì)算概念的抽象形式系統(tǒng)或數(shù)學(xué)系統(tǒng)。計(jì)算模型控制器讀/寫頭紙帶讀/寫頭紙帶（a）模型圖（b）概念圖y=5/20;z=x+y;F=b1

b2…………狀態(tài)x狀態(tài)n初始條件變量狀態(tài)0圖靈機(jī)模型和概念示意圖可計(jì)算性理論是研究計(jì)算的一般性質(zhì)的數(shù)學(xué)理論，也稱算法理論和能行性理論?？捎?jì)算性具有如下幾個(gè)特征確定性有限性設(shè)備無(wú)關(guān)性可用算術(shù)運(yùn)算可計(jì)算性計(jì)算復(fù)雜性是指利用計(jì)算機(jī)求解問(wèn)題的難易程度計(jì)算復(fù)雜性的度量標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間復(fù)雜度常數(shù)、對(duì)數(shù)階、線性階、線性對(duì)數(shù)階、平方階、立方階、k次方階、指數(shù)階

空間復(fù)雜度人們對(duì)算法空間復(fù)雜度分析的重視程度要小于時(shí)間復(fù)雜度的分析計(jì)算復(fù)雜性P問(wèn)題是指問(wèn)題可以在內(nèi)的多項(xiàng)式時(shí)間內(nèi)解決

P問(wèn)題成為了區(qū)分問(wèn)題是否可以被計(jì)算機(jī)求解的一個(gè)重要標(biāo)志NP問(wèn)題是指算法時(shí)間復(fù)雜度不能使用確定的多項(xiàng)式來(lái)表示可計(jì)算與計(jì)算復(fù)雜性理論可知，一個(gè)問(wèn)題理論上是否能行，取決于其可算性，而現(xiàn)實(shí)是否能行，則取決于其計(jì)算復(fù)雜性。P問(wèn)題與NP問(wèn)題印度古老傳說(shuō)。三根柱子，最終64個(gè)盤子在其中一根柱子上從下到上由大到小的地穿好。按照下面的法則移動(dòng)這些盤子：①一次只移動(dòng)一個(gè)盤子，且只能在柱子上來(lái)回移動(dòng)②不管在哪根柱子上，盤子必須在大片上面。漢諾塔求解當(dāng)n=64時(shí)，假如每秒鐘移動(dòng)一次，共需要多長(zhǎng)時(shí)間呢？5,849億年以上，時(shí)間復(fù)雜度不可行問(wèn)題。問(wèn)題的抽象問(wèn)題的映射設(shè)計(jì)問(wèn)題求解算法問(wèn)題求解的實(shí)現(xiàn)求解問(wèn)題過(guò)程數(shù)學(xué)模型已成為處理各種實(shí)際問(wèn)題的重要工具建立數(shù)學(xué)模型的一般步驟①模型準(zhǔn)備階段②模型假設(shè)階段③模型構(gòu)成階段④模型確定階段問(wèn)題抽象的思維過(guò)程問(wèn)題的映射是將客觀世界的問(wèn)題求解映射到計(jì)算機(jī)中求解開發(fā)軟件進(jìn)行問(wèn)題求解的過(guò)程實(shí)現(xiàn)問(wèn)題域→建立模型→編程實(shí)現(xiàn)→到計(jì)算機(jī)世界執(zhí)行求解的過(guò)程。問(wèn)題的映射過(guò)程①將算法作用于特定的輸入集或問(wèn)題描述時(shí)，可導(dǎo)致有限步動(dòng)作構(gòu)成的動(dòng)作序列。②該動(dòng)作序列具有唯一的初始動(dòng)作。③序列中的每一動(dòng)作具有一個(gè)或多個(gè)后繼動(dòng)作。④序列或者終止于某一個(gè)動(dòng)作，或者終止于某一個(gè)陳述。設(shè)計(jì)問(wèn)題求解算法編寫求解算法的程序程序調(diào)試或測(cè)試完成相關(guān)文檔問(wèn)題求解的實(shí)現(xiàn)循環(huán)（行）in=5個(gè)數(shù)兩兩比較循環(huán)（列）j比較次數(shù)（n–i）i：由1到4（n-1）第1輪初始排序數(shù)據(jù)表[563478219]j=1到44次第2輪第1輪兩兩比較4次后結(jié)果[3456219]78j=1到33次第3輪第2輪兩兩比較3次后結(jié)果[34219]5678j=1到22次第4輪第3輪兩兩比較2次后結(jié)果[219]345678j=11次

第4輪兩兩比較1次后結(jié)果[9]21345678

最后排序結(jié)果表[921345678]

數(shù)據(jù)有序排列——排序算法冒泡排序算法過(guò)程求出n=48770428433377171的一個(gè)真因子，一天之內(nèi)交卷一人計(jì)算：順序求解多人同時(shí)計(jì)算：并行計(jì)算并行處理技術(shù)的形式①時(shí)間并行，指時(shí)間重疊②空間并行，指資源重復(fù)③時(shí)間并行和空間并行，指時(shí)間重疊和資源重復(fù)的綜合應(yīng)用。國(guó)王婚姻問(wèn)題——并行計(jì)算假設(shè)給定4個(gè)城市A、B、C、D相互連接，間距已知。由以下路徑的總距離可以求出來(lái)：①路徑ABCDA的總距離是：4.5+2.5+4.5+2.5=14.0②路徑ABDCA的總距離是：4.5+6.0+4.5+5.5=20.5③路徑ACBDA的總距離是：5.5+2.5+6.0+2.5=16.5④路徑ACDBA的總距離是：5.5+4.5+6.0+4.5=20.5⑤路徑ADBCA的總距離是：2.5+6.0+2.5+5.5=16.5⑥路徑ADCBA的總距離是：2.5+4.5+2.5+4.5=14.0最優(yōu)化方法用于研究各種有組織系統(tǒng)的管理問(wèn)題及其生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)，對(duì)所研究的系統(tǒng)，求得一個(gè)合理運(yùn)用人力、物力和財(cái)力的最佳方案，發(fā)揮和提高系統(tǒng)的效能及效益，最終達(dá)到系統(tǒng)的最優(yōu)目標(biāo)。旅行商問(wèn)題——最優(yōu)化思想ABCD4.52.54.55.56.02.503數(shù)與計(jì)算工具傳統(tǒng)的計(jì)算工具算籌是世界上最古老的計(jì)算工具之一算籌在算板上按照需要排列形成籌式，同樣的籌，所在的位置不同，表示的數(shù)也不同，這是十進(jìn)制的思想算籌空表示0橫排式：多位數(shù)：縱排式：數(shù)字：（a）算籌布袋

（b）算籌計(jì)數(shù)算盤是中國(guó)古代偉大發(fā)明之一珠算有完整、成熟的運(yùn)算口訣，算盤是方便、實(shí)用的器械算盤計(jì)算尺由上下兩條相對(duì)固定的尺身，中間一條可以移動(dòng)的滑尺和可在尺上滑動(dòng)的游標(biāo)三部分組成計(jì)算尺除了對(duì)數(shù)刻度，還可以有其他數(shù)學(xué)函數(shù)刻度，如常用的三角函數(shù)、乘方、開方等，來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)算計(jì)算尺A尺刻度1.26B尺刻度1A尺刻度4.30B尺刻度3.38A尺log(1.26)B尺log(3.38)傳統(tǒng)的計(jì)算工具的計(jì)算能力和數(shù)據(jù)分析能力有限計(jì)算的自動(dòng)化：1642年，法國(guó)科學(xué)家帕斯卡發(fā)明了加法器計(jì)算機(jī)的雛形查爾斯·巴貝奇（CharlesBabbage，1792—1871年）差分機(jī)設(shè)計(jì)閃爍出了程序控制的靈光差分機(jī)（a）查爾斯·巴貝奇

（b）1822年設(shè)計(jì)的差分機(jī)分析機(jī)：“存儲(chǔ)庫(kù)”和“運(yùn)算室”奧歐古斯塔·愛達(dá)（AugustaAdaByron，1815—1852年）巴貝奇的分析機(jī)的設(shè)想可以說(shuō)是現(xiàn)代通用計(jì)算機(jī)的雛形，同現(xiàn)代計(jì)算機(jī)一樣可以編程分析機(jī)1834年設(shè)計(jì)的分析機(jī)機(jī)械式計(jì)算機(jī)器：1642年，法國(guó)科學(xué)家布萊斯·帕斯卡（BlaisePascal）乘法器：1674年，德國(guó)著名數(shù)學(xué)家萊布尼茨（GottfriedWilhelmLeibniz）手搖計(jì)算器：中國(guó)機(jī)械式計(jì)算器（a）中國(guó)制造的飛魚牌機(jī)械式計(jì)算器

（b）國(guó)外制造的機(jī)械式計(jì)算器電子式計(jì)算器：采用集成電路的便攜式電子式計(jì)算器既可以是硬件，也可以是開發(fā)出的軟件計(jì)算器電子式計(jì)算器（a）硬件電子式計(jì)算器

