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計算機文化基礎第一章計算機基礎概述§1.1計算機與信息社會§1.2數(shù)字技術基礎計算機文化基礎第一章計算機基礎概述§1.1計算機與信息社§1.1計算機與信息社會內(nèi)容：1.1.1計算機的發(fā)展1.1.2計算機的分類1.1.3計算機的應用1.1.4信息技術與信息處理2計算機文化基礎§1.1計算機與信息社會內(nèi)容：2計算機文化基礎1.1.1計算機的發(fā)展計算機的概念計算機Computer電腦依靠程序自動、高速、精確地完成各種信息存儲、數(shù)據(jù)處理、數(shù)值計算、過程控制、數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾娮釉O備?；静糠质怯呻娮釉骷M成的電路，電路按照“數(shù)字”方式進行工作——數(shù)字電子計算機(DigitalElectronicComputer)。計算機與以往任何一種工具的不同點在于它能夠把人們從繁重的腦力勞動中(部分)解放出來。3計算機文化基礎1.1.1計算機的發(fā)展計算機的概念3計算機文化基礎1.1.1計算機的發(fā)展4計算機文化基礎萊布尼茨四則運算器1673帕斯卡加法器1642對數(shù)計算尺算籌巴貝奇差分機1847算盤1.1.1計算機的發(fā)展4計算機文化基礎萊布尼茨四則運算器11.1.1計算機的發(fā)展近代計算機的產(chǎn)生英國科學家阿蘭·圖靈

AlanMathisonTuring,1912-1954建立了圖靈機(TuringMachine,TM)模型，奠定了可計算理論的基礎(1936年)提出圖靈測試理論，闡述了機器智能的基本概念(1950年)圖靈獎——計算機界的諾貝爾獎

美國計算機學會(ACM)于1966年設立頒發(fā)給計算機科學領域的領先科研人員5計算機文化基礎1.1.1計算機的發(fā)展近代計算機的產(chǎn)生5計算機文化基礎1.1.1計算機的發(fā)展近代計算機的產(chǎn)生美籍匈牙利數(shù)學家馮·諾依曼

JohnvonNeumann,1903-1957提出了著名的“馮·諾依曼原理”,即“存儲程序和程序控制”的原理（1945年）計算機由五個部分組成，包括：運算器、邏輯控制裝置、存儲器、輸入和輸出設備

采用了二進制，不但數(shù)據(jù)采用二進制，指令也采用二進制；

建立了存儲程序，指令和數(shù)據(jù)便可一起放在存儲器里，并作同樣處理。6計算機文化基礎1.1.1計算機的發(fā)展近代計算機的產(chǎn)生6計算機文化基礎1.1.1計算機的發(fā)展近代計算機的產(chǎn)生第一臺計算機

ENIAC

ElectronicNumericalIntegratorandCalculator

(電子數(shù)字積分計算機)1946年2月

由美國賓夕法尼亞大學研制成功7計算機文化基礎1.1.1計算機的發(fā)展近代計算機的產(chǎn)生7計算機文化基礎1.1.1計算機的發(fā)展近代計算機的產(chǎn)生ENIAC

最早用于彈道計算采用電子管為基本元件的電子線路來完成運算和存儲，每秒可進行5000次加法或減法，可以在3/1000秒時間內(nèi)做完兩個10位數(shù)乘法，能夠真正自動運行。使用了17468個電子管、15000個繼電器、70000多只電阻器，10000多只電容器、占地170平方米、重80噸、耗電量140千瓦、價格40萬美元。8計算機文化基礎1.1.1計算機的發(fā)展近代計算機的產(chǎn)生8計算機文化基礎1.1.1計算機的發(fā)展近代計算機的產(chǎn)生ENIAC

后改進為通用計算機

并又進行過多次改造兩大缺點：

沒有存儲器；

用布線板進行控制非常麻煩。在1965年10月最后切斷電源9計算機文化基礎1.1.1計算機的發(fā)展近代計算機的產(chǎn)生9計算機文化基礎1.1.1計算機的發(fā)展計算機的發(fā)展簡史第一代

1946年~1957年

電子管計算機體積龐大、運算速度低、功耗大、可靠性差。使用機器語言或匯編語言來編制程序，內(nèi)存采用水銀延遲線和繼電器，僅供少數(shù)專業(yè)人員使用，主要進行科學計算。10計算機文化基礎電子管計算機IBM7011.1.1計算機的發(fā)展計算機的發(fā)展簡史10計算機文化基礎電1.1.1計算機的發(fā)展計算機的發(fā)展簡史第二代1958年~1964年

晶體管計算機體積縮小、功耗降低、速度加快、可靠性提高。內(nèi)存使用磁芯存儲器，外存使用磁帶，開始出現(xiàn)高級語言，發(fā)展了一些單道和多道管理程序，應用拓展到數(shù)據(jù)處理和實時控制。11計算機文化基礎貝爾實驗室使用800只晶體管組裝了世界上第一臺晶體管計算機TRADIC1.1.1計算機的發(fā)展計算機的發(fā)展簡史11計算機文化基礎貝1.1.1計算機的發(fā)展計算機的發(fā)展簡史第三代1964年~20世紀70年代

中小規(guī)模集成電路計算機可靠性大大提高、功耗進一步減小、運算速度進一步提高。內(nèi)存采用半導體存儲器，外存采用磁盤，操作系統(tǒng)開始發(fā)展，高級語言數(shù)量增多，應用范圍逐步擴展。12計算機文化基礎集成電路計算機IBM3601.1.1計算機的發(fā)展計算機的發(fā)展簡史12計算機文化基礎集1.1.1計算機的發(fā)展計算機的發(fā)展簡史第四代20世紀70年代至今

大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路計算機性能大大提高、價格下降、體積縮小、穩(wěn)定性好、運算速度極快。廣泛采用各種新型元器件，各種高級語言日益完善，應用軟件日益豐富，應用范圍迅速擴展。13計算機文化基礎超級計算機——藍色基因/L1.1.1計算機的發(fā)展計算機的發(fā)展簡史13計算機文化基礎超1.1.1計算機的發(fā)展各代計算機的基本情況

14計算機文化基礎

第一代(1946~1957)第二代(1958~1964)第三代(1965~1970)第四代(約1971~現(xiàn)在)邏輯元件電子管晶體管中小規(guī)模集成電路大規(guī)模超大規(guī)模集成電路處理速度幾千次/秒幾百萬次/秒幾千萬次/秒數(shù)億次運算/秒內(nèi)存儲器汞延遲線磁芯半導體半導體內(nèi)存容量幾千字節(jié)幾萬字節(jié)幾兆字節(jié)幾十兆字節(jié)外存儲器磁鼓磁鼓磁帶磁帶磁盤磁盤光盤外部設備讀卡機、紙帶機讀卡機、紙帶機、電傳打字機讀卡機、打印機、繪圖機…鍵盤、顯示器、打印機、繪圖機等編程語言機器語言匯編語言高級語言匯編語言高級語言高級語言第四代語言系統(tǒng)軟件

操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)實用程序操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)應用范圍科學計算科學計算自動控制數(shù)據(jù)處理應用于各方面在各個領域得到更廣泛的應用1.1.1計算機的發(fā)展各代計算機的基本情況14計算機文化1.1.1計算機的發(fā)展計算機的發(fā)展趨勢——新一代計算機巨型化：發(fā)展高速度、大容量、功能更強大的巨型計算機。微型化：利用微電子技術和超大規(guī)模集成電路技術進一步縮小計算機的體積。網(wǎng)絡化：將計算機技術和現(xiàn)代通信技術緊密結合起來，組成功能強、規(guī)模大的計算機網(wǎng)絡。智能化：通過人工智能技術使計算機具有模擬人的感覺和思維的能力。多媒體化：計算機不僅能夠處理文字、數(shù)字、符號等文本信息，而且能夠處理聲音、圖形圖象、動畫視頻等多種表現(xiàn)媒體信息。15計算機文化基礎1.1.1計算機的發(fā)展計算機的發(fā)展趨勢——新一代計1.1.2計算機的分類按照工作原理分類模擬式電子計算機

