《計算機文化基礎(chǔ) 》課件-第1章

1.1計算機的誕生與發(fā)展1.2計算機的分類及特點1.3計算機的應(yīng)用1.4計算機中信息的表示思考題

第1章計算機文化概論1.1.1計算機的誕生

1946年2月世界上第一臺數(shù)字電子計算機ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator，電子數(shù)字積分計算機）在美國賓夕法尼亞大學(xué)誕生。它是由

JohnMauchly和

J.P.Eckert領(lǐng)導(dǎo)的研制小組為精確計算復(fù)雜的彈道特性和火力射程表而研制的。這臺計算機共用了18000多個電子管、1500多個繼電器、70000多個電阻和10000多個電容，耗電達(dá)150千瓦，運算速度為5000次每秒，重達(dá)30噸，占地170平方米，可謂“龐然大物”。

1.1計算機的誕生與發(fā)展

根據(jù)“存儲程序和程序控制”原理，馮·諾依曼領(lǐng)導(dǎo)的研制小組從1946年開始設(shè)計第一臺“存儲程序(StoredProgram)”式計算機EDVAC(ElectronicDiscreteVariableAutomaticComputer，離散變量自動電子計算機)，該計算機于1952年研制成功并投入使用，其運算速度是ENIAC的240倍。而第一臺“存儲程序”控制的實驗室計算機是1949年5月在英國劍橋大學(xué)完成的EDSAC(ElectronicDelayStorageAutomaticCalculator)，第一臺“存儲程序”控制的商品化計算機是1951年問世的UNIVAC-I(UniversalAutomaticComputer)。從那時起，直到目前的各種各樣的計算機，不管其外觀和性能有多大差異，就其系統(tǒng)構(gòu)成而言，基本上都是屬于“存儲程序和程序控制”的馮·諾依曼型計算機。

1.1.2計算機的發(fā)展自第一臺計算機ENIAC誕生以來，隨著計算機所采用的電子元器件的演變，計算機的發(fā)展已經(jīng)歷了4個階段，并向人們期望的新一代(智能計算機)邁進(jìn)。第一代：電子管計算機(1946～1957年)。第一代計算機主要指1946～1957年間的計算機，通常稱為電子管計算機時代。其主要特點是：

(1)采用電子管(ElectronicTube)作為邏輯元器件；

(2)內(nèi)存儲器使用水銀延遲線、靜電存儲管等，其容量非常小，僅1000～4000B(本教材中表示容量時，B為Byte的縮寫，表示字節(jié)；b為bit的縮寫，表示位，1B=8bit)；

(3)外存儲器采用紙帶、磁帶和磁鼓等；

(4)編程語言主要采用機器語言，20世紀(jì)50年代中期開始使用匯編語言，但還沒有操作系統(tǒng)；

(5)運算速度僅為幾千次每秒～幾萬次每秒。

第二代：晶體管計算機(1958～1964年)。第二代計算機主要指1958～1964年間的計算機，通常稱為晶體管計算機時代。其主要特點是：

(1)使用半導(dǎo)體晶體管(Transistor)作為邏輯元器件；

(2)內(nèi)存儲器大量使用磁性材料制成的磁芯，容量擴大到幾十萬

B；

(3)外存儲器采用磁盤和磁帶等；

(4)運算速度從幾萬次每秒提高到幾十萬次每秒～幾百萬次每秒；

(5)計算機軟件技術(shù)有了較大發(fā)展，提出了操作系統(tǒng)的概念，編程語言除了匯編語言外，還開發(fā)了FORTRAN、COBOL等高級程序設(shè)計語言，使計算機的工作效率大大提高。

IBM700系列機是第二代計算機的典型代表。與第一代電子管計算機相比，晶體管計算機體積小，重量輕，速度快，邏輯運算功能強，可靠性大大提高。其應(yīng)用從軍事及尖端技術(shù)擴展到數(shù)據(jù)處理和工業(yè)控制方面。第三代：集成電路計算機(1965～1970年)。

第四代：大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路計算機(1971年～今)。第四代計算機從1971年開始，至今仍在繼續(xù)發(fā)展。通常稱這一時期為大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路計算機時代。其主要特點是：

(1)使用大規(guī)模集成電路(LSI：LargeScaleIntegration)和超大規(guī)模集成電路(VLSI：VeryLargeScaleIntegration)作為邏輯元器件；