（b）軟件電子式計(jì)算器語(yǔ)言的發(fā)展中，逐漸有了數(shù)的概念最早的數(shù)的概念是“有”和“無(wú)”隨著問(wèn)題的復(fù)雜，把“有”逐步分解，產(chǎn)生數(shù)的概念數(shù)的起源原始的結(jié)繩計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)、符號(hào)和數(shù)量阿拉伯?dāng)?shù)字由1、2、3、4、5、6、7、8、9、0十個(gè)符號(hào)組成，采用十進(jìn)制計(jì)數(shù)法，筆畫簡(jiǎn)單，書寫方便20世紀(jì)初阿拉伯?dāng)?shù)字才在中國(guó)逐漸推廣使用。阿拉伯?dāng)?shù)字中國(guó)人于公元前14世紀(jì)，發(fā)明了十進(jìn)計(jì)數(shù)制，到了商朝，中國(guó)人就已經(jīng)能夠用0～9十個(gè)數(shù)字來(lái)表示任意大的自然數(shù)十進(jìn)制在計(jì)算機(jī)科學(xué)和計(jì)算技術(shù)的發(fā)展中起了非常重要的作用中國(guó)人發(fā)明十進(jìn)制計(jì)算機(jī)之父：馮·諾依曼（JohnvonNeumann，1903—1957年）EDVAC（ElectronicDiscreteVariableAutomaticCalculator，離散變量自動(dòng)電子計(jì)算機(jī)）：1945年馮·諾依曼的兩大設(shè)計(jì)思想二進(jìn)制：在電子計(jì)算機(jī)中采用二進(jìn)制計(jì)算機(jī)采用“存儲(chǔ)程序和程序控制”工作原理通用電子計(jì)算機(jī)ENIAC：1946年ENIAC計(jì)算機(jī)ABC計(jì)算機(jī)：約翰·阿塔納索夫（JohnVincentAtanasoff，1904—1995年）ABC計(jì)算機(jī)的電路系統(tǒng)中裝有300個(gè)電子真空管執(zhí)行數(shù)字計(jì)算與邏輯運(yùn)算，機(jī)器使用電容器來(lái)進(jìn)行數(shù)值處理，數(shù)據(jù)輸入采用打孔讀卡辦法，還采用了二進(jìn)制ABC計(jì)算機(jī)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的發(fā)展時(shí)代年份器件軟件應(yīng)用一1946—1956電子管、運(yùn)算速度每秒幾萬(wàn)次二進(jìn)制機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言科學(xué)計(jì)算二1957—1964晶體管、運(yùn)算速度每秒300萬(wàn)次高級(jí)語(yǔ)言數(shù)據(jù)處理工業(yè)控制三1965—1969集成電路、運(yùn)算速度每秒4000萬(wàn)次操作系統(tǒng)文字處理圖形處理四1970年至今大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路、運(yùn)算速度每秒幾億次數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)等社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域五1980年至今各種光學(xué)器件、光纖通信技術(shù)以及智能輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)智能化程序設(shè)計(jì)及系統(tǒng)、知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)所有領(lǐng)域六2000年至今超導(dǎo)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、生物輔助設(shè)計(jì)所有領(lǐng)域二進(jìn)制：1679年，德國(guó)杰出的數(shù)學(xué)家萊布尼茨發(fā)明一種計(jì)算法，用兩個(gè)數(shù)“0”和“1”代替原來(lái)的十位數(shù)二進(jìn)制的特點(diǎn)：①只有兩個(gè)數(shù)字“0”和“1”，從物理上講更容易實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)和存儲(chǔ)，即數(shù)的表示和存儲(chǔ)更容易②計(jì)算簡(jiǎn)單，對(duì)二進(jìn)制進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算的規(guī)則比十進(jìn)制簡(jiǎn)單得多計(jì)算機(jī)采用晶體管實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制，其功能也就是：變換、邏輯運(yùn)算和加法運(yùn)算二進(jìn)制萊布尼茨的邏輯原理①所有的觀念或概念都是由非常小數(shù)目的簡(jiǎn)單觀念復(fù)合而成的，它們形成了人類思維的方式②復(fù)雜的觀念來(lái)自這些簡(jiǎn)單觀念的組合布爾代數(shù)：1847年，英國(guó)數(shù)學(xué)家布爾發(fā)表了《邏輯的數(shù)學(xué)分析》數(shù)理邏輯布爾認(rèn)為：邏輯中的各種命題能夠使用數(shù)學(xué)符號(hào)來(lái)代表，并能依據(jù)規(guī)則推導(dǎo)出適當(dāng)?shù)慕Y(jié)論兩個(gè)邏輯值［“真（True）”“假（False）”］３種邏輯關(guān)系［“與（And）”“或（Or）”的二元運(yùn)算，和“非（Not）”的一元運(yùn)算］基礎(chǔ)上的集合運(yùn)算和邏輯運(yùn)算克勞德·艾爾伍德·香農(nóng)（ClaudeElwoodShannon，1916—2001年）：把布爾代數(shù)的“真（True）”與“假（False）”和電路系統(tǒng)的“開”與“關(guān)”對(duì)應(yīng)起來(lái)，用1和0表示布爾代數(shù)1956年8月25日我國(guó)第一個(gè)計(jì)算技術(shù)研究機(jī)構(gòu)─中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所籌備委員會(huì)成立，著名數(shù)學(xué)家華羅庚任主任。2001年中國(guó)雙院士、北京大學(xué)王選教授作為漢字激光照排系統(tǒng)的創(chuàng)始人和技術(shù)負(fù)責(zé)人獲得國(guó)家最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)在中國(guó)的發(fā)展年份計(jì)算機(jī)1958小型通用數(shù)字電子管計(jì)算機(jī)（103型）1964大型通用電子管計(jì)算機(jī)1964全晶體管計(jì)算機(jī)1971集成電路計(jì)算機(jī)目前，我國(guó)自主開發(fā)的“銀河”、“曙光”、“深騰”、“神威”和“天河”等系列高性能計(jì)算機(jī)，取得了令人矚目的成果。巨型機(jī)和超級(jí)計(jì)算機(jī)的研制、開發(fā)和利用代表著一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科學(xué)研究水平。以“聯(lián)想”、“清華同方”、“方正”、“浪潮”等為代表的我國(guó)計(jì)算機(jī)制造業(yè)也非常發(fā)達(dá)，已成為世界計(jì)算機(jī)主要制造中心之一。微型機(jī)的研制、開發(fā)和廣泛應(yīng)用，標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)普及的程度?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)在中國(guó)的發(fā)展現(xiàn)代計(jì)算機(jī)在中國(guó)的發(fā)展云超級(jí)計(jì)算機(jī)加快新藥研發(fā)速度讓天氣預(yù)報(bào)更精準(zhǔn)超級(jí)計(jì)算機(jī)在中國(guó)的發(fā)展04計(jì)算與信息社會(huì)互聯(lián)網(wǎng)+是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)與其他技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是信息社會(huì)與知識(shí)社會(huì)推動(dòng)下由互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展產(chǎn)生的新業(yè)態(tài)。“互聯(lián)網(wǎng)+”就是“互聯(lián)網(wǎng)+各個(gè)行業(yè)”，但這并不是簡(jiǎn)單的兩者相加，而是利用信息通信技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，讓互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)行業(yè)進(jìn)行深度融合，創(chuàng)造新的發(fā)展生態(tài)。互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)的應(yīng)用范圍為互聯(lián)網(wǎng)與其他傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，應(yīng)用手段則是通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行聯(lián)合和深入融合的方式進(jìn)行?；ヂ?lián)網(wǎng)+作為一個(gè)整體概念，是指通過(guò)傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)完成產(chǎn)業(yè)升級(jí)?；ヂ?lián)網(wǎng)+行業(yè)融合創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)重塑結(jié)構(gòu)尊重人性開放生態(tài)連接一切互聯(lián)網(wǎng)+的特征（1）運(yùn)算速度快（2）存儲(chǔ)容量大，保存時(shí)間長(zhǎng)（3）計(jì)算精確度高（4）邏輯判斷能力（5）自動(dòng)工作的能力計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)（1）科學(xué)和工程計(jì)算領(lǐng)域（2）數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域（3）辦公自動(dòng)化領(lǐng)域（也稱信息管理）（4）電子商務(wù)領(lǐng)域（5）自動(dòng)控制領(lǐng)域（6）計(jì)算機(jī)輔助領(lǐng)域

