ch1_計算機與信息

1、P 1 g502計算機中的計數(shù)制3 計算機的特點 計算機的應(yīng)用4 微電子技術(shù)微電子技術(shù)通信技術(shù)通信技術(shù) 計算機技術(shù)計算機技術(shù)1、微電子技術(shù)、微電子技術(shù)5電子電路中元器件的發(fā)展演變電子電路中元器件的發(fā)展演變晶體管晶體管(1948)中中/小規(guī)模小規(guī)模集成電路集成電路(1950s) 微電子技術(shù)是以微電子技術(shù)是以集成電路集成電路為核心的電子技術(shù)，它為核心的電子技術(shù)，它是在電子元器件小型化、微型化的過程中發(fā)展起是在電子元器件小型化、微型化的過程中發(fā)展起來的。來的。大規(guī)模大規(guī)模/超大規(guī)模超大規(guī)模集成電路集成電路(1970s)電子管電子管(1904)6什么是集成電路？什么是集成電路？集成電路 (Integr

2、ated Circuit，簡稱IC)：以半導(dǎo)體單晶片作為基片,采用平面工藝，將晶體管、電阻、電容等元器件及其連線所構(gòu)成的電路制作在基片上所構(gòu)成的一個微型化的電路或系統(tǒng)集成電路的優(yōu)點：w體積小、重量輕體積小、重量輕w功耗小、成本低功耗小、成本低w速度快、可靠性高速度快、可靠性高超大規(guī)模集成電路超大規(guī)模集成電路小規(guī)模集成電路小規(guī)模集成電路7集成電路的規(guī)模集成電路的規(guī)模根據(jù)所包含的晶體管數(shù)目分為：集成電路規(guī)模集成度（個電子元件）小規(guī)模集成電路（SSI）100中規(guī)模集成電路（MSI）1003000大規(guī)模集成電路（LSI）300010萬超大規(guī)模集成電路（VLSI）10萬100萬極大規(guī)模集成電路（ULSI

3、）100萬8 按功能分按功能分 數(shù)字集成電路數(shù)字集成電路 模擬集成電路模擬集成電路 按晶體管數(shù)目分按晶體管數(shù)目分小規(guī)模小規(guī)模(SSI)中規(guī)模中規(guī)模(MSI)大規(guī)模大規(guī)模(LSI)超大規(guī)模超大規(guī)模(VLSI)極大規(guī)模極大規(guī)模(ULSI)9附：常見集成電路產(chǎn)品的類型附：常見集成電路產(chǎn)品的類型10集成電路的制造流程集成電路的制造流程( (自學(xué)自學(xué)) )硅拋光片硅拋光片單單晶晶硅硅錠錠單晶硅錠經(jīng)切單晶硅錠經(jīng)切割、研磨和拋割、研磨和拋光后制成鏡面光后制成鏡面一樣光滑的圓一樣光滑的圓形薄片，稱為形薄片，稱為“硅拋光片硅拋光片”硅平面工藝包括氧化、光硅平面工藝包括氧化、光刻、摻雜和互連等工序，刻、摻雜和互連

4、等工序，最終在硅片上制成包含多最終在硅片上制成包含多層電路及電子元件的集成層電路及電子元件的集成電路。通常每一硅拋光片電路。通常每一硅拋光片上可制作成百上千個獨立上可制作成百上千個獨立的集成電路，這種整整齊的集成電路，這種整整齊齊排滿了集成電路的硅片齊排滿了集成電路的硅片稱作稱作“晶圓晶圓”對晶圓上的每對晶圓上的每個電路進行檢個電路進行檢測，然后將晶測，然后將晶圓切開成小片，圓切開成小片，把合格的電路把合格的電路分類，再封裝分類，再封裝成一個個獨立成一個個獨立的集成電路的集成電路進行成品測試，進行成品測試，按其性能參數(shù)按其性能參數(shù)分為不同等級，分為不同等級，貼上規(guī)格型號貼上規(guī)格型號及出廠日期等

5、及出廠日期等標(biāo)簽，成品即標(biāo)簽，成品即可出廠可出廠11集成電路的集成電路的封裝封裝 集成電路封裝目的： 電功能、散熱功能、機械與化學(xué)保護功能 常見的封裝方式：w 單列直插式（單列直插式（SIP） w 雙列直插式雙列直插式 （DIP）w 陣列陣列式（式（PGA）w 塑料有引線芯片載體（塑料有引線芯片載體（PLCC）w 扁平貼片扁平貼片式式(PQFP) w 球柵陣列封裝球柵陣列封裝(BGA) w 小外形封裝（小外形封裝（SOP） 12FC-PGA2 FC-PGA2 封裝方式封裝方式（Pentium 4 Pentium 4 處理器）處理器） 集成電路的集成電路的封裝形式封裝形式13進一步提高集成度的問