(2)內(nèi)存儲器采用半導(dǎo)體存儲器，外存儲器采用大容量的軟、硬磁盤，并開始引入光盤；

(3)外部設(shè)備有了很大發(fā)展，采用光字符閱讀器(OCR)、掃描儀、激光打印機和各種繪圖儀；

(4)操作系統(tǒng)不斷發(fā)展和完善，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)展，軟件行業(yè)已發(fā)展成為現(xiàn)代新型的工業(yè)部門。

(5)運算速度高達(dá)幾百萬次每秒～上億次每秒。

1.2計算機的分類及特點

1.2.1計算機的分類

1．按計算機中信息的表示形式分類按計算機中信息的表示形式分類，計算機可分為3類：

(1)電子數(shù)字計算機。它是以數(shù)字化的信息為處理對象，并采用數(shù)字電路對數(shù)字信息進(jìn)行數(shù)字處理。通常所說的計算機及我們常用的計算機就是指電子數(shù)字計算機。

(2)電子模擬計算機。它是以模擬量(連續(xù)物理量，如電流、電壓)為處理對象，處理方式也采用模擬方式。

(3)數(shù)?；旌嫌嬎銠C。它是數(shù)字和模擬有機結(jié)合的計算機。

2．按應(yīng)用范圍分類

按計算機的應(yīng)用范圍劃分，可分為專用機和通用機。專用機是指為解決特定問題，實現(xiàn)特定功能而設(shè)計的計算機，如軍事應(yīng)用中控制導(dǎo)彈的計算機，醫(yī)院里

CT采用的專用計算機等。通用機就是我們通常所說的計算機，可以應(yīng)用于不同領(lǐng)域的各種應(yīng)用中。

3．按計算機規(guī)模分類按照國際標(biāo)準(zhǔn)分類，計算機的規(guī)模可分成如下幾類：

(1)巨型計算機(Supercomputer)。通常把速度最快(每秒達(dá)數(shù)千萬億次浮點運算)、體積最大、功能最強的計算機稱為巨型計算機。我國是世界上少數(shù)幾個能夠生產(chǎn)巨型計算機的國家之一。我國于1983年、1992年、1997年分別推出的銀河Ⅰ、銀河Ⅱ和銀河Ⅲ

型計算機，就是巨型計算機。巨型計算機的研制和生產(chǎn)，代表著一個國家的整體技術(shù)(尤其是計算機技術(shù))水平。巨型計算機主要用于國防頂尖技術(shù)及具有超高速大型計算任務(wù)的應(yīng)用領(lǐng)域，如天氣預(yù)報、材料分析、金融預(yù)測等。

(2)小巨型計算機(Minisupercomputer)。小巨型計算機也稱超級小型計算機，是巨型計算機小型化的產(chǎn)物。其速度和性能略低于巨型計算機，而價格只有巨型機的1/10。

(3)大型計算機(Mainframe)。大型計算機國外習(xí)慣上稱之為主機，其速度快，體積龐大。大型計算機主要用于企業(yè)和政府的大量數(shù)據(jù)存儲、管理和處理中。

(4)小型計算機(Minicomputer)。小型計算機是為了滿足部門、小企業(yè)使用的計算機，其體積比微型機稍大，可以在系統(tǒng)終端上為多個用戶執(zhí)行任務(wù)。

(5)工作站(Workstation)。工作站的性能介于小型計算機和微機之間，并以優(yōu)良的網(wǎng)絡(luò)化功能和圖像、圖形處理功能而著稱。主要用于科學(xué)研究、工程技術(shù)及商業(yè)中，解決復(fù)雜獨立的數(shù)據(jù)及圖形、圖像處理等事務(wù)。

(6)個人計算機(PC：PersonalComputer)。個人計算機，國外簡稱PC機，也稱微機。自1981年IBM公司推出16位IBM-PC機至今，PC機的性能越來越強大，應(yīng)用的領(lǐng)域也越來越廣泛，可謂處處可見，人人皆知，幾乎成了老百姓眼中計算機的代名詞。根據(jù)不同的使用場合和使用目的，PC機這個大家族又可進(jìn)一步劃分為如下幾類：

①

臺式微機：臺式微機作為PC機的典型代表，其特點是體積小，功耗低，工作可靠，適應(yīng)性和兼容性強，價格便宜。目前，臺式微機的基本配置為PentinumIV處理器，微機主頻3.0GHz，內(nèi)存256～1024MB，硬盤60～200GB。臺式微機的應(yīng)用已普及到人們的工作、日常生活及家庭等各個方面，已經(jīng)成為信息時代的主力軍。②

筆記本計算機(NotebookComputer)：相對于臺式PC機，筆記本計算機具有體積小、重量輕、便于攜帶等優(yōu)點，其整體性能接近于臺式PC機，適合于野外作業(yè)、科學(xué)及商業(yè)交流、學(xué)術(shù)講座等應(yīng)用領(lǐng)域。

