第1章計算機(jī)基礎(chǔ)知識計

1、 計算機(jī)導(dǎo)論力求突出為后續(xù)計算機(jī)專業(yè)課程構(gòu)建一個基本知識框架的指導(dǎo)思想，使計算機(jī)專業(yè)的學(xué)生一進(jìn)入大學(xué)就能夠?qū)ψ约航窈笠獙W(xué)習(xí)的主要知識、專業(yè)方向有一個基本了解。 第第1章章 計算機(jī)基礎(chǔ)知識計算機(jī)基礎(chǔ)知識本章導(dǎo)讀：本章導(dǎo)讀： 本章從計算機(jī)的產(chǎn)生和發(fā)展出發(fā)，對計算機(jī)的特點(diǎn)和分類進(jìn)行本章從計算機(jī)的產(chǎn)生和發(fā)展出發(fā)，對計算機(jī)的特點(diǎn)和分類進(jìn)行了闡述；重點(diǎn)介紹了計算機(jī)中常用的數(shù)制及其轉(zhuǎn)換、帶符號數(shù)的了闡述；重點(diǎn)介紹了計算機(jī)中常用的數(shù)制及其轉(zhuǎn)換、帶符號數(shù)的表示、字符編碼和漢字編碼的基本知識。要求讀者了解微型計算表示、字符編碼和漢字編碼的基本知識。要求讀者了解微型計算機(jī)的發(fā)展歷史、工作特點(diǎn)、分類、應(yīng)用領(lǐng)域等相關(guān)知

2、識；熟悉數(shù)機(jī)的發(fā)展歷史、工作特點(diǎn)、分類、應(yīng)用領(lǐng)域等相關(guān)知識；熟悉數(shù)制的基本概念、數(shù)制之間的相互轉(zhuǎn)換。制的基本概念、數(shù)制之間的相互轉(zhuǎn)換。 本章主要知識點(diǎn)：本章主要知識點(diǎn)： （1）計算機(jī)的產(chǎn)生和發(fā)展）計算機(jī)的產(chǎn)生和發(fā)展 （2）計算機(jī)的特點(diǎn)和分類計算機(jī)的特點(diǎn)和分類 （3）計算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用計算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用 （4）計算機(jī)中數(shù)制的基本概念、數(shù)制之間的相互轉(zhuǎn)換計算機(jī)中數(shù)制的基本概念、數(shù)制之間的相互轉(zhuǎn)換 （5）常用的常用的ASCII碼、碼、BCD碼、漢字編碼的相關(guān)概念和應(yīng)用碼、漢字編碼的相關(guān)概念和應(yīng)用第第1章章 計算機(jī)基礎(chǔ)知識計算機(jī)基礎(chǔ)知識 1.1 概述概述 1.2 面向過程程序設(shè)計面向過程程序設(shè)計1.1 概

3、述概述1.1.1 近代計算機(jī)的發(fā)展1.1.2 計算機(jī)的誕生1.1.3 計算機(jī)的發(fā)展1.1.4 計算機(jī)的特點(diǎn)和分類1.1.5 計算機(jī)的應(yīng)用1.1 概述概述1642 Blaise Pascal 1822 1822 差分機(jī)差分機(jī)1833 1833 分析機(jī)分析機(jī)電子計算機(jī)時代電子計算機(jī)時代1.1.1 近代計算機(jī)的發(fā)展1.1 概述概述1.1.1 近代計算機(jī)的發(fā)展 計算機(jī)的發(fā)明是以計算為基本原則，早先則是被定位為工業(yè)用產(chǎn)品。早在19世紀(jì)初葉，英國劍橋大學(xué)數(shù)學(xué)家、機(jī)械設(shè)計專家、經(jīng)濟(jì)學(xué)家和哲學(xué)家查爾斯巴貝基（Charles Babbage，1791-1871，見圖1-1）發(fā)明了差分機(jī)（Difference E

4、ngine，見圖1-2）即可計算等式間的差距。而之后的分析機(jī)（Analytical Engine，見圖1-3）則嘗試用來執(zhí)行多種類的運(yùn)算，盡管這臺機(jī)器在他有生之年并未完成，但其概念其實(shí)已經(jīng)具備了現(xiàn)代電腦的特征，所以稱巴貝基為計算機(jī)之父。 查爾斯巴貝基1.1 概述概述1.1.1 近代計算機(jī)的發(fā)展 差分機(jī)分析機(jī)英國著名詩人拜倫的女兒阿達(dá)拉芙拉斯伯爵夫人（Ada Augusta Lovelace，1815-1852）協(xié)助巴貝基完善了分析機(jī)的設(shè)計，指出它可以像提花機(jī)那樣編程。她發(fā)現(xiàn)了編程的基本要素，還編寫了伯努利數(shù)的程序，因此，被譽(yù)為世界上第一位程序員。 1.1 概述概述1.1.1 近代計算機(jī)的發(fā)展