6、題與出路進一步提高集成度的問題與出路( (自學(xué)自學(xué)) )問題：w 線寬進一步縮小后，晶體管線條小到線寬進一步縮小后，晶體管線條小到納米級納米級時，其電流時，其電流微弱到僅有幾十個甚至幾個電子流動，晶體管將逼近其微弱到僅有幾十個甚至幾個電子流動，晶體管將逼近其物理極限而無法正常工作物理極限而無法正常工作. .出路：w 在在納米尺寸納米尺寸下，納米結(jié)構(gòu)會表現(xiàn)出一些新的下，納米結(jié)構(gòu)會表現(xiàn)出一些新的量子現(xiàn)象和量子現(xiàn)象和效應(yīng)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量子器件，使能開發(fā)出新的使能開發(fā)出新的納米芯片納米芯片和和量子計算機量子計算機w 同

7、時，正在研究將同時，正在研究將光光作為信息的載體，發(fā)展光子學(xué)，研作為信息的載體，發(fā)展光子學(xué)，研制制集成光路集成光路，或把電子與光子并用，實現(xiàn)或把電子與光子并用，實現(xiàn)光電子集成光電子集成. .14IC卡(chip card、smart card)，又稱為集成電路卡，它是把集成電路芯片密封在塑料卡基片內(nèi)，使其成為能存儲信息、處理和傳遞數(shù)據(jù)的載體特點：w存儲信息量大存儲信息量大w保密性能強保密性能強w可以防止偽造和竊用可以防止偽造和竊用w抗干擾能力強抗干擾能力強w可靠性高可靠性高15IC卡的類型卡的類型(按芯片分類按芯片分類)存儲器卡：封裝的集成電路為存儲器，信息可長期保存，也可通過讀卡器改寫。結(jié)構(gòu)

8、簡單，使用方便。用于安全性要求不高的場合，如電話卡、水電費卡、公交卡、醫(yī)療卡等（帶加密邏輯的存儲器卡增加了加密電路）CPU卡：封裝的集成電路為中央處理器（CPU）和存儲器，還配有操作系統(tǒng)(Chip Operating System)，處理能力強，保密性更好，常用作證件和信用卡使用。手機中使用的SIM卡就是一種特殊的CPU卡。16IC卡的類型卡的類型(按使用方式分類按使用方式分類)接觸式IC卡(如電話IC卡)w表面有方型鍍金接口，共表面有方型鍍金接口，共8個或個或6個鍍金觸點。使用個鍍金觸點。使用時必須將時必須將IC卡插入讀卡機，通過金屬觸點傳輸數(shù)據(jù)。卡插入讀卡機，通過金屬觸點傳輸數(shù)據(jù)。w用于信

9、息量大、讀寫操作比較復(fù)雜的場合用于信息量大、讀寫操作比較復(fù)雜的場合,但易磨損、但易磨損、怕臟、壽命短怕臟、壽命短非接觸式IC卡(射頻卡、感應(yīng)卡)w采用電磁感應(yīng)方式無線傳輸數(shù)據(jù)，解決了無源（卡采用電磁感應(yīng)方式無線傳輸數(shù)據(jù)，解決了無源（卡中無電源）和免接觸問題中無電源）和免接觸問題w操作方便，快捷，采用全密封膠固化，防水、防污，操作方便，快捷，采用全密封膠固化，防水、防污，使用壽命長使用壽命長w用于讀寫信息較簡單的場合，如身份驗證等用于讀寫信息較簡單的場合，如身份驗證等 接觸式接觸式IC卡卡接觸式接觸式IC卡的結(jié)構(gòu)卡的結(jié)構(gòu)非接觸式非接觸式IC卡卡17非接觸式非接觸式IC卡的工作原理（選學(xué)）卡的工作

10、原理（選學(xué)）讀卡器發(fā)出一組固定讀卡器發(fā)出一組固定頻率的無線電波頻率的無線電波(射頻射頻信號信號)，通過天線向外，通過天線向外發(fā)射發(fā)射IC卡激活后，通過輻射電卡激活后，通過輻射電磁信號將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出磁信號將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去去(或接收讀卡器送來的數(shù)或接收讀卡器送來的數(shù)據(jù)據(jù))當(dāng)當(dāng)IC卡處在讀卡器有效范圍卡處在讀卡器有效范圍(一般為一般為510cm)內(nèi)時，卡內(nèi)的一個內(nèi)時，卡內(nèi)的一個LC串聯(lián)諧串聯(lián)諧振電路振電路(諧振頻率相同的諧振頻率相同的)便產(chǎn)生電磁共便產(chǎn)生電磁共振，使電容充電，從而為卡內(nèi)其它電振，使電容充電，從而為卡內(nèi)其它電路提供路提供2V的工作電壓的工作電壓讀卡器收到數(shù)據(jù)后，通過接口將讀卡器收到