③

手持PC機(HPC：HandheldPC)：通過去除某些標(biāo)準(zhǔn)部件(如鍵盤等)，使計算機的體積變得更小，重量更輕，比筆記本計算機更便于攜帶。在無鍵盤的HPC中，觸摸式屏幕可以完成各種輸入(包括漢字輸入)等功能，并容易實現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)通信，將會成為Internet王國的新寵兒。

④

工控微機：為了滿足工業(yè)、國防等惡劣環(huán)境的應(yīng)用要求，對微機在電磁兼容、高低溫度適應(yīng)、防震等方面進(jìn)行特殊處理的一類工業(yè)級應(yīng)用PC機。其典型代表有工控PC機和PC104。工控PC機除性能上優(yōu)化外，功能及形狀與PC機完全相同。PC104是按其與PC機功能上兼容、總線有104根而命名的。它作為一種嵌入式工控模塊機，其特點是體積小(如CPU模塊大小為93mm×90mm×15mm)，功耗低，使用時可像一塊IC片一樣嵌入到應(yīng)用系統(tǒng)中，來完成類似于PC的功能，目前已廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、國防等領(lǐng)域的系統(tǒng)中。

⑤

單片微型計算機(SingleChipMicrocomputer)：將微處理器(MPU、UPU或CPU)、存儲器、定時控制電路和輸入輸出接口電路集成在一塊芯片上，就構(gòu)成一個可獨立工作的微機，稱為單片微型計算機，簡稱單片機。其特點是體積小(單片)，價格很低，耗電很少，已廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家電控制、無繩電話、工業(yè)及國防產(chǎn)品控制等多個領(lǐng)域。目前常用的單片機有Intel公司的8位MCS-51系列、16位的MCS-96系列和Motorola公司的32位MC68300系列等。

1.2.2計算機的特點1.運算速度快2.運算精度高

3.存儲容量大

4.程序控制自動工作

5.具有邏輯判斷功能

1.3計算機的應(yīng)用

1.科學(xué)計算科學(xué)計算是指科學(xué)研究和工程技術(shù)中所遇到的數(shù)學(xué)問題的求解，又稱數(shù)值計算。研制計算機的最初目的，就是為了使人們從大量繁瑣而枯燥的計算工作中解脫出來，用計算機解決一些復(fù)雜或因?qū)崟r過程的高速性而靠人工難以解決或不可能解決的計算問題。比如，人造衛(wèi)星軌道的計算、水壩應(yīng)力的求解、生物醫(yī)學(xué)中的人工合成蛋白質(zhì)技術(shù)、天文學(xué)中的星體演變研究、中遠(yuǎn)期天氣預(yù)報等。科學(xué)計算目前仍是計算機的主要應(yīng)用領(lǐng)域之一。

2.

信息處理信息處理又稱數(shù)據(jù)處理，是計算機最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。其目的是對大批數(shù)據(jù)(尤其是非數(shù)值型信息)進(jìn)行分析、加工、處理，并以更適合于人們閱讀、理解的形式輸出結(jié)果。如全球信息檢索系統(tǒng)、辦公自動化系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)、金融自動化系統(tǒng)、衛(wèi)星及遙感圖像分析系統(tǒng)、醫(yī)院CT及核磁共振的三維圖像重建等都是計算機用于信息處理的直接領(lǐng)域。

3.實時控制實時控制就是用計算機實時采集系統(tǒng)的信息，據(jù)此對系統(tǒng)的運行過程自動控制，因此實時控制又稱計算機控制或過程控制。實時控制涉及的領(lǐng)域很廣泛，小到家電運轉(zhuǎn)過程(如全自動洗衣機的洗滌過程)的控制、機器零件的生產(chǎn)過程的控制，大到火箭發(fā)射運轉(zhuǎn)過程的控制、宇宙飛船的發(fā)射─運轉(zhuǎn)─著陸的控制、武器瞄準(zhǔn)閉環(huán)校射系統(tǒng)控制、核電站核反應(yīng)堆的控制等。由于計算機的實時控制，使整個系統(tǒng)安全、快速、準(zhǔn)確、可靠而高效率地工作。

4.計算機輔助系統(tǒng)

(1)計算機輔助設(shè)計(CAD：ComputerAidedDesign)。利用計算機進(jìn)行產(chǎn)品(或大系統(tǒng))的設(shè)計。CAD技術(shù)已廣泛應(yīng)用于服裝、機械(包括機器零件)、飛機、船舶、水壩、集成電路等設(shè)計中。通過計算機輔助設(shè)計優(yōu)化了產(chǎn)品的設(shè)計方案，加速了產(chǎn)品的研制過程，節(jié)省了大量人力物力。