5、巴貝基生于1791年的英國，當(dāng)他在劍橋大學(xué)攻讀博士時，即為了解決計算等式間的差異數(shù)，于1812年首先設(shè)計出了一臺名為差分機(jī)（Difference Engine）的機(jī)器，并于1822年制成了差分機(jī)樣機(jī)。這是一臺利用蒸汽為動力，以齒輪為基礎(chǔ)所構(gòu)成的機(jī)器，由于齒輪的數(shù)量過于龐大（約四千），以至于差分機(jī)所計算的成果并不精確。經(jīng)歷十年失敗的嘗試，1834年巴貝基在研制差分機(jī)的工作中，看到了制造一種新的、在性能上大大超過差分機(jī)的計算機(jī)的可能性，從而放棄了差分機(jī)轉(zhuǎn)而構(gòu)想出了名為分析機(jī)的自動運(yùn)算機(jī)器，由于這臺機(jī)器具備有“輸入”、“運(yùn)算”、“輸出”及“儲存”的四大現(xiàn)代計算機(jī)特征，最后因英國政府停止資助使這項(xiàng)計劃

6、，直到巴貝基逝世，亦未能最終實(shí)現(xiàn)他所設(shè)計的計算機(jī)。 1.1 概述概述1.1.1 近代計算機(jī)的發(fā)展 美國哈佛大學(xué)的霍華德艾肯（Howard Aiken，1900-1973）博士在圖書館里發(fā)現(xiàn)了巴貝基的論文，提出了用機(jī)電方式，而不是用純機(jī)械方法來構(gòu)造新的分析機(jī)?；羧A德艾肯在IBM公司的資助下，于1944年研制成功了被稱為計算機(jī)“史前史”里最后一臺著名的Mark計算機(jī)，將巴貝基的夢想變?yōu)榱爽F(xiàn)實(shí)。這也正是IBM走上計算機(jī)產(chǎn)業(yè)之路的開始。后來霍華德艾肯繼續(xù)主持了Mark和Mark計算機(jī)的研制工作，但它們已經(jīng)屬于電子計算機(jī)的范疇。這里請注意,20世紀(jì)40年代曾經(jīng)出現(xiàn)過兩個被稱為Mark的計算機(jī)，一個是這里

7、所說的Mark，另一個是英國曼徹斯特大學(xué)以威廉斯管的發(fā)明人Williams（1911-1977）和湯姆基爾蓬（Tom Kilbrn）為首的研究小組開發(fā)的Mark，其原型則被稱為“嬰兒機(jī)”（Baby Machine）。曼徹斯特大學(xué)在計算機(jī)發(fā)展史上也曾經(jīng)起過重大的作用。1.1 概述概述1.1.1 近代計算機(jī)的發(fā)展 英國數(shù)學(xué)家艾蘭圖靈（Alan Mathison Turing，l912-1954）是世界上公認(rèn)的計算機(jī)科學(xué)奠基人，見圖1-4。他的主要貢獻(xiàn)有兩個：一是建立圖靈機(jī)（TuhngMaChine，TM）模型，奠定了可計算理論的基礎(chǔ)；二是提出圖靈測試，闡述了機(jī)器智能的概念。但在他生活的時代，卻完全

8、沒有這些贊譽(yù)。他不過是一位古怪的數(shù)學(xué)家、超前的哲學(xué)家、神秘的密碼破譯專家而已，沒有人會想到他的思維能燃起信息時代的烈焰。為紀(jì)念圖靈對計算機(jī)科學(xué)的貢獻(xiàn)，美國計算機(jī)學(xué)會ACM在1966年創(chuàng)立了“圖靈獎”，每年頒發(fā)給在計算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的領(lǐng)先研究人員，號稱計算機(jī)業(yè)界和學(xué)術(shù)界的諾貝爾獎。 圖靈圖靈與圖靈機(jī)為紀(jì)念圖靈對計算機(jī)的貢獻(xiàn)，為紀(jì)念圖靈對計算機(jī)的貢獻(xiàn)，美國計算機(jī)博物館于美國計算機(jī)博物館于1966年年設(shè)立了設(shè)立了“圖靈獎圖靈獎”計算機(jī)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(jī)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(jī)是一種思想模型，圖靈機(jī)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

