計算機導(dǎo)論（第5版） 課件 袁方 第1-3章 計算機發(fā)展簡史、計算機專業(yè)知識體系、計算機中的數(shù)據(jù)表示

計算機導(dǎo)論第1章計算機發(fā)展簡史目錄CONTENTS03計算機的分類01電子計算機的誕生02電子計算機的發(fā)展040506計算機的特點計算機的應(yīng)用領(lǐng)域中國計算機發(fā)展簡史電子計算機的誕生早期計算工具；機械計算機；機電計算機；電子計算機/01早期計算工具手指：最早幫助人們計數(shù)（計算）的工具是人的手指，十進(jìn)制計數(shù)法是人們最習(xí)慣的計數(shù)方式。結(jié)繩：事大，大結(jié)其繩，事小，小結(jié)其繩；結(jié)之多少，隨物眾寡。算籌：我國古代著名數(shù)學(xué)家祖沖之的圓周率（3.1415926~3.1415927）就是借助算籌計算出來的。

成語“運籌帷幄之中，決勝千里之外”的籌也是指算籌。

算盤：算盤（珠算）是我國古代的重大發(fā)明，距今已有1800多年的歷史，被譽為“世界上最古老的計算機”。2013年12月4日，聯(lián)合國教科文組織正式將中國珠算列入人類非物質(zhì)文化遺產(chǎn)名錄。在現(xiàn)代電子計算器普及之前，我國最常用的日常簡易計算工具就是算盤，一直應(yīng)用到20世紀(jì)80~90年代。計算尺：利用對數(shù)原理，把要計算的數(shù)字轉(zhuǎn)換成度量尺的數(shù)碼，對這些數(shù)碼進(jìn)行處理，得出計算結(jié)果。早期計算工具1642年，法國科學(xué)家帕斯卡（帕斯卡定律的發(fā)現(xiàn)者）發(fā)明了齒輪式能進(jìn)行加減法運算的機械計算機Pascaline。1673年，德國數(shù)學(xué)家萊布尼茨建造了一臺能進(jìn)行加減乘除四則運算的機械式手搖計算機。1872年，美國人弗蘭克·鮑德溫開始建立美國的手搖計算機工業(yè)。在電子計算器出現(xiàn)之前，手搖計算機是得到廣泛使用的計算工具。機械計算機1822年，英國數(shù)學(xué)家巴貝奇研制成功差分機。差分機由多個直立的銅柱組成，每個銅柱上等距離地垂直裝配有6個齒輪，每個齒輪對應(yīng)的字輪上都刻有數(shù)字0～9，不同位置的字輪代表十進(jìn)制數(shù)的不同位，通過齒輪彼此間的咬合傳動完成自動計算。1834年，巴貝奇設(shè)計出了分析機模型，這個模型包括了現(xiàn)代計算機所具有的5個基本組成部分：輸入裝置、輸出裝置。存儲裝置、控制裝置。資料處理裝置（用于完成運算）。機械計算機1886年美國統(tǒng)計學(xué)家霍勒瑞斯用電磁繼電器代替一部分機械元件，制成了第一臺機電穿孔卡系統(tǒng)—制表機。由于繼電器是一種集機械、電子元件于一體的器件，所以以繼電器為主要元件的計算機稱為機電計算機。1896年霍勒瑞斯成立了制表機公司，1911年制表機公司與另兩外兩家公司合并，成立了CTR公司，1924年CTR公司改名為IBM公司。機電計算機1941年，德國工程師朱斯研制成功全部采用繼電器的計算機Z-3。1944年，美國哈佛大學(xué)教授艾肯設(shè)計的部分采用繼電器的機電計算機—馬克一號投入運行。1947年，艾肯又領(lǐng)導(dǎo)研制成功一臺全部使用繼電器的機電計算機—馬克二號。機電計算機1937年，美國衣阿華州立學(xué)院的阿塔納索夫教授就開始進(jìn)行研制電子計算機的探索，提出了電子計算機設(shè)計方案，并與貝利合作在1942年研制出名為ABC的世界上第一臺電子計算機。第一臺電子計算機1946年2月15日，世界上第一臺通用電子計算機—電子數(shù)字積分和計算機（ENIAC，埃尼阿克）在美國賓夕法尼亞大學(xué)誕生。電子計算機ENIAC的設(shè)計者莫奇利曾經(jīng)參觀過ABC樣機，并看過阿塔納索夫關(guān)于電子計算機設(shè)計的記事本。36歲的莫奇利提出總體設(shè)計，24歲的埃克特負(fù)責(zé)工程技術(shù)問題。第一臺通用電子計算機第一臺通用電子計算機埃尼阿克（ENIAC）的基本信息占地面積170平方米，耗資近49萬美元，重30噸。使用了大約18000只電子管，1500個繼電器，70000只電阻，18000只電容。運算速度為每秒5000次加法。作為歷史上第一臺投入使用的電子計算機，ENIAC是計算工具發(fā)展史上的重要里程碑。1944年夏天，ENIAC研制組的重要成員戈爾斯坦偶遇著名數(shù)學(xué)家馮·諾依曼，后者詳細(xì)了解了正在研制中的ENIAC的特點及不足。1945年6月30日，馮·諾依曼和ENIAC研制小組共同總結(jié)的EDVAC設(shè)計方案發(fā)布，基于EDVAC方案的計算機稱為馮?諾依曼計算機。馮?諾依曼計算機的技術(shù)要素：存儲程序、二進(jìn)制、5個基本組成部分。馮?諾依曼計算機馮·諾依曼在數(shù)學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)、物理學(xué)、博弈論和數(shù)值分析等領(lǐng)域都有杰出的貢獻(xiàn)。他的數(shù)學(xué)功底為進(jìn)行計算機的邏輯設(shè)計奠定了堅實的基礎(chǔ)。電子計算機的發(fā)展第一代至第四代計算機；第五代計算機；量子計算機；計算機的發(fā)展趨勢/02第一代計算機主要特點用電子管代替機械齒輪和繼電器作為基本元器件，運算速度一般為每秒幾千次至幾萬次。采用二進(jìn)制形式存儲數(shù)據(jù)。程序設(shè)計語言為機器語言和匯編語言。程序可以存儲，使用水銀延遲線、靜電存儲管、磁鼓、磁芯等作為存儲器。輸入輸出裝置主要用穿孔卡片，速度很慢。第一代計算機應(yīng)用領(lǐng)域在主要用于科學(xué)計算的同時，開始應(yīng)用于數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域。代表機型

IBM700系列。第二代計算機主要特點用晶體管代替了電子管。采用磁芯存儲器作主存（內(nèi)存）、磁盤與磁帶作輔存（外存）。出現(xiàn)了Fortran等高級語言，出現(xiàn)了操作系統(tǒng)的雛形—監(jiān)控程序。出現(xiàn)了超級計算機。第二代計算機應(yīng)用領(lǐng)域科學(xué)計算：數(shù)據(jù)量不大，運算強度大。數(shù)據(jù)處理：數(shù)據(jù)量大，訪問量大，運算強度不大。實時控制：實時性要求高。代表機型IBM7000系列。第三代計算機主要特點用集成電路取代了晶體管，體積大為縮小。用半導(dǎo)體存儲器淘汰了磁芯存儲器。走向了系列化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化。操作系統(tǒng)有了很大發(fā)展，出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)化、模塊化程序設(shè)計方法。出現(xiàn)了價格便宜的小型計算機，拓展了計算機的應(yīng)用范圍。第三代計算機應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步拓展。代表機型IBM360