（7）人工智能領(lǐng)域（8）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用微型化大型化網(wǎng)絡(luò)化智能化計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展信息同物質(zhì)、能源一樣重要，是人類生存和社會(huì)發(fā)展的三大基本資源之一。信息（Information）是自然界、人類社會(huì)和人類思維活動(dòng)中普遍存在的一切物質(zhì)和事物的屬性。廣義地說(shuō)，信息就是人類的一切生存活動(dòng)和自然存在所傳達(dá)出來(lái)的信號(hào)和消息。美國(guó)科學(xué)家香農(nóng)1948年發(fā)表了著名的《通信的數(shù)學(xué)原理》一文，使得信息論從此誕生，香農(nóng)也因此成為信息論的奠基人。信息的概念數(shù)據(jù)（Data）是指客觀世界中記錄下來(lái)的各種各樣的物理符號(hào)及其組合，是信息的具體表現(xiàn)形式，反映了信息的內(nèi)容。數(shù)據(jù)是信息的載體，數(shù)據(jù)中包含著信息。例如，數(shù)值、文字、聲音、圖形、圖像、視頻等都是可識(shí)別的不同形式的數(shù)據(jù)信息是指數(shù)據(jù)中有用的知識(shí)，需要去挖掘，即處理加工。信息既是各種事物的變化和特征的反映，又是事物之間相互作用和聯(lián)系的表征。信息與數(shù)據(jù)當(dāng)數(shù)據(jù)以某種形式經(jīng)過(guò)處理、描述或與其他數(shù)據(jù)比較時(shí)，才能成為信息，而知識(shí)是指人類的認(rèn)識(shí)成果。如規(guī)則等，表現(xiàn)為判斷、推理、決策等包括事實(shí)、信息的描述或在教育和實(shí)踐中獲得的技能?？梢允顷P(guān)于理論的，也可以是關(guān)于實(shí)踐的信息與知識(shí)的區(qū)別：知識(shí)在于創(chuàng)新，而信息不具有創(chuàng)新性。創(chuàng)新是時(shí)代發(fā)展的靈魂信息與知識(shí)信息處理就是對(duì)信息的接收與產(chǎn)生、表示與存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)化與傳送、以及加工和利用、發(fā)布等，目的是對(duì)信息的分析、利用和對(duì)問(wèn)題的決策發(fā)展階段：信息處理與社會(huì)數(shù)值處理數(shù)據(jù)處理知識(shí)處理智能處理網(wǎng)絡(luò)處理信息社會(huì)是指以信息技術(shù)為基礎(chǔ)，以信息產(chǎn)業(yè)為支柱，以信息價(jià)值的生產(chǎn)為中心，以信息產(chǎn)品為標(biāo)志的社會(huì)信息化（Informatization）是指全面發(fā)展和利用現(xiàn)代信息技術(shù)創(chuàng)造的智能工具，去改造、更新和裝備社會(huì)活動(dòng)的各個(gè)領(lǐng)域，以提高人類社會(huì)的生產(chǎn)、生活的效率和創(chuàng)造力，使物質(zhì)財(cái)富和精神文明得到提高信息社會(huì)中，信息成為比物質(zhì)和能源更為重要的資源信息化與信息社會(huì)知識(shí)經(jīng)濟(jì)就是以現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)為核心的，建立在知識(shí)和信息的生產(chǎn)、存儲(chǔ)、使用和消費(fèi)之上的經(jīng)濟(jì)①知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，誰(shuí)擁有的知識(shí)多，誰(shuí)就能占領(lǐng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的制高點(diǎn)②創(chuàng)新是知識(shí)經(jīng)濟(jì)的靈魂③知識(shí)生產(chǎn)率比勞動(dòng)生產(chǎn)率更為重要④知識(shí)經(jīng)濟(jì)是可持續(xù)發(fā)展的效益經(jīng)濟(jì)信息時(shí)代的經(jīng)濟(jì)特征在信息社會(huì)，數(shù)字化的生產(chǎn)工具在產(chǎn)生和服務(wù)領(lǐng)域廣泛普及和應(yīng)用。互聯(lián)網(wǎng)成為重要的通信媒體，智能化的綜合網(wǎng)絡(luò)將遍布社會(huì)的各個(gè)角落，固定電話、移動(dòng)電話、電視、計(jì)算機(jī)等各種信息化的終端設(shè)備無(wú)處不在。人們的生活模式、文化模式更加多樣化，個(gè)性化不斷加強(qiáng)，可供個(gè)人自由支配的時(shí)間和活動(dòng)的空間大幅度提高。城市化發(fā)展出現(xiàn)新的特點(diǎn)，高速發(fā)展的信息交換促使中心城市的郊區(qū)化發(fā)展趨向，使城市從傳統(tǒng)的單中心向多中心發(fā)展。社會(huì)、文化、生活方面的特征信息社會(huì)對(duì)人們的價(jià)值觀念、社會(huì)道德等也會(huì)產(chǎn)生影響和變革。在信息社會(huì)，尊重知識(shí)的價(jià)值觀念成為社會(huì)風(fēng)尚；社會(huì)中人具有更積極地創(chuàng)造未來(lái)的意識(shí)傾向，人們的價(jià)值取向、行為方式都在默默地發(fā)生變化。社會(huì)觀念上的特征第2章計(jì)算機(jī)中的信息表示01數(shù)制與轉(zhuǎn)換02數(shù)值數(shù)據(jù)的表示03數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)單位和內(nèi)存地址04字符與漢字的編碼Contents目錄05多媒體信息的表示01數(shù)制與轉(zhuǎn)換大家可以自行添加一些說(shuō)明內(nèi)容2.1數(shù)制與轉(zhuǎn)換進(jìn)位計(jì)數(shù)制數(shù)的表示常用的數(shù)制二進(jìn)制數(shù)的特點(diǎn)數(shù)制間的轉(zhuǎn)換二進(jìn)制和十進(jìn)制數(shù)之間的相互轉(zhuǎn)換任意進(jìn)制數(shù)和十進(jìn)制數(shù)之間的相互轉(zhuǎn)換二進(jìn)制數(shù)、八進(jìn)制數(shù)和十六進(jìn)制數(shù)之間的相互轉(zhuǎn)換二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算規(guī)則二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算二進(jìn)制數(shù)的邏輯運(yùn)算2.1.1進(jìn)位計(jì)數(shù)制

數(shù)的表示數(shù)碼：一組用來(lái)表示某種數(shù)制的符號(hào)。如：1、2、3、4、A、B、C、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ等。基數(shù)：數(shù)制所使用的數(shù)碼個(gè)數(shù)稱為“基數(shù)”或“基”，常用“R”表示，稱R進(jìn)制。如二進(jìn)制的數(shù)碼是：0、1，基為2。位權(quán)：指數(shù)碼在不同位置上的權(quán)值。在進(jìn)位計(jì)數(shù)制中，處于不同數(shù)位的數(shù)碼，代表的數(shù)值不同。如Rn2.1.1進(jìn)位計(jì)數(shù)制

特點(diǎn)每一種進(jìn)位制數(shù)都有一個(gè)固定的基數(shù)，即數(shù)的每一位可取R個(gè)不同數(shù)碼之一。運(yùn)算時(shí)“逢R進(jìn)一”，故稱R進(jìn)制。如十進(jìn)制數(shù)的每一位可取0～9的十個(gè)數(shù)碼之一，運(yùn)算時(shí)“逢十進(jìn)一”。每一位數(shù)碼Ki對(duì)應(yīng)一個(gè)固定的權(quán)值Ri。相鄰位的權(quán)相差R倍。如向前借一位，則“借一當(dāng)R”。常用進(jìn)制表示符號(hào)B二進(jìn)制O八進(jìn)制D十進(jìn)制H十六進(jìn)制十進(jìn)制 R=10，可使用0,1,2,3,4,5,6,7,8,9二進(jìn)制 R=2，可使用0,1八進(jìn)制 R=8，可使用0,1,2,3,4,5,6,7十六進(jìn)制 R=16，可使用0,……,9,A,B,C,D,E,F2.1.1進(jìn)位計(jì)數(shù)制

按權(quán)展開式具體為：若數(shù)A為A=Kn-1Kn-2...K1K0.K-1K-2...K-m

則計(jì)算其值一般用按“權(quán)”展開的多項(xiàng)式來(lái)表示:A=Kn-1Rn-1+Kn-2Rn-2+...+K1R1+K0R0+K-1R-1+...+K-mR-m

式中Ki表示第i位的數(shù)碼，R為基數(shù)，m、n是正整數(shù)，n為整數(shù)部分的位數(shù)，m為小數(shù)部分的位數(shù)。Ri為對(duì)應(yīng)位的權(quán)值。

2.1.1進(jìn)位計(jì)數(shù)制

按權(quán)展開式實(shí)例十進(jìn)制數(shù)(1252.34)10的按權(quán)展開式為：

(1252.34)10=1×103+2×102+5×101+2×100+3×10-1+4×10-2八進(jìn)制數(shù)(123.45)8的按權(quán)展開式為：

(123.45)8=1×82+2×81+3×80+4×8-1+5×8-2權(quán)Rn基數(shù)2.1.1進(jìn)位計(jì)數(shù)制

常用的數(shù)制十進(jìn)制D二進(jìn)制B八進(jìn)制O十六進(jìn)制H十進(jìn)制D二進(jìn)制B八進(jìn)制O十六進(jìn)制H0123456780110111001011101111000012345671001234567891011121314151617100110101011110011011110111110000100011112131415161720219ABCDEF1011計(jì)算機(jī)中常用的進(jìn)位計(jì)數(shù)制是十進(jìn)制、二進(jìn)制、八進(jìn)制和十六進(jìn)制。如下表所示：2.1.1進(jìn)位計(jì)數(shù)制

二進(jìn)制數(shù)：

(1101.01)2=1×23+1×22+0×21+1×20+0×2-1+1×2-2八進(jìn)制數(shù)：

(32.01)8=3×81+2×80+0×8-1+1×8-2常用的數(shù)制十六進(jìn)制數(shù)：

(6C.2E)8=6×161+C×160+2×16-1+E×16-22.1.1進(jìn)位計(jì)數(shù)制

二進(jìn)制數(shù)的特點(diǎn)

（1）計(jì)算機(jī)采用二進(jìn)制數(shù),可進(jìn)行邏輯運(yùn)算，能方便的使用邏輯代數(shù)；（2）實(shí)現(xiàn)過(guò)程容易；（3）工作過(guò)程可靠,方便計(jì)算機(jī)記憶和傳輸及處理；（4）計(jì)算機(jī)運(yùn)算規(guī)則簡(jiǎn)單；

2.1.2數(shù)制間的轉(zhuǎn)換

十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)：方法：二進(jìn)制數(shù)和十進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換整數(shù)部分-采用除2取余法，即逐次除以2，直至商為0，得出的余數(shù)倒排，即為二進(jìn)制各位的數(shù)碼。小數(shù)部分-采用乘2取整法，即逐次乘以2，從每次乘積的整數(shù)部分得到二進(jìn)制數(shù)各位的數(shù)碼。2.1.2數(shù)制間的轉(zhuǎn)換

十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)：【例2-3】將一個(gè)十進(jìn)制的整數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制整數(shù)，如(23)10轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)是多少？二進(jìn)制數(shù)和十進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換