9、，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。1.1 概述概述1.1.1 近代計算機(jī)的發(fā)展 另一個也被稱為計算機(jī)之父的是美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮諾依曼（Von Neumann），他和他的同事們研制了世界上第二臺電子計算機(jī)EDVAC，對后來的計算機(jī)在體系結(jié)構(gòu)和工作原理上具有重大影響。在EDVAC中采用了“存儲程序”的概念，以此概念為基礎(chǔ)的各類計算機(jī)統(tǒng)稱為馮諾依曼機(jī)。50多年來，雖然計算機(jī)系統(tǒng)從性能指標(biāo)、運(yùn)算速度、工作方式、應(yīng)用領(lǐng)域等方面與當(dāng)時的計算機(jī)有很大差別，但基本結(jié)構(gòu)沒有變，都屬于馮諾依曼計算機(jī)。但是，馮諾依曼自己也承認(rèn)，

10、他的關(guān)于計算機(jī)“存儲程序”的想法都來自圖靈。 馮諾依曼馮諾依曼計算機(jī)John von Neumann馮馮 諾依曼諾依曼存儲程序工作原理存儲程序工作原理計算機(jī)的兩個基本能力：一是能夠存儲計算機(jī)的兩個基本能力：一是能夠存儲程序，二是能夠自動地執(zhí)行程序。程序，二是能夠自動地執(zhí)行程序。計算機(jī)是利用計算機(jī)是利用“存儲器存儲器”（內(nèi)存）來存（內(nèi)存）來存放所要執(zhí)行的程序的，而稱之為放所要執(zhí)行的程序的，而稱之為CPUCPU的部的部件可以依次從存儲器中取出程序中的每件可以依次從存儲器中取出程序中的每一條指令，并加以分析和執(zhí)行，直至完一條指令，并加以分析和執(zhí)行，直至完成全部指令任務(wù)為止。成全部指令任務(wù)為止。1.1

11、 概述概述1.1.2 計算機(jī)的誕生 1939年保加利亞裔美國人、依阿華大學(xué)教授阿塔諾索夫（John Vincent Atanasoff，1903-1995）因進(jìn)行數(shù)學(xué)物理研究需要大量計算，而當(dāng)時使用的模擬計算機(jī)速度慢、精度低，從而決心設(shè)計電子管數(shù)字計算機(jī)。在研究生克里福特伯瑞（Clifford E.Berry，1918-1963）的協(xié)助下，于1941年制作了一臺雛形計算機(jī)ABC（Atanasoff-Berry Computer），被譽(yù)為世界上第一臺電子計算機(jī)。 1.1 概述概述1.1.2 計算機(jī)的誕生 美國賓州大學(xué)的物理學(xué)教授約翰莫奇萊（John Mauchly，1907- 1980），曾經(jīng)觀

12、摩過ABC計算機(jī)，1042年他寫了一份備忘錄，建議制造電子計算機(jī)來完成彈道表的計算。1943年4月美國陸軍阿伯丁彈道實(shí)驗(yàn)室與賓州大學(xué)摩爾學(xué)院簽訂合同，開始研制ENIAC。在?？颂兀↗.Preper Eckert，l919-1995）、戈德斯坦（Herman H.GoldStine，l913-）等人的共同努力下，1945年秋制成ENIAC，并于1946年2月15日公諸于世，見圖1-6。 ENIAC1.1 概述概述1.1.2 計算機(jī)的誕生 1947年莫奇萊和?？颂仉x開賓州大學(xué)，創(chuàng)立了自己的計算機(jī)公司，生產(chǎn)UNIVAC計算機(jī)，見圖1-7。1951年6月14日UNIVAC交付美國人口統(tǒng)計局使用。輿論界

13、通常認(rèn)為這標(biāo)志著人類進(jìn)人了計算機(jī)時代。原因有二：一是UNIVAC首次作為商品出售，它先后生產(chǎn)了近50臺，而ENIAC只有一臺自用；二是UNIVAC用于公眾領(lǐng)域的數(shù)據(jù)處理，不像ENIAC只用于軍事目的。特別是UNIVAC曾在大選中，預(yù)告艾森豪威爾當(dāng)選，這使西方輿論大為轟動。因此，人們認(rèn)為1951年UNIVAC迎來計算機(jī)時代，而與其說莫奇萊和埃克特發(fā)明了電子計算機(jī)，不如說他們奠定了計算機(jī)工業(yè)的基礎(chǔ)。 UNIVAC計算機(jī)發(fā)展的幾個階段第一代第一代（19461956）電子管電子管5千千4萬（次萬（次/秒）秒）第二代第二代（19571964）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