系統(tǒng)。第四代計算機主要特點用微處理器或超大規(guī)模集成電路取代了普通集成電路。存儲容量進(jìn)一步擴大。高級程序設(shè)計語言得到廣泛應(yīng)用。微型計算機進(jìn)入了千家萬戶。第四代計算機主要特點互聯(lián)網(wǎng)廣泛應(yīng)用，形成所謂的地球村。超級計算機也得到快速發(fā)展。移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代信息技術(shù)廣泛應(yīng)用于人們的日常工作與生活中。第四代計算機應(yīng)用領(lǐng)域幾乎覆蓋到人類生活的各個領(lǐng)域。代表機型IBM4300系列、3080系列、3090系列、eServerz900系列、eServerz990系列、zEnterpriseEC12系列、z15、z16。聯(lián)想、惠普、戴爾的臺式機/筆記本，蘋果的iPad。第五代計算機研究目標(biāo)20世紀(jì)80年代初，日本、美國等國家先后提出了研制第五代計算機的計劃。研究目標(biāo)是打破馮·諾依曼計算機的體系結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)計算機的智能化，主要包括知識庫、推理機和智能化的人機接口等三個主要組成部分，知識庫用于存放知識，推理機就是具有推理功能的程序，人機接口用于人操作使用計算機。由于各種因素的制約，并沒有完全實現(xiàn)預(yù)期的研究目標(biāo)，所以目前使用的計算機仍屬于第四代計算機。量子計算機量子計算機的概念在人們繼續(xù)開發(fā)新技術(shù)不斷提高電子計算機性能的同時，也在進(jìn)行量子計算機、生物計算機和光計算機等新一代計算機的研究和探索。其中，近幾年量子計算機的研制有比較大的進(jìn)展。。量子計算機是一種基于量子力學(xué)理論和量子器件進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)處理的計算機。量子器件是以量子效應(yīng)為工作基礎(chǔ)的器件。量子計算機被認(rèn)為是最有應(yīng)用前景的新一代計算機技術(shù)，在破解最復(fù)雜的密碼系統(tǒng)、設(shè)計新材料、模擬氣候變化以及實現(xiàn)人工智能等方面將會發(fā)揮重要作用。量子計算機量子計算機的進(jìn)展在2019年初舉行的美國消費類電子產(chǎn)品展覽（CES）大會上，IBM推出了首個專為科學(xué)和商業(yè)用途設(shè)計的集成通用量子計算機IBMQSystemOne。2019年10月，谷歌宣布其設(shè)計的量子處理器Sycamore在200秒內(nèi)完成的任務(wù)，需要當(dāng)時世界上最快的超級計算機運算1萬年。2020年12月，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)成功構(gòu)建76個光子的量子計算原型機“九章”，當(dāng)求解5000萬個樣本的高斯玻色取樣問題時，“九章”只需200秒，而當(dāng)時世界最快的超級計算機要用6億年。量子計算機量子計算機的進(jìn)展2022年8月，百度正式對外發(fā)布其第一臺產(chǎn)業(yè)級超導(dǎo)量子計算機—“乾始”，集量子硬件、量子軟件、量子應(yīng)用于一體，提供移動端、PC端、云端等在內(nèi)的全平臺使用方式。2023年3月27日，日本理化學(xué)研究所研制的第一臺日本國產(chǎn)、量子比特數(shù)為64的量子計算機投入使用，大學(xué)等機構(gòu)的研究人員可線上使用這臺量子計算機。量子計算機量子計算機的進(jìn)展2024年1月6日，由我國本源量子計算科技（合肥）股份有限公司自主研發(fā)的第三代超導(dǎo)量子計算機“本源悟空”上線，并向全球用戶限時免費開放，接收全球量子計算任務(wù)。“本源悟空”搭載72位自主超導(dǎo)量子芯片“悟空芯”，是目前我國最先進(jìn)的可編程、可交付超導(dǎo)量子計算機。截至2024年2月1日上午11時，全球遠(yuǎn)程訪問“本源悟空”已突破100萬人次，共收到全球量子計算運算任務(wù)155285條，已完成其中的142233個運算任務(wù)。量子計算機量子計算機的進(jìn)展

