專轉(zhuǎn)本計算機視頻-全程2016版第1章

第1章信息技術(shù)概述1.1信息與信息技術(shù)1.2數(shù)字技術(shù)基礎(chǔ)1.3微電子技術(shù)簡介1.1信息與信息技術(shù)（1）什么是信息（2）信息技術(shù)與信息產(chǎn)業(yè)（3）信息化與信息社會信息(information)是什么？信息有多種多樣的含義，至今并沒有統(tǒng)一的定義日常生活中比較籠統(tǒng)和模糊的理解是：語言、文字、圖畫、照片等所表達的內(nèi)容、事實或消息讀書、聽課、交談等所學(xué)習(xí)和了解的知識、方法和情況為了做判斷、訂計劃或解決問題等所需要的數(shù)據(jù)和資料···比較正式也比較抽象一些的描述是：

信息是事物運動狀態(tài)和特征的反映信息就是信息，它不是物質(zhì)也不是能量

信息與物質(zhì)、能量是客觀世界的三大構(gòu)成要素。

美國哈佛大學(xué)的研究小組提出了著名的資源三角形：沒有物質(zhì)，什么也不存在；沒有能量，什么也不會發(fā)生；沒有信息，任何事物都沒有意義。信息有哪些性質(zhì)？普遍性：凡有事物的地方，就必然存在信息，信息廣泛存在動態(tài)性：事物是在不斷運動變化之中的，信息也必然隨之而改變時效性：由于信息的動態(tài)性，信息的使用價值會隨著時間而衰減多樣性：語言、文字、聲音、圖片等(通稱為信息的載體或媒體)都是信息的表現(xiàn)形式可傳遞性：信息可通過媒體在人-人，人-物，物-物之間傳遞，信息傳遞才能發(fā)揮信息的作用可共享性：信息與物質(zhì)、能量不同，同一信息在同一時間可被多個主體共有，信息能無限地進行復(fù)制和傳遞，不因使用而有損耗快速增長性：隨著社會的發(fā)展，信息在快速增長！(信息爆炸)什么是信息處理？信息處理指的是與下列內(nèi)容相關(guān)的行為和活動：信息的收集(如信息的感知、測量、獲取、輸入等)信息的傳遞(如郵寄、出版、電報、電話、廣播等)信息的加工(如分類、計算、分析、轉(zhuǎn)換、檢索等)信息的存儲(如書寫、攝影、錄音、錄像等)信息的施用(如控制、顯示、指揮等)人工進行信息處理的過程人工信息處理的不足：

算不快記不住傳不遠

看（聽）不清事物客體信息獲取(感覺器官)信息加工與存儲(大腦)信息傳遞(神經(jīng)系統(tǒng))信息施用(效應(yīng)器官)信息傳遞(神經(jīng)系統(tǒng))信息技術(shù)（IT）手/腳/身眼/耳/鼻/舌/身什么是信息技術(shù)？信息技術(shù)（InformationTechnology，或Information&CommunicationTechnology，簡稱IT或ICT）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)。內(nèi)容包括：

擴展感覺器官功能的感測(獲取)技術(shù)擴展神經(jīng)系統(tǒng)功能的通信技術(shù)擴展大腦功能的計算與存儲技術(shù)擴展效應(yīng)器官功能的控制與顯示技術(shù)擴展神經(jīng)系統(tǒng)功能的通信技術(shù)外部世界事物信息技術(shù)的發(fā)展歷史◎語言的形成和使用

◎文字的創(chuàng)造

◎造紙技術(shù)的出現(xiàn)

◎印刷技術(shù)的發(fā)明◎電報和電話通信

◎廣播、電視

◎雷達、衛(wèi)星

◎計算機

◎因特網(wǎng)