14、（19651970）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（次/秒）秒）1964年年911機(jī)機(jī)1966年年112機(jī)機(jī)1.1 概述概述1.1.3 計算機(jī)的發(fā)展1.1 概述概述1.1.3 計算機(jī)的發(fā)展1第一代（第一代（1946年年1958年）：電子管階段年）：電子管階段 基本特征采用電子管作為計算機(jī)的邏輯元器件，每秒運(yùn)算速度僅為幾千次，內(nèi)存容量僅數(shù)KB。其數(shù)據(jù)表示主要是定點(diǎn)數(shù)，使用機(jī)器語言或匯編語言編寫程序。第一代電子計算機(jī)體積龐大，造價昂貴，用于軍事和科學(xué)研究工作。其代表機(jī)型有IBM 650（小型機(jī)）、

15、IBM 709（大型機(jī)）。電子管1.1 概述概述1.1.3 計算機(jī)的發(fā)展2第二代（第二代（1959年年1964年）：晶體管階段年）：晶體管階段 基本特征是采用晶體管作為計算機(jī)的邏輯元器件，由于電子技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)算速度達(dá)每秒幾十萬次，內(nèi)存容量增至幾十KB。與此同時，計算機(jī)軟件技術(shù)也有了較大發(fā)展，出現(xiàn)了FORTRAN、COBOL、ALGOL等高級語言。與第一代計算機(jī)相比，晶體管電子計算機(jī)體積小、成本低、功能強(qiáng)、可靠性大大提高。除了科學(xué)計算外，還用于數(shù)據(jù)處理和事務(wù)處理。其代表機(jī)型有IBM 7094、CDC 7600。 晶體管1.1 概述概述1.1.3 計算機(jī)的發(fā)展3第三代（第三代（1965年年197

16、0年）：集成電路階段年）：集成電路階段 基本特征是采用小規(guī)模集成電路作為計算機(jī)的邏輯元器件，隨著固體物理技術(shù)的發(fā)展，集成電路工藝己可以在幾平方毫米的單晶硅集成電路片上集成由十幾個甚至上百個電子元器件組成的邏輯電路。它的運(yùn)算速度每秒可達(dá)幾十萬次到幾百萬次，體積越來越小，價格越來越低，軟件越來越完善，在監(jiān)控程序的基礎(chǔ)上發(fā)展形成了操作系統(tǒng)。其代表機(jī)型有IBM360。集成電路1.1 概述概述1.1.3 計算機(jī)的發(fā)展4第四代（第四代（1971年年現(xiàn)在）：大規(guī)?，F(xiàn)在）：大規(guī)模/超大規(guī)模集成電路階段超大規(guī)模集成電路階段 基本特征是采用大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路作為計算機(jī)的邏輯元器件，20世紀(jì)70年代以

17、來，集成電路制作工藝取得了迅猛的發(fā)展，在硅半導(dǎo)體上可集成更多的電子元器件，半導(dǎo)體存儲器代替了磁芯存儲器，目前，計算機(jī)的速度最高可以達(dá)到每秒幾百萬億次浮點(diǎn)運(yùn)算。操作系統(tǒng)不斷完善，高級程序設(shè)計語言功能更加完善，人們的生活與計算機(jī)應(yīng)用息息相關(guān)。超大規(guī)模集成電路計算機(jī)的商用化計算機(jī)的第一個商業(yè)顧客計算機(jī)的第一個商業(yè)顧客烤面包賣茶點(diǎn)的利昂（烤面包賣茶點(diǎn)的利昂（lyons）改進(jìn)改進(jìn) lyons參與部分投資參與部分投資Lyons復(fù)制復(fù)制EDSACLEO充當(dāng)充當(dāng)會計師會計師Altair 8800 計算機(jī)發(fā)展微型化計算機(jī)不再是單一的計算機(jī)器，而是一種計算機(jī)不再是單一的計算機(jī)器，而是一種信息機(jī)器，一種個人的信息機(jī)

18、器。信息機(jī)器，一種個人的信息機(jī)器。 計算機(jī)發(fā)展巨型化運(yùn)算速度可達(dá)每秒幾百億次運(yùn)算的運(yùn)算速度可達(dá)每秒幾百億次運(yùn)算的1975年世界上第一臺超級計算機(jī)年世界上第一臺超級計算機(jī)“Cray-I”超級計算機(jī)應(yīng)用：天氣預(yù)報、地震機(jī)理研究、超級計算機(jī)應(yīng)用：天氣預(yù)報、地震機(jī)理研究、石油和地質(zhì)勘探，衛(wèi)星圖像處理等大量科學(xué)計石油和地質(zhì)勘探，衛(wèi)星圖像處理等大量科學(xué)計算的高科技領(lǐng)域。算的高科技領(lǐng)域。中國超級計算機(jī)：中國超級計算機(jī)：國防科技大學(xué)研制的國防科技大學(xué)研制的“銀河銀河1號號”、 “銀河銀河2號號”和和“銀河銀河3號號”國家職能計算機(jī)中心推出的國家職能計算機(jī)中心推出的“曙光曙光1000” 、“曙光曙光200I”和

