第1章 信息技術概述

1、計算機基礎計算機基礎 數學計算機科學學院數學計算機科學學院第第1章章 信息技術概述信息技術概述內內容提要容提要1.1 現代信息技術1.2 數字技術基礎1.3 微電子技術簡介1.1 現代信息技術現代信息技術1.1.11.1.1信息與信息處理信息與信息處理 信息（信息（InformationInformation）：）：人們所關心的事情的消息或知識。 一則消息或知識，只有對接收者的行為或思想活動產生影響時，才能稱為信息。信息可以脫離原物質而借助于載體傳輸。載體以某種特殊的變化和運動反映信息的內容，并使接收者可以感知。 信息處理：信息處理：包括信息收集、存儲、加工、檢索、傳輸等活動。 計算機的出現和

2、普遍使用則是信息處理的巨大飛躍。 1.1.21.1.2信息技術的發(fā)展信息技術的發(fā)展1 1信息技術信息技術信息技術：信息技術：是對用于管理和處理信息所采用的各種技術的總稱。信息技術包括以下幾個方面：信息技術包括以下幾個方面：v 感測與識別技術：感測與識別技術：其作用是擴展人類獲取信息的感覺器官功能，它包括信息識別、信息提取、信息檢測等技術。 v 信息傳輸技術：信息傳輸技術：主要功能是實現信息的快速、準確、可靠、安全地從一個地方傳輸到另一個地方。v 信息處理與挖掘技術：信息處理與挖掘技術：信息處理包括對信息的編碼、壓縮、加密等。 “數據挖掘”在對信息處理的基礎上，還可以發(fā)現信息內部包含的某種聯系，

3、從而形成一些新的更深層次的決策信息。v 信息應用技術：信息應用技術：是針對各種實用目的而發(fā)展起來的具體技術，如企業(yè)生產自動化、辦公自動化、家庭自動化、人工智能和互聯網技術等，它是信息技術開發(fā)的根本目的所在。2 2信息技術的發(fā)展歷程信息技術的發(fā)展歷程信息技術的發(fā)展歷程了五個階段：信息技術的發(fā)展歷程了五個階段：v 語言的使用：語言的使用：語言成為人類進行思想交流和信息傳播不可缺少的工具。v 文字的出現和使用：文字的出現和使用：它使人類對信息的保存和傳播取得重大突破，較大地超越了時間和地域的局限。v 印刷術的發(fā)明和使用：印刷術的發(fā)明和使用：它使書籍、報刊成為重要的信息儲存和傳播的媒體。v 電話、廣播

4、、電話、廣播、電視的使用：它使人類進入利用電磁波傳播信息的時代。v 計算機與互連網的使用：計算機與互連網的使用：它使人類進入大容量、高效、快速、多媒體的信息傳播時代。3. 3. 信息技術發(fā)展趨勢信息技術發(fā)展趨勢v 高速大容量：高速大容量：從元器件到計算系統(tǒng)，從處理、存儲到傳輸，從傳輸到交換，信息技術在向著高速大容量的方向發(fā)展。v 綜合集成：綜合集成：信息采集、處理、存儲與傳輸的結合，信息生產與信息使用的結合，各種媒體的結合，各種業(yè)務的綜合，都體現了綜合集成的理念。v 平臺化：平臺化：操作系統(tǒng)、數據庫、中間件和應用軟件相互滲透，硬件與操作系統(tǒng)等軟件整合集成，標志著信息技術在向一體化軟件平臺方向演

5、變。平臺化可降低信息技術應用復雜性，適應用戶靈活部署、協(xié)同工作和個性應用需求。v 智能化智能化：隨著傳感技術、通信技術的發(fā)展，海量數據匯集將賦予信息技術更多自適應能力，智能化將成為趨勢。智能信息技術將綜合利用各種網絡、自動化等手段提供快捷的智能服務。v 多媒體化：多媒體化：在數字媒體技術與終端融合的發(fā)展前提下，人們更加注重視聽感覺和個體體驗，多媒體化是必然趨勢。綜合處理音頻、視頻、圖形、圖像，以及與終端設備交互控制結合的技術，有助于實現人機信息動態(tài)、雙向交互。1.1.31.1.3信息化與信息社會信息化與信息社會1.1. 信息化信息化 信息化：信息化：是充分利用信息技術，開發(fā)利用信息資源，促進信

6、息交流和知識共享，提高經濟增長質量，推動經濟社會發(fā)展轉型的歷史進程。信息化的內容信息化的內容 ：v 產品信息化：產品信息化：一是產品所含各類信息比重日益增大、物質比重日益降低，產品日益由物質產品的特征向信息產品的特征邁進；二是越來越多的產品中嵌入了智能化元器件，使產品具有越來越強的信息處理功能。 v 企業(yè)信息化：企業(yè)信息化：指企業(yè)在產品的設計、開發(fā)、生產、管理、經營等多個環(huán)節(jié)中廣泛利用信息技術，并大力培養(yǎng)信息人才，完善信息服務，加速建設企業(yè)信息系統(tǒng)。 v 產業(yè)信息化：產業(yè)信息化：指農業(yè)、工業(yè)、服務業(yè)等傳統(tǒng)產業(yè)廣泛利用信息技術，大力開發(fā)和利用信息資源，建立各種類型的數據庫和網絡，實現產業(yè)內各種資