(23)10=(10111)2十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)：【例2-4】將一個(gè)十進(jìn)制的小數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制小數(shù)，如(0.87)10轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)是多少？二進(jìn)制數(shù)和十進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換

(0.87)10=(0.1101111)22.1.2數(shù)制間的轉(zhuǎn)換

二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制數(shù)：方法：按權(quán)展開式二進(jìn)制數(shù)和十進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換(10111.11)2=1×24+0×23+1×22+1×21+1×20+1×2-1+1×2-2

=23.752.1.2數(shù)制間的轉(zhuǎn)換

十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化為任意進(jìn)制數(shù)：方法：任意進(jìn)制數(shù)和十進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換整數(shù)部分-采用除R取余法，即逐次除以R，直至商為0，得出的余數(shù)倒排，即為二進(jìn)制各位的數(shù)碼。小數(shù)部分-采用乘R取整法，即逐次乘以R，從每次乘積的整數(shù)部分得到二進(jìn)制數(shù)各位的數(shù)碼。任意進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制數(shù)：方法：按權(quán)展開式2.1.2數(shù)制間的轉(zhuǎn)換

任意進(jìn)制數(shù)和十進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換將(100.345)D轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制為()O(2576)8=2×83+5×82＋7×81＋6×80＝1406(A10B.8)16=10×163+1×162+0×161+11×160+8×16-1

=41227.52.1.2數(shù)制間的轉(zhuǎn)換

二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化為八進(jìn)制數(shù)：二進(jìn)制數(shù)和八進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換一位八進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)三位二進(jìn)制數(shù)

整數(shù)部分：從右向左按三位進(jìn)行分組，高位不足補(bǔ)零，每三位合為1位。小數(shù)部分：從左向右按三位進(jìn)行分組，低位不足補(bǔ)零，每三位合為1位。001

101

011.110

010(B)=153.62(O)153.62(O)【例2-6】

(1101011.11001)2轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制數(shù)是多少？2.1.2數(shù)制間的轉(zhuǎn)換

二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化為十六進(jìn)制數(shù)：二進(jìn)制數(shù)和八進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換一位十六進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)四位二進(jìn)制數(shù)整數(shù)部分：從右向左按四位進(jìn)行分組，高位不足補(bǔ)零，每4位合為1位小數(shù)部分：從左向右按四位進(jìn)行分組，低位不足補(bǔ)零，每4位合為1位。

0011

0110

1110.1101

0100(B)=36E.D4(H)36E.D42.1.2數(shù)制間的轉(zhuǎn)換

八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化為十六進(jìn)制數(shù)：以二進(jìn)制為媒介二進(jìn)制數(shù)和八進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換【例2-7】

(345.67)8轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)是多少？

３４５·６７八進(jìn)制↓↓↓↓↓轉(zhuǎn)換為

011

100

101·110

111

二進(jìn)制

0

1110

0101·1101

1100↓↓↓↓

Ｅ５·ＤＣ十六進(jìn)制2.1.3二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算規(guī)則

二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算包括加法、減法、乘法和除法運(yùn)算二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算加法規(guī)則：0+0=0；0+1=1；1+0=1；1+1=10（向高位進(jìn)位）減法規(guī)則：0-0=0；10-1=1（向高位借位）；1-0=1；1-1=0乘法規(guī)則：0×0=0；0×1=0；1×0=0；1×1=1除法規(guī)則：0/1=0；1/1=1

1101+111011011

11011-111011011101×1010000011010000+11011000001010110111110111011111110111002.1.3二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算規(guī)則

二進(jìn)制數(shù)的邏輯運(yùn)算包括邏輯與、邏輯或、邏輯非和邏輯異或運(yùn)算二進(jìn)制數(shù)的邏輯運(yùn)算邏輯與：只有當(dāng)所有條件都成立時(shí)結(jié)論才成立。

0∧0＝0；0∧1＝0；1∧0＝0；1∧1＝1。邏輯或：只要其中一個(gè)條件成立結(jié)論就成立。

0∨0=0；0∨1=1；1∨0=1；1∨1=1ABF=A∧B000010100111

邏輯與的真值表ABF=A∨B000011101111

邏輯或的真值表2.1.3二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算規(guī)則

二進(jìn)制數(shù)的邏輯運(yùn)算包括邏輯與、邏輯或、邏輯非和邏輯異或運(yùn)算二進(jìn)制數(shù)的邏輯運(yùn)算邏輯非NOT：!1=0；!0=1邏輯異或XOR：只有當(dāng)兩個(gè)邏輯值不相同時(shí)，結(jié)果才為1。

0⊕0=0；0⊕1=1；1⊕0=1；1⊕1=0AF=A0110

邏輯非的真值表ABF=A⊕B000011101110

邏輯異或的真值表2.1.3二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算規(guī)則

多位二進(jìn)制數(shù)的邏輯運(yùn)算只需按位進(jìn)行，不存在算術(shù)運(yùn)算中的進(jìn)位和借位運(yùn)算。二進(jìn)制數(shù)的邏輯運(yùn)算【例2-10】對(duì)下述二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行與、或、異或、非邏輯運(yùn)算。1001?110010001001∨110011011001⊕11000101

1001＝01102.2數(shù)值數(shù)據(jù)的表示機(jī)器數(shù)與真值原碼、反碼和補(bǔ)碼原碼反碼補(bǔ)碼定點(diǎn)數(shù)與浮點(diǎn)數(shù)定點(diǎn)數(shù)的表示定點(diǎn)數(shù)的表示范圍浮點(diǎn)數(shù)的表示浮點(diǎn)數(shù)的規(guī)格化浮點(diǎn)數(shù)在計(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)2.2.1機(jī)器數(shù)與真值

機(jī)器數(shù)與真值計(jì)算機(jī)中只能處理0和1表示的數(shù)；計(jì)算機(jī)中用0表示正號(hào)，用1表示負(fù)號(hào)把在機(jī)器內(nèi)存放的正負(fù)號(hào)數(shù)碼化的數(shù)稱為機(jī)器數(shù)，把用正負(fù)號(hào)表示的數(shù)稱為真值。真值數(shù)(+0101111)2→機(jī)器數(shù)(00101111)2真值數(shù)(-1101101)2→機(jī)器數(shù)(11101101)211101101數(shù)符數(shù)值2.2.1機(jī)器數(shù)與真值

無(wú)符號(hào)數(shù)和有符號(hào)數(shù)無(wú)符號(hào)數(shù)是指計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)的所有二進(jìn)制位均表示數(shù)值本身。有符號(hào)數(shù)是指機(jī)器數(shù)分為符號(hào)和數(shù)值部分，左邊第一位為符號(hào)計(jì)算機(jī)中用0表示正號(hào)，用1表示負(fù)號(hào)【例2-11】將（-23）10轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)。（1）（-23）10=（110111）2（2）（-23）10=（10010111）2（3）（-23）10=（1000000000010111）2答案（1）是沒(méi)有考慮機(jī)器字長(zhǎng)的情況，而答案（2）（3）分別是按照機(jī)器字長(zhǎng)為8位、16位轉(zhuǎn)換的結(jié)果。要注意的是，不同的字長(zhǎng)，所保存的數(shù)據(jù)范圍是不同的，也是有范圍限制的，超出了范圍，則稱為“溢出”。有溢出時(shí)，應(yīng)考慮用更大的字長(zhǎng)來(lái)表示數(shù)據(jù)。無(wú)符號(hào)數(shù)和有符號(hào)數(shù)

無(wú)符號(hào)數(shù)即將所有的位都用來(lái)表示數(shù)值的大小，二進(jìn)制的無(wú)符號(hào)整數(shù)X0X1…Xn，X0是最高位的數(shù)，而不是符號(hào)位?！纠?-12】給出8位，16位機(jī)器數(shù)表示無(wú)符號(hào)整數(shù)的范圍。（1）8位字長(zhǎng)：28-1≥X≥0即0~255（2）16位字長(zhǎng)：216-1≥X≥0即0~65535即無(wú)符號(hào)整數(shù)的表示范圍為0≤|X|≤2n-1。n為字長(zhǎng)位數(shù)。【例2-13】設(shè)某機(jī)器的字長(zhǎng)為8位，寫出機(jī)器數(shù)10011001作為無(wú)符號(hào)整數(shù)和有符號(hào)整數(shù)對(duì)應(yīng)的真值。解：10011001作為無(wú)符號(hào)整數(shù)時(shí)，其對(duì)應(yīng)的真值是（10011001）2=（153）1010011001作為帶符號(hào)整數(shù)時(shí)，其最高位的數(shù)碼表示為符號(hào)“-”。所以其對(duì)應(yīng)的真值為（-25）。2.2.2原碼、反碼和補(bǔ)碼為了有效解決計(jì)算機(jī)中減法問(wèn)題，在計(jì)算機(jī)中對(duì)有符號(hào)數(shù)的表示有3種方法：原碼、反碼和補(bǔ)碼。原碼：正數(shù)的符號(hào)位用0表示，負(fù)數(shù)的符號(hào)位用1表示，數(shù)值部分即為真值絕對(duì)值所對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)。例：某8位機(jī)中有兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)真值：X＝+1010101，Y＝-1010101。真值X+1010101Y-1010101原碼[X]原01010101[Y]原11010101