19、和“曙光曙光3000” 計算機(jī)發(fā)展網(wǎng)絡(luò)化計算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)結(jié)合計算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。的產(chǎn)物。使用遠(yuǎn)程資源，共享程序、使用遠(yuǎn)程資源，共享程序、數(shù)據(jù)和信息資源，網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)據(jù)和信息資源，網(wǎng)絡(luò)用戶的通訊和合作。的通訊和合作。 計算機(jī)發(fā)展智能化“總有一天，人類會造出一些舉止跟人一樣的總有一天，人類會造出一些舉止跟人一樣的沒有靈魂的機(jī)械沒有靈魂的機(jī)械來來”。 笛卡爾（笛卡爾（1637）人類第一個人類第一個“工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人”：一頭在紡織機(jī)上挑紗的一頭在紡織機(jī)上挑紗的“驢驢”（1742年）年）第一代機(jī)器人第一代機(jī)器人機(jī)械手（機(jī)械手（1962年出現(xiàn)）年出現(xiàn)）第二代機(jī)器人第二代機(jī)器人具有具有“感

20、覺感覺”的機(jī)器人的機(jī)器人第三代機(jī)器人第三代機(jī)器人裝有啟發(fā)式計算機(jī)的裝有啟發(fā)式計算機(jī)的“智能機(jī)器人智能機(jī)器人” 計算機(jī)世界中的中國1952年在清華大學(xué)成立中國第一個計算機(jī)三人研究小組年在清華大學(xué)成立中國第一個計算機(jī)三人研究小組組長組長 閔大可閔大可電機(jī)系教授電機(jī)系教授1954年小組經(jīng)擴(kuò)充和調(diào)整，并入中科院近代物理研究所年小組經(jīng)擴(kuò)充和調(diào)整，并入中科院近代物理研究所負(fù)責(zé)人負(fù)責(zé)人 錢三強(qiáng)錢三強(qiáng)1958年完成第一臺電子計算機(jī)年完成第一臺電子計算機(jī)1031959年完成大型電子計算機(jī)年完成大型電子計算機(jī)1041959年中國自行研究的年中國自行研究的107計算機(jī)問世計算機(jī)問世1965年中國開始研制第三代計算機(jī)

21、（集成電路）年中國開始研制第三代計算機(jī)（集成電路）1977年研制成功中國第一臺微機(jī)年研制成功中國第一臺微機(jī)DJS050 計算機(jī)世界中的日本輝煌：輝煌：打敗打敗Intel的芯片巨人，迫使的芯片巨人，迫使Intel 于于1985年另辟年另辟戰(zhàn)場（微處理器）戰(zhàn)場（微處理器）筆記本電腦的領(lǐng)軍人物筆記本電腦的領(lǐng)軍人物失誤：失誤：第五代計算機(jī)（智能計算機(jī)）的開發(fā)者第五代計算機(jī)（智能計算機(jī)）的開發(fā)者高清晰度模擬電視高清晰度模擬電視 計算機(jī)世界中的印度1985年，印度軟件業(yè)產(chǎn)值為年，印度軟件業(yè)產(chǎn)值為美元美元1994年，印度軟件業(yè)產(chǎn)值為年，印度軟件業(yè)產(chǎn)值為美元美元2000年，印度軟件業(yè)產(chǎn)值為年，印度軟件業(yè)產(chǎn)值為

22、美元美元在軟件出口規(guī)模和質(zhì)量與總產(chǎn)值的比例上，在軟件出口規(guī)模和質(zhì)量與總產(chǎn)值的比例上，印度居世界第一。印度居世界第一。 計算機(jī)文化與道德計算機(jī)是一種計算機(jī)是一種“可以傳授給人知識的工具可以傳授給人知識的工具”，也是一種，也是一種“無比有力的知識工具無比有力的知識工具”。真正對人類生活帶來直接沖擊的，不是計算機(jī)硬件本身，真正對人類生活帶來直接沖擊的，不是計算機(jī)硬件本身，而是來自軟件這種人類知識的產(chǎn)物。而是來自軟件這種人類知識的產(chǎn)物。1.1 概述概述1.1.4 計算機(jī)的特點(diǎn)和分類1 1計算機(jī)的特點(diǎn)計算機(jī)的特點(diǎn)（1）運(yùn)算速度快。（2）計算精度高。（3）具有記憶和邏輯判斷功能。（4）能自動運(yùn)行且支持人機(jī)