7、源、要素的優(yōu)化與重組，從而實現產業(yè)的升級。 v 國民經濟信息化：國民經濟信息化：指在經濟大系統(tǒng)內實現統(tǒng)一的信息大流動，使金融、貿易、投資、計劃、通關、營銷等組成一個信息大系統(tǒng)，使經濟的四個環(huán)節(jié)生產、流通、分配、消費，通過信息進一步聯成一個整體。國民經濟信息化是各國急需實現的近期目標。 v 社會生活信息化：社會生活信息化：指包括經濟、科技、教育、軍事、政務、日常生活等在內的整個社會體系采用先進的信息技術。建立各種信息網絡，大力開發(fā)有關人們日常生活的信息內容，豐富人們的精神生活，拓展人們的活動時空，等到社會生活極大程度信息化以后，我們也就進入了信息社會。信息化的重要意義：信息化的重要意義： 信息化

8、是一個國家由物質生產向信息生產、由工業(yè)經濟向信息經濟、由工業(yè)社會向信息社會轉變的動態(tài)的、漸進的過程。信息化的本質就是生產力的變革。我國經過30年的改革開放，經濟社會發(fā)展進入一個關鍵時期，粗放型的經濟發(fā)展模式，消耗了大量的資源，破壞了生態(tài)環(huán)境，已經難以為繼。必須要調整產業(yè)結構，轉變經濟發(fā)展模式，大力發(fā)展信息技術等新興產業(yè)，把信息化和工業(yè)現代化、農業(yè)現代化、城鎮(zhèn)化等結合起來，才能重新取得發(fā)展的主動權，這也是落實科學發(fā)展觀，建設美麗中國的必然要求。2. 2. 信息社會信息社會 信息社會：信息社會：也稱信息化社會，是脫離工業(yè)化社會以后，信息產業(yè)高度發(fā)達并且在產業(yè)結構中占據優(yōu)勢的社會。 信息社會的特點：

9、信息社會的特點：v 社會經濟的主體由制造業(yè)轉向以高新科技為核心的第三產業(yè)，即信息和知識產業(yè)占據主導地位。 v 勞動力主體不再是機械的操作者，而是信息的生產者和傳播者。v 交易結算不再主要依靠現金，而是主要依靠信用。v 貿易不再主要局限于國內，跨國貿易和全球貿易將成為主流。1.1.4 1.1.4 信息產業(yè)信息產業(yè)1.1.信息產業(yè)的分類：信息產業(yè)的分類：2. 2. 信息產業(yè)在國民經濟發(fā)展中的作用信息產業(yè)在國民經濟發(fā)展中的作用1 1）信息產業(yè)的支柱作用）信息產業(yè)的支柱作用 信息產業(yè)是國民經濟的支柱產業(yè)。近年來信息產業(yè)以3倍于國民經濟的速度發(fā)展，在國內生產總值(GDP)中的比重不斷攀升，2012年達到

10、6.3%，已成為國民經濟新的增長點。2) 2) 信息產業(yè)的基礎作用信息產業(yè)的基礎作用 信息產業(yè)是關系國家經濟命脈和國家安全的基礎性和戰(zhàn)略性產業(yè)。通信網絡是國民經濟的基礎設施，網絡與信息安全是國家安全的重要內容；強大的電子信息產品制造業(yè)和軟件業(yè)是確保網絡與信息安全的根本保障，也是國防現代化建設的重要保障。3) 3) 信息產業(yè)的先導作用信息產業(yè)的先導作用 信息產業(yè)是國家經濟的先導產業(yè)。信息產業(yè)的發(fā)展已經成為各國經濟發(fā)展的主要動力和社會再生產的基礎，它是高新技術產業(yè)群中的龍頭產業(yè)，帶動著其它高新技術產業(yè)的發(fā)展，它已滲透國民經濟的各領域，極大提高國家的創(chuàng)新能力。4) 4) 信息產業(yè)的核心作用信息產業(yè)的

11、核心作用 信息產業(yè)是推進國家信息化、促進國民經濟增長方式轉變的核心產業(yè)。通信網絡和信息技術裝備是國家信息化的物資基礎和主要動力；信息技術的普及和信息產品的廣泛應用，將推動社會生產、生活方式的轉型；信息產業(yè)的發(fā)展大量降低物資消耗和交易成本，對實現我國經濟增長方式向節(jié)約資源、保護環(huán)境、促進可持續(xù)發(fā)展的內涵集約型方式轉變具有重要推動作用。3 3我國信息產業(yè)的主要發(fā)展方向我國信息產業(yè)的主要發(fā)展方向 1 1）下一代信息網絡產業(yè)）下一代信息網絡產業(yè) 實施寬帶中國工程，加快構建下一代國家信息基礎設施；加快新一代信息網絡技術開發(fā)和自主標準的推廣應用，支持適應物聯網、云計算和下一代網絡架構的信息產品的研制和應用