(2)計算機輔助制造(CAM：ComputerAidedManufactory)。利用計算機直接控制產(chǎn)品的加工和生產(chǎn)，以提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低銷售成本、縮短生產(chǎn)周期。

(3)計算機輔助教學(xué)(CAI：ComputerAidedInstruction)。利用計算機輔助教師教學(xué)和幫助學(xué)生學(xué)習(xí)。目前的CAI包括兩個方面。一是基于CAI課件的CAI；二是利用計算機網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程教育。前者是從改進(jìn)教學(xué)手段入手，利用研制的CAI課件進(jìn)行多媒體教學(xué)，使課程中抽象的概念、原理和現(xiàn)象形象地表征在計算機屏幕上，創(chuàng)造出逼真、動態(tài)、直觀的效果。而后者則是利用計算機網(wǎng)絡(luò)和計算機通信技術(shù)，實現(xiàn)異地遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)教學(xué)，使世界各地(尤其是教育落后地區(qū))的學(xué)生都受到最高水平的教學(xué)與教育。

1.4計算機中信息的表示1.4.1計算機中使用的數(shù)制

1.常用數(shù)制數(shù)制是以表示數(shù)值所用的數(shù)字符號的個數(shù)來命名的，并按一定進(jìn)位規(guī)則進(jìn)行計數(shù)的方法。在進(jìn)位計數(shù)制中有數(shù)位、基數(shù)和位權(quán)三個要素。其中數(shù)制中所用的數(shù)字符號在一個數(shù)中所處的位置稱為數(shù)位，數(shù)制中所用的數(shù)字符號的個數(shù)稱為數(shù)制的基數(shù)，數(shù)制中每一個數(shù)值所具有的值(Rk)稱為數(shù)制的位權(quán)。對于R進(jìn)制數(shù)，有數(shù)字符號0，1，2，…，R－1，共R個數(shù)碼，基數(shù)是R，k是指數(shù)。進(jìn)位規(guī)則是逢R進(jìn)1。

在R進(jìn)位計數(shù)中，任意一個數(shù)值均可以表示為如下形式：

(1-1)

其值為：

(1-2)

數(shù)制有許多種，但在計算機的設(shè)計及使用中通常使用的記數(shù)方法是二進(jìn)制、十進(jìn)制、八進(jìn)制和十六進(jìn)制。表1.1列出了計算機中常用的這幾種數(shù)制的基數(shù)、位數(shù)、數(shù)字符號及進(jìn)位規(guī)則。

表1.1計算機中常用的幾種數(shù)制

(1)十進(jìn)制（Decimal）：十進(jìn)制的基數(shù)為“10”，有十個數(shù)字符號：0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，各位權(quán)是以10為底的冪，進(jìn)（借）位規(guī)則為：逢十進(jìn)一，借一為十。例如：十進(jìn)制：1998.215?↓↓↓↓↓↓↓各位權(quán)：

103??10210110010－110－2?10－3

數(shù)值為：

(1998.215)10=1×103+9×102+9×101+8×100+2×10－1+1×10－2+5×10－3

由上述分析可歸納出，任意一個十進(jìn)制數(shù)D，可表示成如下形式：

(D)10=Dn-1×10n-1＋Dn-2×10n-2＋…＋D1×101＋D0×100＋D-1×10-1

＋D-2×10-2＋…＋D-m+1×10-m+1+D-m×10-m

式中D為數(shù)位上的數(shù)碼，其取值范圍為整數(shù)0～9；n為整數(shù)位個數(shù)，m為小數(shù)位個數(shù)，10為基數(shù)，10n-1，10n-2，…，101，100，10-1，…，10-m是十進(jìn)制數(shù)的位權(quán)。在計算機中，一般用十進(jìn)制數(shù)作為數(shù)據(jù)的輸入和輸出。

2)二進(jìn)制(BinarySystem)

二進(jìn)位計數(shù)制簡稱二進(jìn)制。二進(jìn)制的基數(shù)為“2”，有兩個數(shù)字符號：0，1，各位權(quán)是以2為底的冪，進(jìn)(借)位規(guī)則為：逢二進(jìn)一，借一為二。例如：二進(jìn)制：