正數(shù)↑↑負(fù)數(shù)↑↑

數(shù)符數(shù)值

數(shù)符數(shù)值8位二進(jìn)制數(shù)原碼所能表示的整數(shù)存儲(chǔ)范圍用十進(jìn)制數(shù)表示為127～+127，用二進(jìn)制數(shù)表示為11111111～01111112.2.2原碼、反碼和補(bǔ)碼原碼的缺點(diǎn)：零的表示形式有兩種；+0：00000000；-0：10000000；采用原碼表示數(shù)直接進(jìn)行二進(jìn)制加法運(yùn)算，結(jié)果可能是不正確的。在某8位機(jī)中，X=+6，Y=-3，則[X]原=00000110，[Y]原=10000011。兩數(shù)直接做加減法運(yùn)算：00000110

00000110加法運(yùn)算：

＋

10000011加減運(yùn)算：－1000001110001001

10000011顯然，直接用這兩個(gè)數(shù)相加，結(jié)果為10001001，即-9，是不正確的；

這兩個(gè)數(shù)的原碼相減，結(jié)果為10000011，即-3，也是不正確的2.2.2原碼、反碼和補(bǔ)碼反碼正數(shù)的反碼和原碼一致。負(fù)數(shù)的反碼是把原碼除符號(hào)位之外各位取反，即符號(hào)位不動(dòng)，數(shù)值位1變換成0，0變換成1?！纠?-14】某8位機(jī)中有兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)真值：X＝+1010101，Y＝-1010101，分別求其反碼。解：因?yàn)閄為正數(shù)，[X]反=[X]原=01010101；Y為負(fù)數(shù)，[Y]反=10101010；反碼通常作為求補(bǔ)碼的中間變換。2.2.2原碼、反碼和補(bǔ)碼補(bǔ)碼正數(shù)的補(bǔ)碼和原碼一致。負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼是在反碼基礎(chǔ)上末位加“1”，符號(hào)位為1不變?！纠?-14】某8位機(jī)中有兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)真值：X＝+1010101，Y＝1010101，分別求其補(bǔ)碼。解：因?yàn)閄為正數(shù)，即為原碼本身，故[X]補(bǔ)=01010101；而Y是負(fù)數(shù)，故[Y]原=11010101，[Y]反=10101010，[Y]補(bǔ)=10101011【例2-15】分別求+10和-13的補(bǔ)碼為多少？解：先求真值對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制機(jī)器數(shù)：(+10)=(00001010)2,(-13)=(+10001101)2[+10]補(bǔ)=00001010；[-13]補(bǔ)=11110011；2.2.2原碼、反碼和補(bǔ)碼計(jì)算機(jī)中補(bǔ)碼的運(yùn)算計(jì)算機(jī)中引入補(bǔ)碼的概念后，所有的減法運(yùn)算都可以用加法來(lái)完成。（A+B）補(bǔ)=（A）補(bǔ)+（B）補(bǔ)；（A-B）補(bǔ)=（A）補(bǔ)+（-B）補(bǔ)；【例2-16】用補(bǔ)碼的加法完成真值：(-5)10+(4)10的運(yùn)算。解：首先(-5)10=(10000101)2，(4)10=(00000100)2，再轉(zhuǎn)換成補(bǔ)碼，進(jìn)行補(bǔ)碼的加法運(yùn)算，運(yùn)算如下：5的補(bǔ)碼形式為：

111110114的補(bǔ)碼形式為：

＋00000100結(jié)果的補(bǔ)碼形式為：11111111注意：補(bǔ)碼相加得到的依然是和的補(bǔ)碼形式，所以需要將結(jié)果還原成原碼。運(yùn)算結(jié)果的補(bǔ)碼

(11111111)2

還原成原碼為

(10000001)2，可見計(jì)算結(jié)果為-1。2.2.3定點(diǎn)數(shù)與浮點(diǎn)數(shù)在計(jì)算機(jī)中參與計(jì)算的數(shù)除了正負(fù)之外可能既有整數(shù)部分又有小數(shù)部分，在進(jìn)行加減運(yùn)算時(shí)需先將小數(shù)點(diǎn)位置對(duì)準(zhǔn)，那么在計(jì)算機(jī)中小數(shù)點(diǎn)的位置是如何表示呢？根據(jù)小數(shù)點(diǎn)位置是否固定，數(shù)的表示方法有定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)兩種表示方法。定點(diǎn)數(shù)表示數(shù)據(jù)的小數(shù)點(diǎn)位置固定不變。分為定點(diǎn)整數(shù)（純整數(shù)）和定點(diǎn)小數(shù)（純小數(shù)）。定點(diǎn)整數(shù)又根據(jù)是否有符號(hào)位分為無(wú)符號(hào)整數(shù)和有符號(hào)整數(shù)。定點(diǎn)整數(shù)小數(shù)點(diǎn)位置固定在數(shù)值的最右端，定點(diǎn)小數(shù)則是將小數(shù)點(diǎn)位置固定在有效數(shù)值的最左端，即符號(hào)位之后。2.2.3定點(diǎn)數(shù)與浮點(diǎn)數(shù)定點(diǎn)數(shù)的表示范圍在討論數(shù)值數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的表示時(shí)，經(jīng)常用到數(shù)據(jù)范圍和精度這兩個(gè)概念。數(shù)據(jù)范圍是指數(shù)據(jù)所能表示的最大值和最小值。數(shù)據(jù)精度用實(shí)數(shù)所能給出的有效數(shù)字位數(shù)表示。二進(jìn)制數(shù)無(wú)符號(hào)整數(shù)的表示范圍帶符號(hào)整數(shù)的表示范圍80～255（28

1）-128～127（27

1）160～65535（216

1）-32768～32767（215

1）320～232

1-231～231

12.2.3定點(diǎn)數(shù)與浮點(diǎn)數(shù)浮點(diǎn)數(shù)計(jì)算機(jī)中大量處理的實(shí)數(shù)采用“浮點(diǎn)數(shù)”或稱為“科學(xué)計(jì)數(shù)法”表示。浮點(diǎn)數(shù)即指小數(shù)點(diǎn)位置不固定的數(shù)，它既有整數(shù)部分又有小數(shù)部分。任意一個(gè)二進(jìn)制浮點(diǎn)數(shù)N都可以表示成如下形式：

式中，M稱為浮點(diǎn)數(shù)的尾數(shù)，是一個(gè)純小數(shù)，E為浮點(diǎn)數(shù)的階碼部分，是一個(gè)整數(shù)。尾數(shù)的位數(shù)決定數(shù)據(jù)表示的精度，當(dāng)階碼長(zhǎng)度相同時(shí)，尾數(shù)的位數(shù)越多，則數(shù)據(jù)精度越高，而階碼的位數(shù)決定了數(shù)據(jù)表示的范圍，階碼位數(shù)越多，則能表示的數(shù)據(jù)范圍越大。2.2.3定點(diǎn)數(shù)與浮點(diǎn)數(shù)浮點(diǎn)數(shù)計(jì)算機(jī)中大量處理的實(shí)數(shù)采用“浮點(diǎn)數(shù)”或稱為“科學(xué)計(jì)數(shù)法”表示。浮點(diǎn)數(shù)即指小數(shù)點(diǎn)位置不固定的數(shù)，它既有整數(shù)部分又有小數(shù)部分。任意一個(gè)二進(jìn)制浮點(diǎn)數(shù)N都可以表示成如下形式：

式中，M稱為浮點(diǎn)數(shù)的尾數(shù)，是一個(gè)純小數(shù)，E為浮點(diǎn)數(shù)的階碼部分，是一個(gè)整數(shù)。[101.011]2=0.101011×23，則0.101011為尾數(shù)，3是階碼。尾數(shù)的位數(shù)越多，則數(shù)據(jù)精度越高，階碼位數(shù)越多，則能表示的數(shù)據(jù)范圍越大。2.2.3定點(diǎn)數(shù)與浮點(diǎn)數(shù)浮點(diǎn)數(shù)的表示浮點(diǎn)數(shù)的規(guī)格化可見，尾數(shù)小數(shù)點(diǎn)位置不同，則浮點(diǎn)數(shù)表示形式不唯一。約定：要求尾數(shù)真值最高有效位為1，稱為浮點(diǎn)數(shù)的規(guī)格化。[101.011]2=0.101011×23

=10.1011×21=1.01011×22故[101.011]2=0.101011×23為該數(shù)的規(guī)格化表示形式。2.2.3定點(diǎn)數(shù)與浮點(diǎn)數(shù)浮點(diǎn)數(shù)在計(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)浮點(diǎn)數(shù)在計(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)，由階碼和尾數(shù)構(gòu)成。階碼分為階碼的符號(hào)位（階符）和階碼數(shù)值本身。尾數(shù)分為數(shù)符和數(shù)值本身，按照規(guī)定位數(shù)存儲(chǔ)。在浮點(diǎn)數(shù)表示中，數(shù)符和階符都各占1位不同字長(zhǎng)的計(jì)算機(jī)浮點(diǎn)數(shù)位數(shù)分配：數(shù)符階符階碼尾數(shù)字長(zhǎng)16位，階符1位，階碼4位，數(shù)符1位，尾數(shù)10；

字長(zhǎng)32位，階符1位，階碼7位，數(shù)符1位，尾數(shù)23；

字長(zhǎng)64位，階符1位，階碼10位，數(shù)符1位，尾數(shù)52。浮點(diǎn)數(shù)在計(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)【例2-17】如字長(zhǎng)16位浮點(diǎn)數(shù)，設(shè)尾數(shù)占10位，階碼占4位，數(shù)符和階符各占1位，則N=-1101.010B如何存儲(chǔ)呢？解：首先將N規(guī)格化：N=-1101.010B＝-0.110101×2100B151413