12、，帶動新型網絡設備、智能終端產業(yè)和新興信息服務及其商業(yè)模式的創(chuàng)新發(fā)展；發(fā)展寬帶無線城市、家庭信息網絡，加快信息基礎設施向農村和偏遠地區(qū)延伸覆蓋，普及信息應用；強化網絡信息安。 2 2）電子核心基礎產業(yè)）電子核心基礎產業(yè) 大力提升高性能集成電路產品自主開發(fā)能力，加強新一代半導體材料和器件工藝技術研發(fā)，培育集成電路產業(yè)競爭新優(yōu)勢。掌握智能傳感器和新型電力電子器件及系統(tǒng)的核心技術，提高新興領域專用設備儀器保障和支撐能力，發(fā)展片式化、微型化、綠色化的新型元器件。 3 3）高端軟件和新興信息服務產業(yè)）高端軟件和新興信息服務產業(yè) 加強以網絡化操作系統(tǒng)、海量數據處理軟件等為代表的基礎軟件、云計算軟件、工業(yè)軟

13、件、智能終端軟件、信息安全軟件等關鍵軟件的開發(fā)。推動大型信息資源庫建設，積極培育云計算服務、電子商務服務等新興服務業(yè)。推進網絡信息服務體系變革轉型和信息服務的普及，利用信息技術發(fā)展數字內容產業(yè)，提升文化創(chuàng)意產業(yè)，促進信息化與工業(yè)化的深度融合。1.2 數數字技字技術術基基礎礎1.2.1 1.2.1 信息的單位信息的單位1 1）計算機中信息的存儲單位）計算機中信息的存儲單位 bit指的是二進制數的一位，又稱比特，是計算機存儲數據的指的是二進制數的一位，又稱比特，是計算機存儲數據的最小單位。最小單位。 在計算機中，通常用在計算機中，通常用B B（字節(jié)）、（字節(jié)）、KBKB（千字節(jié)）、（千字節(jié)）、MB

14、MB（兆字（兆字節(jié)）、節(jié)）、GBGB（吉字節(jié)）、（吉字節(jié)）、PBPB（拍字節(jié)）為單位來表示存儲器（內存（拍字節(jié)）為單位來表示存儲器（內存、硬盤等）的存儲容量或文件的大小。、硬盤等）的存儲容量或文件的大小。2 2） 存儲單位存儲單位B B、KBKB、MBMB、GBGB、PBPB的換算關系的換算關系1B=8bit (20)1KB=1024B(210)1MB=1024KB (220) 1GB=1024MB (230) 1TB=1024GB (240) 1PB=1024TB (250)3 3）計算機字長）計算機字長 計算機字長一般是指參加運算的寄存器所含有的二計算機字長一般是指參加運算的寄存器所含有的

15、二進制數的位數，它表示了一次信息處理的二進制位數和進制數的位數，它表示了一次信息處理的二進制位數和計算機的精度。計算機的功能設計決定了計算機的字長。計算機的精度。計算機的功能設計決定了計算機的字長。目前，一般的大型主機字長在目前，一般的大型主機字長在128128256256位之間，小型機位之間，小型機字長在字長在3232128128位之間，微型機字長在位之間，微型機字長在16166464位之間，位之間，隨著計算機技術的發(fā)展，各型計算機的字長有所加長。隨著計算機技術的發(fā)展，各型計算機的字長有所加長。 1 1進位計數制進位計數制 用進位的方法進行計數的數制稱為進位計數制，簡稱進制。用進位的方法進行

16、計數的數制稱為進位計數制，簡稱進制。 1)1)進位計數制的兩個基本要素，即進位計數制的兩個基本要素，即“基數基數”和和 “權權” 1.2.2 1.2.2 二進制及其基本運算二進制及其基本運算 某進制的基數是指該進制中允許使用的數碼的個數，某進制的基數是指該進制中允許使用的數碼的個數，而而進制中每一固定位置對應的單位值稱為權。進制中每一固定位置對應的單位值稱為權。 (1999)10= 1103 + 9102 + 9 101 + 9 100(101.11)2= 122 + 021 + 1 20 + 1 2-1 + 1 2-2權值權值幾種常用進制的基數和數碼：幾種常用進制的基數和數碼： 進 制基 數

17、使 用 的 數 碼二進制20，1八進制80，1，2，3，4，5，6，7十進制100，1，2，3，4，5，6，7，8，9十六進制160，1，2，3，4，5，6，7，8，9，A，B，C，D，E，F2). 2). 計算機采用二進制其特點計算機采用二進制其特點（1 1）物理上容易實現；）物理上容易實現；（2 2）運算簡便；）運算簡便；（3 3）運行可靠；）運行可靠；（4 4）邏輯計算方便。）邏輯計算方便。幾種不同的進制數的對應關系：幾種不同的進制數的對應關系：為清晰簡便起見，一般在數的后面加一個字母為清晰簡便起見，一般在數的后面加一個字母以區(qū)別不同的進制。用以區(qū)別不同的進制。用B B表示二進制，表示二

18、進制，Q Q表示八進表示八進制、制、D D或不加字母表示十進制、或不加字母表示十進制、H H表示十六進制。表示十六進制。如：如：101101B101101B、256Q256Q、168D168D或或168168、10E6H10E6H。 2不同進位計數制之間的轉換不同進位計數制之間的轉換 1）二進制、八進制、十六進制轉換為十進制）二進制、八進制、十六進制轉換為十進制 采用采用“按權展開，相加求和按權展開，相加求和”的方法，即用多項式的方法，即用多項式展開，然后逐項累加。展開，然后逐項累加。例例1 1：將（將（1101101.01011101101.0101）2轉換為十進制；轉換為十進制；(1101