計算機采用模擬電路作為基本的組成部分，其內(nèi)部信息用連續(xù)量表示。數(shù)字式電子計算機

計算機采用數(shù)字電路作為基本的組成部分，其內(nèi)部信息用離散量表示?；旌鲜诫娮佑嬎銠C

計算機的基本組成部分既有模擬電路又有數(shù)字電路，其內(nèi)部信息分別采用連續(xù)量和離散量來表示。16計算機文化基礎1.1.2計算機的分類按照工作原理分類16計算機文化基礎1.1.2計算機的分類按照用途和使用范圍分類通用計算機

通用計算機是針對大多數(shù)用戶的大多數(shù)應用而研制的。特點是通用性強，具有較強大的綜合處理能力，能夠解決各種類型的問題，配用的軟件也是通用性很強的軟件。專用計算機

專用計算機是為某一種類型的應用專門研發(fā)制造的。專用計算機往往針對解決的特定問題配用了專門的硬件和軟件和外部設備，所以能夠高速、可靠地解決特定的問題。17計算機文化基礎1.1.2計算機的分類按照用途和使用范圍分類17計算機文化1.1.2計算機的分類按照綜合性能分類

按照計算機的運算速度、字長、存儲容量等綜合性

巨型計算機機大型計算機機服務器個人計算機

臺式機(Desktopcomputer)

筆記本機(Notebook)

個人數(shù)字助理(PDA)18計算機文化基礎1.1.2計算機的分類按照綜合性能分類

按照計算機的運算速1.1.2計算機的分類巨型計算機又稱超級計算機，它是功能最強、運算速度最快、存儲容量最大的一類計算機，一般用于國家高科技領域和尖端技術研究，例如戰(zhàn)略防御系統(tǒng)、航天測控系統(tǒng)、大區(qū)域中長期天氣預報系統(tǒng)、石油勘探系統(tǒng)、地震資料處理系統(tǒng)等等。超級計算機的研制水平體現(xiàn)了一個國家綜合國力。因次各國在超級計算機領域的競爭非常激烈。近年來，我國的超級計算機一直占據(jù)TOP500世界超級計算機榜單的前列（這個榜單每半年發(fā)布一次）19計算機文化基礎1.1.2計算機的分類巨型計算機又稱超級計算機，它是功能最1.1.2計算機的分類我國的

超級計算機2017.11全球超級計算機TOP500排行榜發(fā)布，中國超算“神威·太湖之光”和“天河二號”連續(xù)第四次分列冠亞軍。同時，中國目前擁有202個全球最高性能計算機。相比之下美國只有143個，這是美方自該榜單發(fā)布25年以來的最低水平神威·太湖之光超級計算機是由國家并行計算機工程技術研究中心研制、安裝在國家超級計算無錫中心的超級計算機。神威·太湖之光超級計算機安裝了40960個中國自主研發(fā)的“申威26010”眾核處理器，該眾核處理器采用64位自主申威指令系統(tǒng)，峰值性能為12.5億億次/秒，持續(xù)性能為9.3億億次/秒。20計算機文化基礎1.1.2計算機的分類我國的

超級計算機20計算機文化基礎1.1.2計算機的分類21計算機文化基礎中國超級計算機發(fā)展年譜型號面世時間每秒運算速度（峰值）銀河—Ⅰ1983年

1億次曙光一號1992年

6.4億次銀河—Ⅱ1994年

10億次銀河—Ⅲ1997年

130億次神威—Ⅰ1999年

3840億次深騰18002002年

1萬億次曙光4000A2004年

11萬億次神威3000A2007年

18萬億次深騰70002008年

106.5萬億次曙光5000A2008年

230萬億次天河一號2009年

1206萬億次曙光60002010年

1270萬億次1.1.2計算機的分類21計算機文化基礎中國超級計算機發(fā)展1.1.3計算機在信息社會中的應用計算機的主要應用方面科學計算

即數(shù)值計算，用計算機來完成科學研究和工程技術中提出的數(shù)學問題。自動控制

又稱為過程控制，通過計算機來實時采集數(shù)據(jù)并且按照最佳情況對被控制設備進行控制和調(diào)節(jié)。數(shù)據(jù)處理

利用計算機來對各種數(shù)據(jù)進行記錄、整理、統(tǒng)計、分析、加工、利用、傳播等操作。信息加工

利用計算機對各種圖象信息進行整理、加工、記錄、變換、增強、重現(xiàn)等操作。22計算機文化基礎1.1.3計算機在信息社會中的應用計算機的主要應用方面221.1.3計算機在信息社會中的應用計算機的主要應用方面計算機輔助工作

包括計算機輔助設計(CAD)、計算機輔助制造(CAM)、計算機輔助工程(CAE)、計算機輔助教學(CAI)等方面。人工智能

用計算機模擬人類的判斷、理解、學習、求解、識別等智能活動。

它包括三個方面：知識工程、模式識別、機器人學。電子商務(ElectronicBusiness,EB)

利用計算機和網(wǎng)絡而進行的商務活動。辦公自動化(OfficeAutomation,OA)

利用計算機和網(wǎng)絡技術，集成各種形式的信息資源，為事務處理、管理工作、決策判斷提供一個高效率的工作平臺。23計算機文化基礎1.1.3計算機在信息社會中的應用計算機的主要應用方面231.1.3計算機在信息社會中的應用計算機的主要應用領域工商業(yè)

工商業(yè)是計算機應用的傳統(tǒng)領域之一，在許多公司企業(yè)中，計算機信息處理系統(tǒng)都是企業(yè)正常運作的必不可少的手段。

在工廠中，計算機除了用來進行自動控制和企業(yè)管理外，還用來進行新產(chǎn)品的研發(fā)設計。

在商業(yè)上，不僅使用計算機來對商品的進貨、銷售、庫存、統(tǒng)計分析等經(jīng)營環(huán)節(jié)進行管理，還可以通過計算機決策支持系統(tǒng)(DSS)來幫助指定經(jīng)營計劃和長期發(fā)展戰(zhàn)略。24計算機文化基礎1.1.3計算機在信息社會中的應用計算機的主要應用領域241.1.3計算機在信息社會中的應用計算機的主要應用領域科研教育

科學研究一直是計算機應用的重要領域。從航空航天到海洋科學，從氣象觀測到地球物理，從宇宙天體到基本粒子的各個方面，都使用計算機來監(jiān)測與收集數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行計算分析對結果進行比較鑒別并判斷其重要性。

在教育領域，計算機除了象其他領域一樣用來進行教學管理外，還廣泛應用在計算機輔助教學(CAI)和計算機遠程教育方面。25計算機文化基礎1.1.3計算機在信息社會中的應用計算機的主要應用領域251.1.3計算機在信息社會中的應用計算機的主要應用領域政府機關

計算機在政府機關的應用非常廣泛，從公文的起草、發(fā)布、管理到日常業(yè)務的自動化辦公，從各項信息的收集整理到規(guī)章制度的討論研究，從民意民情的了解到發(fā)展規(guī)劃的制定，計算機以及網(wǎng)絡都起著重要的作用。

所謂“電子政府”，就是在Internet上建立一個“虛擬的政府”(網(wǎng)站)，通過網(wǎng)絡來發(fā)布資料、檔案、規(guī)章制度、日常工作計劃，通過網(wǎng)絡來傳遞各個部門的文件資料和召開網(wǎng)絡會議，通過網(wǎng)絡來征集市民的意見建議，通過網(wǎng)絡進行納稅、行政審批、項目審查等政府業(yè)務。26計算機文化基礎1.1.3計算機在信息社會中的應用計算機的主要應用領域261.1.3計算機在信息社會中的應用計算機的主要應用領域醫(yī)藥衛(wèi)生

在醫(yī)藥衛(wèi)生領域，計算機除了應用在電子病歷、電子處方、病房管理、藥品管理等常規(guī)方面外，還用于醫(yī)療診斷和新藥研制。

利用Internet進行的遠程診療技術，大城市的醫(yī)生專家可以幫助邊遠農(nóng)村小鎮(zhèn)的醫(yī)生完成醫(yī)學診斷和指導手術進行。27計算機文化基礎1.1.3計算機在信息社會中的應用計算機的主要應用領域271.1.3計算機在信息社會中的應用計算機的主要應用領域休閑娛樂