“本源悟空”量子計算機量子計算機量子計算機的發(fā)展前景雖然量子計算機的研發(fā)近些年取得了令人矚目的進(jìn)展，并在某些特定計算任務(wù)上取得了遠(yuǎn)超電子計算機的性能，但實現(xiàn)可容錯通用量子計算、利用量子計算機解決通用的實際問題還有很長的路，還有許多難題需要研究解決。計算機的發(fā)展趨勢巨型化巨型化是指計算機的運算速度特別快、存儲容量特別大、功能特別強，當(dāng)然體積也大、成本也高。巨型機可以解決一些特別復(fù)雜的高強度計算難題，如中長期天氣預(yù)報、地震監(jiān)測預(yù)報、地質(zhì)勘探等。巨型機一般安裝在超級計算中心。目前，我國分別在天津、廣州、深圳、長沙、濟南、無錫、鄭州、昆山、西安、成都、太原等地設(shè)有國家超級計算中心。計算機的發(fā)展趨勢微型化在保持計算機功能的前提下，使其體積越來越小。臺式機、筆記本、平板電腦、智能手機等都是微型化的計算機。計算機的發(fā)展趨勢網(wǎng)絡(luò)化實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，才能真正做到即時通信、資源共享、協(xié)同工作，計算機才能發(fā)揮更大的作用，給人們的日常工作和生活帶來更大的便利。計算機的發(fā)展趨勢智能化如何讓計算機具有人腦的智能，模擬人的推理、聯(lián)想、思維等功能，是一個重要發(fā)展方向。近幾年人臉識別、語音識別、機器翻譯、智慧醫(yī)療、內(nèi)容生成等領(lǐng)域都有實用產(chǎn)品出現(xiàn)。計算機的分類超級計算機；大型計算機；微型計算機；工作站；服務(wù)器；嵌入式計算機/03計算機的分類超級計算機體積最大、速度最快、功能最強、價格也最高。主要為國家安全、空間技術(shù)、天氣預(yù)報、石油勘探、生命科學(xué)等領(lǐng)域的高強度計算服務(wù)。美國的前沿（Frontier）、我國的神威·太湖之光都屬于超級計算機。計算機的分類大型計算機高性能大容量的通用計算機，標(biāo)準(zhǔn)化的體系結(jié)構(gòu)和批量生產(chǎn)。在銀行、稅務(wù)、大型企業(yè)、大型工程設(shè)計等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。IBM公司的zEC12、z16等是代表機型。計算機的分類微型計算機微型計算機主要包括臺式計算機、筆記本計算機、平板電腦等。2022年全球微型計算機的銷售總量為2.92億臺，聯(lián)想、惠普和戴爾排名前三。計算機的分類工作站配備有大屏幕顯示器、大容量存儲器和圖形加速卡的微型計算機。工作站多用于計算機輔助設(shè)計和圖形（圖像）處理等，大屏幕用于顯示復(fù)雜的圖形（圖像），圖形加速卡用于三維圖形(圖像)計算，大容量存儲器用于存儲更多的數(shù)據(jù)。計算機的分類服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)為客戶端計算機提供各種服務(wù)的高性能計算機。強調(diào)高速的運算能力、長時間的可靠運行、強大的外部數(shù)據(jù)吞吐能力。在銀行、電信等大型企業(yè)的核心系統(tǒng)中，使用大型機作服務(wù)器比較多。在更多的中小單位中使用高檔PC機作服務(wù)器。計算機的分類嵌入式計算機嵌入式計算機就是嵌入到其他設(shè)備中并控制其工作的計算機系統(tǒng)，具有軟件代碼小、高度自動化、響應(yīng)速度快等特點，特別適合于要求實時和多任務(wù)的環(huán)境。計算機的特點運算速度快；運算精度高；記憶能力強；判斷能力好；自動運行/04計算機的特點運算速度快現(xiàn)代計算機一誕生就顯示了其在運算速度上的優(yōu)勢，第一臺通用電子計算機（ENIAC）的運算速度是每秒5000次加法，雖然現(xiàn)在看起來是非常慢的，但在當(dāng)時卻是世界上運算速度最快的計算工具?，F(xiàn)在世界上最快的計算機的運算速度已超過每秒110億億次浮點運算。在國防建設(shè)、石油勘探、航空航天和天氣預(yù)報等領(lǐng)域，快速的高性能計算機有著特殊重要的作用。計算機的特點運算精度高我國古代著名數(shù)學(xué)家祖沖之用算籌計算出圓周率π的值在3.1415926～3.1415927之間，算出這個精度比西方早了一千多年。英國數(shù)學(xué)家威廉·尚克斯整整用了15年的時間，才把圓周率π的值計算到小數(shù)點后707位。但后人經(jīng)驗證發(fā)現(xiàn)從第528位開始是錯誤的。1949年，兩位科學(xué)家使用“埃尼阿克（ENIAC）”耗時70小時將π的值計算到小數(shù)點后2037位，這是第一次使用計算機計算圓周率。2021年，瑞士研究人員使用一臺超級計算機，歷時108天，將π的值計算到小數(shù)點后62.8萬億位。計算機的特點記憶能力強如果按純文本方式存儲，目前常用的1TB的硬盤可以存儲50萬冊100萬字的大部頭書籍，相當(dāng)于一個中型圖書館的藏書量。計算機的特點判斷能力好計算機和人下棋/機器人足球比賽/無人駕駛汽車等。AlphaGo圍棋程序在和國際圍棋大師對弈時，就需要根據(jù)對手的走步，判斷出其意圖，然后給出自己的走步，化解對方的威脅，增加自己的優(yōu)勢，直至獲勝。計算機的特點自動運行在程序控制下自動運行，這也是計算機最本質(zhì)的特點?；鹦翘綔y器/月球探測器/宇宙飛船等。計算機自動運行的依據(jù)是程序（軟件），是人們事先編好并存儲在計算機中的程序。計算機的應(yīng)用領(lǐng)域科學(xué)計算；信息處理；過程控制；計算機輔助系統(tǒng)；人工智能；網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用/05計算機應(yīng)用領(lǐng)域科學(xué)計算大型工程設(shè)計、航空航天、石油勘探、核能利用、地震監(jiān)測預(yù)報和天氣預(yù)報等高強度計算領(lǐng)域，都是計算機用于科學(xué)計算的用武之地。計算機應(yīng)用領(lǐng)域信息處理各種信息管理系統(tǒng)和辦公自動化系統(tǒng)。是計算機應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域，其特點是數(shù)據(jù)量很大、訪問量很大。計算機應(yīng)用領(lǐng)域過程控制火星探測器、宇宙飛船、汽車自動裝配、數(shù)控機床、自動化生產(chǎn)線等都需要計算機控制。其特點是失之毫厘，差之千里。

計算機應(yīng)用領(lǐng)域計算機輔助系統(tǒng)計算機輔助設(shè)計（CAD)、計算機輔助制造(CAM)、計算機輔助教學(xué)（CAI）、計算機輔助軟件工程（CASE）等。極大地減輕了從業(yè)人員的工作強度，提高了工作效率和質(zhì)量。計算機應(yīng)用領(lǐng)域人工智能2016年阿爾法圍棋程序（AlphaGo）戰(zhàn)勝圍棋世界冠軍李世石，2017年AlphaGoMaster戰(zhàn)勝排名世界第一的世界圍棋冠軍柯潔。2022年以來，ChatGPT、Sora、文心一言等大模型陸續(xù)推出。人工智能在計算機視覺、語音識別、機器翻譯、智能安檢、智慧醫(yī)療、內(nèi)容生成等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。計算機應(yīng)用領(lǐng)域網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用根據(jù)中國互聯(lián)網(wǎng)信息中心的統(tǒng)計，截至2023年12月，我國網(wǎng)民規(guī)模達(dá)到10.92億人，互聯(lián)網(wǎng)普及率達(dá)77.5%。

即時通信、搜索引擎、網(wǎng)絡(luò)新聞、網(wǎng)絡(luò)購物、網(wǎng)上支付、網(wǎng)上銀行、旅行預(yù)訂、網(wǎng)上外賣、微博、網(wǎng)約專車、在線教育等已廣泛融入我們的日常工作與生活中。