···

第1次信息技術(shù)革命（35000～50000年之前）第3次信息技術(shù)革命第5次信息技術(shù)革命（20世紀40～）第4次信息技術(shù)革命（19世紀30～20世紀40年代）（1000年之前）第2次信息技術(shù)革命（大約3500年之前）現(xiàn)代信息技術(shù)現(xiàn)代信息技術(shù)有什么特征？三大特征：采用微電子和光電子器件以數(shù)字技術(shù)（計算機）為基礎(chǔ)以計算機軟件為核心核心技術(shù)：計算機與軟件、集成電路、通信與互聯(lián)網(wǎng)、自動控制、機器人等現(xiàn)代信息技術(shù)的基礎(chǔ)與核心信息安全信息管理基礎(chǔ)：微(光)電子、數(shù)字技術(shù)、軟件技術(shù)信息獲取信息處理信息傳輸、交換信息存儲信息的隨動執(zhí)行和應(yīng)用集成電路計算機/軟件通信/廣播互聯(lián)網(wǎng)自動控制機器人核心技術(shù)信息技術(shù)對社會和經(jīng)濟的影響信息技術(shù)不斷為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級改造注入新內(nèi)涵，大大提高了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的勞動生產(chǎn)率；信息技術(shù)孕育和催生了許多新興產(chǎn)業(yè)（包括信息產(chǎn)業(yè)），他們在經(jīng)濟增長中占顯著地位；信息技術(shù)的泛在兼容和深度滲透推動了管理扁平化和社會信息化信息技術(shù)推動了經(jīng)濟全球化的發(fā)展，進一步加快了世界各國社會經(jīng)濟的發(fā)展！什么是信息產(chǎn)業(yè)？信息產(chǎn)業(yè)(也稱為“電子信息產(chǎn)業(yè)”)是指信息設(shè)備生產(chǎn)制造，以及利用這些設(shè)備進行信息采集、儲存、傳遞、處理、制作與服務(wù)的所有行業(yè)與部門的總和影視制作,動漫與游戲制作，數(shù)字文化(音樂/美術(shù)/廣告等),電子出版通信與廣播，電子政務(wù)/商務(wù)/金融,網(wǎng)絡(luò)教育,電子醫(yī)療,電子娛樂/游戲信息服務(wù)業(yè)信息內(nèi)容產(chǎn)業(yè)芯片,計算機,手機,通信設(shè)備,數(shù)字電視,軟件,電子器件等信息基礎(chǔ)設(shè)施電信網(wǎng)絡(luò),廣播電視網(wǎng)絡(luò),互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)等的建設(shè)、維護、經(jīng)營和管理信息產(chǎn)業(yè)信息技術(shù)信息設(shè)備制造業(yè)科技進步對人類社會發(fā)展的影響在歷史長河中，一些科學(xué)發(fā)現(xiàn)和技術(shù)發(fā)明曾經(jīng)引發(fā)了一個國家或民族的跨越式發(fā)展和變革，進而導(dǎo)致了人類生活方式或國家的根本性變化蒸汽機的發(fā)明引發(fā)了第一次工業(yè)革命(從英國開始)蒸汽機的發(fā)明，在很短時間內(nèi)，改變了整個世界的面貌(馬克思)電動機和發(fā)電機的發(fā)明引發(fā)了第二次工業(yè)革命電動機和發(fā)電機先后發(fā)明使電氣化與工業(yè)化實現(xiàn)了有機結(jié)合，以美國為代表的工業(yè)化國家利用這一結(jié)合取得了快速的發(fā)展，實現(xiàn)了百年的持續(xù)發(fā)展信息技術(shù)引發(fā)了第三次工業(yè)革命20世紀70年代后，美國面臨以日本為代表的工業(yè)化國家激烈競爭，甚至出現(xiàn)了短暫的被動局面。從20世紀80年代起，美國利用信息技術(shù)實現(xiàn)了近30年的持續(xù)快速發(fā)展，保持了綜合實力的領(lǐng)先地位人類正進入信息社會信息社會信息技術(shù)革命信息資源信息與知識生產(chǎn)……工業(yè)社會工業(yè)革命資本與技術(shù)工業(yè)化生產(chǎn)……農(nóng)業(yè)社會農(nóng)業(yè)革命土地農(nóng)產(chǎn)品種植……產(chǎn)業(yè)革命推動社會變革人類正進入信息社會信息技術(shù)不斷創(chuàng)新信息產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展信息網(wǎng)絡(luò)廣泛普及什么是信息化2000年“全球信息社會沖繩憲章”明確提出：