11、數(shù)據(jù)后，通過接口將IC卡數(shù)據(jù)傳送給卡數(shù)據(jù)傳送給PC，PC將判斷該卡將判斷該卡的合法性，作出相應(yīng)處理的合法性，作出相應(yīng)處理18非接觸式非接觸式IC卡在身份證中的使用卡在身份證中的使用第二代身份證使用非接觸式CPU卡，可實現(xiàn)“電子防偽”和“數(shù)字管理”兩大功能 ：w電子防偽措施：個人數(shù)據(jù)和人臉圖像經(jīng)過加密后存儲在芯電子防偽措施：個人數(shù)據(jù)和人臉圖像經(jīng)過加密后存儲在芯片中，需要時可通過非接觸式讀卡器讀出進行驗證。需要片中，需要時可通過非接觸式讀卡器讀出進行驗證。需要時還可以將人體生物特征如指紋等保存在芯片中，以進一時還可以將人體生物特征如指紋等保存在芯片中，以進一步提高防偽性能步提高防偽性能w數(shù)字管理功

12、能：數(shù)字管理功能：l存儲器能儲存多達幾兆字節(jié)的信息，采用分區(qū)存儲，按不同安全存儲器能儲存多達幾兆字節(jié)的信息，采用分區(qū)存儲，按不同安全等級授權(quán)讀寫等級授權(quán)讀寫l采用數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)全國聯(lián)網(wǎng)快速查詢和身份識別，將采用數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)全國聯(lián)網(wǎng)快速查詢和身份識別，將使二代證在公共安全、社會管理、電子政務(wù)、電子商務(wù)等方面發(fā)使二代證在公共安全、社會管理、電子政務(wù)、電子商務(wù)等方面發(fā)揮重要作用揮重要作用 191642 Blaise Pascal1822 1822 差分機差分機1833 1833 分析機分析機電子計算機時代電子計算機時代20 5000次加法次加法/秒秒重約重約30噸噸占地占地170m

13、218800只電子管只電子管1500個繼電器個繼電器功率功率150KW 世界上第一臺計算機于1946年誕生在美國，并命名為ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Calculator）由美國賓夕法尼亞大學(xué)美國賓夕法尼亞大學(xué)研制成功。21第一代第一代（19461958）電子管電子管5千千4萬（次萬（次/秒）秒）第二代第二代（19591964）晶體管晶體管幾十萬幾十萬百萬（次百萬（次/秒）秒）第三代第三代（19651971）集成電路集成電路百萬百萬幾百萬（次幾百萬（次/秒）秒）第四代第四代（197190年代）年代）集成電路集成電路幾百萬幾百萬幾億（次幾億

14、（次/秒）秒） 22階段階段年代年代 主要元件主要元件特特 點點第一代1946-1958電子管速度底，功耗大，價格昂貴，可靠性差，用機器語言編程，應(yīng)用難度大，僅應(yīng)用于數(shù)值計算第二代1959-1964晶體管體積縮小，功耗降低，速度增快，價格比較便宜，可以使用高級語言編程，形成軟件控制，應(yīng)用于數(shù)據(jù)處理和實時控制。第三代1965-1971小規(guī)模集成電路（SSI）中規(guī)模集成電路（MSI）體積進一步縮小，速度進一步提高，價格進一步降低，可以使用多種高級語言編程，軟件逐步完善，操作系統(tǒng)形成并復(fù)雜程度高、功能強大，應(yīng)用領(lǐng)域迅速擴大第四代1972-1990大規(guī)模集成電路(LSI）超大規(guī)模集成電路（VLSI）微

15、型計算機出現(xiàn)，性能大大提高，價格大大下降，軟件更加豐富，應(yīng)用領(lǐng)域更加擴大，計算機網(wǎng)絡(luò)普及，小巨型機開始產(chǎn)生。23早期發(fā)展較慢，大約8-10年更新一代，速度提高10倍，成本和體積降為原來的1/10。80年代以后，大約3-4年計算機性能提高4倍，成本下降50%體積相應(yīng)減小?，F(xiàn)在每年都要推出更高性能的計算機，重量僅有15KG左右，甚至筆記本僅有幾KG.計算機具有以下一些特點： 速度快、精確高、通用性強。 能夠處理文字、圖像和聲音等多種媒體信息。 具有強大、高速的存儲能力和準(zhǔn)確的邏輯判斷能力及網(wǎng)絡(luò)功能。 3、計算機發(fā)展特點、計算機發(fā)展特點24晶晶體體管管數(shù)數(shù)單單位位時時間間執(zhí)執(zhí)行行的的指指令令數(shù)數(shù)百萬

16、條百萬條/每秒每秒每每1824個月芯片能力增長一倍個月芯片能力增長一倍 25 巨型計算機 大型計算機 超小型計算機 工作站 微型計算機 計算機的分類計算機的分類26提出了計算機的三條原則：提出了計算機的三條原則：1）以二進制的邏輯基礎(chǔ)來實現(xiàn)數(shù)字運算，）以二進制的邏輯基礎(chǔ)來實現(xiàn)數(shù)字運算， 以保證精度；以保證精度；2）利用電子技術(shù)來實現(xiàn)控制、邏輯運算和算術(shù)運）利用電子技術(shù)來實現(xiàn)控制、邏輯運算和算術(shù)運 算，以保證算，以保證計算速度；計算速度；3）采用把計算功能和二進制數(shù)更新存儲功能相分離的結(jié)構(gòu)。）采用把計算功能和二進制數(shù)更新存儲功能相分離的結(jié)構(gòu)。是現(xiàn)代信息論的著名創(chuàng)始人。是現(xiàn)代信息論的著名創(chuàng)始人。1