網(wǎng)絡游戲是計算機在休閑娛樂中應用的一個重要方面。通過多媒體技術、三維動畫技術以及新型設備的支持，可以在虛擬的現(xiàn)實場景中進行游戲對決。

計算機電影特技和計算機動畫是計算機在休閑娛樂中應用的另一個重要方面。

網(wǎng)絡電影電視、網(wǎng)絡數(shù)碼音樂、網(wǎng)絡聊天等應用，也成為各個網(wǎng)站的重要服務內(nèi)容。28計算機文化基礎1.1.3計算機在信息社會中的應用計算機的主要應用領域281.1.3計算機在信息社會中的應用計算機應用中計算技術的發(fā)展單主機計算(MainframeComputing)

單主機計算的主要特征是由單臺計算機構成計算系統(tǒng)，系統(tǒng)的信息處理基本都在本地機器上完成。這種計算模式在計算機應用的早期被廣泛使用，目前的中小規(guī)模應用中也大量存在。分布式客戶機/服務器計算(DistributedClient/ServerComputing)

簡稱為C/S模式。分布式客戶機/服務器計算是在計算機網(wǎng)絡發(fā)展起來后出現(xiàn)的計算模式。從技術上考慮，客戶機和服務器都是邏輯上的概念，計算機應用的任務被分成兩大部分，用戶在客戶機上進行數(shù)據(jù)的輸入輸出、運行控制以及少量數(shù)據(jù)處理，而信息處理任務中的信息資源查詢、高強度數(shù)據(jù)處理、信息存儲等消耗機器資源比較多的工作由網(wǎng)絡中的服務器來完成。29計算機文化基礎1.1.3計算機在信息社會中的應用計算機應用中計算技術的發(fā)1.1.3計算機在信息社會中的應用計算機應用中計算技術的發(fā)展瀏覽器/服務器計算(Browser/ServerComputing)

簡稱為B/S模式。由客戶機/服務器計算模式發(fā)展而來，用戶通過瀏覽器向分布在網(wǎng)絡上的許多服務器發(fā)出請求，服務器對瀏覽器的請求進行處理，將用戶所需信息返回到瀏覽器。

主要利用了不斷成熟的WWW瀏覽器技術，結合多種Script語言(VBScript、JavaScript…)和ActiveX技術，是一種全新的軟件系統(tǒng)構造技術。網(wǎng)絡計算(NetworkComputing)

網(wǎng)絡計算是計算模式的新發(fā)展，它的主要思想是在專用軟件的控制下充分調(diào)度利用網(wǎng)絡上各種計算機的各種資源來完成預定的計算任務。

這種計算模式將會是計算機應用方式的發(fā)展方向。30計算機文化基礎1.1.3計算機在信息社會中的應用計算機應用中計算技術的發(fā)1.1.4信息技術與信息處理關于信息技術信息

信息既是對各種客觀存在的事物的變化和特征的反映，又是各個事物之間作用和聯(lián)系的表征。人類就是通過接受信息來認識事物的，信息是對人們有用的，是接受者原來不了解的知識。信息是客觀世界的一種本質屬性，它同物質、能源一樣重要，是人類生存和社會發(fā)展的三大基本資源之一。31計算機文化基礎1.1.4信息技術與信息處理關于信息技術31計算機文化基礎1.1.4信息技術與信息處理關于信息技術數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)是指存儲在某種媒體上的可以識別的物理符號。數(shù)據(jù)通常作為信息的載體，用來表示信息，表示同一信息的數(shù)據(jù)可以有多種多樣的存在形式。數(shù)據(jù)不僅包括數(shù)字、字母、文字、符號，而且包括聲音、圖形、圖象、動畫、影象等。人們以各種存儲設備來存儲數(shù)據(jù)；通過各種軟件來管理數(shù)據(jù)；使用各種應用程序來對數(shù)據(jù)進行加工處理。32計算機文化基礎1.1.4信息技術與信息處理關于信息技術32計算機文化基礎1.1.4信息技術與信息處理關于信息技術信息和數(shù)據(jù)是兩個相互聯(lián)系但完全不同的概念。

信息是有意義的，而數(shù)據(jù)可以無意義；信息是有用的，而數(shù)據(jù)可以無用；信息必須是真實的，而數(shù)據(jù)可以是虛假的。所謂“數(shù)據(jù)處理”是指將數(shù)據(jù)經(jīng)過處理轉換為信息的過程。33計算機文化基礎1.1.4信息技術與信息處理關于信息技術33計算機文化基礎1.1.4信息技術與信息處理關于信息技術信息技術(InformationTechnology,IT)

泛指與信息的獲取、存儲、加工、處理等方面相關的科學與技術。 聯(lián)合國教科文組織對信息技術的定義為：應用在信息的加工和處理中的科學、技術與工程的訓練方法和管理技巧；上述方面的技巧與應用；計算機及其人機相互作用；與這些方面相對應的社會、經(jīng)濟、文化等各種因素。34計算機文化基礎1.1.4信息技術與信息處理關于信息技術34計算機文化基礎1.1.4信息技術與信息處理信息技術包含的內(nèi)容信息基礎技術

是信息技術的基礎部分，它包括信息學和控制論方面的基礎研究，還包括新材料、新器件、新能源的開發(fā)制造技術。 在信息基礎技術方面，發(fā)展最快、影響最大、應用最廣泛的是微電子技術和光電子技術。35計算機文化基礎信息學

信息學是以信息為研究對象，以計算機等技術為研究工具，擴展人類的信息功能為主要目標的一門綜合性學科。信息論是由美國數(shù)學家香農(nóng)創(chuàng)立的，它是用概率論和數(shù)理統(tǒng)計方法，從量的方面來研究系統(tǒng)的信息如何獲取、加工、處理、傳輸和控制的一門科學?？刂普?/p>

控制論是研究各類系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和控制規(guī)律的科學。它是自動控制、通訊技術、計算機科學、數(shù)理邏輯、神經(jīng)生理學、統(tǒng)計力學、行為科學等多種科學技術相互滲透形成的一門橫斷性學科。它研究生物體和機器以及各種不同基質系統(tǒng)的通訊和控制的過程，探討它們共同具有的信息交換、反饋調(diào)節(jié)、自組織、自適應的原理和改善系統(tǒng)行為、使系統(tǒng)穩(wěn)定運行的機制，從而形成了一大套適用于各門科學的概念、模型、原理和方法。1.1.4信息技術與信息處理信息技術包含的內(nèi)容35計算機文1.1.4信息技術與信息處理信息技術包含的內(nèi)容集成電路

微電子技術是現(xiàn)代電子信息技術的基礎，它以集成電路的研發(fā)制造為核心。

集成電路是將晶體管、電阻、電容等電子元器件集成制造在同一個硅片上的電子器件。小規(guī)模集成電路(SSI)

在每平方毫米上集成幾十個元器件中規(guī)模集成電路(MSI)

在每平方毫米上集成幾百個元器件大規(guī)模集成電路(LSI)

在每平方毫米上集成幾千個元器件超大規(guī)模集成電路(VLSI)

在每平方毫米上集成幾萬個元器件。36計算機文化基礎硅片1.1.4信息技術與信息處理信息技術包含的內(nèi)容36計算機文1.1.4信息技術與信息處理信息技術包含的內(nèi)容信息系統(tǒng)技術

信息系統(tǒng)技術是關于信息獲取、處理、傳輸、控制等方面的技術，它包括遙測遙感、人工智能、現(xiàn)代通信、現(xiàn)代控制論等多個不同方面。信息應用技術

信息應用技術以各種實際應用目標為研究的落腳點。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生、教育科研等各個領域，信息技術的應用目的、應用模式、應用技術、應用方法各有不同。信息應用技術就是研究如何使這些模式、技術、方法更快捷更有效。37計算機文化基礎1.1.4信息技術與信息處理信息技術包含的內(nèi)容37計算機文1.1.4信息技術與信息處理信息處理信息處理通常也稱為數(shù)據(jù)處理