19、101.0101)2 =126+125+024+123+122+021 +l20+021+l22+023+124 = (109.3125)10例例2 2：將（將（3506.23506.2）8 8十進制；十進制；例例3 3：將（將（1EC.2A1EC.2A）1616十進制；十進制；(3506.2)8 = 383+582+081+680+281 = (1862.25)10(1EC.2A)16 =1162+14161+12160+216-1+1016-2 = (492.164 062 5)10 1. 十進制整數轉換成十進制整數轉換成R進制整數進制整數 方法方法: : 除除R R取余取余2）十進制轉換

20、為二進制、八進制、十六進制）十進制轉換為二進制、八進制、十六進制十進制整數轉換成十進制整數轉換成R R進制的整數，可用十進制整數部分連進制的整數，可用十進制整數部分連續(xù)地除以續(xù)地除以R R直到商為零為止。其余數即為直到商為零為止。其余數即為R R進制的各位數碼。進制的各位數碼。此方法稱之為此方法稱之為“除除R R取余法取余法”。步驟如下：。步驟如下：（1 1）將十進制數除）將十進制數除R R，保存余數。，保存余數。（2 2）若商為）若商為0 0，則進行第，則進行第(3)(3)步，否則，用商代替原十進制數，步，否則，用商代替原十進制數，重復第重復第(1)(1)步。步。（3 3）將所有的余數找出，

21、最后得到的余數作為最高位，最先得）將所有的余數找出，最后得到的余數作為最高位，最先得出的余數作為最低位，由各余數依次排列而成的新的數據就出的余數作為最低位，由各余數依次排列而成的新的數據就是轉換成二進制的結果。是轉換成二進制的結果。例例4: 4: 將將（57）10轉換為二進制數。轉換為二進制數。 (57)10 =(111001)2 例例5:5:將將(153)10(153)10轉化為八進制數轉化為八進制數 。（方法（方法: 除除8取余）取余）(153)10 =(231)8 例例6:6:將將(286)10轉化為十六進制數轉化為十六進制數 。 （方法（方法: 除除16取余）取余）(286)10 =(

22、11E)16 注意：十進制整數轉換成八進制、十六進制整數，一般不采取這種方法，易出錯注意：十進制整數轉換成八進制、十六進制整數，一般不采取這種方法，易出錯，而是先將十進制整數轉化為二進制整數，再將二進制整數轉化為八進制、十六，而是先將十進制整數轉化為二進制整數，再將二進制整數轉化為八進制、十六進制整數。進制整數。2. 2. 十進制小數轉換成十進制小數轉換成R R進制小數進制小數 方法方法: : 乘乘R R取整取整 十進制小數轉換成十進制小數轉換成R進制小數時，可將小數部分連續(xù)地乘進制小數時，可將小數部分連續(xù)地乘以以R，直到小數部分為，直到小數部分為0，或達到所要求的精度為止（小數部，或達到所要

23、求的精度為止（小數部分可能永不為零），得到的整數即組成分可能永不為零），得到的整數即組成R進制的小數部分，進制的小數部分，此法稱為此法稱為“乘乘R取整法取整法”。例例7 7：將將（0.3125）10轉換成二進制數。轉換成二進制數。 (0.3125)(0.3125)1010 = (0.0101) = (0.0101)2 2 例例8:8: 將（將（0.5627）10轉換成二進制數。轉換成二進制數。此過程會不斷進行下去（小數位永不達此過程會不斷進行下去（小數位永不達0），因此只能取到一定精度），因此只能取到一定精度 (0.5627)10 (0.10010)2若將十進制數若將十進制數57.312557

24、.3125轉換成二進制數，可分別進行轉換成二進制數，可分別進行整數部分和小數部分的轉換，然后再拼在一起：整數部分和小數部分的轉換，然后再拼在一起： （57.312557.3125）1010 = = （111001.0101111001.0101）2 2注意：十進制小數轉換成八進制、十六進制小數也可以通過注意：十進制小數轉換成八進制、十六進制小數也可以通過乘乘8 8、1616取整來得到，取整來得到， 但是這種方法計算比較復雜，容易出但是這種方法計算比較復雜，容易出錯，通常是先把十進制小數先轉換成二進制小數，再將二進錯，通常是先把十進制小數先轉換成二進制小數，再將二進制小數轉換成八進制或十六進制小

25、數。制小數轉換成八進制或十六進制小數。 3 3）二進制）二進制, ,八進制八進制, ,十六進制數的相互轉換十六進制數的相互轉換 八進制數碼二進制數十六進制數碼二進制數十六進制數碼二進制數0000000008100010011000191001201020010A1010301130011B1011410040100C1100510150101D1101611060110E1110711170111F1111八進制、十六進制基數與二進制數對照表八進制、十六進制基數與二進制數對照表 二、八、十六進制的相互轉換在應用中占有重要的地位。二、八、十六進制的相互轉換在應用中占有重要的地位。由于這三種進制的