109

01001001101010000數(shù)符為負(fù)1位階符為正1位階碼p，4位尾數(shù)d，10位2.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單位和內(nèi)存地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單位位字節(jié)字內(nèi)存地址2.3.1數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單位在計(jì)算機(jī)中，用二進(jìn)制數(shù)表示存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的單位稱為存儲(chǔ)單位。位（bit）：也稱為比特，簡(jiǎn)記為b，是計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的最小單位。字節(jié)（Byte）：簡(jiǎn)記為B，是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的基本單位。通常規(guī)定1B＝8b。KB、MB、GB和TB：1KB=210B

=1024B1TB＝210GB＝220MB＝230KB＝240B;字（Word）：計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)時(shí)，CPU通過(guò)數(shù)據(jù)總線一次存取、加工和傳送的數(shù)據(jù)稱為字。一個(gè)字通常由一個(gè)字節(jié)或若干個(gè)字節(jié)組成。計(jì)算機(jī)部件能同時(shí)處理的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)稱為字長(zhǎng)。字長(zhǎng)越長(zhǎng)，精度越高。字長(zhǎng)一般是字節(jié)的整數(shù)倍，如32位，4個(gè)字節(jié)長(zhǎng)。2.3.2內(nèi)存地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單位計(jì)算機(jī)中用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的設(shè)備稱為存儲(chǔ)設(shè)備，比如內(nèi)存，硬盤等。存儲(chǔ)設(shè)備存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的最小單位是“位”，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的基本單位是“字節(jié)”，字節(jié)是計(jì)算機(jī)用于存儲(chǔ)、傳輸和計(jì)算的基本計(jì)量單位，存放一個(gè)字節(jié)的一組存儲(chǔ)元稱為存儲(chǔ)單元，它是CPU訪問(wèn)存儲(chǔ)器的基本單位。存儲(chǔ)容量是指某個(gè)設(shè)備所能容納的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的總和，通常用字節(jié)來(lái)表示，常用的單位有B,KB,MB,GB和TB等存儲(chǔ)設(shè)備都是由系列存儲(chǔ)單元組成的，為了有效的進(jìn)行數(shù)據(jù)的訪問(wèn)，需要對(duì)存儲(chǔ)單元編號(hào)，即為“編址”，由操作系統(tǒng)完成，而存儲(chǔ)單元的編號(hào)稱為“地址”，通過(guò)地址訪問(wèn)存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)。地址通常用十六進(jìn)制表示。2.3.2內(nèi)存地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單位存儲(chǔ)單元Byte存儲(chǔ)位bit存儲(chǔ)體圖2-9存儲(chǔ)體結(jié)構(gòu)示意與地址表示0000H

0001H

FFFEH

FFFFH

例2-18內(nèi)存空間地址段為3001H至7000H，可以表示多少個(gè)字節(jié)的存儲(chǔ)空間？解：內(nèi)存空間存儲(chǔ)單元的基本單位是字節(jié)B。地址3001H至7000H內(nèi)存空間的大小為4000H，即4000H=4*163D=16384D=100000000000000B=214D∵十進(jìn)制：1KB＝210B=1024字節(jié)D

二進(jìn)制：1KB＝210B=10000000000字節(jié)B

十六進(jìn)制：1KB＝210B=4×162B=400字節(jié)H∴十進(jìn)制算法：214=24*210B=16*210B=16KB

或16384/1024=16KB（D）或二進(jìn)制算法：100000000000000/10000000000=10000KB（B）或十六進(jìn)制算法：4000/400=10KB（H）則用十進(jìn)制數(shù)表示為16KB存儲(chǔ)空間。2.4字符與漢字的編碼十進(jìn)制數(shù)編碼ASCII編碼漢字編碼

輸入碼交換碼機(jī)內(nèi)碼字形碼Unicode編碼多媒體信息編碼音頻圖形與圖像視頻與動(dòng)畫字符與漢字的編碼計(jì)算機(jī)除了用于數(shù)值計(jì)算外，還要處理大量的非數(shù)值信息。以若干位數(shù)碼或符號(hào)的不同組合來(lái)表示非數(shù)值信息的方法，稱為“編碼”。編碼應(yīng)具有唯一性：每一種組合都有確定的唯一的含義。計(jì)算機(jī)編碼就是指對(duì)輸入到計(jì)算機(jī)中的各種信息用二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行編碼的過(guò)程。2.4.1十進(jìn)制數(shù)編碼用四位二進(jìn)制數(shù)的形式來(lái)直接表示一位十進(jìn)制數(shù)。這種表示方法稱為二-十進(jìn)制編碼，又稱BCD（BinaryCodedDecimal）碼。在十進(jìn)制數(shù)的編碼中，最常用的是“8421”碼和“余3”碼。

“8421”碼采用四位二進(jìn)制的前十個(gè)數(shù)碼0000～1001分別代表它所對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)0～9，每位都有固定的權(quán)，它們的權(quán)從高到低分別為8-4-2-1。因此又稱為有權(quán)碼或加權(quán)碼。“余3”碼的表示形式是在相應(yīng)“8421”碼的基礎(chǔ)上增加數(shù)值3，所以，“余3”碼屬于“偏權(quán)碼”。

十進(jìn)制數(shù)67的8421編碼是

67十進(jìn)制碼01100111BCD碼十進(jìn)制數(shù)67的余三碼是

67十進(jìn)制碼10011010余三碼2.4.2ASCII編碼字母和各種字符在計(jì)算機(jī)中必須按特定的規(guī)則轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制編碼才能進(jìn)入計(jì)算機(jī)。字符編碼實(shí)際上就是為每一個(gè)字符確定一個(gè)對(duì)應(yīng)的整數(shù)值（以及它對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制編碼）。ASCII碼是AmericanStandardCodeforInformationInterchange的縮寫（美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換代碼），已被國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO采納，作為國(guó)際通用的信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼。ASCII碼是一種西文機(jī)內(nèi)碼，有7位ASCII碼和8位ASCII碼兩種，7位ASCII碼稱為標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼，8位ASCII碼稱為擴(kuò)展ASCII碼。7位標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼用一個(gè)字節(jié)（8位）表示一個(gè)字符，并規(guī)定其最高位為0，實(shí)際只用到7位（從0到127

），因此可表示128個(gè)不同字符。ASCII編碼ASCII碼為單字節(jié)編碼(8位)，范圍是00000000B～11111111B（或0D～255D，00H～FFH）,這樣一個(gè)字節(jié)最多可表示256種不同的字符。事實(shí)上ASCII碼的最高位為0，則稱為基本ASCII碼，即7位ASCII碼數(shù)據(jù)范圍為0～127，共可以表示128個(gè)編碼。第八位的擴(kuò)充ASCII碼的二進(jìn)制最高位是1，其范圍為128～255。

控制字符：0～32，普通字符：94個(gè)，共127。例如：“a”字符的編碼為1100001，對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)是97；換行0AH10

回車0DH13

空格20H32

‘0’～‘9’30H～39H48～57‘A’～‘Z’41H～5AH65～90‘a(chǎn)’～‘z’61H～7AH97～122同一個(gè)字母的ASCII碼值小寫字母比大寫字母大32，如：A=01000001、a=01100001。ASCII編碼表2.4.3漢字編碼

計(jì)算機(jī)中漢字的編碼過(guò)程：輸入碼漢字輸入漢字輸出國(guó)標(biāo)碼內(nèi)碼字形碼輸入平臺(tái)鍵盤和輸入法中漢字輸入碼：zhong輸入交換模塊漢字機(jī)內(nèi)碼：D6D0H

漢字形碼輸出設(shè)備中轉(zhuǎn)換表：輸入碼、交換碼、機(jī)內(nèi)碼顯示器或打印機(jī)（b）漢字“中”編碼轉(zhuǎn)換過(guò)程示意圖轉(zhuǎn)換表：機(jī)內(nèi)碼、漢字形碼漢字庫(kù)2.4.3漢字編碼

1．輸入碼

用計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)鍵盤上按鍵的不同排列組合來(lái)對(duì)漢字的輸入進(jìn)行編碼。鍵盤輸入方法：漢字輸入碼主要分為4類：順序碼（無(wú)重碼）、音碼、形碼和以漢字的音、形相結(jié)合的音形碼或形音碼。

流水碼：按一定順序編排特定的順序號(hào)，如電報(bào)碼，國(guó)標(biāo)碼等。音碼類：根據(jù)漢字的讀音來(lái)確定漢字的輸入編碼。如全拼、雙拼、微軟拼音、自然碼和智能ABC等形碼類：根據(jù)漢字的字形和結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行的編碼。如五筆字型法、鄭碼輸入法等。音形碼：結(jié)合漢字的讀音和字形而對(duì)漢字進(jìn)行的編碼。如自然碼。（1）國(guó)標(biāo)碼由于漢字?jǐn)?shù)量極多，一般用連續(xù)的兩個(gè)字節(jié)來(lái)表示一個(gè)漢字。1980年，我國(guó)頒布了第一個(gè)漢字編碼字符集標(biāo)準(zhǔn)，即GB2312-80《信息交換用漢字編碼字符集基本集》，該標(biāo)準(zhǔn)編碼簡(jiǎn)稱國(guó)標(biāo)碼，是我國(guó)大陸地區(qū)及新加坡等海外華語(yǔ)區(qū)通用的漢字交換碼。