信息處理是指利用計算機系統(tǒng)對信息進行采集、轉換、分類、存儲、計算、加工、查詢、檢索、統(tǒng)計、分析、傳輸和輸出等操作。通過這些操作，人們可以從浩如煙海的信息中找到所需要的信息，不僅可以了解事物的歷史和現(xiàn)狀，還可對其發(fā)展趨勢作出預測。38計算機文化基礎1.1.4信息技術與信息處理信息處理38計算機文化基礎1.1.4信息技術與信息處理信息處理計算機信息處理的特點①速度快、精度高②具有強大的“記憶”能力③信息傳輸能力極強④可提供友善的使用方式和豐富的信息輸出形式⑤可以幫助用戶開發(fā)各種信息處理系統(tǒng)39計算機文化基礎1.1.4信息技術與信息處理信息處理39計算機文化基礎§1.2數(shù)字技術基礎內(nèi)容：1.2.1信息的基本單位1.2.2二進制數(shù)1.2.3數(shù)值信息在計算機內(nèi)的表示40計算機文化基礎§1.2數(shù)字技術基礎內(nèi)容：40計算機文化基礎1.2.1信息的基本單位什么是比特數(shù)字技術的處理對象是“比特”(bit，binarydigit的縮寫)，又稱“二進制位”或簡稱為“位”，是計算機和其他數(shù)字系統(tǒng)處理、存儲和傳輸數(shù)字信息的最小單位，一般用“b”表示。比特只有2種取值(狀態(tài))：0和1，一般無大小之分。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”。計算機處理各種信息，首先要將它們表示成具體的數(shù)據(jù)形式。馮·諾依曼在他的EDVAC方案中明確提出計算機中采用二進制。自此以后一直到今天，所有的計算機都采用二進制來表示數(shù)據(jù)。41計算機文化基礎1.2.1信息的基本單位什么是比特41計算機文化基礎1.2.1信息的基本單位二進制數(shù)據(jù)的計量單位二進制數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量的計量

在計算機內(nèi)部，各種數(shù)據(jù)都是以二進制編碼的形式表示和存儲的。位

(bit，縮寫為b，俗稱小b)

也常稱為比特、字位、位元，指二進制數(shù)據(jù)的每一位(“0”或“1”)，它是二進制數(shù)據(jù)量的最小計量單位。字節(jié)

(Byte，縮寫為B，俗稱大B)

是二進制數(shù)據(jù)量的基本計量單位，數(shù)據(jù)在計算機中也是以字節(jié)為單位存儲的。一個字節(jié)由8個字位組成：

b7b6b5b4b3b2b1b0

b7是最高位，b0是最低位。字

(Word)

也常稱為計算機字，它是可作為獨立的數(shù)據(jù)單位進行處理的若干字位的組合。字所包含的字位的個數(shù)稱為字長，字長一般是字節(jié)長度的整數(shù)倍，如16、32等。42計算機文化基礎1.2.1信息的基本單位二進制數(shù)據(jù)的計量單位42計算機文化1.2.1信息的基本單位數(shù)據(jù)的存儲存儲容量是存儲器的一項很重要的性能指標。計算機內(nèi)存儲器容量通常使用2的冪次作為單位，因為這有利于內(nèi)存儲器的設計和使用。經(jīng)常使用的存儲器容量單位有：千字節(jié)(KB) 1KB=210字節(jié)=1024B兆字節(jié)(MB) 1MB=220字節(jié)=1024KB吉字節(jié)(GB) 1GB=230字節(jié)=1024MB太字節(jié)(TB) 1TB=240字節(jié)=1024GB拍字節(jié)(PB) 1PB=250字節(jié)=1024TB43計算機文化基礎1.2.1信息的基本單位數(shù)據(jù)的存儲43計算機文化基礎1.2.1信息的基本單位數(shù)據(jù)的傳輸在計算機內(nèi)部或計算機與計算機之間進行數(shù)據(jù)傳輸時，如果是采用一個字節(jié)的8個二進制位同時傳輸?shù)牟⑿蟹绞剑瑒t傳輸速率的計量單位為：

字節(jié)/秒(BPS)

千字節(jié)/秒(KBPS) 1KBPS=1024BPS

兆字節(jié)/秒(MBPS) 1MBPS=1024KBPS在計算機網(wǎng)絡中，傳輸二進制數(shù)據(jù)通常采用一個一個字位(bit)的串行傳輸方式，傳輸速率的計量單位為：

比特/秒(bPS) 也常稱為比特率、波特率、波特

千比特/秒(KbPS) 1KbPS=103比特/秒=1000bPS

兆比特/秒(MbPS) 1MbPS=106比特/秒=1000KbPS44計算機文化基礎1.2.1信息的基本單位數(shù)據(jù)的傳輸44計算機文化基礎1.2.2二進制數(shù)數(shù)制關于數(shù)的記寫和命名的相關規(guī)則的集合稱為計數(shù)制，簡稱數(shù)制。數(shù)碼(簡稱碼)：該數(shù)制記寫時所用的符號

如十進制的0,1,2,…,9基數(shù)(簡稱基)：該數(shù)制所用數(shù)碼的個數(shù)

如十進制的基為十數(shù)位(簡稱位)：數(shù)碼在數(shù)中所占據(jù)的位置

如十進制中的個位、十位等位權(簡稱權)：由數(shù)位所決定的計數(shù)基本值

如十進制個位的權為100

假定數(shù)值S用m+n+1個自左向右排列的代碼Ki(m≤i≤n)表示

即S=KnKn-1…K1K0.K-1K-2…K-m

Kj就是數(shù)碼，而i=n,n-1,…,1,0,-1,…,-m則表示各個數(shù)位，其位權為ri（其中r為該進制數(shù)的基數(shù)）45計算機文化基礎1.2.2二進制數(shù)數(shù)制45計算機文化基礎1.2.2二進制數(shù)數(shù)制計算機中常用的各種數(shù)制的表示： 46計算機文化基礎進位計數(shù)制二進制八進制十進制十六進制進位規(guī)則逢二進一逢八進一逢十進一逢十六進一數(shù)碼0,10,1,2,3,4,5,6,70,1,2,…,90,…,9,A,…,F基數(shù)r=2r=8r=10r=16位權2i8i10i16i形式表示字母BO或QDH如：123.41111101.011B173.314Q7B.66H

或：123.4(1111101.011)2(173.314)8(7B.66)161.2.2二進制數(shù)數(shù)制46計算機文化基礎進位計數(shù)制二進制八1.2.2二進制數(shù)不同數(shù)制間的轉換r進制數(shù)轉換為十進制數(shù)任何一種進位制計數(shù)法所表示的數(shù)S都可以書寫為按照其位權展開的多項式之和的形式：

S=KnKn-1…K1K0.K-1K-2…K-m

S=kn-1×rn-1＋kn-2×rn-2＋…＋k1×r1＋k0×r0＋k-1×r-1

＋…＋k-m×r-m所以，只要將各個數(shù)位的數(shù)碼乘以各自的位權，然后把各個值累加起來就是該數(shù)的十進制值。

例如：(101011.01)2=1×25＋0×24＋1×23＋0×22＋1×21＋1×20

＋0×2-1＋1×2-2=43.25

(9AB.2C)16=9×162＋10×161＋11×160＋2×16-1＋12×16-2

=2475.17187547計算機文化基礎1.2.2二進制數(shù)不同數(shù)制間的轉換47計算機文化基礎1.2.2二進制數(shù)不同數(shù)制間的轉換十進制數(shù)轉換為r進制數(shù) 將此十進制數(shù)分為整數(shù)與小數(shù)兩部分

對該數(shù)的整數(shù)部分連續(xù)整除r取余，直到整除所得的商為零，把所得的各個余數(shù)按照相反順序排列起來，就是r進制數(shù)的整數(shù)部分。