26、權之間有內在的聯系，即由于這三種進制的權之間有內在的聯系，即2 23 3=8=8，2 24 4=16=16，因，因而它們之間的轉換比較容易，每位八進制數碼用三位二進制數而它們之間的轉換比較容易，每位八進制數碼用三位二進制數表示，即三個二進制位為一組；每位十六進制數碼用四位二進表示，即三個二進制位為一組；每位十六進制數碼用四位二進制數表示，即四個二進制位為一組。制數表示，即四個二進制位為一組。 在轉換時，以小數點為中心向左右兩邊延伸進行分組，中在轉換時，以小數點為中心向左右兩邊延伸進行分組，中間的間的0 0不能省略，兩頭不夠時必須補不能省略，兩頭不夠時必須補0 0，補滿一組的位數為止。，補滿一組

27、的位數為止。 1. 1. 二進制數轉換成八進制數二進制數轉換成八進制數 方法方法: :“三合一三合一”，用三位二進制表示一位八進制，用三位二進制表示一位八進制 142Q142Q （98）1011000102. 2. 二進制數轉換為十六進制數二進制數轉換為十六進制數 方法方法: :“四合一四合一”，用四位二進制表示一位十六進制，用四位二進制表示一位十六進制（98）10110001062H3. 3. 八進制數轉換成二進制數八進制數轉換成二進制數 方法：方法：“一拉三一拉三”, ,把一位八進制用三位二進制表示把一位八進制用三位二進制表示（98）10142Q 11000104. 4. 十六進制數轉換成

28、二進制數十六進制數轉換成二進制數 方法方法: :“一拉四一拉四”，把一位十六進制用四位二進制表，把一位十六進制用四位二進制表示示（98）1062H 1100010例例9 9：將十進制數將十進制數98.3125分別轉換為二、八、十六進制數。分別轉換為二、八、十六進制數。1.2.3 1.2.3 信息在計算機中的表示信息在計算機中的表示計算機中的信息分為兩大類：計算機中的信息分為兩大類：數值信息：數值信息：如5、-8、2.68、-135.378等。非數值信息：非數值信息：如文字、聲音、圖形、圖像、動畫、視頻等。 無能是數值信息還是非數值信息，在計算機內部都必須用二進制的0和 l 兩個符號來表示。 1

29、. 數值信息數值信息1）符號數的機器碼表示）符號數的機器碼表示 實際的數據有正數和負數，用實際的數據有正數和負數，用“+”表示正數，用表示正數，用“-”表表示負數，這種帶有符號的數稱為符號數。因為計算機不能識示負數，這種帶有符號的數稱為符號數。因為計算機不能識別別“+”號和號和“-”號，必須對它們數值化，用號，必須對它們數值化，用0表示表示“+”，用，用1表示表示“-”，并且將，并且將0或或1放在二進制數的最高位（符號位）上放在二進制數的最高位（符號位）上。這種被符號化后的符號數可以在計算機中表示，通常稱它。這種被符號化后的符號數可以在計算機中表示，通常稱它為機器碼。機器碼有三種：原碼、反碼和

30、補碼。為機器碼。機器碼有三種：原碼、反碼和補碼。 （1 1） 原碼原碼 一個符號數的原碼是：如果為正，其符號位為0，如果為負，其符號位為1，其余各二進制位是該符號數的絕對值。在以下敘述中以xy表示x的原碼。例例1 1 寫出寫出 x1=+1101001Bx1=+1101001B，x2=-0111001Bx2=-0111001B的原碼。的原碼。x1y=01101001B x2y=10111001B0在原碼中有兩種表示：+0y=00000000B -0y=10000000B說明：說明：原碼表示雖然直觀，但原碼在做加減運算時，符號位不能視同數一樣參加運算，運算規(guī)則復雜，運算時間長，為此再引入反碼和補碼

31、。（2 2） 反碼反碼 正數的反碼與其原碼相同，負數的反碼是保持其原碼符號位不變，其余各位“1”換成“0”，“0”換成“1”，便得到反碼。在以下敘述中以xf表示x的反碼。例例2 2 寫出寫出 x1=+1101001Bx1=+1101001B，x2=-0111001Bx2=-0111001B的反碼。的反碼。x1y=01101001B x2y=10111001Bx1f=01101001B x2f=11000110B0在反碼中有兩種表示：+0f=00000000B -0f=11111111B（3 3） 補碼補碼正數的補碼與其原碼相同，負數的補碼通過在其反碼的最低二進制位上加1得到。在以下敘述中以xb

32、表示x的補碼。如果x為負數，xb=xf+1。例例3 3 寫出寫出 x1=+1101001Bx1=+1101001B，x2=-0111001Bx2=-0111001B的補碼。的補碼。x1y=01101001B x2y=10111001Bx1f=01101001B x2f=11000110Bx1b=01101001B x2b=11000111B0在補碼中只有一種表示：+0b=00000000B -0b=00000000B說明：說明：補碼的特點是其符號位能和數值部分一起參加運算。例例4 x1=+1101001B4 x1=+1101001B，x2=-0111001Bx2=-0111001B，計算，計算