17、938年，香儂在發(fā)表的論文中，年，香儂在發(fā)表的論文中，首次用布爾代數(shù)進行開關(guān)電路分析，首次用布爾代數(shù)進行開關(guān)電路分析，并證明布爾代數(shù)的邏輯運算可并證明布爾代數(shù)的邏輯運算可以通過繼電器電路來實現(xiàn)。以通過繼電器電路來實現(xiàn)。27 為紀(jì)念圖靈對計算機的貢獻，為紀(jì)念圖靈對計算機的貢獻， 美國計算機博物館于美國計算機博物館于1966年年 設(shè)立了設(shè)立了“圖靈獎圖靈獎”計算機是使用相應(yīng)的程序來完成任何設(shè)定好的任務(wù)。計算機是使用相應(yīng)的程序來完成任何設(shè)定好的任務(wù)。圖靈機是一種思想模型，圖靈機是一種思想模型，它由三部分組成：它由三部分組成：一個控制器，一條可以無限延伸的一個控制器，一條可以無限延伸的帶子和一個在帶子

18、上左右移動的讀帶子和一個在帶子上左右移動的讀寫頭。寫頭。圖靈與圖靈機圖靈與圖靈機28John von Neumann馮馮 諾依曼諾依曼 馮馮諾依曼計算機諾依曼計算機存儲程序工作原理：計算機的兩個基存儲程序工作原理：計算機的兩個基本能力：一是能夠存儲程序，二是能本能力：一是能夠存儲程序，二是能夠自動地執(zhí)行程序。夠自動地執(zhí)行程序。計算機是利用計算機是利用“存儲器存儲器”（內(nèi)存）來（內(nèi)存）來存放所要執(zhí)行的程序的，而稱之為存放所要執(zhí)行的程序的，而稱之為CPUCPU的部件可以依次從存儲器中取出的部件可以依次從存儲器中取出程序中的每一條指令，并加以分析和程序中的每一條指令，并加以分析和執(zhí)行，直至完成全部指

19、令任務(wù)為止。執(zhí)行，直至完成全部指令任務(wù)為止。294、計算機的應(yīng)用、計算機的應(yīng)用 (自學(xué)自學(xué))數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理 科學(xué)計算科學(xué)計算 過程控制過程控制 CADCAM 智能模擬智能模擬 30大規(guī)模的科學(xué)計算w如密碼破譯如密碼破譯信息分析和處理w如語音處理，如語音處理，ASR武器控制w如導(dǎo)彈軌道的變更如導(dǎo)彈軌道的變更作戰(zhàn)平臺的集成和作戰(zhàn)信息的共享計算機在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用計算機在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用31個人計算機時代網(wǎng)絡(luò)計算時代網(wǎng)格計算時代對計算機技術(shù)提出的要求和挑戰(zhàn)對計算機技術(shù)提出的要求和挑戰(zhàn)32計算機有什么負面影響？計算機有什么負面影響？計算機引發(fā)的社會問題和某些潛在的危機：w計算機系統(tǒng)崩潰給社會帶來不可預(yù)測

20、的嚴(yán)重后果計算機系統(tǒng)崩潰給社會帶來不可預(yù)測的嚴(yán)重后果w信息欺騙和計算機犯罪增加信息欺騙和計算機犯罪增加w知識產(chǎn)權(quán)保護更加困難知識產(chǎn)權(quán)保護更加困難w個人隱私受到威脅個人隱私受到威脅w不良和有害信息肆意傳播和泛濫不良和有害信息肆意傳播和泛濫w大量電子垃圾污染環(huán)境、破壞生態(tài)大量電子垃圾污染環(huán)境、破壞生態(tài)w長期沉迷于計算機游戲、網(wǎng)絡(luò)聊天等給青少年生長期沉迷于計算機游戲、網(wǎng)絡(luò)聊天等給青少年生理和心理帶來嚴(yán)重危害理和心理帶來嚴(yán)重危害 33 信息處理系統(tǒng)341、信息、信息 (Information)的概念的概念關(guān)于信息至今并沒有統(tǒng)一的定義.中國大百科全書的解釋：從認識論層次來看，信息是指認識主體所感知或主體

21、所表述的 “事物運動的狀態(tài)及狀態(tài)變化的方式”日常生活中比較籠統(tǒng)和模糊的幾種解釋是：w語言、文字、圖畫、照片等表示的內(nèi)容（新聞、消息或語言、文字、圖畫、照片等表示的內(nèi)容（新聞、消息或知識）知識）w讀書、上課、交談等所學(xué)習(xí)和了解的知識、方法、事實讀書、上課、交談等所學(xué)習(xí)和了解的知識、方法、事實和情況和情況w35信息處理信息處理信息處理指的是與下列內(nèi)容相關(guān)的行為和活動：w信息的收集 (如信息的感知、測量、獲取、輸入等)w信息的加工 (如信息的分類、計算、分析、轉(zhuǎn)換等)w信息的存儲 (如書寫、攝影、錄音、錄像等)w信息的傳遞 (如郵寄、電報、電話等 )w信息的施用 (如控制、顯示等) 36人工進行信息