23、交互。1.1 概述概述1.1.4 計算機(jī)的特點(diǎn)和分類 2計算機(jī)的分類 根據(jù)計算機(jī)的運(yùn)算速度、字長、存儲容量、軟件配置等多方面的綜合性能指標(biāo)，計算機(jī)可以分為：巨型機(jī)、大型機(jī)、小型機(jī)、微型機(jī)、工作站、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)等。上述分類標(biāo)準(zhǔn)不是一成不變的，只能適應(yīng)某一個時期。 （1）巨型機(jī)。 （2）大型機(jī)。 （3）小型機(jī)。 （4）微型計算機(jī)。 （5）工作站。 （6）服務(wù)器。 （7）網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)。 1.1 概述概述1.1.5 計算機(jī)的應(yīng)用 1 1科學(xué)計算科學(xué)計算 2 2事務(wù)處理事務(wù)處理 3 3過程控制過程控制 4 4輔助工程輔助工程 5 5人工智能人工智能 6 6網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用1.2 計算機(jī)中的信息表示計

24、算機(jī)中的信息表示1.2.1 計算機(jī)中的數(shù)制機(jī)器轉(zhuǎn)換1.2.2 計算機(jī)中的數(shù)值數(shù)據(jù)的表示1.2.3 計算機(jī)常用的編碼1.2 計算機(jī)中的信息表示計算機(jī)中的信息表示1.2.1 計算機(jī)中的數(shù)制機(jī)器轉(zhuǎn)換 計算機(jī)中不同計數(shù)制的基數(shù)、數(shù)碼、進(jìn)位關(guān)系和表示方法計數(shù)制 基數(shù)數(shù)碼 進(jìn)位關(guān)系 表示方法二進(jìn)制 20、1 逢二進(jìn)一 1010B或（1010）2八進(jìn)制 80-7 逢八進(jìn)一 247Q或（247）8十進(jìn)制 100-9 逢十進(jìn)一 598D或（598）10十六進(jìn) 16 0-9、A-F 逢十六進(jìn)一 7C2F H或（7C2F）161.2 計算機(jī)中的信息表示計算機(jī)中的信息表示1.2.1 計算機(jī)中的數(shù)制機(jī)器轉(zhuǎn)換【例1.1】

25、將十進(jìn)制整數(shù)（103）10轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制整數(shù)。按照轉(zhuǎn)換規(guī)律，采用“除2倒取余”的方法，過程如下：2 103 2 51 余數(shù)為12 25 余數(shù)為12 12 余數(shù)為12 6 余數(shù)為02 3 余數(shù)為02 1 余數(shù)為10 余數(shù)為1所以，（103）10（1100111）21.2 計算機(jī)中的信息表示計算機(jī)中的信息表示1.2.1 計算機(jī)中的數(shù)制機(jī)器轉(zhuǎn)換【例1.2】將十進(jìn)制小數(shù)（0.8125）10轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制小數(shù)。按照轉(zhuǎn)換規(guī)律，采用“乘2順取整”的方法，過程如下：0.812521.625 取整數(shù)位10.62521.25 取整數(shù)位1 0.2520.5 取整數(shù)位00.521.0 取整數(shù)位1所以，（0.8125）10

26、（0.1101）2若出現(xiàn)乘積的小數(shù)部分一直不為“0”，則可以根據(jù)計算精度的要求截取一定的位數(shù)即可。 1.2 計算機(jī)中的信息表示計算機(jī)中的信息表示1.2.1 計算機(jī)中的數(shù)制機(jī)器轉(zhuǎn)換【例1.3】將十進(jìn)制整數(shù)（1685）10轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制整數(shù)。按照轉(zhuǎn)換規(guī)律，采用“除8倒取余”的方法，過程如下：8 1685 8 210 余數(shù)為58 26 余數(shù)為28 3 余數(shù)為20 余數(shù)為3所以，（1685）10（3225）81.2 計算機(jī)中的信息表示計算機(jī)中的信息表示1.2.1 計算機(jī)中的數(shù)制機(jī)器轉(zhuǎn)換【例1.4】將十進(jìn)制整數(shù)（2347）10轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制整數(shù)。按照轉(zhuǎn)換規(guī)律，采用“除16倒取余”的方法，過程如下：16 2

27、347 16 146 余數(shù)為11（十六進(jìn)制數(shù)為B）16 9 余數(shù)為20 余數(shù)為9所以，（2347）10（92B）161.2 計算機(jī)中的信息表示計算機(jī)中的信息表示1.2.1 計算機(jī)中的數(shù)制機(jī)器轉(zhuǎn)換【例1.5】將十進(jìn)制小數(shù)（0.7125）10轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制小數(shù)。按照轉(zhuǎn)換規(guī)律，采用“乘8順取整”的方法，過程如下：0.712585.7 取整數(shù)位50.785.6 取整數(shù)位5 0.684.8 取整數(shù)位40.886.4 取整數(shù)位6若數(shù)據(jù)的計算精度取小數(shù)點(diǎn)后4位數(shù)，則其后的數(shù)可以不再計算。所以，（0.7125）10（0.5546）81.2 計算機(jī)中的信息表示計算機(jī)中的信息表示1.2.1 計算機(jī)中的數(shù)制機(jī)器轉(zhuǎn)換【