1011011.101↓

↓

↓

↓

↓

↓

↓

↓

↓

↓

各位權(quán)：

2625?24??232221202－12－22－3

任意一個二進(jìn)制數(shù)B，可以表示成如下形式：

(B)2=Bn-1×2n-1＋Bn-2×2n-2＋…＋B1×21＋B0×20

＋B-1×2-1＋…＋B-m+1×2-m+1＋B-m×2-m式中B為數(shù)位上的數(shù)碼，其取值為0或1；n為整數(shù)位個數(shù)，m為小數(shù)位個數(shù)。2為基數(shù)，2n-1，2n-2，…，21，20，2-1，…，2-m是二進(jìn)制數(shù)的位權(quán)。計算機中數(shù)的存儲和運算都使用二進(jìn)制數(shù)，其特點是：(1)簡單可行、容易表示、穩(wěn)定可靠。(2)運算規(guī)則簡單。(3)適合邏輯運算。

3)八進(jìn)制(OctaveSystem)八進(jìn)位計數(shù)制簡稱八進(jìn)制。八進(jìn)制的基數(shù)為“8”，有8個數(shù)字符號：0，1，2，3，4，5，6，7，各位權(quán)是以8為底的冪，進(jìn)(借)位規(guī)則為：逢八進(jìn)一，借一為八。例如：八進(jìn)制：7

0

2

1

4

6

5

.

1

3

7

↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓各位權(quán)：868584838281808-18-28-3

任意一個八進(jìn)制數(shù)O，可以表示成如下形式：(O)8=On-1×8n-1＋On-2×8n-2＋…＋O1×81＋O0×80＋O-1×8-1＋…＋O-m+１×8-m+1＋O-m×8-m式中O為數(shù)位上的數(shù)碼，其取值范圍為整數(shù)0～7；n為整數(shù)位個數(shù)，m為小數(shù)位個數(shù)。O為基數(shù)，8n-1，8n-2，…，81，80，8-1，…，8-m是八進(jìn)制數(shù)的位權(quán)。八進(jìn)制數(shù)的一位可表示為二進(jìn)制數(shù)的3位。

4)十六進(jìn)制

(HexadecimalSystem)十六進(jìn)位計數(shù)制簡稱十六進(jìn)制。十六進(jìn)制的基數(shù)為“16”，有16個數(shù)字符號：0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，A，B，C，D，E，F(xiàn)，各位權(quán)是以16為底的冪，進(jìn)(借)位規(guī)則為：逢十六進(jìn)一，借一為十六。例如：十六進(jìn)制：

3A5F.27↓

↓

↓

↓

↓

↓

各位權(quán)：

16316216116016-116-2

任意一個十六進(jìn)制數(shù)H，可表示成如下形式：

(H)16=Hn-1×16n-1＋Hn-2×16n-2＋…＋H1×161＋H0×160

＋H-1×16-1＋…＋H-m×16-m式中H為數(shù)位上的數(shù)碼，其取值范圍為0～F；n為整數(shù)位個數(shù)，m為小數(shù)位個數(shù)。16為基數(shù)，16n-1，16n-2，…，161，160，16-1，…，16-m為十六進(jìn)制數(shù)的位權(quán)。

十六進(jìn)制數(shù)是計算機中常用的一種計數(shù)方法，它的1位可代表二進(jìn)制的4位，因此可以彌補二進(jìn)制數(shù)書寫位數(shù)過長的不足。

2.各數(shù)制間的轉(zhuǎn)換

1)R進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制對于式(1-1)所示的R進(jìn)制數(shù)，均可按式(1-2)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制。比如：

十六進(jìn)制數(shù)是計算機中常用的一種計數(shù)方法，它的1位可代表二進(jìn)制的4位，因此可以彌補二進(jìn)制數(shù)書寫位數(shù)過長的不足。

2)十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)值由十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制時，要將整數(shù)部分和小數(shù)部分分別進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后再組合起來。①

整數(shù)部分的轉(zhuǎn)換：整數(shù)部分采用“除2取余，至商為零”的方法，即將十進(jìn)制整數(shù)不斷除以2，直到商等于零為止，將所得的余數(shù)倒序排列，就是對應(yīng)的二進(jìn)制整數(shù)。

①整數(shù)部分的轉(zhuǎn)換。

[例1]

把轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)。余數(shù)

2303……1=2151……1=275……1=237……1=218……0=29……1=24……0=22……0=21……1=0所以，（303）10=(100101111)2②

小數(shù)部分的轉(zhuǎn)換：小數(shù)部分采用“乘2取整，直達(dá)精度為止”的方法，即將十進(jìn)制小數(shù)乘2，再對乘積的小數(shù)部分乘2，直到滿足精度要求為止。將乘積所得的整數(shù)部分順序排列，就是對應(yīng)的二進(jìn)制的小數(shù)部分。