33、x1+x2x1+x2的值。的值。直接計算：直接計算：x1+x2=+1101001B-0111001B=+0110000B用補碼計算：用補碼計算：x1+x2=x1b+x2b=01101001B+11000111B=00110000B注意：注意：用補碼計算時，如果最高位要向前進位，將自動丟棄進位。上述計算結果相同。2 2）定點數的機器碼表示）定點數的機器碼表示定點整數：定點整數：小數點的位置在最低的一個二進位之后。如： 為負整數，即為負整數，即-0111010B。 定點純小數：定點純小數：將小數點隱含在符號位與有效數值部分的中間，簡稱定點小數。如： 為正純小數，即為正純小數，即+0.1000100

34、B。 3 3）浮點數的機器碼表示）浮點數的機器碼表示 一個二進制數的浮點形式應包括階碼和尾數兩部分，這里階碼是以2為底的指數的冪，底數2是隱含的不出現。采用這種形式表示的數稱為浮點數。記為：N=2iS式中，i為N的階碼，是帶符號的整數；S為N的尾數，一般規(guī)定為帶符號的二進制定點純小數。例：例：1 0 1 10 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0階碼尾數例中階碼為例中階碼為-011B-011B，尾數為，尾數為+0.10100000000B+0.10100000000B。它表示的浮點數是：它表示的浮點數是：+ +（0.1010.101）2 2-3-3=0.000101B=0.078125D

35、=0.000101B=0.078125D。說明：說明：計算機采用浮點數表示數值的原因是：用同樣多二進制位表示數值，浮點數表示數的范圍比定點數大。浮點數不易丟失有效數字，提高了運算精度。2、西文字符的編碼、西文字符的編碼 1）ASCII碼碼 ASCII碼碼是目前計算機是目前計算機中最普遍采用的一種字符編中最普遍采用的一種字符編碼。碼。ASCII( American Standard Code for Information Interchange)碼稱為碼稱為“美國信息交換標準代碼美國信息交換標準代碼”，被國，被國際標準化組織確定為國際上通用的字符編碼。用一個字際標準化組織確定為國際上通用的字符

36、編碼。用一個字節(jié)表示，它分為標準節(jié)表示，它分為標準ASCIIASCII碼和擴展碼和擴展ASCIIASCII碼兩部分。碼兩部分。 （1 1）標準）標準ASCIIASCII碼：碼：最高位為0，低七位二進制數用于編碼，范圍：0127，所以標準ASCII碼最多可表示128個不同的符號。包括95種可打印字符，還有33種控制字符（如回車、換行等）。 常見可顯示字符的常見可顯示字符的ASCIIASCII碼：碼： 數字09的ASCII編碼為：30H39H。 英文字母AZ的ASCII編碼為：41H5AH。 英文字母az的ASCII編碼為：61H7AH。說明：說明：由于標準ASCII碼采用七位編碼，沒有用到字節(jié)的

37、最高位。而很多系統(tǒng)就利用這一位作為校驗碼，以便提高字符信息傳輸的可靠性。ASCII碼表碼表（2 2） 擴展擴展ASCIIASCII碼：碼：最高位為1，擴展部分的范圍為128255，代表128個擴展字符。8位ASCII碼總共表示256個符號，其標準ASCII碼都是相同的，而擴展ASCII碼在不同的計算機上可能會有不同的字符定義。如果沒有特別說明，人們通常所說的ASCII碼是指標準ASCII碼。2） EBCDIC碼碼 EBCDIC碼（碼（Extended Binary Coded Decimal Interchange Code）是美國）是美國IBM 公司在它的各類機器上公司在它的各類機器上廣泛使

38、用的一種信息代碼。廣泛使用的一種信息代碼。 一個字符的一個字符的EBCDIC 碼占用一個字節(jié)，用八位二進碼占用一個字節(jié)，用八位二進制碼表示信息，最多可以表示出制碼表示信息，最多可以表示出256個不同代碼個不同代碼 3） Unicode編碼編碼 UnicodeUnicode編碼是由國際組織設計，理論上它可為世編碼是由國際組織設計，理論上它可為世界每種語言中的每個字符設定了統(tǒng)一并且唯一的二進制編界每種語言中的每個字符設定了統(tǒng)一并且唯一的二進制編碼，以滿足跨語言、跨平臺進行文本轉換、處理的要求。碼，以滿足跨語言、跨平臺進行文本轉換、處理的要求。UnicodeUnicode的學名是的學名是“Unive

39、rsal Multiple-Octet Coded Universal Multiple-Octet Coded Character SetCharacter Set”，簡稱為，簡稱為UCSUCS。UCSUCS有兩種格式：有兩種格式：UCS-2UCS-2和和UCS-4UCS-4。UCS-2UCS-2就是用兩個字節(jié)編碼，就是用兩個字節(jié)編碼，UCS-4UCS-4就是用就是用4 4個字節(jié)個字節(jié)（實際上只用了（實際上只用了3131位，最高位必須為位，最高位必須為0 0）編碼。目前）編碼。目前UCS-2UCS-2格式包含符號格式包含符號68116811個，漢字個，漢字2090220902個，韓文拼音個，