28、例1.6】 將十進(jìn)制小數(shù)（0.8129）10轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制小數(shù)。按照轉(zhuǎn)換規(guī)律，采用“乘16順取整”的方法，過程如下：0.81291613.0064 取整數(shù)位13（十六進(jìn)制數(shù)為D）0.0064160.1024 取整數(shù)位0 0.1024161.6384取整數(shù)位10.63841610.2144取整數(shù)位10（十六進(jìn)制數(shù)為A）取數(shù)據(jù)的計算精度為小數(shù)點(diǎn)后4位數(shù)。所以,（0.8129）10 （0.D01A）161.2 計算機(jī)中的信息表示計算機(jī)中的信息表示1.2.1 計算機(jī)中的數(shù)制機(jī)器轉(zhuǎn)換【例1.7】將二進(jìn)制數(shù)（1011001.101）2 轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。采用按位權(quán)展開求和的方法，過程如下：（1011001.

29、101）2126124123120121123 6416810.50.125 （89.625）10【例1.8】將八進(jìn)制數(shù)（1476.52）8轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)，過程如下：（1476.52）8 183482781680581282 5122565660.6250.03125 （830.65625）101.2 計算機(jī)中的信息表示計算機(jī)中的信息表示1.2.1 計算機(jī)中的數(shù)制機(jī)器轉(zhuǎn)換【例1.9】將十六進(jìn)制數(shù)（2D7.A）16 轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)，過程如下：（2D7.A）16 216213161716010161 51220870.625 （727.625）10【例1.10】將八進(jìn)制數(shù)（3157.462）8轉(zhuǎn)換

30、為二進(jìn)制數(shù)，采用“一分為三”的方法。 3 1 5 7 4 6 2 011 001 101 111 100 110 010所以，（3157.462）8（11001101111.100110010）21.2 計算機(jī)中的信息表示計算機(jī)中的信息表示1.2.1 計算機(jī)中的數(shù)制機(jī)器轉(zhuǎn)換【例1.11】將二進(jìn)制數(shù)（10011010110.10101011）2轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制數(shù)，采用“三合一”的方法。 010 011 010 110101 010 110 2 3 2 6 5 2 6所以，（10011010110.10101011）2（2326.526）8【例1.12】將十六進(jìn)制數(shù)（72A3.C69）16轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制

31、數(shù)，每位十六進(jìn)制數(shù)用4位二進(jìn)制數(shù)表示，過程如下： 7 2 A 3 C 6 9 0111 0010 1001 00111100 0110 1001所以，（72A3.C69）16（111001010010011.110001101001）21.2 計算機(jī)中的信息表示計算機(jī)中的信息表示1.2.2 計算機(jī)中的數(shù)值數(shù)據(jù)的表示1基本概念基本概念 在計算機(jī)內(nèi)部表示二進(jìn)制數(shù)的方法通常稱為數(shù)值編碼，把一個數(shù)及其符號在機(jī)器中的表示加以數(shù)值化，這樣的數(shù)稱為機(jī)器數(shù)。機(jī)器數(shù)所代表的數(shù)稱為該機(jī)器數(shù)的真值。要完整地表示一個機(jī)器數(shù)，應(yīng)考慮三個因素：機(jī)器數(shù)的范圍；機(jī)器數(shù)的符號；機(jī)器數(shù)中小數(shù)點(diǎn)的位置。（1）機(jī)器數(shù)的范圍：由計算機(jī)

32、的CPU字長來決定。當(dāng)使用8位寄存器時，字長為8位，所以一個無符號整數(shù)的最大值是：（11111111）B=（255）D，此時機(jī)器數(shù)的范圍是0255。當(dāng)使用16位寄存器時，字長為16位，所以一個無符號整數(shù)的最大值是：（1111111111111111）B=（FFFF）H=（65535）D，此時機(jī)器數(shù)的范圍是065535。1.2 計算機(jī)中的信息表示計算機(jī)中的信息表示1.2.2 計算機(jī)中的數(shù)值數(shù)據(jù)的表示 （2）機(jī)器數(shù)的符號：在算術(shù)運(yùn)算中，數(shù)據(jù)是有正有負(fù)的，稱之為帶符號數(shù)。為了在計算機(jī)中正確地表示帶符號數(shù)，通常規(guī)定每個字長的最高位為符號位，并用“0”表示正數(shù)，用“1”表示負(fù)數(shù)。例如：字長為8位二進(jìn)制時