（G-8:“OkinawaCharteronGlobalInformationSociety”）信息技術(shù)是影響21世紀發(fā)展的最強勁的驅(qū)動力量信息化---由信息技術(shù)驅(qū)動的經(jīng)濟和社會的變革信息化的本質(zhì)是利用信息技術(shù)幫助社會個人和群體有效利用知識和新思想，從而能建成充分發(fā)揮人的潛力，實現(xiàn)其抱負的信息社會。我國信息化建設(shè)的歷程1956～1966“艱苦創(chuàng)業(yè)”階段1958年研制成第1臺電子計算機，1964年人造地球衛(wèi)星上天，1965年第1塊集成電路問世1966～1978“曲折發(fā)展”階段研制成集成電路計算機，彩色電視劇，通信衛(wèi)星 1978～1999“改革開放開創(chuàng)新局”階段研制成巨型計算機，推廣漢字信息處理應(yīng)用，建設(shè)“金橋”、“金卡”、“金關(guān)”等重大信息系統(tǒng) 2000年起“全方位高效益推進”階段信息化建設(shè)進入全方位、高效益、深層次發(fā)展的新時代，2006年發(fā)布“國家信息化發(fā)展戰(zhàn)略”2015年3月全國人大政府工作報告提出，“制定‘互聯(lián)網(wǎng)+’行動計劃,推動移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等與現(xiàn)代制造業(yè)結(jié)合，促進電子商務(wù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)金融健康發(fā)展，引導(dǎo)互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)拓展國際市場?！?/p>

“互聯(lián)網(wǎng)+”代表一種新的經(jīng)濟形態(tài)，即充分發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)在生產(chǎn)要素配置中的優(yōu)化和集成作用，將互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新成果深度融合于經(jīng)濟社會各領(lǐng)域之中，提升實體經(jīng)濟的創(chuàng)新力和生產(chǎn)力，形成更廣泛的以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)設(shè)施和實現(xiàn)工具的經(jīng)濟發(fā)展新形態(tài)‘互聯(lián)網(wǎng)+’行動計劃1.2

數(shù)字技術(shù)基礎(chǔ)

1.2.1比特 1.2.2比特與二進制數(shù) 1.2.3信息在計算機中的表示 1.2.4比特的運算 1.2.5小結(jié)(1)什么是比特？比特（bit，binarydigit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和1，一般無大小之分如同DNA是人體組織的最小單位、原子是物質(zhì)的最小組成單位一樣，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比特在計算機中如何表示？在計算機中表示與存儲二進位的方法：電路的高電平狀態(tài)或低電平狀態(tài)(CPU)電容的充電狀態(tài)或放電狀態(tài)(RAM)兩種不同的磁化狀態(tài)(磁盤)光盤面上的凹凸?fàn)顟B(tài)(光盤)···例1：CPU內(nèi)部比特的表示CPU內(nèi)部通常使用高電平表示1，低電平表示00.0V0.4V1.8V2.3V010V+2v010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2：磁盤中比特的表示與存儲磁性材料粒子磁頭，用于寫入和讀出信息“0”“1”旋轉(zhuǎn)方向磁盤片例3：內(nèi)存儲器中比特的存儲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電容C處于充電狀態(tài)時，表示1電容C處于放電狀態(tài)時，表示0存儲單元字線位線C讀放大器半導(dǎo)體存儲器：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，可存儲大量二進位信息易失性存儲器：斷電后信息不再保持！

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)存儲器容量的計量單位：KB:1KB=210字節(jié)=1024B（千字節(jié)）MB:1MB=220字節(jié)=1024KB（兆字節(jié)）GB:1GB=230字節(jié)=1024MB（吉字節(jié)、千兆字節(jié)）TB:1TB=240字節(jié)=1024GB（太字節(jié)、兆兆字節(jié)）輔助存儲器容量經(jīng)常使用10的冪次來計算：1MB＝103KB

＝1000KB1GB＝106KB

＝1000000KB1TB＝109

KB

=1000000000KB例：手機容量32GB的機身存儲為什么32GB顯示出來的容量只有24.61GB？16GB的SD卡顯示出來的容量只有14.83GB？16GB的附加SD卡原因:前綴名稱前綴符號十進制前綴二進制前綴比值kilok/K103210=1,0240.976megaM106220=1,048,5760.954gigaG109230=1,073,741,8240.931teraT1012240=1,099,511,627,7760.909petaP1015250=1,125,899,906,842,6240.888exaE1018260=1,152,921,504,606,846,9760.867zettaZ1021270=1,180,591,620,717,411,303,4240.847yottaY1024280=