[例1-2]

把(0.6875)10轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)。

積的整數(shù)部分

0.6875×2=1.375 0.375×2=0.75 0.75×2=1.5 0.5×2=1.0 所以，(0.6875)10=(0.1011)2。

[例1-3]

把0.5773轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制(保留到小數(shù)點后7位)。

積的整數(shù)部分

0.5773×2=1.1546=10.1546×2=0.3092=00.3092×2=0.6184=00.6184×2=1.2368=10.2368×2=0.4736=00.4736×2=0.9472=00.9472×2=1.8944=1所以，。綜上，(303.6875)10=(100101111.1011)2。

(303.5773)10=(100101111.1001001)2。

3)二進(jìn)制和八進(jìn)制、十六進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換由于8和16都是2的整數(shù)次冪，即，所以一位八進(jìn)制數(shù)就相當(dāng)于3位二進(jìn)制數(shù)，而一位十六進(jìn)制數(shù)就相當(dāng)于4位二進(jìn)制數(shù)。因此，八進(jìn)制、十六進(jìn)制同二進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換極為方便。①

二進(jìn)制數(shù)和八進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換。二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制數(shù)的方法是：首先從小數(shù)點開始分別向左和向右把整數(shù)及小數(shù)部分每3位分成一組。若整數(shù)最高位不足3位，則在其左邊加0補足3位；若小數(shù)最低位的一組不足3位，則在其最右邊加0補足3位。然后用與每組二進(jìn)制數(shù)所對應(yīng)的八進(jìn)制數(shù)取代每組的3位二進(jìn)制數(shù)，即得該二進(jìn)制數(shù)所對應(yīng)的八進(jìn)制數(shù)。

[例1-4]

把(10110101.01101)2轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制數(shù)。

二進(jìn)制數(shù)：

010110101.011010

↓

↓

↓

↓

↓

八進(jìn)制數(shù)：

265.32所以，(10110101.01101)2=(265.32)8。八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)的方法是：用3位二進(jìn)制數(shù)取代每一位八進(jìn)制數(shù)。

[例1-5]

把(345.23)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)。

八進(jìn)制數(shù)：

345.23

↓

↓

↓

↓

↓

二進(jìn)制數(shù)：

011100101.010011所以，(345.23)8=(11100101.010011)2。

②

二進(jìn)制數(shù)和十六進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換。二進(jìn)制數(shù)和十六進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換，與二進(jìn)制數(shù)和八進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換方法類同，即將八進(jìn)制數(shù)的一位對應(yīng)二進(jìn)制數(shù)的3位改為十六進(jìn)制數(shù)的一位對應(yīng)二進(jìn)制數(shù)的4位。

[例1-6]

將(10111010111101.10111)2轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)。

二進(jìn)制數(shù)：

0010111010111101.10111000

↓

↓

↓

↓

↓

↓

十六進(jìn)制數(shù)：

2E

B

D.B8所以，(101110101111101.10111)2=(2EBD.B8)16。

[例1-7]

將(3A8C.9D)16轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)。

十六進(jìn)制數(shù)：

3A8C.9D

↓

↓

↓

↓

↓

↓

二進(jìn)制數(shù)：

0011101010001100.10011101

所以，(3A8C.9D)16=(11101010001100.10011101)2。

1.4.2數(shù)值型信息的表示

1)原碼如上所述，正數(shù)的符號為0，負(fù)數(shù)的符號為1，其它位按一般的方法表示數(shù)的絕對值，用這種方法得到的數(shù)碼就是該數(shù)的原碼。例如：

x=?(＋103)10

，[x]原?=?(01100111)2

y=?(－103)10

，[y]原?=?(11100111)2原碼簡單易懂，但用這種碼進(jìn)行兩個異號數(shù)相加或兩個同號數(shù)相減時都不方便。為了將加法運算和減法運算統(tǒng)一為加法運算，以便簡化運算邏輯電路，就引入反碼和補碼。

2)反碼正數(shù)的反碼與原碼相同，負(fù)數(shù)的反碼為其原碼除符號位外的各位按位取反(0變1，1變0)。例如：

[＋25]原=[＋25]反=(000110001)2

[＋25]原=(10011001)2

，

[－25]反=(111001110)2

3)補碼正數(shù)的補碼與其原碼相同，負(fù)數(shù)的補碼為其反碼在其最低位加1。例如：

[＋25]原=[＋25]原=[＋25]補=(00011001)2

[－25]原=(10011001)2，[－25]原=(11100110)2

，[－25]補 =(11100111)2

綜上可見：(1)對于正數(shù)，原碼=反碼=補碼。(2)對于負(fù)數(shù)，補碼=反碼+1。(3)引入補碼后，使減法統(tǒng)一為加法。例如：[103－25]補=[78]補=(01001110)2[103]補＋[－25]補=(01100111)2＋(11100111)2=(01001110)2