22、處理的過程人工進行信息處理的過程 人工信息處理的不足：w 算不快算不快w 記不住記不住w 傳不遠傳不遠w 看（聽）不清看（聽）不清事物事物客體客體信息獲取信息獲取(感覺器官感覺器官)信息加工與信息加工與存儲存儲(大腦大腦)信息傳遞信息傳遞(神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)系統(tǒng))信息施用信息施用(效應(yīng)器官效應(yīng)器官)信息傳遞信息傳遞(神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)系統(tǒng))信息技術(shù)（信息技術(shù)（IT）手手/腳腳/身身眼眼/耳耳/鼻鼻/舌舌/身身372、信息技術(shù)、信息技術(shù)信息技術(shù)（Information Technology，簡稱IT）指的是用來擴展人們信息器官功能、協(xié)助人們更有效地進行信息處理的一門技術(shù)。 信息技術(shù)包括：w擴展感覺器官功能的

23、 感測感測(獲取獲取)與識別技術(shù)與識別技術(shù)w擴展神經(jīng)系統(tǒng)功能的 通信技術(shù)通信技術(shù)w擴展大腦功能的 計算計算(處理處理) 與存儲技術(shù)與存儲技術(shù)w擴展效應(yīng)器官功能的 控制與顯示技術(shù)控制與顯示技術(shù)38信息技術(shù)的發(fā)展歷史信息技術(shù)的發(fā)展歷史 (自學(xué)自學(xué))語言的形成和使用 文字的創(chuàng)造 印刷技術(shù)的發(fā)明 望遠鏡、顯微鏡 電報和電話通信 廣播、電視 雷達、衛(wèi)星（遙感感測） 計算機、機器人 因特網(wǎng)（Internet） 39現(xiàn)代信息技術(shù)現(xiàn)代信息技術(shù)3大特征：w采用電子技術(shù)（包括激光技術(shù)）采用電子技術(shù)（包括激光技術(shù)）w以數(shù)字技術(shù)（計算機）為基礎(chǔ)以數(shù)字技術(shù)（計算機）為基礎(chǔ)w以軟件為核心以軟件為核心內(nèi)容：w計算機、微電子

24、、通信、計算機、微電子、通信、廣播、遙感遙測、自動廣播、遙感遙測、自動控制、機器人等控制、機器人等403、信息處理系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)用于輔助人們進行信息獲取、傳遞、存儲、加工處理、控制及顯示的綜合使用各種信息技術(shù)的系綜合使用各種信息技術(shù)的系統(tǒng)統(tǒng)，可以通稱為信息處理系統(tǒng)信息處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)：通信通信/存儲存儲信息加工信息加工通信通信/存儲存儲控制與顯示控制與顯示感測與識別感測與識別41信息處理系統(tǒng)舉例信息處理系統(tǒng)舉例雷達雷達： 以感測與識別為主要目的電視電視/廣播廣播： 以單向、點到多點的信息傳遞為主要目的電話：電話：以雙向、點到點的信息交互為主要目的銀行：銀行：以處理金融信息為目的圖書館：圖書館

25、：以信息收藏和檢索為主要目的因特網(wǎng)：因特網(wǎng)：跨越全球的多功能信息處理系統(tǒng) 4243 數(shù)制間的轉(zhuǎn)換 數(shù)的表示與處理441、比特、比特 (bit )比特（bit-binary digit的縮寫）中文翻譯為“二進位數(shù)字”、“二進位” 或簡稱為 “位”比特只有 2 種取值：0，1比特是組成數(shù)字信息的最小單位比特是組成數(shù)字信息的最小單位數(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”例例 用用比比特特表表示示圖圖像像46比特在計算機中如何表示？比特在計算機中如何表示？在計算機中表示二進位的方法：w電路的高電平狀態(tài)或低電平狀態(tài)電路的高電平狀態(tài)或低電平狀態(tài)(C

26、PU)w電容的充電狀態(tài)或放電狀態(tài)電容的充電狀態(tài)或放電狀態(tài)(RAM)w兩種不同的磁化狀態(tài)兩種不同的磁化狀態(tài)(磁盤磁盤)w光盤面上的凹凸?fàn)顟B(tài)光盤面上的凹凸?fàn)顟B(tài)(光盤光盤)w47例例1：CPU內(nèi)部二進位信息的表示內(nèi)部二進位信息的表示CPU內(nèi)部通常使用高電平表示1，低電平表示00.0V0.5V2.8V3.3V010V+3v01 048磁盤表面微小區(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例例2：磁盤存儲器中比特的表示：磁盤存儲器中比特的表示磁盤磁盤表面表面磁性材料粒子磁性材料粒子49例例3：CD/DVD盤片上比特的表示盤片上比特的表示 光盤表面的凹、凸?fàn)顟B(tài)用于表示和存儲二進位信息光盤表面的