（2）其他編碼除了GB碼外，目前常用的還有UCS碼、Unicode雙字節(jié)字符集（通用字符集）、GBK碼及BIG5碼等。每個(gè)漢字占兩個(gè)字節(jié)。GB2312-80：一級(jí)漢字3755個(gè)；二級(jí)漢字3008個(gè)，共6763個(gè)漢字；以及682符號(hào)，一共收錄7445個(gè)字符，奠定了中文信息處理的基礎(chǔ)。漢字分區(qū)，每個(gè)區(qū)94個(gè)漢字。2．交換碼機(jī)內(nèi)碼是計(jì)算機(jī)內(nèi)部信息存儲(chǔ)、傳遞和運(yùn)算所使用的代碼。國(guó)標(biāo)碼GB2312不能直接在計(jì)算機(jī)中使用，會(huì)與基本的信息交換代碼ASCII碼的沖突。漢字在設(shè)備或信息處理系統(tǒng)內(nèi)部最基本的表達(dá)形式。漢字國(guó)標(biāo)碼漢字內(nèi)碼中8680(0101011001010000)B (1101011011010000)B

華5942(0011101100101010)B (1011101110101010)B3．機(jī)內(nèi)碼比如：“大”的國(guó)標(biāo)碼是3473H，與字符組合“4S”的ASCII相同,“嘉,”的漢字編碼為3C4EH,與碼值為3CH和4EH的兩個(gè)ASCII字符“<”和“N”混淆。為了能區(qū)分漢字與ASCII碼，在計(jì)算機(jī)內(nèi)部表示漢字時(shí)把交換碼（國(guó)標(biāo)碼）兩個(gè)字節(jié)最高位改為1，稱為“機(jī)內(nèi)碼”。這樣，當(dāng)某字節(jié)的最高位是1時(shí)，必須和下一個(gè)最高位同樣為1的字節(jié)合起來(lái)，代表一個(gè)漢字。漢字字形碼又稱為漢字字模，用于漢字在顯示或打印機(jī)上輸出。漢字字形碼記錄漢字的外形，是漢字的輸出形式。記錄漢字字形通常有兩種方法：點(diǎn)陣法和矢量法，分別對(duì)應(yīng)兩種字形編碼：點(diǎn)陣碼和矢量碼(TrueType矢量漢字)。所有的不同字體、字號(hào)的漢字字形構(gòu)成漢字庫(kù)。漢字地址碼：每個(gè)漢字字形碼在漢字字庫(kù)中的相對(duì)位移地址地址碼和機(jī)內(nèi)碼要有簡(jiǎn)明的對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換關(guān)系點(diǎn)陣：16×16第一行編碼為0000001100000000B=0300H4．字形碼（1）漢字字形點(diǎn)陣

點(diǎn)陣碼是一種用點(diǎn)陣表示漢字字形的編碼，它把漢字按字形排列成點(diǎn)陣。一個(gè)24×24點(diǎn)陣的漢字要占用72個(gè)字節(jié)。不考慮PH{x,y,灰度,色碼},一個(gè)漢字(24×24)點(diǎn)陣576=8×72=72個(gè)字節(jié)(一個(gè)英文字母1個(gè)字節(jié))。漢字點(diǎn)陣類型點(diǎn)陣占用字節(jié)數(shù)簡(jiǎn)易型16

1632普及型2424提高型3232精密型484872128288漢字字形的字模數(shù)據(jù)，以點(diǎn)陣或矢表示。點(diǎn)陣：16×16、24×24、32×32、48×48（2）漢字字形矢量矢量表示方式存儲(chǔ)的是描述字形的輪廓特征。當(dāng)要輸出漢字時(shí)（顯示或打印漢字），通過(guò)計(jì)算機(jī)的計(jì)算，由漢字字形描述生成所需大小和形狀的漢字點(diǎn)陣。矢量化字形描述與最終文字顯示的大小、分辨率無(wú)關(guān)，因此可產(chǎn)生高質(zhì)量的漢字輸出。Windows中使用的TrueType技術(shù)就是漢字矢量表示方式。點(diǎn)陣和矢量表示方式的區(qū)別是點(diǎn)陣表示法編碼和存儲(chǔ)方式簡(jiǎn)單、無(wú)需轉(zhuǎn)換直接輸出，但字形放大后產(chǎn)生的效果差，而且同一種字體不同的點(diǎn)陣需要不同的字庫(kù)。矢量表示方式的特點(diǎn)正好與點(diǎn)陣表示方式相反。100%50%25%20%15%10%各種編碼之間的關(guān)系字符代碼化（輸入碼）機(jī)內(nèi)碼輸入碼向機(jī)內(nèi)碼轉(zhuǎn)換機(jī)內(nèi)碼向字形碼轉(zhuǎn)換機(jī)顯示輸出打印輸出輸入碼國(guó)標(biāo)碼內(nèi)碼字形碼漢字輸入漢字輸出2.4.4Unicode編碼Unicode編碼是有多家計(jì)算機(jī)廠商組成Unicode協(xié)會(huì)進(jìn)行開發(fā)的，成為能表示幾乎世界上所有書寫語(yǔ)言（650種語(yǔ)言，包括漢字）的字符編碼標(biāo)準(zhǔn)。Unicode編碼是一種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)編碼，字符集有多個(gè)編碼方案，分別是UTF-8，UTF-16和UTF-32，分別為單字節(jié)、兩個(gè)字節(jié)和四個(gè)字節(jié)。2.5多媒體信息的表示音頻圖形與圖像視頻與動(dòng)畫媒體：人用來(lái)傳遞信息與獲取信息的工具、渠道、載體、中介物等技術(shù)手段。多媒體多種媒體的綜合，包括數(shù)字、文本、圖形、圖像、動(dòng)畫、音頻和視頻等。在計(jì)算機(jī)內(nèi)部，同樣需要轉(zhuǎn)換成0和1數(shù)字化信息。2.5.1音頻1.聲音聲音是通過(guò)空氣傳播的一種連續(xù)的波，叫做聲波。聲波是隨時(shí)間連續(xù)變化的物理量。聲音的3個(gè)重要指標(biāo)振幅：聲波的高低幅度，表示聲音的強(qiáng)弱。周期：兩個(gè)相鄰聲波之間的時(shí)間長(zhǎng)度。頻率：頻率是每秒振動(dòng)的次數(shù)，單位為赫茲（Hz），是以海因里?！?shù)婪颉ず掌潱?/p>

德國(guó)物理學(xué)家，1888年首先證實(shí)了電磁波的存在）命名的。2.聲音信號(hào)數(shù)字化模擬信號(hào)要轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，需要經(jīng)過(guò)3個(gè)步驟：采樣、量化、編碼。采樣（Sampling）將聲音信號(hào)在時(shí)間上離散化，每隔相等的一段時(shí)間抽取一個(gè)信號(hào)樣本（聲音的幅度）。時(shí)間間隔稱為采樣周期，每秒的采樣次數(shù)稱為采樣頻率。量化（Quantization）將連續(xù)的信號(hào)幅度離散化。如果幅度的劃分是等間隔的，稱為線性量化，否則為非線性量化。每個(gè)聲音樣本的數(shù)字化位數(shù)稱為量化位數(shù)。反映了采樣精度。編碼（Code）模擬信號(hào)量經(jīng)過(guò)采樣和量化后，形成一系列的離散信號(hào)——脈沖數(shù)字信號(hào)。以一定的方式進(jìn)行編碼，形成計(jì)算機(jī)內(nèi)部運(yùn)行的數(shù)據(jù)。常用的編碼方式PCM采用頻率——1秒鐘時(shí)間內(nèi)采樣的次數(shù)。通常采用3種標(biāo)準(zhǔn)頻率：11.025kHz（語(yǔ)音效果）、22.05kHz（音樂(lè)效果）、44.1kHz（高保真效果）。采樣頻率越高，聲音質(zhì)量就越高。量化位數(shù)——也稱“量化精度”，是描述每個(gè)采樣點(diǎn)樣值的二進(jìn)制位數(shù)。量化位數(shù)越多，聲音的音質(zhì)越好，聲音數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量也就越大。聲道數(shù)——聲音通道的個(gè)數(shù)稱為聲道數(shù)，是指一次采樣所記錄產(chǎn)生的聲音波形個(gè)數(shù)。隨著聲道數(shù)的增加，所占用的存儲(chǔ)容量也成倍增加。聲道數(shù)越多，聲音表現(xiàn)就越豐富，但是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量也就越大。影響聲音質(zhì)量的技術(shù)參數(shù)例如：CD質(zhì)量的數(shù)字音頻每秒鐘的數(shù)據(jù)量為：

(44100Hz×16bit×2)÷8=176400B（約為172KB）WAV又稱波形文件，來(lái)源于對(duì)聲音模擬波形的采樣。標(biāo)準(zhǔn)格式的WAV文件采用44.1kHz的采樣頻率，16位量化位數(shù)。其文件容量較大，多用于存儲(chǔ)簡(jiǎn)短的聲音片斷。不適合于網(wǎng)絡(luò)傳輸。常見數(shù)字聲音文件格式MP3動(dòng)態(tài)影像專家壓縮標(biāo)準(zhǔn)音頻層面3（MovingPictureExpertsGroupAudioLayerIII），是當(dāng)今較流行的一種數(shù)字音頻編碼和有損壓縮格式。RARealAudio，是RealNetworks公司開發(fā)的一種新型流式音頻（StreamingAudio）文件格式。MIDIMusicalInstrumentDigitalInterface，樂(lè)器數(shù)字接口文件。MIDI文件中包含音符、定時(shí)和多達(dá)16個(gè)通道的演奏定義。計(jì)算機(jī)中的圖形與圖像都是以數(shù)字化方式進(jìn)行記錄。2.5.2圖形與圖像1.圖形圖像的基本參數(shù)色彩深度：也叫圖像深度，是指描述圖像中每個(gè)像素的數(shù)據(jù)所占的位數(shù)。位數(shù)越多，顏色種類也就越多。單色圖像——圖像只包含黑白兩種顏色信息，一個(gè)像素點(diǎn)只需要1個(gè)二進(jìn)制位來(lái)記錄，占用存儲(chǔ)空間較少?；叶葓D像——圖像除了包含黑白兩種顏色外，還包含黑與白之間不同深度的灰色。彩色圖像——一般采用的都是RGB顏色模型，通過(guò)R（red）、G（green）和B（blue）三原色的相互混合形成各種各種的色彩。24位真彩色：28×28×28=1670萬(wàn)圖像分辨率：表示單位長(zhǎng)度內(nèi)包含的像素點(diǎn)的數(shù)量。單位為dpi。