1,208,925,819,614,629,174,706,1760.827相同的符號，有兩種不同的含義！廠商標(biāo)注的容量使用十進制前綴操作系統(tǒng)顯示的容量使用二進制前綴不同進位制前綴的使用場合內(nèi)存、cache、半導(dǎo)體存儲器芯片的容量均使用二進制前綴：512MB的內(nèi)存條（其中1M＝220

）256KB的cache（其中1K＝210

）文件和文件夾的大小使用二進制前綴頻率、傳輸速率等使用十進制前綴：主頻1GHz（1G＝109）傳輸速率100Mbps（其中1M＝106）輔助存儲器（硬盤、DVD光盤、U盤、存儲卡等）容量：廠商標(biāo)注的容量使用十進制前綴操作系統(tǒng)顯示的容量使用二進制前綴解決方案：使用兩種不同的前綴符號已經(jīng)采用IEC建議符號的有：MozillaFirefox，BitTornado，Linux，以及其他一些GNU自由軟件尚未采用IEC建議符號的有：微軟公司、蘋果公司等前綴名稱前綴符號十進制值二進制值比值IEC建議二進制前綴符號kilok/K103210=1,0240.976kibi-KimegaM106220=1,048,5760.954mebi-MigigaG109230=1,073,741,8240.931gibi-GiteraT1012240=1,099,511,627,7760.909tebi-TipetaP1015250=1,125,899,906,842,6240.888pebi-PiexaE1018260=0.867exbi-EizettaZ1021270=0.847zebi-ZiyottaY1024280=

0.827yobi-Yi比特的傳輸信息是可以傳輸?shù)?，信息只有通過傳輸和交流才能發(fā)揮它的作用在數(shù)字通信技術(shù)中，信息的傳輸是通過比特的傳輸來實現(xiàn)的近距離傳輸時：直接將用于表示“0/1”的電信號或光信號（稱為基帶信號）進行傳輸（稱為基帶傳輸），例如：計算機讀/寫移動硬盤中的文件；打印機打印文檔的內(nèi)容；計算機通過投影儀進行顯示遠距離傳輸或者無線傳輸時：需要使用調(diào)制技術(shù)（參見第4章第1節(jié)）比特的傳輸速率傳輸速率表示每秒鐘可傳輸?shù)亩M位數(shù)目，常用單位是：比特/秒(b/s)，也稱“bps”。如2400bps(2400b/s)千比特/秒(kb/s)，1kb/s=103比特／秒=1000b/s兆比特/秒(Mb/s)，1Mb/s=106比特／秒=1000kb/s吉比特/秒(Gb/s)，1Gb/s=109比特／秒=1000Mb/s太比特/秒(Tb/s)，1Tb/s=1012比特／秒=1000Gb/s(2)比特與二進制數(shù)（1）不同進位制數(shù)的表示和含義（2）不同進位制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換（3）二進制數(shù)的算術(shù)運算不同進位制數(shù)的表示和含義

“數(shù)”是一種信息，它有大?。〝?shù)值），可以進行四則運算

“數(shù)”有不同的表示方法。日常生活中人們使用的是十進制數(shù)，但計算機使用的是二進制數(shù)，程序員還使用八進制和十六進制數(shù)。二進制數(shù)，八進制和十六進制數(shù)怎樣表示？其數(shù)值如何計算？十進制數(shù)每一位可使用十個不同數(shù)字表示（0、1、2、3、4、5、6、7、8、9）低位與高位的關(guān)系是：逢10進1各位的權(quán)值是10的整數(shù)次冪（基數(shù)是10）標(biāo)志：尾部加“D”或缺省例：2×1026×1014×1009×10－16×10－2264.96=200+60+4+0.9+0.06=264.96二進制數(shù)每一位使用兩個不同數(shù)字表示（0、1），即每一位使用1個“比特”表示低位與高位的關(guān)系是：逢2進1

各位的權(quán)值是2的整數(shù)次冪（基數(shù)是2）標(biāo)志：尾部加B例：1×220×211×200×2－11×2－2101.01B=4＋0＋1＋0＋1/4

＝5.25八進制數(shù)每一位使用八個不同數(shù)字表示（0、1、2、3、4、5、6、7）低位與高位的關(guān)系是：逢8進1

各位的權(quán)值是8的整數(shù)次冪（基數(shù)是8）標(biāo)志：尾部加Q例：

365.2Q=3×826×815×802×8－1192＋48＋5＋2/8

＝245.25十六進制數(shù)每一位使用十六個數(shù)字和符號表示（0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F）逢16進1,基數(shù)為16各位的權(quán)值是16的整數(shù)次冪（基數(shù)是16）標(biāo)志：尾部加H例：