中國計算機發(fā)展簡史大型計算機；超級計算機；微型計算機；芯片；軟件/06中國計算機發(fā)展簡史我國的計算機事業(yè)始于1956年，1956年4~6月制定的《十二年科學(xué)技術(shù)規(guī)劃》把計算技術(shù)列為當(dāng)時必須采取的4大緊急措施之一。計算技術(shù)規(guī)劃組組長，我國最早倡導(dǎo)研究計算技術(shù)的著名數(shù)學(xué)家華羅庚教授起草了發(fā)展電子計算機的措施。1956年8月，成立了以華羅庚教授為主任的中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所籌備委員會。自此以后，我國計算機的研制、生產(chǎn)和使用逐漸廣泛地開展起來，并且逐步形成了計算機工業(yè)體系。中國計算機發(fā)展簡史1958年8月1日，我國第一臺小型通用計算機—103機研制成功，仿制前蘇聯(lián)的M-3小型機。運算速度初期為每秒30次，增加了自行研制的磁芯存儲器后，運算速度提高到每秒1800次。1959年10月1日，我國第一臺大型通用計算機—104機研制成功，仿制前蘇聯(lián)的BЭCM大型機。運算速度為每秒10000次。中國計算機發(fā)展簡史1960年，我國第一臺自行設(shè)計的通用電子計算機—107機研制成功，運算速度為每秒250次。1964年，我國第一臺自行設(shè)計的大型通用電子計算機—119機研制成功，浮點運算速度為每秒5萬次。承擔(dān)了我國第一顆氫彈研制的計算任務(wù)等。中國計算機發(fā)展簡史1965年4月，我國第一臺自行設(shè)計的晶體管計算機441-B通過國家鑒定，浮點運算速度為每秒1.2萬次。是我國20世紀(jì)60—70年代的主流應(yīng)用機型之一。1967年9月，大型通用晶體管計算機109丙研制成功，浮點運算速度為每秒11.5萬次，為完成我國第一代核武器的研制和東方紅衛(wèi)星的發(fā)射作出了重要貢獻(xiàn)被譽為功勛計算機。中國計算機發(fā)展簡史1972年正式交付使用的111計算機，采用小規(guī)模集成電路。1983年研制成功我國第一臺大型向量機—757機。1985年研制成功與IBMPC機兼容的長城0520CH微型計算機。中國計算機發(fā)展簡史國防科技大學(xué)在1983年研制成功運算速度為每秒1億次的向量巨型計算機銀河-Ⅰ，1992年研制成功每秒10億次的銀河-Ⅱ，1997年研制成功每秒130億次的銀河-Ⅲ。速度越來越快，體積越來越小。中國計算機發(fā)展簡史在2004年6月公布的國際500強超級計算機排行榜中，“曙光4000A”名列第十，這是我國的計算機第一次進(jìn)入排行榜前十。2008年6月，超級計算機曙光5000A研制成功，峰值運算速度達(dá)到每秒230萬億次，國際計算機500強排名第十。目前有曙光服務(wù)器系列、高性能計算機系列。中國計算機發(fā)展簡史2010年8月，國防科技大學(xué)研制成功的“天河一號”超級計算機，峰值運算速度達(dá)到每秒4.7千萬億次。在2010年11月公布的世界500強超級計算機排行榜中，“天河一號”名列第一。這是我國的計算機第一次名列第一。2013年5月，國防科技大學(xué)研制成功“天河二號”超級計算機，峰值運算速度達(dá)到每秒5.49億億次。在2013年6月至2015年11月公布的世界500強超級計算機排行榜中，“天河二號”連續(xù)6次名列第一。使用“天河二號”可以模擬到5000年前甚至更遠(yuǎn)的氣候變化；傳統(tǒng)手段研發(fā)新車一般要經(jīng)過上百次碰撞實驗，歷時兩年多才能完成，在利用“天河二號”進(jìn)行模擬碰撞實驗的基礎(chǔ)上，只需3～5次實車碰撞實驗，兩個月即可完成。中國計算機發(fā)展簡史中國計算機發(fā)展簡史2016年6月，我國國家并行計算機工程技術(shù)研究中心研制成功“神威·太湖之光”超級計算機，是當(dāng)時我國運算速度最快的計算機，峰值運算速度為每秒12.5億億次，持續(xù)性能為每秒9.3億億次?！吧裢ぬ狻比坎捎脟a(chǎn)處理器，共使用了40960個我國自主研發(fā)的“申威26010”高性能處理器。在2016年6月至2017年11月，“神威·太湖之光”連續(xù)4次名列國際500強超級計算機排行榜第一。加上此前“天河二號”的六連冠，我國曾連續(xù)5年10次占據(jù)國際500強超級計算機排行榜的最高席位。中國計算機發(fā)展簡史2016年11月，依托“神威·太湖之光”，我國科研人員完成的“全球大氣非靜力云分辨模擬”“高分辨率海浪數(shù)值模擬”和“鈦合金微結(jié)構(gòu)演化相場模擬”等3項應(yīng)用成果獲得“戈登·貝爾獎”，該獎項是國際高性能計算應(yīng)用領(lǐng)域的最高獎。中國計算機發(fā)展簡史2002年9月，我國首枚具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高性能通用CPU芯片“龍芯1號”通過鑒定，最高主頻達(dá)到266MHz，字長32位。2019年12月，“龍芯3A4000”發(fā)布，主頻可達(dá)到2.0GHz。2023年11月，“龍芯3A6000”在北京正式發(fā)布?！褒埿?A6000”是我國自主研發(fā)、自主可控的新一代通用處理器，主頻最高可達(dá)2.5GHz，可運行多種類的跨平臺應(yīng)用，滿足多類大型復(fù)雜桌面應(yīng)用場景。中國計算機發(fā)展簡史我國不僅在超級計算機的研制上取得了輝煌成就，在處理器芯片、微型機、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、軟件開發(fā)等領(lǐng)域也都有重大突破。國產(chǎn)CPU芯片有龍芯系列、申威系列、飛騰系列，國產(chǎn)微型機有聯(lián)想、同方、方正等品牌，華為的網(wǎng)絡(luò)通信等產(chǎn)品和解決方案已經(jīng)應(yīng)用于全球170多個國家和地區(qū)。國產(chǎn)操作系統(tǒng)有華為鴻蒙操作系統(tǒng)、麒麟操作系統(tǒng)、中興支點操作系統(tǒng)等。國產(chǎn)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)有金倉數(shù)據(jù)庫、達(dá)夢數(shù)據(jù)庫、南大通用GBASE數(shù)據(jù)庫、OpenBASE等。國產(chǎn)辦公軟件有WPSOffice、永中Office、中標(biāo)普華Office等。本章結(jié)束計算機導(dǎo)論袁方編著清華大學(xué)出版社出版《計算機導(dǎo)論（第5版）》配套課件計算機導(dǎo)論第2章計算機專業(yè)知識體系目錄CONTENTS03計算機專業(yè)實踐教學(xué)體系01計算機專業(yè)學(xué)生應(yīng)具備的能力和素質(zhì)02計算機專業(yè)知識體系計算機專業(yè)學(xué)生應(yīng)具備的能力和素質(zhì)專業(yè)認(rèn)證對學(xué)生能力和素質(zhì)的要求；教學(xué)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對學(xué)生能力和素質(zhì)的要求/01專業(yè)認(rèn)證對學(xué)生能力和素質(zhì)的要求計算機類專業(yè)是工科專業(yè)，屬于工程教育范疇。國際上最有影響的工程教育專業(yè)認(rèn)證組織是《華盛頓協(xié)議》組織，只要通過一個成員的專業(yè)認(rèn)證，就會得到其他簽約成員的認(rèn)可。2016年6月2日，我國成為《華盛頓協(xié)議》組織的正式成員?！度A盛頓協(xié)議》組織制定有畢業(yè)要求框架，作為其成員制定實質(zhì)等效畢業(yè)要求標(biāo)準(zhǔn)的參照點。各成員應(yīng)參照《華盛頓協(xié)議》組織制定的畢業(yè)要求框架制定工程教育認(rèn)證畢業(yè)要求。2021年6月21日頒布了最新的畢業(yè)要求框架(第4版)。專業(yè)認(rèn)證對學(xué)生能力和素質(zhì)的要求我國近年來積極推進(jìn)工程教育專業(yè)認(rèn)證工作，由中國工程教育專業(yè)認(rèn)證協(xié)會組織實施。2022年7月公布了最新版的《工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)》?！豆こ探逃龑I(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)》要求申請認(rèn)證的專業(yè)必須具有公開的、符合學(xué)校定位的、適應(yīng)社會經(jīng)濟發(fā)展需要的培養(yǎng)目標(biāo)，應(yīng)有明確、公開、可衡量的畢業(yè)要求，畢業(yè)要求應(yīng)支撐培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成。畢業(yè)要求應(yīng)完全覆蓋12個方面的知識、能力與素質(zhì)基本要求。