對該數(shù)的小數(shù)部分連續(xù)乘以r取整，直到乘后積的小數(shù)部分為零或達到所需要的精度，將取出的各個整數(shù)按照原來順序排列起來，就是r進制數(shù)的小數(shù)部分。48計算機文化基礎1.2.2二進制數(shù)不同數(shù)制間的轉換48計算機文化基礎1.2.2二進制數(shù)不同數(shù)制間的轉換將123.45轉換為二進制數(shù)49計算機文化基礎12326123021527232120………….1………….1………….0………….1………….1………….1………….10.45×2=0.900…………0.9×2=1.81…………0.8×2=1.61…………0.6×2=1.21…………123.45=(

1111011.0111

)2十進制整數(shù)轉換成二進制整數(shù)可以采取“除以2取余法”。除到商等于

0為止十進制小數(shù)轉換成二進制小數(shù)可以采取“乘以2取整法”。1.2.2二進制數(shù)不同數(shù)制間的轉換49計算機文化基礎1231.2.2二進制數(shù)不同數(shù)制間的轉換將123.45轉換為十六進制數(shù)50計算機文化基礎123167160………11(B)………….70.45×16=7.207…………0.2×16=3.23…………123.45≈(

7B.73

)16

十進制整數(shù)轉換成十六進制整數(shù)可以采取“除16取余法”。

十進制小數(shù)轉換成十六進制小數(shù)可以采取“乘16取整法”。1.2.2二進制數(shù)不同數(shù)制間的轉換50計算機文化基礎1231.2.2二進制數(shù)不同數(shù)制間的轉換在二進制數(shù)與八進制數(shù)間轉換51計算機文化基礎(3576.214)8==(11101111110.0100011)2①八→二：從高位到低位，一位變?nèi)?，高低位次序不變，去除無效零。②二→八：從小數(shù)點起向兩邊，每三位劃分一組，不足部分用0補足，三位變一位，高低位次序不變。(011101111110.010001100)26753214=(3576.214)8(011101111110.010001100)21.2.2二進制數(shù)不同數(shù)制間的轉換51計算機文化基礎(351.2.2二進制數(shù)不同數(shù)制間的轉換在二進制數(shù)與十六進制數(shù)間轉換52計算機文化基礎(5BE3.D78)16==(10101111100011.110101111)2①十六→二：從高位到低位，一位變四位，高低位次序不變，去除無效零。②二→十六：從小數(shù)點起向兩邊，每四位劃分一組，不足部分用0補足，四位變一位，高低位次序不變。(0101101111100011.110101111000)23EB5D78=(5BE3.D78)16(0101101111100011.110101111000)21.2.2二進制數(shù)不同數(shù)制間的轉換52計算機文化基礎(5B§1.2.2二進制數(shù)隨堂練習

1.

(1100.11)2＝(?)102.(14.125)10=(？)23.(16.327)8=(?)24.(11101.01)2=(?)16

53計算機文化基礎§1.2.2二進制數(shù)隨堂練習53計算機文化基礎1.2.2二進制數(shù)二進制數(shù)的算術邏輯運算二進制數(shù)的算術運算54計算機文化基礎加法

基本規(guī)則為：0+0=00+1=1

1+0=11+1=0(進位)在二進制加法的執(zhí)行過程中，每一個二進制位上有3個數(shù)相加，即本位的被加數(shù)、本位的加數(shù)、來自低位的進位(有進位為1，否則為0)。減法

基本規(guī)則為：0-0=00-1=1(借位) 1-0=11-1=0在二進制減法的執(zhí)行過程中，每一個二進制位上有3個數(shù)參加操作，即本位的被減數(shù)、本位的減數(shù)、本位向高位的借位(有借位為1，否則為0)。1.2.2二進制數(shù)二進制數(shù)的算術邏輯運算54計算機文化基礎1.2.2二進制數(shù)二進制數(shù)的算術邏輯運算二進制數(shù)的算術運算55計算機文化基礎乘法

基本規(guī)則為：0×0=00×1=0

1×0=01×1=1二進制數(shù)的乘法可以歸結為被乘數(shù)的左移和相加操作。除法

基本規(guī)則為：0÷0=00÷1=0

1÷0無意義

1÷1=1二進制數(shù)的除法可以歸結為除數(shù)的右移和對被減數(shù)的相減操作。1.2.2二進制數(shù)二進制數(shù)的算術邏輯運算55計算機文化基礎1.2.2二進制數(shù)二進制數(shù)的算術邏輯運算二進制數(shù)的邏輯運算邏輯數(shù)據(jù)

邏輯數(shù)據(jù)用來表示真與假、是與非、對與錯，這種具有邏輯性質的變量稱為邏輯變量，邏輯變量之間的運算稱為邏輯運算。

在邏輯代數(shù)和計算機中，用“1”或“T”(True)來表示真、是、對等，用“0”或“F”(False)來表示假、非、錯等。邏輯運算

邏輯運算用來反映事件的原因與事件的結果之間的邏輯關系。

邏輯運算的結果為邏輯值。

邏輯運算包括三種基本運算：邏輯與、邏輯或、邏輯非，由這三種基本運算可以組合、構造、推導出其他各種邏輯運算。56計算機文化基礎1.2.2二進制數(shù)二進制數(shù)的算術邏輯運算56計算機文化基礎1.2.2二進制數(shù)二進制數(shù)的算術邏輯運算二進制數(shù)的邏輯運算邏輯與運算

邏輯與(And)也稱為邏輯乘，通常用×、∧、·

來表示。

邏輯與表示兩個簡單事件A與B構成邏輯相乘的復雜事件，并當A與B事件同時滿足條件時整個復雜事件的結果才為真，否則結果就為假。

邏輯與的基本運算規(guī)則為：

0×1=01×0=00×0=01×1=1

邏輯與運算的真值表如右：

通常將邏輯與的運算規(guī)則歸納為：“有0為0，全1為1。”57計算機文化基礎1.2.2二進制數(shù)二進制數(shù)的算術邏輯運算57計算機文化基礎1.2.2二進制數(shù)二進制數(shù)的算術邏輯運算二進制數(shù)的邏輯運算邏輯或運算

邏輯或(Or)也稱為邏輯加，通常用＋、∨來表示。

邏輯或表示兩個簡單事件A與B構成邏輯相加的復雜事件，并當A與B事件中有一個滿足條件時整個復雜事件的結果就為真，否則結果就為假。

邏輯或的基本運算規(guī)則為：

0＋1=11＋0=10＋0=01＋1=1

邏輯或運算的真值表如右：

通常將邏輯或的運算規(guī)則歸納為：“全0為0，有1為1?！?8計算機文化基礎1.2.2二進制數(shù)二進制數(shù)的算術邏輯運算58計算機文化基礎1.2.2二進制數(shù)二進制數(shù)的算術邏輯運算二進制數(shù)的邏輯運算邏輯非運算

邏輯非(Not)也稱為邏輯反，通常是在邏輯變量的上方加一條短橫線，如A。

邏輯非表示與簡單事件A含義相反，即如果A為真時使其為假、若為假時使其為真。

邏輯非的基本運算規(guī)則為：

0=11=0

邏輯非運算的真值表如右：

通常將邏輯與的運算規(guī)則歸納為：“非0為1，非1為0?！?9計算機文化基礎1.2.2二進制數(shù)二進制數(shù)的算術邏輯運算59計算機文化基礎§1.2.2二進制數(shù)

60計算機文化基礎兩個多位的二進制信息進行邏輯運算時，按位獨立進行，即每一位都不受其它位的影響：例1 A: 0110 B:∨ 1010

F: 1110例2 A: 0110 B:∧1010

F: 0010§1.2.2二進制數(shù)

60計算機文化基礎兩個多位的二進制信§1.2.2二進制數(shù)隨堂練習

1.對兩個8位二進制數(shù)01001101與00101011分別進行算術加、邏輯加運算，其結果用八進制形式分別表示為

。

A.120.111B.157、157C.170、146D.170.1572.二進制數(shù)10110110和11011100進行邏輯“與”運算，運算結果再與二進制數(shù)01010011進行邏輯“或”運算，最終結果的十六進制形式為