40、韓文拼音1117211172個，個，造字區(qū)造字區(qū)64006400個，保留個，保留2024920249個，共計個，共計6553465534個。例如個。例如“A A”的的UnicodeUnicode編碼是編碼是4100H4100H，高位，高位41H(41H(轉換為轉換為ASCIIASCII碼即是碼即是65=65=“A A”) )，例如，例如“漢漢”字的字的UnicodeUnicode編碼是編碼是6C49H6C49H。 3、中文信息編碼、中文信息編碼 1 1）漢字輸入碼（或外碼）漢字輸入碼（或外碼） 漢字輸入碼主要分為三類：數字編碼、拼音編碼和字形漢字輸入碼主要分為三類：數字編碼、拼音編碼和字形編碼

41、編碼 ：數字編碼數字編碼 數字編碼就是用數字串代表一個漢字的輸入，常用的是數字編碼就是用數字串代表一個漢字的輸入，常用的是國標區(qū)位碼。國標區(qū)位碼。 拼音編碼拼音編碼 拼音編碼是以漢語讀音為基礎的輸入方法。拼音編碼是以漢語讀音為基礎的輸入方法。 字形編碼字形編碼 字形編碼是以漢字的形狀確定的編碼。如：五筆字型字形編碼是以漢字的形狀確定的編碼。如：五筆字型 。2）漢字國標交換碼和機內碼）漢字國標交換碼和機內碼 西文處理系統(tǒng)的交換碼和機內碼均為西文處理系統(tǒng)的交換碼和機內碼均為ASCII，用一個，用一個字節(jié)表示，一般只用低七位。字節(jié)表示，一般只用低七位。 1981年我國在國標年我國在國標GB2312-

42、80制定了漢字交換碼也稱制定了漢字交換碼也稱為國標交換碼為國標交換碼(簡稱國標碼簡稱國標碼)。在國標碼中，一個漢字用兩。在國標碼中，一個漢字用兩個字節(jié)表示，每個字節(jié)也只用其中的七位個字節(jié)表示，每個字節(jié)也只用其中的七位 。 國標碼每個字節(jié)高位置國標碼每個字節(jié)高位置“1”作為漢字機內碼。這樣既作為漢字機內碼。這樣既解決了漢字機內碼與西文機內碼之間的二義性，又使?jié)h字解決了漢字機內碼與西文機內碼之間的二義性，又使?jié)h字機內碼與國標碼具有極簡單的對應關系。機內碼與國標碼具有極簡單的對應關系。 區(qū)位碼、國標碼和機內碼之間的關系區(qū)位碼、國標碼和機內碼之間的關系 區(qū)區(qū)位位碼碼區(qū)位碼區(qū)碼區(qū)位碼區(qū)碼+ +20H20

43、H= =國標碼前字節(jié)國標碼前字節(jié)區(qū)位碼位碼區(qū)位碼位碼+ +20H20H= =國標碼后字節(jié)國標碼后字節(jié)國標碼前字節(jié)國標碼前字節(jié)+ +80H80H= =機內碼高位機內碼高位國標碼后字節(jié)國標碼后字節(jié)+80H=機內碼低位機內碼低位國國標標碼碼機機內內碼碼機機內內碼碼區(qū)位碼區(qū)碼區(qū)位碼區(qū)碼+A0H = =機內碼高位機內碼高位區(qū)位碼位碼區(qū)位碼位碼+A0H=機內碼低位機內碼低位3） 漢字字形碼漢字字形碼 漢字字形碼通常有兩種表示方式：點陣和矢量表示方式。漢字字形碼通常有兩種表示方式：點陣和矢量表示方式。 點陣：漢字字形點陣的代碼點陣：漢字字形點陣的代碼 1616、2424、3232、4848。 矢量：存儲的是

44、描述漢字字形的輪廓特征。矢量：存儲的是描述漢字字形的輪廓特征。 字模點陣的信息量是很大的，字模點陣的信息量是很大的，占用存儲空間也很大，以占用存儲空間也很大，以1616點陣為例，每個漢字點陣為例，每個漢字占用占用32(216=32)個字節(jié)個字節(jié) 1.3 微微電電子技子技術簡術簡介介 微電子技術是在電子電路和系統(tǒng)的超小型化和微型化過程中逐漸形成和發(fā)展起來的。超大規(guī)模集成電路促進微電子技術的不斷發(fā)展。它已成為信息技術領域中的關鍵技術，是發(fā)展電子信息產業(yè)和各項高技術的基礎，微電子技術的核心是集成電路。微電子技術包括系統(tǒng)和電路設計、器件物理、工藝技術、材料制備、自動測試，以及封裝、組裝等一系列專門的技

45、術。微電子技術是微電子學中的各項工藝技術的總和。微電子技術產品很多，下面簡單介紹一下集成電路、IC卡和RFID。 1.3.11.3.1集成電路集成電路集成電路集成電路（Integrated Circuit，IC）:是指采用一定的工藝，把一個電路中所需的三極管、二極管、電阻、電容、電感等元器件及導線互連在一起，制作在一小塊或幾小塊陶瓷、玻璃或半導體晶片上，然后封裝在一起，成為一個能夠實現一定電路功能的微型電子器件或部件。集成電路與集成電路板集成電路與集成電路板 集成電路具有體積小、重量輕、壽命長、可靠性高、成本低、性能好等優(yōu)點，同時還便于大規(guī)模生產。它廣泛應用在工業(yè)、農業(yè)、軍事、科學、教育、通信