專業(yè)認(rèn)證對學(xué)生能力和素質(zhì)的要求專業(yè)認(rèn)證12個方面的基本要求1-工程知識：能夠?qū)?shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識用于解決復(fù)雜工程問題；2-問題分析：能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理，識別、表達(dá)并通過文獻(xiàn)研究分析復(fù)雜工程問題，以獲得有效結(jié)論；3-設(shè)計/開發(fā)解決方案：能夠設(shè)計針對復(fù)雜工程問題的解決方案，設(shè)計滿足特定需求的系統(tǒng)、單元（部件）或工藝流程，并能夠在設(shè)計環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識，考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素；專業(yè)認(rèn)證對學(xué)生能力和素質(zhì)的要求專業(yè)認(rèn)證12個方面的基本要求4-研究：能夠基于科學(xué)原理并采用科學(xué)方法對復(fù)雜工程問題進(jìn)行研究，包括設(shè)計實驗、分析與解釋數(shù)據(jù)、并通過信息綜合得到合理有效的結(jié)論；5-使用現(xiàn)代工具：能夠針對復(fù)雜工程問題，開發(fā)、選擇與使用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具，包括對復(fù)雜工程問題的預(yù)測與模擬，并能夠理解其局限性；6-工程與社會：能夠基于工程相關(guān)背景知識進(jìn)行合理分析，評價專業(yè)工程實踐和復(fù)雜工程問題解決方案對社會、健康、安全、法律以及文化的影響，并理解應(yīng)承擔(dān)的責(zé)任；專業(yè)認(rèn)證對學(xué)生能力和素質(zhì)的要求專業(yè)認(rèn)證12個方面的基本要求7-環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展：能夠理解和評價針對復(fù)雜工程問題的工程實踐對環(huán)境、社會可持續(xù)發(fā)展的影響；8-職業(yè)規(guī)范：具有人文社會科學(xué)素養(yǎng)、社會責(zé)任感，能夠在工程實踐中理解并遵守工程職業(yè)道德和規(guī)范，履行責(zé)任；9-個人和團(tuán)隊：能夠在多學(xué)科背景下的團(tuán)隊中承擔(dān)個體、團(tuán)隊成員以及負(fù)責(zé)人的角色；專業(yè)認(rèn)證對學(xué)生能力和素質(zhì)的要求專業(yè)認(rèn)證12個方面的基本要求10-溝通：能夠就復(fù)雜工程問題與業(yè)界同行及社會公眾進(jìn)行有效溝通和交流，包括撰寫報告和設(shè)計文稿、陳述發(fā)言、清晰表達(dá)或回應(yīng)指令。并具備一定的國際視野，能夠在跨文化背景下進(jìn)行溝通和交流；11-項目管理：理解并掌握工程管理原理與經(jīng)濟決策方法，并能在多學(xué)科環(huán)境中應(yīng)用；12-終身學(xué)習(xí)：具有自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的意識，有不斷學(xué)習(xí)和適應(yīng)發(fā)展的能力。專業(yè)認(rèn)證對學(xué)生能力和素質(zhì)的要求專業(yè)認(rèn)證12個方面的基本要求這12條畢業(yè)要求，前5條主要是專業(yè)知識、專業(yè)能力方面的要求，后7條主要是與專業(yè)相關(guān)的綜合能力、素質(zhì)要求。學(xué)好專業(yè)知識、培養(yǎng)專業(yè)能力固然重要，只做到這些還不夠，綜合考慮對社會與環(huán)境的影響、嚴(yán)格遵守職業(yè)道德和規(guī)范、處理好個人和團(tuán)隊的關(guān)系、良好的溝通交流能力、必要的項目管理能力、終身學(xué)習(xí)意識與能力對于做好專業(yè)工作，特別是解決好復(fù)雜工程問題至關(guān)重要。教學(xué)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對學(xué)生能力和素質(zhì)的要求2018年1月教育部發(fā)布了《普通高等學(xué)校本科專業(yè)類教學(xué)質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)》，這是我國發(fā)布的第一個高等教育教學(xué)質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)?！稑?biāo)準(zhǔn)》明確了包括計算機類專業(yè)在內(nèi)的92個本科專業(yè)類的培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)規(guī)格等內(nèi)容。教學(xué)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對學(xué)生能力和素質(zhì)的要求《教學(xué)質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)》對計算機類專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)的描述具有良好的道德與修養(yǎng)，遵守法律法規(guī)，具有社會和環(huán)境意識。掌握數(shù)學(xué)與自然科學(xué)基礎(chǔ)知識以及與計算系統(tǒng)相關(guān)的基本理論、基本知識、基本技能和基本方法。具備包括計算思維在內(nèi)的科學(xué)思維能力和設(shè)計計算解決方案、實現(xiàn)基于計算原理的系統(tǒng)能力。能清晰表達(dá)，在團(tuán)隊中有效發(fā)揮作用，綜合素質(zhì)良好。能通過繼續(xù)教育或其他的終身學(xué)習(xí)途徑拓展自己的能力。了解和緊跟學(xué)科專業(yè)發(fā)展，在計算機系統(tǒng)研究、開發(fā)、部署與應(yīng)用等相關(guān)領(lǐng)域具有就業(yè)競爭力。計算機專業(yè)知識體系計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)；軟件工程專業(yè)、網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)；信息安全專業(yè)；物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)/02計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)知識體系培養(yǎng)目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生將基本原理和技術(shù)運用于計算機科學(xué)研究以及計算機系統(tǒng)設(shè)計、開發(fā)與應(yīng)用等工作的能力。教學(xué)內(nèi)容：包含數(shù)字電路、計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、算法設(shè)計、程序設(shè)計語言、軟件工程、并行分布計算、智能技術(shù)、計算機圖形學(xué)、人機交互等知識領(lǐng)域的基本內(nèi)容。計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)知識體系核心課程：計算概論（計算機導(dǎo)論）、程序設(shè)計基礎(chǔ)、集合論與數(shù)理邏輯、圖論與組合數(shù)學(xué)、代數(shù)結(jié)構(gòu)與初等數(shù)論、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、計算機組成原理、數(shù)字邏輯與數(shù)字電路、計算機網(wǎng)絡(luò)、編譯原理、數(shù)據(jù)庫原理、算法設(shè)計與分析、人工智能、計算機圖形學(xué)等。軟件工程專業(yè)知識體系培養(yǎng)目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生將基本原理和技術(shù)運用于對復(fù)雜軟件系統(tǒng)進(jìn)行分析、設(shè)計、驗證、確認(rèn)、實現(xiàn)、應(yīng)用和維護(hù)以及軟件系統(tǒng)開發(fā)管理等工作的能力。教學(xué)內(nèi)容：包含軟件建模與分析、軟件設(shè)計與體系結(jié)構(gòu)、軟件質(zhì)量保證與測試、軟件過程與管理等知識領(lǐng)域的基本內(nèi)容。軟件工程專業(yè)知識體系核心課程：計算概論（計算機導(dǎo)論）、程序設(shè)計基礎(chǔ)、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計、軟件工程導(dǎo)論、離散結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法、工程經(jīng)濟學(xué)、團(tuán)隊激勵與溝通、軟件工程職業(yè)實踐、計算機系統(tǒng)基礎(chǔ)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫概論、網(wǎng)絡(luò)及其計算、人機交互的軟件工程方法、軟件工程綜合實踐、軟件構(gòu)造、軟件設(shè)計與體系結(jié)構(gòu)、軟件質(zhì)量保證與測試、軟件需求分析、軟件項目管理等。網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)知識體系培養(yǎng)目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生將基本原理和技術(shù)運用于計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計、開發(fā)、部署、運行、維護(hù)等工作的能力。教學(xué)內(nèi)容：包含數(shù)字通信、計算機系統(tǒng)平臺、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)開發(fā)與設(shè)計、軟件安全、網(wǎng)絡(luò)安全、網(wǎng)絡(luò)管理等知識領(lǐng)域的基本內(nèi)容。