F5.4H=15×1615×1604×16－1240＋5＋4/16

＝245.25不同進位制數(shù)的比較十進制二進制八進制十六進制零0000000壹1000111貳2001022叁3001133肆4010044伍5010155陸6011066柒7011177捌81000108玖91001119拾10101012A拾壹11101113B拾貳12110014C拾叁13110115D拾肆14111016E拾伍15111117F不同進制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換熟練掌握不同進制數(shù)相互之間的轉(zhuǎn)換，在編寫程序和設(shè)計數(shù)字邏輯電路時很有用只要學(xué)會二進制數(shù)與十進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換，與八進制、十六進制數(shù)的轉(zhuǎn)換就不在話下了十進制數(shù)二進制數(shù)轉(zhuǎn)換方法： 整數(shù)和小數(shù)放開轉(zhuǎn)換整數(shù)部分：除以2逆序取余小數(shù)部分：乘以2順序取整例如：29.6875

11101.1011B

注意：十進制小數(shù)（如0.63）在轉(zhuǎn)換時會出現(xiàn)二進制無窮小數(shù)，這時只能取近似值0.63

0.10101010…129371421222200111余數(shù)低位高位整數(shù)部分小數(shù)部分0.6875×21.37500.75001.50001.0000×2×2×2高位低位二進制數(shù)十進制數(shù)轉(zhuǎn)換方法：二進制數(shù)的每一位乘以其相應(yīng)的權(quán)值，然后累加即可得到它的十進制數(shù)值例：11101.1011B=1×24＋1×23＋1×22＋0×21＋1×20

＋1×2－1＋0×2－2＋1×2－3＋1×2－4

=29.6875

記住2n的值很有用！21=222=423=824=1625=3226=6427=12828=25629=512210=1024=1K211=2048212=4096213=8192214=16384215=32768216=65536···220=1M230=1G240=1T250=1P260=1E270=1Z二進制十進制值0.1 0.50.01 0.250.11 0.750.001 0.1250.011 0.3750.101 0.6250.111 0.875記住常用二進制小數(shù)的值！舉例：二進制整數(shù)的表示范圍十進制數(shù)可表示數(shù)的數(shù)目可表示的最大數(shù)二進制數(shù)可表示數(shù)的數(shù)目可表示的最大數(shù)2位102=100994位24=161111=153位103=10009998位28=25611111111=2554位104=10000999916位216=6553611···111=655355位105=1000009999932位232=

11····111=232-16位106=100000099999964位264=1611······111=264-1八進制數(shù)與二進制數(shù)的互換八進制→二進制：把每個八進制數(shù)字改寫成等值的3位二進制數(shù)，且保持高低位的次序不變例：2467.32Q

→010100110111.011010B二進制→八進制：整數(shù)部分從低位向高位每3位用一個等值的八進制數(shù)來替換，不足3位時在高位補0湊滿3位；小數(shù)部分從高位向低位每3位用一個等值八進制數(shù)來替換，不足3位時在低位補0湊滿三位例：

1101001110.11001B

→001101001110.110010B

→1516.62Q

八進制數(shù)二進制數(shù)八進制數(shù)二進制數(shù)

000041001001510120106110301171111位八進制數(shù)與3位二進制數(shù)的對應(yīng)關(guān)系：十六進制數(shù)與二進制數(shù)的互換轉(zhuǎn)換方法：與八、二進制互換的方法類似例1：35A2.CFH

→11010110100010.11001111B例2：1101001110.110011B→34E.CCH十六進制數(shù)二進制數(shù)十六進制數(shù)二進制數(shù)

0000081000

1000191001

20010A1010

30011B1011

40100C110050101D110160110E111070111F11111位十六進制數(shù)與4位二進制數(shù)的對應(yīng)關(guān)系：二進制數(shù)的算術(shù)運算1位二進制數(shù)的加、減法運算規(guī)則：被加數(shù)加數(shù)進位和