所以，[103－25]補=[103＋(－25)]補=[103]補＋[－25]補

同樣有[25－103]補=[25＋(－103)]補=[25]補＋[－103]補

1.4.3字符型信息的表示

1.BCD碼人們通常習(xí)慣使用十進(jìn)制數(shù)，而計算機內(nèi)部多采用二進(jìn)制表示和處理數(shù)據(jù)，為了解決這一矛盾，提出了一種比較適合十進(jìn)制數(shù)的二進(jìn)制代碼的特殊形式—BDD碼。將十進(jìn)制數(shù)的每一位(數(shù)字0～9)分別寫成二進(jìn)制形式的編碼，稱為二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)，簡稱BCD(BinaryCodedDecimal)碼。

BCD碼的編碼方法很多，通常采用8421編碼，這種編碼方法最自然最簡單。其方法是使用四位二進(jìn)制數(shù)表示一位十進(jìn)制數(shù)(0～9)。在4位二進(jìn)制編碼中，從左到右每一位對應(yīng)的位權(quán)值分別是23、22、21、20，即8、4、2、1。表1.2給出了十進(jìn)制數(shù)的二進(jìn)制編碼(8421BCD碼)的對應(yīng)關(guān)系。

表1.28421BCD碼

BCD碼與十進(jìn)制數(shù)的對應(yīng)關(guān)系直觀，其相互轉(zhuǎn)換也很簡單。

[例1-8]十進(jìn)制數(shù)和BCD碼的相互轉(zhuǎn)換。

(123.45)10=(000100100011.01000101)BCD(10001001.01110110)BCD=(89.76)10請注意，同一個N位二進(jìn)制代碼所代表的數(shù)，當(dāng)它是二進(jìn)制數(shù)和BCD碼時，其數(shù)值是不相同的。例如：(01000101.0010)BCD=(45.2)10(01000101.0010)2=(69.125.)10

2．ASCⅡ碼計算機中常用的字符編碼是ASCⅡ(AmericanStandardCodeforInformationInterchange，美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換代碼)，它用一個字節(jié)中的低7位(最高位為0)來表示128個不同的字符，其中的95個編碼分別對應(yīng)鍵盤上可敲入并可以顯示和打印的95個字符(包括大、小各26個英文字母，0～9共10個數(shù)字，還有33個通用運算符和標(biāo)點符號等)及33個控制代碼，具體編碼如表1.3所示。

表1.37位ASCⅡ編碼表

3.漢字編碼西文單個字均由字母組成，英文中的大小寫字母只有52個，再加上各種標(biāo)點符號、運算符及其它符號等不過100多個，用7位ASCⅡ碼足以表示。但漢字種類繁多，多達(dá)上萬個，其編碼比西文等拼音文字要困難得多，必須有其獨特的編碼方法。根據(jù)不同場合的編碼特點，漢字通常有4種類型的編碼，即漢字輸入法、漢字國標(biāo)碼、漢字機內(nèi)碼和漢字字形碼。

1)漢字輸入碼漢字輸入碼是一種用計算機標(biāo)準(zhǔn)鍵盤上不同按鍵的不同組合形成的編碼，用于將漢字輸入計算機，也稱漢字外部碼，簡稱外碼。目前已有幾百種漢字輸入編碼法，其表示形式大多用字母、數(shù)字或符號。衡量某種漢字輸入編碼法的優(yōu)劣標(biāo)準(zhǔn)是：好學(xué)易記，便于掌握；編碼短、擊鍵次數(shù)少、重碼率低，可以實現(xiàn)盲打。

目前的各種漢字輸入碼綜合起來可分為4類：

(1)數(shù)字編碼，也稱順序碼或流水碼。它是用數(shù)字串代表一個漢字，常用的是國標(biāo)區(qū)位碼。它將國家標(biāo)準(zhǔn)局公布的6763個兩級漢字分成94個區(qū)，每個區(qū)分94位。實際上是把漢字表示成二維數(shù)組，區(qū)碼、位碼各用兩位十進(jìn)制數(shù)表示，輸入一個漢字需要按4次鍵。其特點是編碼惟一無重碼，但很難記憶。