27、凹、凸?fàn)顟B(tài)用于表示和存儲二進位信息CD光盤表面光盤表面 DVD光盤表面光盤表面50比特的三種基本邏輯運算比特的三種基本邏輯運算比特的運算使用邏輯代數(shù)，邏輯數(shù)據(jù)的表示比特的運算使用邏輯代數(shù)，邏輯數(shù)據(jù)的表示 “真真”“”“假假”、“是是”“”“非非”、 “對對”“”“錯錯”、“有有”“”“無無”它有3種基本邏輯運算：種基本邏輯運算：w邏輯加邏輯加（也稱（也稱“或或”運算，用符號運算，用符號“OR”、“”或或“”表示）表示）w邏輯乘邏輯乘（也稱（也稱“與與”運算，用符號運算，用符號“AND”、 “”或或“ ”表示，也可省略）表示，也可省略）w取反取反（也稱（也稱“非非”運算，用符號運算，用符號“NO

28、T”或上或上橫杠橫杠“”表示）表示）51 邏輯非邏輯非 0=1 1=00=1 1=0 邏輯與邏輯與（邏輯乘）（邏輯乘）ANDAND、 運算規(guī)則：運算規(guī)則： 0 01=0 11=0 10=00=0 0 00=0 0=0 1 11 1= =1 1比特的三種基本邏輯運算比特的三種基本邏輯運算52 邏輯或邏輯或（邏輯加）（邏輯加）OROR、+ +、 運算規(guī)則：運算規(guī)則： 0+1=1 1+0=10+1=1 1+0=1 1+1=1 1+1=1 0 0+ +0 0= =0 0 比特的三種基本邏輯運算比特的三種基本邏輯運算53邏輯運算舉例邏輯運算舉例 兩個多位的二進制信息進行邏輯運算時，按位獨立進行，即每一位

29、都不受其它位的影響：例1A: 0110 B: 1010 F: 1110例2A: 0110 B: 1010 F: 001054比特的存儲（比特的存儲（1）存儲(記憶)1個比特需要使用具有兩種穩(wěn)定狀態(tài)的元器件，例如：開關(guān)、燈泡等。在計算機的CPU中，比特使用一種稱為“觸發(fā)器”的雙穩(wěn)態(tài)電路來存儲觸發(fā)器有兩個狀態(tài)，可分別用來記憶0和1，1個觸發(fā)器可存儲1個比特一組（例如8個或16個）觸發(fā)器可以存儲1組比特，稱為“寄存器”CPU中有幾十個甚至上百個寄存器 SdRd Q Q55比特的存儲（比特的存儲（2）計算機存儲器中用電容器存儲二進位信息：當(dāng)電容的兩極被加上電壓，它就被充電，電壓去掉后，充電狀態(tài)仍可保持

30、一段時間，因而1個電容可用來存儲1個比特信息存儲原理信息存儲原理 電容電容C處于充電狀態(tài)處于充電狀態(tài)時，表示時，表示1 電容電容C處于放電狀態(tài)處于放電狀態(tài)時，表示時，表示0存儲單元存儲單元字線字線位線位線C讀放大器讀放大器集成電路技術(shù)可以在半導(dǎo)體芯片上制作出以億計的微型電容器，從而構(gòu)成了可存儲大量二進位信息的半導(dǎo)體存儲器芯片 56比特的存儲（比特的存儲（3）磁盤：利用磁介質(zhì)表面區(qū)域的磁化狀態(tài)來存儲二進位信息光盤：通過“刻”在光盤片表面上的微小凹坑來記錄二進位信息磁盤磁盤表面表面磁性材料粒子磁性材料粒子57存儲容量的計量單位存儲容量的計量單位 8個比特1個字節(jié)（byte，用大寫B(tài)表示）計算機內(nèi)存

31、儲器容量的計量單位：wKB: 1 KB=210字節(jié)字節(jié)=1024 B （千字節(jié)）（千字節(jié)）wMB: 1 MB=220字節(jié)字節(jié)=1024 KB（兆字節(jié)）（兆字節(jié)）wGB: 1 GB=230字節(jié)字節(jié)=1024 MB（吉字節(jié)、千兆字節(jié)）（吉字節(jié)、千兆字節(jié)）wTB: 1 TB=240字節(jié)字節(jié)=1024 GB（太字節(jié)、兆兆字節(jié)）（太字節(jié)、兆兆字節(jié)）外存儲器容量經(jīng)常使用10的冪次來計算：w1MB103 KB 1 000 KBw1GB106 KB 1 000 000 KBw1TB 109 KB = 1 000 000 000 KB582 2、數(shù)的進位制、數(shù)的進位制59十進制數(shù)（十進制數(shù)（DecimalDec