。

A.10B.52C.D7D.FF

61計算機文化基礎§1.2.2二進制數(shù)隨堂練習61計算機文化基礎1.2.3數(shù)值信息在計算機內(nèi)的表示（1）計算機中數(shù)的類型（2）無符號整數(shù)的表示（3）帶符號整數(shù)的表示62計算機文化基礎1.2.3數(shù)值信息在計算機內(nèi)的表示（1）計算機中數(shù)的類型61.2.3數(shù)值信息在計算機內(nèi)的表示63計算機文化基礎PC機中數(shù)的主要類型計算機中的數(shù)整數(shù)(定點數(shù))實數(shù)(浮點數(shù))無符號整數(shù)帶符號整數(shù)32位（單精度浮點數(shù)）64位（雙精度浮點數(shù)）128位（擴充精度浮點數(shù)）8位(0～28-1)16位(0～216-1)32位(0～232-1)32位(-231～231-1)短整數(shù)64位(-263～263-1)長整數(shù)16位(-215～215-1)16位整數(shù)8位(-27～27-1)小數(shù)點固定隱含在個位數(shù)右面小數(shù)點不固定1.2.3數(shù)值信息在計算機內(nèi)的表示63計算機文化基礎PC機整數(shù)（定點數(shù)）的表示純整數(shù)格式把小數(shù)點固定在數(shù)值的最低位右邊，字長為8位的純整數(shù)格式如圖所示。

b7b6b5b4b3b2b1b0

數(shù)值位

符號位

小數(shù)點

字長為8位的帶符號純整數(shù)的表示范圍是：

字長為8位的無符號數(shù)純整數(shù)能夠表示的范圍是0~255。1.2.3數(shù)值信息在計算機內(nèi)的表示計算機文化基礎整數(shù)（定點數(shù)）的表示純整數(shù)格式把小數(shù)點固定在數(shù)值的最低位右邊(1)無符號整數(shù)的表示采用“自然碼”表示：取值范圍由位數(shù)決定：8位： 可表示0～255(28-1)范圍內(nèi)的所有正整數(shù)16位： 可表示0～65535(216-1)范圍內(nèi)的所有正整數(shù)n位： 可表示0～2n-1范圍內(nèi)的所有正整數(shù)。十進制數(shù)

8位無符號

整數(shù)

0000000001000000012000000103000000114000001005000001011281000000025211111100253111111012541111111025511111111···(1)無符號整數(shù)的表示采用“自然碼”表示：十進制數(shù)8位無(2)帶符號整數(shù)的表示表示方法：用1位表示符號，其余用來表示數(shù)值部分符號如何表示？ 用最高位表示，“0”表示正號(+),“1”表示負號(-)數(shù)值部分如何表示？

(1)原碼表示： 整數(shù)的絕對值以二進制自然碼表示

(2)反碼表示： 正整數(shù)：絕對值以二進制自然碼表示 負整數(shù)：絕對值使用反碼表示

(3)補碼表示： 正整數(shù)：絕對值以二進制自然碼表示 負整數(shù)：絕對值使用補碼表示···符號位數(shù)值部分最低位最高位舉例：

[+43]的8位原碼為：

00101011[-43]的8位原碼為：

10101011(2)帶符號整數(shù)的表示表示方法：用1位表示符號，其余用來表(2)帶符號整數(shù)的表示機器數(shù)編碼

用特定的二進制代碼來表示數(shù)據(jù)或指令的過程在計算機中，所有的數(shù)據(jù)、指令都是用特定的二進制代碼來表示的。對于數(shù)值數(shù)據(jù)來說，我們把該數(shù)據(jù)本身稱為真值，把該數(shù)據(jù)在計算機內(nèi)的二進制形式稱為機器數(shù)。機器數(shù)具有下列特點：

①機器數(shù)有固定的位數(shù)，表示的數(shù)值的范圍是有限制的。

②機器數(shù)把真值的符號數(shù)字化。通常用最高位表示符號。

③真值的小數(shù)點在機器數(shù)中依靠格式上的事先約定來表示。機器數(shù)有原碼、反碼和補碼三種表示方法。(2)帶符號整數(shù)的表示機器數(shù)機器數(shù)有原碼、反碼和補碼三種表(2)帶符號整數(shù)的表示機器數(shù)原碼

規(guī)則是：機器數(shù)的最高位表示符號，“0”表示正、“1”表示負；剩余各位為該數(shù)值的絕對值的二進制表示。在字長8位的計算機中：

[+16]原=00010000 [-16]原=10010000因為[+0]原=00000000、[-0]原=10000000，所以數(shù)值0在原碼中不是唯一的，有“正零”和“負零”之分。 在8位長度的機器數(shù)中，原碼的表示范圍為+127~-127。

在n位長度的機器數(shù)中，原碼的表示范圍為-(2n-1-1)~+(2n-1-1)

。(2)帶符號整數(shù)的表示機器數(shù)帶符號整數(shù)的表示機器數(shù)為什么要引入反碼和補碼？因為制造減法器的元器件比加法器要復雜的多，因此在計算機里減法都是轉化成加法來做的減法可以轉化成加法來做嗎？9-3=6，9+9=6減法就變成加法？時鐘的量程是12，9+9=18=12+6把量程或者計數(shù)器的最大值稱為模，那么這個鐘表的模就是12，對于模12來說，減去3就等于加上9，9就是-3的補碼因此減去一個數(shù)就等于加上一個數(shù)的補碼。帶符號整數(shù)的表示機器數(shù)帶符號整數(shù)的表示機器數(shù)二進制也同樣，減去一個數(shù)等于加上一個數(shù)的補碼，這樣就能把減法轉成加法去做，省掉了制造減法器的巨大開支。求補碼可以有兩種方法1.根據(jù)定義2.根據(jù)規(guī)則在8位二進制里，負數(shù)的補碼就是模-原碼比如-1的補碼就是28=256-1100000000-0000000111111111一般根據(jù)規(guī)則，借助原碼、反碼求出補碼帶符號整數(shù)的表示機器數(shù)(2)帶符號整數(shù)的表示機器數(shù)反碼

規(guī)則是：對于正數(shù)，其反碼與原碼相同；對于負數(shù)，其反碼的符號位為1，數(shù)值位是其絕對值二進制的各位取反。在字長8位的計算機中：

[+16]反=00010000 [-16]反=11101111因為[+0]反=00000000、[-0]反=11111111，所以數(shù)值0在反碼中不是唯一的，也有“正零”和“負零”之分。在8位長度的機器數(shù)中，反碼的表示范圍為+127~-127。

在n位長度的機器數(shù)中，反碼的表示范圍為-(2n-1-1)~+(2n-1-1)

。(2)帶符號整數(shù)的表示機器數(shù)(2)帶符號整數(shù)的表示機器數(shù)補碼

規(guī)則是：對于正數(shù)，其補碼與原碼相同；對于負數(shù)，其補碼的符號位為1，數(shù)值位是其絕對值二進制的各位取反并加1。在字長8位的計算機中：

[+16]補=00010000[-16]反=11101111 [-16]補=11110000數(shù)0的補碼表示是唯一的，[0]補=[+0]補=[-0]補=00000000。(2)帶符號整數(shù)的表示機器數(shù)帶符號整數(shù)的表示機器數(shù)補碼

注意，用補碼表示的數(shù)比用原碼或反碼表示法多一個。這個多出來的一個數(shù)就是-128，-128的補碼就是0。在8位長度的機器數(shù)中，補碼的表示范圍為-128~+127，即-28-1~+(28-1-1)。在n位長度的機器數(shù)中，補碼的表示范圍為-(2n-1)~+(2n-1-1)

。帶符號整數(shù)的表示機器數(shù)(2)帶符號整數(shù)的表示機器數(shù)代碼轉換十進制數(shù)+95

+95=+5FH=+1011111B

真值

+→0 01011111(原碼)∴ [+95]原

=01011111

[+95]反

=01011111

[+95]補

=01011111十進制數(shù)-118

-118=-76H=-1110110B

真值

-→1 11110110(原碼)

10001001(反碼)

10001010(補碼)