33、，D7為符號位，其余D6D0為數(shù)值位；字長為16位二進(jìn)制數(shù)時，D15為符號位，其余D14D0為數(shù)值位。 （3）機(jī)器數(shù)中小數(shù)點(diǎn)的位置：在機(jī)器中，小數(shù)點(diǎn)的位置通常有兩種約定，一種規(guī)定小數(shù)點(diǎn)的位置固定不變，這時的機(jī)器數(shù)稱為“定點(diǎn)數(shù)”；另一種規(guī)定小數(shù)點(diǎn)的位置可以浮動，這時的機(jī)器數(shù)稱為“浮點(diǎn)數(shù)”。 1.2 計算機(jī)中的信息表示計算機(jī)中的信息表示1.2.2 計算機(jī)中的數(shù)值數(shù)據(jù)的表示2帶符號數(shù)的原碼、反碼、補(bǔ)碼表示帶符號數(shù)的原碼、反碼、補(bǔ)碼表示（1）原碼：規(guī)定正數(shù)的符號位為0，負(fù)數(shù)的符號位為1，其它位按照一般的方法來表示數(shù)的絕對值。用這樣的表示方法得到的就是數(shù)的原碼。例如：當(dāng)機(jī)器字長為8位二進(jìn)制數(shù)時： X10

34、11011 X原碼01011011 Y1011011 Y原碼11011011原碼表示的整數(shù)范圍是(2n-11) (2n-11)，其中n為機(jī)器字長。通常：8位二進(jìn)制原碼表示的整數(shù)范圍是127127， 16位二進(jìn)制原碼表示的整數(shù)范圍是3276732767。 1.2 計算機(jī)中的信息表示計算機(jī)中的信息表示1.2.2 計算機(jī)中的數(shù)值數(shù)據(jù)的表示（2）反碼：對于一個帶符號的數(shù)來說，正數(shù)的反碼與其原碼相同，負(fù)數(shù)的反碼為其原碼除符號位以外的各位按位取反。例如：當(dāng)機(jī)器字長為8位二進(jìn)制數(shù)時： X1011011 X原碼01011011 X反碼01011011 Y1011011 Y原碼11011011 Y反碼10100

35、100負(fù)數(shù)的反碼與負(fù)數(shù)的原碼有很大的區(qū)別，反碼通常用作求補(bǔ)碼過程中的中間形式。反碼表示的整數(shù)范圍與原碼相同。1.2 計算機(jī)中的信息表示計算機(jī)中的信息表示1.2.2 計算機(jī)中的數(shù)值數(shù)據(jù)的表示（3）補(bǔ)碼：正數(shù)的補(bǔ)碼與其原碼相同，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼為其反碼在最低位加1。例如：X1011011 X原碼01011011 X補(bǔ)碼01011011 Y1011011 Y原碼11011011 Y反碼10100100 Y補(bǔ)碼10100101補(bǔ)碼表示的整數(shù)范圍是2n-1（2n-11），其中n為機(jī)器字長。則：8位二進(jìn)制補(bǔ)碼表示的整數(shù)范圍是128127，16位二進(jìn)制補(bǔ)碼表示的整數(shù)范圍是3276832767。（4）補(bǔ)碼與真值之間

36、的轉(zhuǎn)換：給定機(jī)器數(shù)的真值可以通過補(bǔ)碼的定義來完成真值到補(bǔ)碼的轉(zhuǎn)換，若已知某數(shù)的補(bǔ)碼求其真值，計算方法如下：正數(shù)補(bǔ)碼的真值等于補(bǔ)碼的本身；負(fù)數(shù)補(bǔ)碼轉(zhuǎn)換為其真值時，將補(bǔ)碼按位求反末位加1，即可得到該負(fù)數(shù)補(bǔ)碼對應(yīng)的真值。1.2 計算機(jī)中的信息表示計算機(jī)中的信息表示1.2.2 計算機(jī)中的數(shù)值數(shù)據(jù)的表示【例1.14】 給定 X補(bǔ)碼01011001B，求真值X；給定X補(bǔ)碼11011010B，求真值X。（1）由于X補(bǔ)碼代表的數(shù)是正數(shù)，則其真值：X1011001B（126124123120）（641681）（89）D（2）由于X補(bǔ)碼代表的數(shù)是負(fù)數(shù)，則其真值：X（1011010求反1）B（01001011）B（0100110）B（125122121）（3242）（38）D1.2 計算機(jī)中的信息表示計算機(jī)中的信息表示1.2.3 計算機(jī)常用的編碼1美國信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼（美國信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼（ASCII碼）碼） ASCII（American Standard Code for Information Interchange）碼是美國信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼的簡稱，用于給西文字符編碼