32、imal）60二進制的二進制的基數(shù)基數(shù)是是“2”2”，使用，使用0 0和和1 1兩個不同的數(shù)字符號，兩個不同的數(shù)字符號，逢二進逢二進一一 (101.01)(101.01)2 21 12 22 20 02 21 11 12 20 00 02 21 11 12 22 2 (5.25)(5.25)1010一個二進制數(shù)一個二進制數(shù)S SK Kn nK Kn n1 1 . K. K1 1K K0 0 . K. K1 1K K2 2 . K. Km m所代表的所代表的實際數(shù)值實際數(shù)值是：是：S = KS = Kn n2 2n n K Kn n1 12 2n n1 1 K K1 12 21 1 K K0 0

33、 2 20 0 K K1 1 2 21 1 K K2 2 2 22 2K Km m 2 2m m二進制數(shù)（二進制數(shù)（BinaryBinary）61基數(shù)基數(shù)是是“8”8”，l基數(shù)基數(shù)是是“16”16”，八進制數(shù)和十六進制數(shù)八進制數(shù)和十六進制數(shù)62二二十十十六十六八八二二十十十六十六八八0000000100088100001111100199110010222101010A120011333101111B130100444110012C140101555110113D150110666111014E160111777111115F17進位制的對應(yīng)表進位制的對應(yīng)表63使用不同進制的原因使用不同進制的

34、原因64十進制十進制=10，可使用，可使用0,1,2,3,4,5,6,7,8,9二進制二進制=2 ，可使用，可使用0,1八進制八進制=8 ，可使用，可使用0,1,2,3,4,5,6,7十六進制十六進制=16 ，可使用，可使用0,9,A,B,C,D,E,F“逢逢 進進，借，借當(dāng)當(dāng) ”J進制的規(guī)律65前面說過，二進制運算十分簡單?，F(xiàn)以兩個4位的二進制數(shù)1011和0110為例展示二進制數(shù)的加、減、乘、除運算如下： 由此可見，二進制運算與十進制運算方法完全相同，唯一的差別是要記住“逢2進1”的進位規(guī)則就行了。663、數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換1. j進制轉(zhuǎn)化成十進制進制轉(zhuǎn)化成十進制10101(B)=24+22+1

35、=21101.11(B)=22+1+2-1+2-2=5.75101(O)=82+1=6571(O)=78+1=57101A(H)=163+16+104122mmnnmnjajajajajajaaaaa110011101)(.67整數(shù)部分：整數(shù)部分：除以除以 j取余數(shù)，直到商為取余數(shù)，直到商為0，余數(shù)從右到左排列，余數(shù)從右到左排列 （逆取）（逆?。┬?shù)部分：小數(shù)部分： 乘以乘以 j取整數(shù)，整數(shù)從左到右排列。取整數(shù)，整數(shù)從左到右排列。 （順取）（順?。┩ㄓ靡?guī)律通用規(guī)律68例例 100.345(D)=100(D)=144(O)=64(H)=1100100(B)10025022521226232100

36、010010.34520.69021.3802 0.760 2 1.520 2 1008128180441100166046161 1.041100100.01011(B)動畫動畫69每一個每一個八進制數(shù)八進制數(shù)對應(yīng)二進制的對應(yīng)二進制的三位三位。每一個每一個十六進制數(shù)十六進制數(shù)對應(yīng)二進制的對應(yīng)二進制的四位四位。7123(O)=111 001 010 011(B) 7 1 2 3 2C1D(H)=0010 1100 0001 1101(B) 2 C 1 D64(H)=0110 0100(B) 6 4144(O)=001 100 100(B) 1 4 470 整數(shù)部分：從整數(shù)部分：從右向左右向左進

37、行分組。進行分組。 小數(shù)部分：從小數(shù)部分：從左向右左向右進行分組。進行分組。 轉(zhuǎn)化成八進制三位一組。轉(zhuǎn)化成八進制三位一組。 轉(zhuǎn)化成十六進制四位一組，轉(zhuǎn)化成十六進制四位一組，不足補零不足補零。 11 0110 1110.1101 0100(B)=36F.D4(H) 3 6 F D 4 1 101 101 110.110 101(B)= 1556.65(O) 1 5 5 6 6 5后邊補兩個零后邊補兩個零010071計算機中數(shù)據(jù)的分類無符號整數(shù)無符號整數(shù) 整數(shù)整數(shù) 數(shù)值型數(shù)據(jù)數(shù)值型數(shù)據(jù)有符號整數(shù)有符號整數(shù) 實數(shù)實數(shù) 非數(shù)值型數(shù)據(jù)非數(shù)值型數(shù)據(jù) : :文字、圖片、聲音文字、圖片、聲音4、數(shù)的表示與處理