核心課程：計算概論（計算機導(dǎo)論）、離散數(shù)學(xué)、計算機原理、計算機程序設(shè)計、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)通信、互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議分析與設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用開發(fā)與系統(tǒng)集成，路由與交換技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)安全、網(wǎng)絡(luò)管理、移動通信與無線網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)測試與評價等。信息安全專業(yè)知識體系培養(yǎng)目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生將基本原理和技術(shù)運用于信息安全科學(xué)研究、技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用服務(wù)等工作的能力。教學(xué)內(nèi)容：信息科學(xué)基礎(chǔ)、信息安全基礎(chǔ)、密碼學(xué)、網(wǎng)絡(luò)安全、信息系統(tǒng)安全、信息內(nèi)容安全等知識領(lǐng)域的基本內(nèi)容。信息安全專業(yè)知識體系核心課程：計算概論（計算機導(dǎo)論）、信息安全導(dǎo)論、信息安全數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、模擬電路與邏輯、程序設(shè)計、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法、計算機組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、EDA技術(shù)及應(yīng)用、操作系統(tǒng)原理及安全、編譯原理、信號與系統(tǒng)、通信原理、密碼學(xué)、計算機網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)與通信安全、軟件安全、逆向工程、可靠性技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)安全、數(shù)據(jù)庫原理及安全、取證技術(shù)、內(nèi)容安全等。物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)知識體系培養(yǎng)目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生將基本原理和技術(shù)運用于物聯(lián)網(wǎng)及其應(yīng)用系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計、開發(fā)、部署、運行、維護(hù)等工作的能力。教學(xué)內(nèi)容：電路與電子技術(shù)、標(biāo)識與感知、物聯(lián)網(wǎng)通信、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理、物聯(lián)網(wǎng)控制、物聯(lián)網(wǎng)信息安全、物聯(lián)網(wǎng)工程設(shè)計與實施等知識領(lǐng)域的基本內(nèi)容。物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)知識體系核心課程：計算概論（計算機導(dǎo)論）、離散數(shù)學(xué)、程序設(shè)計、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計算機組成、計算機網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)、RFID原理及應(yīng)用、傳感器原理及應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)中間件設(shè)計、嵌入式系統(tǒng)與設(shè)計、物聯(lián)網(wǎng)控制原理與技術(shù)等。計算機專業(yè)實踐教學(xué)體系課程實驗；課程設(shè)計；研發(fā)訓(xùn)練；畢業(yè)設(shè)計/03計算機專業(yè)實踐教學(xué)體系實踐教學(xué)的作用實踐教學(xué)是計算機專業(yè)培養(yǎng)方案和教學(xué)計劃的重要組成部分，實踐教學(xué)與理論教學(xué)相輔相成。實踐教學(xué)對于學(xué)生深入理解理論課程的內(nèi)容，提高實踐能力和綜合運用所學(xué)知識解決實際問題的能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識和團(tuán)隊精神具有十分重要的作用。實踐教學(xué)的主要形式一個完備的實踐教學(xué)體系主要包括課程實驗、課程設(shè)計、研發(fā)訓(xùn)練、畢業(yè)設(shè)計（論文）等層次的實踐教學(xué)活動。教學(xué)質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)中要求4年總的實驗當(dāng)量不少于2萬行代碼。計算機專業(yè)實踐教學(xué)體系實踐教學(xué)的主要形式—課程實驗課程實驗是與理論教學(xué)課程配合的實驗課程，主要是以單元實驗為主，輔以適當(dāng)?shù)木C合性實驗，與學(xué)科基礎(chǔ)課程的理論知識體系共同構(gòu)成本學(xué)科專業(yè)人才應(yīng)具備的基礎(chǔ)知識和基本能力。課程實驗中的單元實驗主要是為配合理論課程中某個知識點的理解而設(shè)計的實驗項目，綜合性實驗是為綜合理解和運用理論課程中的多個知識點而設(shè)計的實驗項目。計算機專業(yè)實踐教學(xué)體系實踐教學(xué)的主要形式—課程設(shè)計課程設(shè)計是獨立于理論教學(xué)課程而單獨設(shè)立的實驗課程，以綜合性和設(shè)計性實驗為主。課程設(shè)計需要綜合幾門課程的知識來完成實驗題目。如在軟件工程課程設(shè)計中需要綜合運用軟件工程、高級語言程序設(shè)計及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等課程的知識；在數(shù)據(jù)庫課程設(shè)計中需要綜合運用數(shù)據(jù)庫、高級語言程序設(shè)計、軟件工程等課程的知識。計算機專業(yè)實踐教學(xué)體系實踐教學(xué)的主要形式—研發(fā)訓(xùn)練研發(fā)訓(xùn)練是鼓勵和支持學(xué)有余力的高年級本科生參與教師的研發(fā)項目或在教師的指導(dǎo)下獨立承擔(dān)研發(fā)項目。研發(fā)訓(xùn)練項目是一種研究性實驗、一種探索性實驗。研發(fā)訓(xùn)練能夠提高學(xué)生的探究性學(xué)習(xí)能力，使學(xué)生盡早進(jìn)入專業(yè)科研領(lǐng)域，接觸學(xué)科前沿，了解本學(xué)科發(fā)展動態(tài)。鼓勵和支持學(xué)生積極參加面向大學(xué)生的相關(guān)科技競賽活動，如程序設(shè)計大賽、數(shù)學(xué)建模競賽等。計算機專業(yè)實踐教學(xué)體系實踐教學(xué)的主要形式—畢業(yè)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計是一個綜合性的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，對于培養(yǎng)和提高學(xué)生的實踐能力、研發(fā)能力和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)和提高學(xué)生綜合運用所學(xué)專業(yè)知識獨立分析問題解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)肅認(rèn)真的工作態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實的工作作風(fēng)，培養(yǎng)學(xué)生的書面表達(dá)能力和口頭表達(dá)能力，培養(yǎng)學(xué)生組織協(xié)調(diào)能力和團(tuán)結(jié)協(xié)作精神，具有其他教學(xué)環(huán)節(jié)不能替代的重要作用。本章結(jié)束計算機導(dǎo)論袁方編著清華大學(xué)出版社出版《計算機導(dǎo)論（第5版）》配套課件計算機導(dǎo)論第3章計算機中的數(shù)據(jù)表示目錄CONTENTS03數(shù)值型數(shù)據(jù)的表示01計算機中的進(jìn)制02不同進(jìn)制數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換040506字符型數(shù)據(jù)的編碼表示漢字的編碼表示圖像與聲音數(shù)據(jù)的采集與表示計算機中的進(jìn)制進(jìn)位計數(shù)制；不同進(jìn)制數(shù)據(jù)的區(qū)分/01進(jìn)位計數(shù)制進(jìn)制的基數(shù)不同進(jìn)制所用數(shù)碼二進(jìn)制：01八進(jìn)制：01234567十進(jìn)制：0123456789十六進(jìn)制：0123456789ABCDEF進(jìn)制的位權(quán)在每種進(jìn)制中，一個數(shù)碼所處位置的不同，代表的數(shù)值大小也不同，稱為具有不同的位權(quán)。999中，3個9的位權(quán)是各不相同的。進(jìn)位計數(shù)制不同進(jìn)制的表示后綴表示法，便于計算機識別B—表示二進(jìn)制數(shù)；O或Q—表示八進(jìn)制數(shù)D—表示十進(jìn)制數(shù)（D可省略）；H—表示十六進(jìn)制數(shù)角標(biāo)表示法，便于人閱讀(10111101)2—表示二進(jìn)制數(shù)；(7256)8