(2)拼音編碼，也稱字音編碼。它是用漢字的讀音進(jìn)行編碼。由于漢字同音字太多，輸入重碼率較高，輸入后一般要進(jìn)行選擇，影響了輸入速度，但其優(yōu)點是簡單易學(xué)。

(3)字型編碼，簡稱形碼。它是以漢字的形狀確定的編碼。漢字都是由筆畫部件組成，把漢字的這些筆畫部件用字母或數(shù)字進(jìn)行編碼，就可完成漢字的輸入。如五筆字型碼和表型碼等，就屬此類編碼，其難點在于如何拆分一個漢字。

(4)音型編碼，就是結(jié)合漢字的讀音和字型進(jìn)行編碼。其吸收了拼音和字形編碼的優(yōu)點，使編碼規(guī)則簡化，重碼率低。

2)漢字國標(biāo)碼漢字國標(biāo)碼也稱漢字交換碼，它是漢字信息處理系統(tǒng)之間傳輸信息時所使用的編碼。我國在1981年頒布了《信息交換使用漢字編碼字符集》，簡稱國標(biāo)碼，代號“GB2312-80”。國標(biāo)碼規(guī)定：一個漢字用兩個字節(jié)來表示，每個字節(jié)只用低7位，最高位為0。為了與標(biāo)準(zhǔn)的ASCII碼兼容，避免每個字節(jié)的7位中的個別編碼與計算機的控制符沖突，實際每個字節(jié)只用了94種編碼。因此，雙7位碼實際能夠表示的漢字是94

94=8836個。而國際碼字符集中共有7445個字符(包括6763個漢字和682個非漢字的圖形字符)。

3)漢字機內(nèi)碼漢字機內(nèi)碼是供計算機系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行存儲、加工處理，傳輸漢字時使用的編碼，又稱漢字內(nèi)碼或機內(nèi)碼。國標(biāo)碼規(guī)定，一個漢字用兩個字節(jié)表示，且每個字節(jié)的最高位都是“0”，這樣就與國際通用的標(biāo)準(zhǔn)

ASCII碼無法區(qū)分。為此，漢字機內(nèi)碼就將國標(biāo)

GB2312-80碼的兩個字節(jié)的最高位分別置1而得到。其優(yōu)點是機內(nèi)碼表示簡單，且與國標(biāo)碼之間有明顯的對應(yīng)關(guān)系，同時也解決了中西文機內(nèi)碼存在二義性的問題。

4)漢字字形碼漢字字形碼是漢字庫中存儲的漢字字形的數(shù)字化信息，或表示漢字字形的字模數(shù)據(jù)，因此也稱字模碼。它是漢字的輸出形式，用于顯示或打印漢字時產(chǎn)生字形，通常用點陣表示。根據(jù)輸出漢字的要求不同，點陣的多少也不同，常用的漢字點陣有16×16、24×24、32×32、64×64、96×96、128×128、256×256等。綜上所述，無論西文字符或中文漢字，在機內(nèi)都用二進(jìn)制編碼表示。對于數(shù)目遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過西文字符的漢字，從輸入計算機到輸出(顯示或打印)，要經(jīng)過幾次代碼轉(zhuǎn)換，代碼間的轉(zhuǎn)換過程如圖1.1所示。

圖1.1漢字代碼間的轉(zhuǎn)換過程1.4.4圖形圖像和視頻信息表示

1.圖形圖像信息的表示在計算機科學(xué)中，圖形(Graphics)一般是指用計算機繪制(draw)的諸如直線、圓、圓弧、矩形、任意曲線和圖表等組成的畫面，而圖像(Image或Picture)是指通過輸入設(shè)備(如圖像掃描儀)捕獲的實際景物畫面，或以數(shù)字化形式存儲的任意畫面。計算機中，圖形和圖像有兩種不同的編碼方法：位圖和矢量圖。

1)位圖圖像(Bitmap)它是通過圖像掃描儀或數(shù)碼攝像機采集輸入到計算機的圖像，是由離散行列組成的圖像點陣，稱為數(shù)字圖像。組成數(shù)字圖像的點稱為像素。反映位圖質(zhì)量的主要參數(shù)是分辨率和顏色數(shù)目。圖像分辨率是指圖像的水平與垂直方向的像素個數(shù)，而顏色數(shù)目是圖像中的顏色總數(shù)目，它反映了圖像中表示各像素的二進(jìn)制數(shù)據(jù)位數(shù)的多少，稱為顏色編碼。位圖按圖像點陣的行、列、像素點顏色編碼的形式存儲在計算機中。表1.4列出了微機上常用的幾種圖像名稱及對應(yīng)的顏色數(shù)目、顏色編碼和數(shù)據(jù)