0000010110011110（a）加法規(guī)則被減數(shù)減數(shù)借位差

0000011110011100（b）減法規(guī)則2個多位二進制數(shù)的加、減法運算舉例：01011001+0100－010010010101由低位到高位逐位進行,低位向高位進(借)位！(3)信息在計算機中的表示（1）數(shù)值的表示（2）(西文)字符的表示（3）(黑白)圖像的表示帶符號整數(shù)的表示浮點數(shù)(實數(shù))的表示無符號整數(shù)的表示無符號整數(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)

00000000010000000120000001030000001140000010050000010125211111100253111111012541111111025511111111······無符號整數(shù)應(yīng)用舉例二進位數(shù)目數(shù)目可表示的正整數(shù)數(shù)值范圍應(yīng)用舉例810~28-1標(biāo)準ASCII字符；256灰階的灰度圖像的像素1620~216-1雙字節(jié)編碼的漢字；UnicodeUTF-16編碼的ASCII字符3240~232-1（4,294,967,296）32位CPU的內(nèi)存地址；互聯(lián)網(wǎng)IP協(xié)議（v.4）的IP地址；彩色圖像的1個像素（含R、G、B三基色和Alpha平面）4050~240-1（1099511627776）接入WiFi時使用的密鑰長度之一（10位十六進制數(shù)）4860~248-1（約2.8x1014）連接以太網(wǎng)或WiFi時計算機/手機的物理地址（MAC地址）6480~264-1（約1.8x1019）當(dāng)前主流電腦和智能手機中64位CPU的內(nèi)存地址；128160~2128-1（約3.4x1038）IP協(xié)議第6版（v.6）使用的IP地址；手機SIM卡中用于用戶身份認證的密鑰10241280~21024-1（約1.8x10308）網(wǎng)上銀行U盾中數(shù)字證書所含公鑰加密算法RSA使用的密鑰（有些使用2048位）帶符號整數(shù)的表示（1）表示方法：用一位表示符號，其余用來表示數(shù)值部分符號用最高位表示：“0”表示正號(+),“1”表示負號(-)數(shù)值部分有兩種表示方法： (1)原碼表示： 整數(shù)的絕對值以二進制自然碼表示 (2)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原碼表示舉例：

[+43]的8位原碼為：00101011[-43]的8位原碼為：

10101011

帶符號整數(shù)的表示（2）負數(shù)(的絕對值)如何用補碼表示？先把絕對值表示為自然碼將自然碼的每一位取反碼在最低位加“1”例1:[-43]用8位補碼表示所以：[-43]

的8位補碼為：11010101例2：[-64]用8位補碼表示所以：[-64]

的8位補碼為：1100000043=>0101011取反：1010100加1：101010164=>1000000取反：0111111加1：1000000

帶符號整數(shù)的表示（3）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，人使用不方便結(jié)論：帶符號整數(shù)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（4）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)

n位補碼：-2n-1～2n-1-1-128表示為10000000+127表示為01111111-2n-1表示為10000···0002n-1-1表示為01111···111三種不同長度的帶符號整數(shù)整數(shù)類型格式可表示的數(shù)值范圍16位整數(shù)16個二進位，補碼表示－215～215－1（－32768～32767）短整數(shù)32個二進位，補碼表示－231～231－1（－2147483648～2147483647）長整數(shù)64個二進位，補碼表示－263～263－1（－8～7小結(jié)：3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計算機中整數(shù)有多種，同一個二進制代碼表示不同類型的整數(shù)時，其含義（數(shù)值）可能不同一個代碼它到底代表哪種整數(shù)（或其它東西），是由指令決定的

實數(shù)的特點與表示方法

特點：既有整數(shù)部分又有小數(shù)部分，小數(shù)點位置不固定整數(shù)和純小數(shù)是實數(shù)的特例任何一個實數(shù)總可以表達成一個乘冪和一個純小數(shù)之積例如：

56.725=0.56725×102－0.0034756=-0.34756×10－2實數(shù)的表示方法（浮點表示法）：用3個部分表示乘冪中的指數(shù)：表示實數(shù)中小數(shù)點的位置純小數(shù)部分(尾數(shù))：表示實數(shù)中的有效數(shù)字部分數(shù)的正負(符號)