—表示八進(jìn)制數(shù)(281965)10—表示十進(jìn)制數(shù)；(3F6E)16—表示十六進(jìn)制數(shù)不同進(jìn)制數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換二進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換；二進(jìn)制數(shù)與十六進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換；二進(jìn)制數(shù)與八進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換/02二進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)，按權(quán)展開相加即可。二進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)對整數(shù)部分和小數(shù)部分分別轉(zhuǎn)換，整數(shù)部分采用除2取余法，直至商為0止；小數(shù)部分采用乘2取整法，滿足精度要求為止。(78.69)10=(?)2(78.69)10≈(1001110.1011)2

二進(jìn)制數(shù)與十六進(jìn)制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)計算方式：先采用按權(quán)展開相加的方法把二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)，再采用除16取余、乘16取整的方法把十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)。

(1101101.10111)2=(109.71875)10=(?)16(1101101.10111)2=(109.71875)10=(6D.B8)16二進(jìn)制數(shù)與十六進(jìn)制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)分組方式：二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)時，以小數(shù)點為界，分別向左向右分成4位一組，不夠4位補0，分完組后對應(yīng)成十六進(jìn)制數(shù)。

二進(jìn)制數(shù)與十六進(jìn)制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)計算方式：先采用按權(quán)展開相加的方法將十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)，再用除2取余、乘2取整的方法將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。

二進(jìn)制數(shù)與十六進(jìn)制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)分組方式：把十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)時，每一個十六進(jìn)制位展開成4個二進(jìn)制位即可。

二進(jìn)制數(shù)與八進(jìn)制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制數(shù)計算方式：先采用按權(quán)展開的方法把二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)，再采用除8取余、乘8取整的方法把十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制數(shù)，類似于把二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)。分組方式：把二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制數(shù)時，以小數(shù)點為界，分別向左向右分成3位一組，不夠3位補0，分完組后對應(yīng)成八進(jìn)制數(shù)。

二進(jìn)制數(shù)與八進(jìn)制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)計算方式：先采用按權(quán)展開相加的方法將八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)，再采用除2取余、乘2取整的方法將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)，類似于把十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。分組方式：八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)時，每一個八進(jìn)制位展開成3個二進(jìn)制位即可。

數(shù)值型數(shù)據(jù)的表示機器數(shù)的符號；機器數(shù)的編碼；機器數(shù)的表示范圍；機器數(shù)中小數(shù)點的位置/03機器數(shù)的符號在計算機內(nèi)部，任何數(shù)據(jù)(符號)都只能用二進(jìn)制的兩個數(shù)碼0和1表示。帶符號數(shù)的表示也是如此，除了用0和1組成的數(shù)字串來表示數(shù)值的絕對值大小外，其正負(fù)號也必須用0和1表示。通常規(guī)定最高位為符號位，并用0表示正，用1表示負(fù)。如下圖所示，最高位d15為符號位，d14～d0為數(shù)值位。這種把符號數(shù)字化，并和數(shù)值位一起編碼的方法，有效地解決了帶符號數(shù)的表示及計算問題。

機器數(shù)的編碼

在確定了最高位用于表示機器數(shù)的符號之后，機器數(shù)通常有原碼、反碼和補碼三種不同的具體表示形式。

機器數(shù)的編碼原碼表示最高位用0和1分別表示正負(fù)數(shù)，其他位直接表示二進(jìn)制形式的數(shù)值。原碼表示示例（假定字長為16位）56的二進(jìn)制形式為111000+56的原碼表示為0000000000111000

正數(shù)的原碼最高位為0，數(shù)值位補足15位-56的原碼表示為1000000000111000

負(fù)數(shù)的原碼最高位為1，數(shù)值位補足15位

機器數(shù)的編碼反碼表示正數(shù)的反碼與其原碼相同；負(fù)數(shù)的反碼，在其原碼的基礎(chǔ)上，符號位不變，數(shù)值位按位求反。反碼表示示例（假定字長為16位）+56的反碼表示為0000000000111000

正數(shù)的反碼與其原碼相同，+56的原碼表示為0000000000111000-56的反碼表示為1111111111000111

負(fù)數(shù)的反碼，在其原碼的基礎(chǔ)上，符號位不變，數(shù)值位按位取反-56的原碼表示為1000000000111000

機器數(shù)的編碼補碼表示正數(shù)的補碼與其原碼相同；負(fù)數(shù)的補碼，在其反碼的末位加1。補碼表示示例（假定字長為16位）+56的補碼表示為0000000000111000

正數(shù)的補碼與其原碼相同，+56的原碼表示為0000000000111000-56的補碼表示為1111111111001000

負(fù)數(shù)的補碼，在其反碼的末位加1，

-56的反碼表示為1111111111000111

機器數(shù)的編碼在計算機內(nèi)部，一般用補碼表示帶符號數(shù)，這樣可以把減法運算轉(zhuǎn)換為加法運算。

【例3.10】計算x=86-25的值，假定字長為8位。x=86-25可以轉(zhuǎn)換為(x)補碼=(+86)補碼+(-25)補碼進(jìn)行計算：86的二進(jìn)制形式為1010110，(+86)補碼=0101011025的二進(jìn)制形式為11001，(-25)補碼=11100111(x)補碼=01010110+11100111=00111101