38、72S符號位符號位小數(shù)點小數(shù)點|N|=1-2 -mS小數(shù)點小數(shù)點符號位符號位無符號位無符號位小數(shù)點小數(shù)點|N|=2n -10=N=2 n+1 -1m+1位位n+1位位731)1)最高位作為符號位最高位作為符號位若符號位為若符號位為0，則，則 表示正數(shù)表示正數(shù). 若符號位為若符號位為1，則表示負數(shù)，則表示負數(shù) .2 2) )其余各位代表數(shù)值本身的絕對值其余各位代表數(shù)值本身的絕對值 （以二進制表示）（以二進制表示） 整數(shù)可以有三種表示方法74假設(shè)用假設(shè)用X原原表示表示X的原碼的原碼 +1原原=00000001 +127原原=01111111 -1原原=10000001 -127原原= 111111

39、11結(jié)論：結(jié)論：絕對值相同的正數(shù)和負數(shù)，它們除了絕對值相同的正數(shù)和負數(shù)，它們除了 符號位不同外，其他各位都相同。符號位不同外，其他各位都相同。75 題目：假設(shè)用一個字節(jié)來表示一個數(shù)，求題目：假設(shè)用一個字節(jié)來表示一個數(shù)，求0的原碼的原碼解解:根據(jù)原碼的定義：根據(jù)原碼的定義：+0的原碼的原碼= 00000000 - 0的原碼的原碼= 10000000+0-0結(jié)論結(jié)論：0 0的原碼不唯一的原碼不唯一76 假設(shè)用一個字節(jié)表示一個數(shù)假設(shè)用一個字節(jié)表示一個數(shù) 最小值為：最小值為：-127 -127 ，其原碼為，其原碼為1 111111111111111 最大值為：最大值為：+127 +127 ，其原碼為，

40、其原碼為0 011111111111111所以，原碼的表示范圍為：所以，原碼的表示范圍為： 127(2 127(27 7-1)-1) + 127 + 127 (2(27 7-1)-1)77表示方法規(guī)定：表示方法規(guī)定： 1)1)一個數(shù)如果值為正一個數(shù)如果值為正, ,則它的反碼與原碼相同則它的反碼與原碼相同 2)2)一個數(shù)如果值為負一個數(shù)如果值為負, ,則將其符號位置為則將其符號位置為1,1,其其 余各位為對原碼的相應(yīng)數(shù)據(jù)位取反：余各位為對原碼的相應(yīng)數(shù)據(jù)位取反： 1取反取反 = 0 0取反取反= 1假設(shè)用假設(shè)用X反反表示表示X的反碼的反碼 +1反反=00000001 +127反反=01111111

41、 -1反反=11111110 -127反反= 1000000078解解:根據(jù)反碼的定義：根據(jù)反碼的定義：+0的反碼的反碼= 00000000-0的反碼的反碼= 11111111結(jié)論結(jié)論：0 0的反碼不唯一的反碼不唯一 題目：假設(shè)用一個字節(jié)來表示一個數(shù)，求題目：假設(shè)用一個字節(jié)來表示一個數(shù)，求0的反碼的反碼79假設(shè)用一個字節(jié)表示一個數(shù)。假設(shè)用一個字節(jié)表示一個數(shù)。 最小值為：最小值為：-127 -127 ，其反碼為，其反碼為1 100000000000000 最大值為：最大值為：+127 +127 ，其反碼為，其反碼為0 011111111111111所以，反碼的表示范圍為：所以，反碼的表示范圍為：

42、（反碼的表示范圍與原碼是一致的）（反碼的表示范圍與原碼是一致的） 127(2 127(27 7-1)-1) + 127 + 127 (2(27 7-1)-1)80*計算機中使用補碼的原因：計算機中使用補碼的原因：*補碼的原理補碼的原理: （ 即為什么用補碼可以實現(xiàn)減法按即為什么用補碼可以實現(xiàn)減法按 加法處理？）加法處理？） *時鐘原理時鐘原理 *補數(shù)的概念補數(shù)的概念在計算機中為節(jié)省設(shè)備，只設(shè)加法器，故引進補碼在計算機中為節(jié)省設(shè)備，只設(shè)加法器，故引進補碼運算來將減法運算轉(zhuǎn)換成加法運算。運算來將減法運算轉(zhuǎn)換成加法運算。在這種系統(tǒng)下的在這種系統(tǒng)下的“0”0”只有惟一的一種表示方法只有惟一的一種表示方法81補碼表示方法規(guī)定補碼表示方法規(guī)定: 1. 正數(shù)的補碼：正數(shù)的補碼：與反碼、原碼相同。與反碼、原碼相同。 2.負數(shù)的補碼：負數(shù)的補碼：則將其最高位置為則將其最高位置為 1，其余，其余各位為對原碼的相應(yīng)數(shù)據(jù)位取反，然后再對整各位為對原碼的相應(yīng)數(shù)據(jù)位取反，然后再對整個數(shù)加個數(shù)加1. 補充公式補充公式: X為負數(shù)為負數(shù)時時 x補補= x反反+1 成立成立82解解:根據(jù)補碼的定義：根據(jù)補碼的定義： +0 補補00000000-0 反反11111111-0 補補11111111 + 1 00000000 -0 補補 00000000 題目：假設(shè)用一個字節(jié)來表示一個數(shù)，求題目：假設(shè)用