二進制實數(shù)的浮點表示與十進制實數(shù)一樣，二進制實數(shù)也可用浮點表示例如：.011B=+0.1001011B×2100 －0.0010101B=－0.10101B×2－10可見，任一個二進制實數(shù)N均可表示為： N=±S×2P（其中，±是該數(shù)的符號；S是N的尾數(shù)；P是N的階碼）因此，32位的單精度浮點數(shù)在計算機中可表示為：尾數(shù)符號位8位23位階碼文字符號在計算機中的表示日常使用的書面文字由一系列稱為“字符”(character)的書寫符號所構(gòu)成計算機中常用字符的集合叫做“字符集”西文字符集中文(漢字)字符集（參見第5章）最常用的西文字符集是ASCII(AmericanStandardCodeforInformationInterchange)字符集包含96個可打印字符和32個控制字符每個字符采用7個二進位進行編碼計算機中使用1個字節(jié)存儲1個ASCII字符

標(biāo)準ASCII字符集及其碼表

b6b5b4b3b2b1b0

012345670123456789ABCDEFb6b5b4b3b2b1b00110100110101196個可打印字符32個控制字符圖像在計算機中如何表示？把圖像離散成為M列、N行，這個過程稱為圖像的取樣經(jīng)過取樣之后，圖像就分解成為M×N個取樣點，每個取樣點稱為圖像的一個“像素”如果是黑白圖像，每個像素只有2個值：黑(0)/白(1)，所以每個像素用一個二進位表示因此，一幅黑白圖像可使用一個矩陣表示灰度圖像和彩色圖像的表示比較復(fù)雜些(參見第5章)

舉例：黑白圖像的表示每個像素使用1個比特表示：0=黑；1=白000111110000010100000110100110110001010000101001010100100010001001001101010010010010101100001010010001000100100101000001010100001110100001000000001101100101101000001010000010000100101100001001001001000010010000101000100101010110101000000000000010000010101000000001000101000010010000001100100101011001001000關(guān)于信息表示的小結(jié)計算機（包括其它數(shù)字設(shè)備）中所有信息都使用比特（二進位）表示例如數(shù)值、文字符號、圖像、聲音、動畫、溫度、壓力、運動等，包括指揮計算機工作的軟件（程序），也是用二進位表示的只有使用比特表示的信息計算機才能進行處理、存儲和傳輸！(4)比特的基本運算比特的3種基本邏輯運算邏輯加：F=A∨

B（“或”運算）邏輯乘：F=A∧B（“與”運算）取反：F=NOTA（“否定”運算）

ABA∨B000011101111

ABA∧B000010100111

ANOTA0110EFABEFABAEFR開關(guān)閉合＝1，斷開＝0邏輯運算可以用開關(guān)電路實現(xiàn)！兩個多位數(shù)的邏輯運算按位獨立進行邏輯運算，每一位都不受其它位的影響例1 A: 0110 B:∨1010