∴ [-118]原

=11110110

[-118]反

=10001001

[-118]補

=10001010(2)帶符號整數(shù)的表示機器數(shù)十進制數(shù)+95

+95=帶符號整數(shù)的表示機器數(shù)（原碼、反碼和補碼）在微處理機中，為了統(tǒng)一加減法運算規(guī)則，一般都不設置專門的減法電路。遇到兩個數(shù)相減時，處理器就自動地將減數(shù)取補，而后將被減數(shù)和減數(shù)的補碼相加來完成減法運算。一個負整數(shù)的原碼與它的補碼之和為0，故減去一個正整數(shù)，相當于加上該數(shù)取負后的補碼，以便于計算機處理。因此，在計算機中，加減法多采用補碼運算。采用補碼運算后，其中符號位也當作一位數(shù)一起參加運算。帶符號整數(shù)的表示機器數(shù)（原碼、反碼和補碼）帶符號整數(shù)的表示機器數(shù)代碼轉換例：求+99的原碼、反碼、補碼（設字長為8位）99=64+32+2+1=26+25+21+2099的二進制自然碼：1100011B字長為8位，最高位是符號位，因此(99)原=01100011因為正數(shù)的反碼、補碼和它的原碼相同，所以(99)反=01100011(99)補=01100011帶符號整數(shù)的表示機器數(shù)例：求+99的原碼、反碼、補碼（設字長帶符號整數(shù)的表示機器數(shù)代碼轉換例：求-118的原碼、反碼、補碼（設字長為8位）118=64+32+16+4+2=26+25+24+22+21118的二進制自然碼：1110110B字長為8位，最高位是符號位，因此(-118)原=11110110(-118)反=10001001負數(shù)的補碼是在它的反碼的基礎上，再加1，因此(-118)補=10001010帶符號整數(shù)的表示機器數(shù)例：求-118的原碼、反碼、補碼（設字帶符號整數(shù)的表示機器數(shù)（原碼、反碼和補碼）

注意：在計算機中數(shù)據(jù)的處理不是以“原碼”的形式，而是以“補碼”的形式存在的。在計算機中，為了統(tǒng)一加減法運算規(guī)則，一般都不設置專門的減法電路。遇到兩個數(shù)相減時，處理器就自動地將減數(shù)取補，而后將被減數(shù)和減數(shù)的補碼相加來完成減法運算。一個負整數(shù)的原碼與它的補碼之和為0，故減去一個正整數(shù)，相當于加上該數(shù)取負后的補碼，以便于計算機處理。因此，在計算機中，加減法多采用補碼運算。采用補碼運算后，其中符號位也當作一位數(shù)一起參加運算。帶符號整數(shù)的表示機器數(shù)（原碼、反碼和補碼）帶符號整數(shù)的表示機器數(shù)（原碼、反碼和補碼）結論正整數(shù)的表示方法只有一種，并無原碼、反碼與補碼之分。負整數(shù)的補碼是在原碼的基礎上符號位不變，數(shù)值位逐位取反最末位加1。一個負整數(shù)的反碼的反碼是原碼本身。

一個負整數(shù)的補碼的補碼是原碼本身。(X補)補=X真值(X±Y)補=X補±Y補帶符號整數(shù)的表示機器數(shù)（原碼、反碼和補碼）

十進制數(shù)“-0”，在補碼表示法中，與“+0”是相同的；而在采用原碼、反碼表示時，與“+0”不同。

相同位數(shù)的二進制補碼可表示的數(shù)的范圍比原碼和反碼多一個：補碼中的10000000，表示-128。帶符號整數(shù)的表示十進制數(shù)“-0”，在補碼表示法中，與“+0”帶符號整數(shù)的表示例：求+43和-43的補碼

取反：11010100加1：11010101-43的原碼：10101011補碼：00101011+43的原碼：00101011-43的補碼:11010101（符號位不變?yōu)椤?”）帶符號整數(shù)的表示例：求+43和-43的補碼取反：110101帶符號整數(shù)的表示優(yōu)缺點分析：原碼表示法優(yōu)點：與日常使用的十進制表示方法一致，簡單直觀缺點：加法與減法運算規(guī)則不統(tǒng)一，增加了成本；整數(shù)0有“00000000”和“10000000”兩種表示形式，不方便補碼表示法優(yōu)點：加法與減法運算規(guī)則統(tǒng)一，沒有“-0”,可表示的數(shù)比原碼多一個缺點：不直觀，使用不方便結論：在計算機內(nèi)不采用“原碼”而采用“補碼”的形式表示！帶符號整數(shù)的表示優(yōu)缺點分析：帶符號整數(shù)的表示原碼可表示的整數(shù)范圍8位原碼：-27+1～27-1（-127～127）16位原碼：-215+1～215-1（-32767～32767）n位原碼：-2n-1+1～2n-1-1補碼可表示的整數(shù)范圍8位補碼：-27～27-1（-128～127)16位原碼：-215～215-1（-32768～32767）

n位補碼：-2n-1～2n-1-1-128表示為10000000+127表示為01111111帶符號整數(shù)的表示原碼可表示的整數(shù)范圍-128表示為100帶符號整數(shù)的表示機器數(shù)（原碼、反碼和補碼）例：若X的補碼為10011000，Y的補碼為00110011，則[X]補+

[Y]補的原碼對應的十進制數(shù)值是多少？

先來求X補+Y補10011000+00110011

11001011，現(xiàn)在要求這個數(shù)對應的原碼，(X補)補=X真值對這個數(shù)再求一次補碼就是

10110101，那么這個數(shù)就是對應的真值，110101=25+24+22+21=53帶符號整數(shù)的表示機器數(shù)（原碼、反碼和補碼）帶符號整數(shù)的表示機器數(shù)（原碼、反碼和補碼）例：若X的補碼為10011000，Y的補碼為10110011，則[X]補+

[Y]補的原碼對應的十進制數(shù)值是多少？

先來求X補+Y補10011000+

10110011

101001011，如果字長是8位，那么最高位的1就溢出了，結果變成01001011，這時候就出現(xiàn)了問題，兩個負數(shù)相加卻得到了正數(shù)，說明出錯了，原因是兩個數(shù)相加的結果已經(jīng)超出了8位字長的表示范圍。結論如果同號數(shù)相加，結果出現(xiàn)了符號位不同，就表示出現(xiàn)了溢出，這時要調(diào)整數(shù)的位數(shù)。只有兩個數(shù)都是正數(shù)或都是負數(shù)時才會出現(xiàn)溢出。帶符號整數(shù)的表示機器數(shù)（原碼、反碼和補碼）三種整數(shù)的比較

8位二進制碼表示無符號整數(shù)時的數(shù)值表示帶符號整數(shù)(原碼)時的值表示帶符號整數(shù)(補碼)時的值0000000000000000001111……………………0111111112712712710000000128-0-12810000001129-1-127……………………11111111255-127-1帶符號整數(shù)的表示三種整數(shù)的比較8位二進制碼表示無符號整數(shù)時的數(shù)值表示帶符號1.2.3數(shù)值信息在計算機內(nèi)的表示機器數(shù)移碼

定義是：

[x]移=2n-1+x (2n-1＞x≥-2n-1)在字長8位的計算機中：

[+95]移=11011111 [-95]移=00100001

[+118]移=11110101 [-118]移=10001011移碼的最高位與原碼、反碼和補碼不同。當真值為正時，其最高位為1；當真值為負時，其最高位為0。從形式上看，移碼和補碼除了符號位相反外，其余各位相同。移碼在計算機中主要用來表示浮點數(shù)中的階。87計算機文化基礎1.2.3數(shù)值信息在計算機內(nèi)的表示機器數(shù)87計算機文化基礎1.2.3數(shù)值信息在計算機內(nèi)的表示機器數(shù)BCD碼

將十進制數(shù)表示為二進制的編碼形式，稱為十進制數(shù)的二進制編碼，簡稱二-十進制編碼或BCD(Binary-CodedDecimal)碼。BCD碼使計算機能識別、存儲十進制數(shù)，并能直接使用十進制數(shù)形式進行運算。88計算機文化基礎1.2.3數(shù)值信息在計算機內(nèi)的表示機器數(shù)88計算機文化基礎1.2.3數(shù)值信息在計算機內(nèi)的表示機器數(shù)定點數(shù)和浮點數(shù)