46、、家用電器等領域。其發(fā)展規(guī)模和技術水平己成為衡量國家地位和綜合國力的重要標志之一。集成電路技術則作為推動國民經濟和社會信息化的關鍵技術，關系到國家產業(yè)競爭力和國家信息安全。 集成電路的分類：集成電路的分類：（1）按電路結構分：）按電路結構分：集成電路可分為模擬集成電路和數字集成電路。模擬集成電路主要是用來產生、放大和處理各種模擬信號。數字集成電路主要是用來產生、放大和處理各種數字信號。（2）按集成度分：）按集成度分：集成電路可分為小規(guī)模集成電路、中規(guī)模集成電路、大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路。（3）按導電類型分：）按導電類型分：集成電路可分為雙極型集成電路和單極型集成電路。（4）按焊接方式分

47、：）按焊接方式分：集成電路可分為直插式集成電路和貼面式集成電路。我國集成電路研究的最新重大成果：我國集成電路研究的最新重大成果： 復旦大學微電子學院研究團隊研究出一種新型的微電子基礎器件半浮柵晶體管，并在2013年8月9日出版的最新一期的科學上刊發(fā)研究成果。這是中國科學家在這一國際頂級學術期刊上發(fā)表的第一篇微電子器件領域的原創(chuàng)性成果，標志著原創(chuàng)“上海芯”打破了國外的壟斷。半浮柵晶體管是一種新型的微電子基礎器件，可應用于存儲器和主動式圖像傳感器芯片。相比于傳統(tǒng)圖像傳感器芯片，由半浮柵晶體管構成的新型圖像傳感器單元面積能縮小20%以上，分辨率和靈敏度也能得到提升。它的成功研制將有助于中國掌握集成電

48、路的核心技術，在芯片設計與制造上獲得更多話語權。 復旦大學微電子學院制造出世界第一個半浮柵晶體管1.3.2 IC1.3.2 IC卡卡ICIC卡卡 (Integrated Circuit Card(Integrated Circuit Card，集成電路卡，集成電路卡) )：又稱智能卡、智慧卡、微電路卡等。它是將一個集成電路芯片嵌入符合ISO 7816標準的卡基中，做成卡片形式。卡片包含了微處理器、I/O接口及存儲器，提供了數據的運算、訪問控制及存儲功能。1. IC1. IC卡的結構卡的結構基片基片：現在多為聚氯乙烯材質，也有塑料或是紙制。 接觸面：接觸面：金屬材質，一般為銅制薄片，集成電路的輸

49、入輸出端連接到大的接觸面上，這樣便于讀寫器的操作，也有助于延長卡片使用壽命，觸點一般有8個。 集成芯片：集成芯片：通常非常薄，在0.5mm以內，直徑大約1/4厘米，一般成圓形或方形，內部芯片一般有CPU、RAM、ROM、 EPROM。圖1.2就是各種IC卡的集成芯片。各種IC卡芯片：各種IC卡：2 .IC2 .IC卡的分類卡的分類IC卡可分為以下三種類型：接觸式接觸式 ：讀寫需要IO線路接觸。 非接觸式：非接觸式：使用射頻、紅外線、感應電動勢、非IO線路接觸，（非接觸技術類似RFID技術）。 混合式：混合式：同時擁有接觸與非接觸接口。3. IC3. IC卡的應用領域卡的應用領域 由于IC卡便于

50、攜帶、存儲量大、安全可靠、適用范圍廣等優(yōu)點，日益受到人們的青睞。人們使用的公交卡、醫(yī)療卡、同學們使用的校園一卡通都是IC卡，它已廣泛用于金融、交通、旅游、消費、貿易、醫(yī)療、娛樂、小區(qū)管理等方面。1.3.3 RFIDRFID是射頻識別技術（是射頻識別技術（Radio Frequency Identification）：）：又稱電子標簽。射頻識別技術是20世紀90年代開始興起的一種自動識別技術，它是一項利用射頻信號通過空間耦合(交變磁場或電磁場)實現無接觸信息傳遞，并通過所傳遞的信息達到識別目的的技術。1. RFID工作原理工作原理RFID的工作原理是：的工作原理是：電子標簽進入磁場后，如果接收到

51、閱讀器發(fā)出的特殊射頻信號，就能憑借感應電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產品信息(即 Passive Tag，無源電子標簽或被動電子標簽)，或者主動發(fā)送某一頻率的信號(即Active Tag，有源電子標簽或主動電子標簽)，閱讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進行有關數據處理。RFID工作示意圖工作示意圖2. RFID系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的組成 RFID系統(tǒng)在具體的應用過程中，根據不同的應用目的系統(tǒng)在具體的應用過程中，根據不同的應用目的和應用環(huán)境，系統(tǒng)的組成會有所不同，但從和應用環(huán)境，系統(tǒng)的組成會有所不同，但從RFID系統(tǒng)的工系統(tǒng)的工作原理來看，系統(tǒng)一般都由信號發(fā)射機、信號接收機、發(fā)作原理來看，系統(tǒng)一般都由信號發(fā)射機、信號接收機、發(fā)射接收天線幾部分組成。下圖為貼式電子標簽射接收天線幾部分組成。下圖為貼式電子標簽 。3. RFID的特點的特點 RFID系統(tǒng)最重要的特點是非接觸識別，它能穿透雪、霧、冰、涂料、塵垢等障礙