F: 1110例3 A:0110

NOTA: 1001

例2 A:0110 B:∧1010

F:0010

例4 B:1010

NOTB:0101晶體管是一種電子開關(guān)使用機械開關(guān)實現(xiàn)邏輯操作速度太慢，工作也不可靠！晶體管好像是一個電子開關(guān),它工作在兩種狀態(tài)：導(dǎo)通狀態(tài)/絕緣狀態(tài)，效果相當(dāng)于A和B之間的接通或斷開開關(guān)斷開AB開關(guān)接通ABABG晶體管的兩種狀態(tài)(通/斷)由控制端G的電壓決定全加器和兩個4位二進制數(shù)加法的實現(xiàn)兩個4位二進制數(shù)的加法器半加器半加器AiBiCi-1AiBiCi-1SiSi≥1CiSiCi∑AiBiCi-1AiBiCi-1小結(jié)：二進制的運算二進制數(shù)的運算有2類：邏輯運算：∨，∧，NOT.按位進行，不考慮進位算術(shù)運算:+,-,x,/.從低位到高位逐位進行，需考慮低位的進位(借位)邏輯運算可以用門電路（與門、或門、非門等）實現(xiàn)算術(shù)運算可以表達為邏輯運算，因此二進制數(shù)的四則運算同樣也可以使用門電路來實現(xiàn)成千上萬個門電路可以制作在集成電路上，工作速度極快，因而能高速度地完成二進制數(shù)的各種運算小結(jié)：用比特表示信息的優(yōu)點比特只有0和1兩個符號，具有2個狀態(tài)的器件和裝置就能表示和存儲比特，而制造兩個穩(wěn)定狀態(tài)的電路又很容易比特的運算規(guī)則很簡單，使用門電路就能高速度地實現(xiàn)二進制數(shù)的算術(shù)和邏輯運算比特不僅能表示“數(shù)”，而且能表示文字、符號、圖像、聲音，可以毫不費力地相互組合，開發(fā)“多媒體”應(yīng)用信息使用比特表示以后，可以通過多種方法進行“數(shù)據(jù)壓縮”，從而大大降低信息傳輸和存儲的成本。使用比特表示信息后，只要再附加一些額外的比特，就能發(fā)現(xiàn)甚至糾正信息傳輸和存儲過程中的錯誤，大大提高了信息系統(tǒng)的可靠性1.3微電子技術(shù)簡介（1）微電子技術(shù)與集成電路（2）集成電路的制造（3）集成電路的發(fā)展趨勢（4）IC卡(1)微電子技術(shù)與集成電路微電子技術(shù)是信息技術(shù)領(lǐng)域中的關(guān)鍵技術(shù)，是發(fā)展電子信息產(chǎn)業(yè)和各項高技術(shù)的基礎(chǔ)微電子技術(shù)的核心是集成電路技術(shù)什么是電子電路？電路板電子電路由電阻，電容，電感和二極管、晶體管等元器件組成，它們通過導(dǎo)線連接起來，使電流在其中流動，完成信號的生成、放大、變換或傳輸?shù)裙δ苓^去，電路由單個元器件（分立元件）和電線連接而成，現(xiàn)在則大多制作成集成電路形式電子電路中元器件的發(fā)展演變晶體管(1948)中/小規(guī)模集成電路(1950’s)微電子技術(shù)是以集成電路為核心的電子技術(shù)，它是在電子元器件小型化、微型化的過程中發(fā)展起來的。大規(guī)模/超大規(guī)模集成電路(1970’s)電子管(1904)什么是集成電路？集成電路

(IntegratedCircuit，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：體積小、重量輕功耗小、成本低速度快、可靠性高超大規(guī)模集成電路小規(guī)模集成電路各種各樣的集成電路IC是所有電子產(chǎn)品的核心集成電路的分類按用途分：通用集成電路專用集成電路（ASIC）按電路的功能分：數(shù)字集成電路模擬集成電路按晶體管結(jié)構(gòu)、電路和工藝分：雙極型（Bipolar）電路金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)電路······按集成度(芯片中包含的元器件數(shù)目)分：集成電路規(guī)模元器件數(shù)目小規(guī)模集成電路（SSI）＜100中規(guī)模集成電路（MSI）100~3000大規(guī)模集成電路（LSI）3000~10萬超大規(guī)模集成電路（VLSI）10萬~幾十億極大規(guī)模集成電路（ULSI）＞100萬(2)集成電路的制造集成電路的制造工序繁多，從原料熔煉開始到最終產(chǎn)品包裝大約需要400多道工序，工藝復(fù)雜且技術(shù)難度非常高，有一系列的關(guān)鍵技術(shù)。許多工序必須在恒溫、恒濕、超潔凈的無塵廠房內(nèi)完成。興建一個有兩條生產(chǎn)線能加工8英寸晶圓的集成電路工廠需投資人民幣10億元以上。Corei7/i5/i3CPU的LGA封裝）主板上的CPU插座集成電路的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(3)集成電路的發(fā)展趨勢集成電路的工作速度主要取決于晶體管的尺寸。晶體管的尺寸越小，其極限工作頻率越高，門電路的開關(guān)速度就越快，相同面積的晶片可容納的晶體管數(shù)目就越多。所以從集成電路問世以來，人們就一直在縮小晶體管、電阻、電容、連接線的尺寸上下功夫。IC集成度提高的規(guī)律Moore定律：單塊集成電路的集成度平均每18個月翻一番(GordonE.Moore,1965年)例：Intel微處理器集成度的發(fā)展酷睿2雙核

（2006） 291～410M晶體管酷睿2四核

（2007） 820M晶體管Corei7六核（2010）>10億晶體管100019701975198019851990199520001000010000010610x106100x10640048008808080868028680386PentiumPentiumIIPentiumIIIPentium4晶體管數(shù)8048620101000x106CORE2DuoCORE2QuadCOREi7集成電路技術(shù)的發(fā)展趨勢199920012004200820102014工藝(μm)