真值的小數(shù)點在機器數(shù)中依靠格式上的事先約定來表示。

定點數(shù)

小數(shù)點的位置在約定中是固定的。

通常，小數(shù)點固定在數(shù)值的最高位之前或最低位之后。浮點數(shù)

小數(shù)點的位置在約定中不是固定的(浮動的)。

任一二進制數(shù)N可表示為：(±M)×2±r

其中：±為尾符、M為尾數(shù)、±為階符、r為階碼

格式：[尾符][階符][階碼][尾數(shù)]

或[階符][階碼][尾符][尾數(shù)]89計算機文化基礎1.2.3數(shù)值信息在計算機內(nèi)的表示機器數(shù)89計算機文化基礎1.2.3數(shù)值信息在計算機內(nèi)的表示浮點表示法規(guī)定：浮點數(shù)是指小數(shù)點的位置不固定的數(shù)，一個浮點數(shù)分為階碼和尾數(shù)兩部分，階碼用于表示小數(shù)點在該數(shù)中的位置，尾數(shù)用于表示數(shù)的有效數(shù)值。由于階碼表示小數(shù)點的位置，所以階碼總是一個整數(shù)，可以是正整數(shù)，也可以是負整數(shù)；尾數(shù)可以采用整數(shù)或純小數(shù)兩種形式。對于任意一個帶符號的二進制數(shù)N的普遍形式可以表示為：S二進制小數(shù)，稱尾數(shù)（包括尾符）；J數(shù)的階碼，二進制整數(shù)表示（包括階符）；R階碼的底，又稱為階碼的基數(shù)，一般為2。90計算機文化基礎1.2.3數(shù)值信息在計算機內(nèi)的表示浮點表示法規(guī)定：浮點數(shù)是91

在十進制中，一個數(shù)可以寫成多種表示形式。例如，83.125可寫成：102×0.83125，103×0.083125，104×0.0083125等。同樣，二進制數(shù)，也可以寫成多種表示形式。例如，二進制數(shù)1011.10101可以寫成： 2100×0.101110101，2101×0.0101110101， 2110×0.00101110101等等。

可以看出，一個實數(shù)能夠用一種普遍的形式來表示：（J稱為階碼，S叫做尾數(shù)）注：階碼的位數(shù)隨數(shù)值表示的范圍而定，尾數(shù)的位數(shù)則依數(shù)的精度要求而定。RJ×S1.2.3數(shù)值信息在計算機內(nèi)的表示計算機文化基礎91在十進制中，一個數(shù)可以寫成多種表示形式。1.2.3數(shù)值信息在計算機內(nèi)的表示

在計算機中一個浮點數(shù)由三部分組成：符號是整個數(shù)的符號，

階碼是整數(shù)，尾數(shù)是純小數(shù)92符號

階碼

尾數(shù)0—正數(shù)1—負數(shù)(110.011)2=1.10011×2+10=11001.1×2-10=0.110011×2+11例

011110011計算機文化基礎1.2.3數(shù)值信息在計算機內(nèi)的表示92符號階碼1.2.3數(shù)值信息在計算機內(nèi)的表示隨堂練習1.在計算機中，數(shù)值為負的整數(shù)一般不采用“原碼”表示，而是采用“補碼”表示，若某帶符號整數(shù)的8位補碼表示為10000001，則該整數(shù)的十進制數(shù)值為____。2.若X的補碼為10011000，Y的補碼為00110011，則[X]補+

[Y]補的原碼對應的十進制數(shù)值是____。

93計算機文化基礎1.2.3數(shù)值信息在計算機內(nèi)的表示隨堂練習93計算機文化基計算機文化基礎第二章計算機系統(tǒng)§2.1計算機系統(tǒng)概述§2.2計算機硬件系統(tǒng)§2.3計算機軟件系統(tǒng)§2.4計算機操作系統(tǒng)計算機文化基礎第二章計算機系統(tǒng)§2.1計算機系統(tǒng)概述§2.1計算機系統(tǒng)概述計算機系統(tǒng)的組成

中央處理器

運算器

(CPU)

控制器

主機 只讀存儲器(ROM)

主存儲器

隨機存儲器(RAM)

硬件系統(tǒng) (內(nèi)存)

高速緩沖存儲器(Cache)

輸入設備

外部設備 輸出設備

(I/O) 輔助存儲器

網(wǎng)絡設備

軟件系統(tǒng)95計算機文化基礎§2.1計算機系統(tǒng)概述計算機系統(tǒng)的組成95計算機文化基礎§2.1計算機系統(tǒng)概述計算機系統(tǒng)的組成硬件系統(tǒng)

操作系統(tǒng)

系統(tǒng)軟件

語言處理程序和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

工具軟件和驅動程序

軟件系統(tǒng)

管理信息系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

應用軟件

辦公自動化軟件和輔助設計軟件

游戲娛樂軟件等96計算機文化基礎§2.1計算機系統(tǒng)概述計算機系統(tǒng)的組成96計算機文化基礎§2.1計算機系統(tǒng)概述計算機硬件和計算機軟件計算機硬件和計算機軟件是計算機系統(tǒng)的必不可少的組成部分，兩者有機結合、互相滲透、互相促進，組成一個統(tǒng)一的整體。在計算機系統(tǒng)中，硬件是整個系統(tǒng)賴以運行的物質基礎，相當于計算機系統(tǒng)的“軀體”，硬件系統(tǒng)的性能決定了整個計算機系統(tǒng)的性能；軟件是人與硬件之間的界面，是計算機系統(tǒng)得以發(fā)揮作用的關鍵，相當于計算機系統(tǒng)的“靈魂”，計算機系統(tǒng)的功能在更大程度上是由所安裝的各種軟件來決定的，一套性能優(yōu)良的計算機硬件能否發(fā)揮其應有的功能，很大程度上取決于所配置的軟件是否完善和豐富。從功能上來講，硬件和軟件之間沒有一個明確的分界線。由硬件實現(xiàn)的功能可以用軟件來實現(xiàn)，稱為硬件軟化；同樣，由軟件實現(xiàn)的功能也可以用硬件來實現(xiàn)，稱為軟件硬化或固化。97計算機文化基礎§2.1計算機系統(tǒng)概述計算機硬件和計算機軟件97計算機文化§2.1計算機系統(tǒng)概述計算機系統(tǒng)的層次結構計算機系統(tǒng)是按照層次結構進行組織的98計算機文化基礎§2.1計算機系統(tǒng)概述計算機系統(tǒng)的層次結構98計算機文化基§2.1計算機系統(tǒng)概述計算機的基本工作原理計算機系統(tǒng)從誕生至今的幾十年來，硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)都已經(jīng)發(fā)生了翻天覆地的變化，計算機系統(tǒng)的性能指標也有了驚人的提高。但就其基本工作原理來說，仍然是以“存儲程序和程序控制”原理為基礎的馮·諾依曼型計算機。馮·諾依曼提出的設計思想包括三個要點：由運算器、控制器、存儲器、輸入設備、輸出設備五大基本部件組成計算機，并規(guī)定了各個部件的基本功能。所有指令和數(shù)據(jù)都用二進制形式表示，指令和數(shù)據(jù)在外形上沒有顯著區(qū)別，但各自代表意義不同。將程序和數(shù)據(jù)都事先存儲在計算機的存儲器中，以便于計算機能夠自動高速地取出指令并加以執(zhí)行。99計算機文化基礎§2.1計算機系統(tǒng)概述計算機的基本工作原理99計算機文化基§2.2計算機硬件系統(tǒng)內(nèi)容：2.2.1計算機硬件的基本組成2.2.2中央處理器2.2.3存儲系統(tǒng)2.2.4輸入輸出設備2.2.5PC機的典型硬件設備100計算機文化基礎§2.2計算機硬件系統(tǒng)內(nèi)容：100計算機文化基礎2.2.1計算機硬件的基本組成硬件系統(tǒng)的組成由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備組成。

以存儲器為中心。101計算機