比如圖像分辨率為1024*768像素時(shí)，表示每一條水平線上有1024個(gè)像素點(diǎn)，垂直方向有768條線。圖像分辨率越高，像素越多，則圖像越清晰。2.圖形圖像的概念位圖圖像（Image）也稱為點(diǎn)陣圖像，由許多像素點(diǎn)組成。每個(gè)像素點(diǎn)都具有不同的顏色和亮度，是組成位圖圖像的基本單位。位圖圖像的精細(xì)程度和顯示質(zhì)量取決于圖像的分辨率。計(jì)算機(jī)生成的圖片有圖形和圖像兩種，分別為位圖圖像和矢量圖形。矢量圖形（Graphics）一般是通過(guò)繪圖軟件繪制的由直線、圓、圓弧、矩形、任意曲線等圖元組成的畫面，以矢量圖形文件的形式存儲(chǔ)。文件中存儲(chǔ)一組描述各個(gè)圖元的大小、位置、形狀、顏色、維數(shù)等屬性的指令集合，通過(guò)相應(yīng)的繪圖軟件讀取這些指令，將其轉(zhuǎn)換為輸出設(shè)備可以顯示的圖形。3.數(shù)字圖像的存儲(chǔ)格式或壓縮標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字圖像需要進(jìn)行壓縮，分為無(wú)損壓縮和有損壓縮。數(shù)字圖像的存儲(chǔ)格式BMP是Windows操作系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)圖像文件格式。非壓縮格式分為兩類：設(shè)備相關(guān)位圖（DDB）和設(shè)備無(wú)關(guān)位圖（DIB）。GIF圖像互換格式。是一種基于LZW算法的連續(xù)色調(diào)的無(wú)損壓縮格式。壓縮率50%在一個(gè)GIF文件中可以存多幅彩色圖像；把存于一個(gè)文件中的多幅圖像數(shù)據(jù)逐幅讀出并顯示到屏幕上，就可構(gòu)成一種最簡(jiǎn)單的動(dòng)畫。PNG可移植網(wǎng)絡(luò)圖像格式。使用從LZ77派生的無(wú)損數(shù)據(jù)壓縮算法，應(yīng)用于JAVA程序、網(wǎng)頁(yè)或程序中。壓縮比高，生成文件體積小。JPEGJoinPhotographicExpertsGroup，聯(lián)合圖像專家小組。并不簡(jiǎn)單指的是一種文件存儲(chǔ)格式，而是世界上第一個(gè)國(guó)際圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)。是一種有損壓縮格式，能夠?qū)D像壓縮在很小的儲(chǔ)存空間，圖像中重復(fù)或不重要的資料會(huì)被丟失，因此容易造成圖像數(shù)據(jù)的損傷。在Photoshop軟件中以JPEG格式儲(chǔ)存時(shí)，提供11級(jí)壓縮級(jí)別，以0—10級(jí)表示。其中0級(jí)壓縮比最高，圖像品質(zhì)最差。即使采用細(xì)節(jié)幾乎無(wú)損的10級(jí)質(zhì)量保存時(shí)，壓縮比也可達(dá)5：1。JPEG2000JPEG2000是基于小波變換的圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)。（.jp2）被認(rèn)為是未來(lái)取代JPEG（基于離散余弦變換）的下一代圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)支持有損壓縮和無(wú)損壓縮。圖形圖像的存儲(chǔ)格式2.5.3視頻與動(dòng)畫視頻信號(hào)的數(shù)字化需要在一段時(shí)間內(nèi)以一定的速度對(duì)模擬視頻信號(hào)進(jìn)行捕獲、處理生成的數(shù)字信息。數(shù)字視頻數(shù)據(jù)量大，在存儲(chǔ)與傳輸?shù)倪^(guò)程中必須進(jìn)行壓縮編碼。常見的視頻文件格式AVI是于1992年初Microsoft公司推出了AVI技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字視頻文件格式，是將語(yǔ)音和影像同步組合在一起的文件格式。壓縮比較高。MOV即QuickTime影片格式，是美國(guó)Apple公司開發(fā)的一種視頻格式。MOV視頻格式具有很高的壓縮比率和較完美的視頻清晰度。具有跨平臺(tái)、存儲(chǔ)空間小等特點(diǎn)。MPEG/MPG是采用MPEG技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)生成的數(shù)字視頻文件格式。包括多種標(biāo)準(zhǔn)。（1；2；4；7；21）WMV一種采用獨(dú)立編碼方式并且可以直接在網(wǎng)上實(shí)時(shí)觀看視頻節(jié)目的文件壓縮格式。主要優(yōu)點(diǎn)有：本地或網(wǎng)絡(luò)回放、可擴(kuò)充的媒體類型、可伸縮的媒體類型、多語(yǔ)言支持、環(huán)境獨(dú)立性、豐富的流間關(guān)系以及擴(kuò)展性。第3章計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)目錄

3.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成3.2計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)

3.2.1計(jì)算機(jī)硬件構(gòu)成

3.2.2計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)與工作原理

3.3微型計(jì)算機(jī)概述

3.3.1微型計(jì)算機(jī)的類型

3.3.2微型計(jì)算機(jī)的硬件組成

3.4主機(jī)系統(tǒng)和外圍設(shè)備

3.4.1中央處理器

3.4.2主板

3.4.3存儲(chǔ)器

3.4.4總線與接口

3.4.5其他外圍設(shè)備

3.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包含硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分。硬件通常是指一切看得見、摸得著的實(shí)體設(shè)備，是組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各種物理設(shè)備的總稱，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)。軟件系統(tǒng)通常泛指各類程序和文件，實(shí)際上是由一些算法及其在計(jì)算機(jī)中的表示所構(gòu)成的。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整體構(gòu)成3.2計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)

所謂計(jì)算機(jī)硬件，是指組成計(jì)算機(jī)的各種物理設(shè)備，也就是看得見、摸得著的實(shí)際物理設(shè)備，是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中由電子、機(jī)械和光電元件等組成的各種計(jì)算機(jī)部件和計(jì)算機(jī)設(shè)備。這些部件和設(shè)備依據(jù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的要求構(gòu)成一個(gè)有機(jī)整體，成為計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)。未配置任何軟件的計(jì)算機(jī)硬件整體稱為裸機(jī)，它是計(jì)算機(jī)完成工作的物質(zhì)基礎(chǔ)。3.2.1計(jì)算機(jī)硬件構(gòu)成

目前，計(jì)算機(jī)的種類很多，其制造技術(shù)也發(fā)生了極大的變化，但在基本的硬件結(jié)構(gòu)方面，它一直沿襲著馮·諾依曼的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)，從功能上都可以劃分為五大基本組成部分，即輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、存儲(chǔ)器、運(yùn)算器和控制器，如圖

下圖

所示：運(yùn)算器運(yùn)算器是對(duì)信息進(jìn)行處理和運(yùn)算的部件，主要功能是進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算或者邏輯運(yùn)算。運(yùn)算器是計(jì)算機(jī)的核心部件之一，它的性能高低直接影響著計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度和整機(jī)性能?？刂破骺刂破魇钦麄€(gè)計(jì)算機(jī)的控制指揮中心，其功能是控制計(jì)算機(jī)各部件自動(dòng)協(xié)調(diào)地工作。控制器負(fù)責(zé)從存儲(chǔ)器中取出指令，然后進(jìn)行指令的譯碼和分析，并產(chǎn)生一系列控制信號(hào)。這些控制信號(hào)按照一定的時(shí)間順序發(fā)往各部件，控制各部件協(xié)調(diào)工作，并控制程序的執(zhí)行。

存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器的功能是用于存儲(chǔ)以內(nèi)部形式表示的各種信息，包括程序、數(shù)據(jù)、運(yùn)算的中間結(jié)果及最終結(jié)果。根據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備在計(jì)算機(jī)中所處的位置不同，可以分為主存儲(chǔ)器和輔助存儲(chǔ)器；根據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)的不同可以分為磁性存儲(chǔ)器、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器和光介質(zhì)存儲(chǔ)器等。輸入設(shè)備輸入設(shè)備的任務(wù)是把編好的程序和原始數(shù)據(jù)送到計(jì)算機(jī)中，并且將其轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)內(nèi)部能夠識(shí)別和接收的信息方式。按輸入信息的形式可分為字符（包括漢字）輸入、圖形輸入、圖像輸入及語(yǔ)音輸入等。輸出設(shè)備輸出設(shè)備的功能是將信息從計(jì)算機(jī)的內(nèi)部形式轉(zhuǎn)換為使用者所要求的形式，以便為人們識(shí)別或被其他設(shè)備所接收。常用的輸出設(shè)備包括打印機(jī)和顯示器等。3.2.2計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)與工作原理

現(xiàn)代