由于(x)補碼的最高位為0，所以(x)原碼=00111101，其對應(yīng)的十進(jìn)制真值為61，即x=61，計算結(jié)果正確。

機器數(shù)的編碼在計算機內(nèi)部，一般用補碼表示帶符號數(shù)，這樣可以把減法運算轉(zhuǎn)換為加法運算。

【例3.11】計算y=32-57的值，假定字長為8位。y=32-57可以轉(zhuǎn)換為(y)補碼=(+32)補碼+(-57)補碼進(jìn)行計算：32的二進(jìn)制形式為100000，(+32)補碼=00100000；57的二進(jìn)制形式為111001，(-57)補碼=11000111；(y)補碼=00100000+111000111=11100111

由于(y)補碼的最高位為1，所以(y)原碼=10011001

其對應(yīng)的十進(jìn)制真值為-25，即y=-25，計算結(jié)果正確。

機器數(shù)的編碼從以上示例可以看出，用補碼表示帶符號數(shù)，可以把減法運算轉(zhuǎn)換為加法運算。

我們知道，乘法運算可以轉(zhuǎn)換為加法運算，除法運算可以轉(zhuǎn)換為減法運算，這樣CPU中只有一個加法器即可完成加減乘除四則運算，即補碼表示可以簡化計算機的CPU設(shè)計。

機器數(shù)的表示范圍

機器數(shù)的表示范圍由計算機的字長決定，即由CPU中的寄存器決定。如果使用的是16位的寄存器，則字長為16位。對于無符號整數(shù)，16位寄存器的表示范圍是0～65535；對于帶符號整數(shù)，16位寄存器的表示范圍是是-32768～+32767。

現(xiàn)在用的微型計算機一般是64位字長，其無符號整數(shù)的表示范圍是0～264-1，帶符號整數(shù)的表示范圍是-263～+263-1。

機器數(shù)中小數(shù)點的位置定點數(shù)在定點數(shù)中，小數(shù)點的位置一旦確定，就不再改變。小數(shù)點的位置約定在最低位的右邊，用來表示定點整數(shù)。小數(shù)點的位置約定在符號位（最高位）之后，用來表示小于1的定點小數(shù)。

機器數(shù)中小數(shù)點的位置浮點數(shù)如果要處理、存儲的數(shù)據(jù)包括整數(shù)和小數(shù)，則難以用定點數(shù)表示。對此設(shè)計人員設(shè)計了浮點數(shù)的表示方式，即小數(shù)點位置不固定，是浮動的。一個二進(jìn)制數(shù)N可以表示為N=±S×2±P的形式。其中的N、P、S均為二進(jìn)制數(shù)。S稱為N的尾數(shù)，即全部的有效數(shù)字(數(shù)值小于1的純小數(shù))；P稱為N的階碼（通常是整數(shù)），指明小數(shù)點的實際位置。

機器數(shù)中小數(shù)點的位置浮點數(shù)在浮點數(shù)表示中，尾數(shù)的符號和階碼的符號各占一位，階碼是定點整數(shù)，階碼的位數(shù)決定了所表示的浮點數(shù)的范圍，尾數(shù)是定點小數(shù)，尾數(shù)的位數(shù)決定了浮點數(shù)的精度。階碼和尾數(shù)都可以用補碼表示。在字長有限的情況下，浮點數(shù)表示方法能擴大數(shù)的表示范圍。若計算機的字長為8位，一個字長內(nèi)，如果用定點整數(shù)形式，帶符號數(shù)的表示范圍為-128～+127（十進(jìn)制數(shù)）。如果用浮點數(shù)形式，可以表示十進(jìn)制數(shù)的+1537甚至更大的數(shù)（精度有損失）。+1537寫成浮點數(shù)形式如下：

字符型數(shù)據(jù)的編碼表示ASCII碼；EBCDIC碼/04ASCII碼微型計算機使用最多的字符編碼是ASCII碼，即美國信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼。ASCII碼包括32個通用控制字符（最左邊兩列）、10個十進(jìn)制數(shù)碼、52個英文大小寫字母和34個專用符號（標(biāo)點符號等），共128個符號，故需要用7位二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行編碼。通常使用一個字節(jié)(8個二進(jìn)制位)表示一個字符的ASCII碼，規(guī)定其最高位總是0，后7位為實際的ASCII碼。

ASCII碼

ASCII碼ASCII碼示例Computer各字符的ASCII編碼分別為：01000011、01101111、01101101、01110000、01110101、01110100、01100101、01110010寫成十六進(jìn)制形式如下，存儲在計算機中占用8個字節(jié)單元。436F6D7075746572

EBCDIC碼EBCDIC碼是對BCD碼的擴展，稱為擴展BCD碼。BCD碼又稱“二-十進(jìn)制編碼”，用二進(jìn)制編碼形式表示十進(jìn)制數(shù)。BCD碼的編碼方法很多，最常用的是8421碼，其方法是用4位二進(jìn)制數(shù)表示一位十進(jìn)制數(shù)，自左至右每一位對應(yīng)的位權(quán)分別是8、4、2、1。

十進(jìn)制數(shù)7852的8421BCD碼為0111100001010010B

實際存儲時可以占用4個字節(jié)，每個字節(jié)的高4位補成0000，7852對應(yīng)的4字節(jié)BCD碼值為00000111000010000000010100000010，即一位十進(jìn)制數(shù)字占用一個字節(jié)，稱為非壓縮BCD碼。也可以用2個字節(jié)存儲，7852對應(yīng)的兩字節(jié)BCD碼值為0111100001010010，即兩位十進(jìn)制數(shù)字占用一個字節(jié)，稱為壓縮BCD碼。

漢字的編碼表示漢字輸入碼；漢字機內(nèi)碼；漢字字形碼/05漢字輸入碼漢字輸入碼（外碼）是指從鍵盤輸入漢字時采用的編碼。數(shù)字碼：常用的數(shù)字碼是國標(biāo)區(qū)位碼，用一個4位的數(shù)字代表一個漢字的輸入碼。拼音碼：拼音碼是以漢語拼音為基礎(chǔ)的輸入碼，如搜狗拼音輸入法、微軟拼音輸入法和QQ拼音輸入法等。筆畫碼：字形碼是根據(jù)漢字的形狀形成的輸入碼。五筆字型編碼是最有影響的一種筆畫碼方法。

漢字機內(nèi)碼計算機內(nèi)部存儲和處理漢字時所用的編碼輸入碼被計算機接收后就由有漢字處理功能的操作系統(tǒng)的“輸入碼轉(zhuǎn)換模塊”轉(zhuǎn)換為機內(nèi)碼。1980年我國公布了《信息交換用漢字編碼字符集·基本集》—GB2312—1980，簡稱國標(biāo)碼，規(guī)定每個漢字編碼由兩個字節(jié)構(gòu)成，定義了6763個常用漢字和682個圖形符號。2000年3月我國又推出了新國家標(biāo)準(zhǔn)GB18030—2000，共收錄了27533個漢字。GB18030-2000采用變長多字節(jié)編碼，每個漢字編碼可以由2個或4個字節(jié)組成，完全支持Unicode編碼。2005年發(fā)布的GB18030—2005收入漢字70244多個，2022年發(fā)布的G