計(jì)算思維導(dǎo)論（第2版）課件：計(jì)算基礎(chǔ)

計(jì)算基礎(chǔ)2.1數(shù)據(jù)、信息與知識(shí)數(shù)據(jù)信息知識(shí)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)指所有能輸入到計(jì)算機(jī)并被計(jì)算機(jī)程序處理的符號(hào)總稱(chēng)，例如數(shù)字、字母、符號(hào)、圖像等.信息信息是加載于數(shù)據(jù)之上，對(duì)數(shù)據(jù)作具有含義的解釋。數(shù)據(jù)是信息的載體，而信息是數(shù)據(jù)的內(nèi)涵。信息的特點(diǎn)：價(jià)值性時(shí)效性真?zhèn)涡怨蚕硇灾R(shí)知識(shí)是人類(lèi)從各個(gè)途徑中獲得的經(jīng)過(guò)提升總結(jié)與凝練的系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)的總和。柏拉圖認(rèn)為一條陳述被稱(chēng)為知識(shí)必須要滿(mǎn)足三個(gè)條件，即它是被驗(yàn)證過(guò)的、正確的、被人相信的。2.2數(shù)制半斤=八兩？樂(lè)子吳吞制作從"半斤八兩"談起……古巴比倫人-角度、時(shí)間,60進(jìn)制英國(guó)舊的貨幣制度-1英鎊=20先令-1先令=12便士你能想到的數(shù)制？什么是數(shù)制？為什么用二進(jìn)制？什么是數(shù)制？123123數(shù)位：在數(shù)字中所占的位置叫數(shù)位基數(shù)：數(shù)制所包含的數(shù)碼的個(gè)數(shù)位權(quán)：每一位所表示的值除其本身的數(shù)

值外，還與它所處的位置有關(guān)，

由位置決定的值就叫權(quán)。數(shù)制：用一組固定數(shù)字和一套統(tǒng)一的規(guī)則來(lái)表示數(shù)目的方法數(shù)碼：表示每一位數(shù)字可能使用的符號(hào)54145.145104萬(wàn)位103千位100個(gè)位101十位102百位10-3千分位10-2百分位10-1十分位讀作:五萬(wàn)四千一百四十五數(shù)碼位權(quán)數(shù)碼位權(quán)基數(shù)十進(jìn)制舉例數(shù)碼位權(quán)基數(shù)二進(jìn)制舉例基數(shù)為22021222324252627位權(quán)：數(shù)碼：數(shù)位：7654321010110010進(jìn)位制二進(jìn)制八進(jìn)制十進(jìn)制十六進(jìn)制規(guī)則逢二進(jìn)一逢八進(jìn)一逢十進(jìn)一逢十六進(jìn)一基數(shù)281016數(shù)學(xué)符號(hào)0,10~70~90~9,A~F位權(quán)2i8i10i16i表示形式BODH數(shù)碼位權(quán)基數(shù)計(jì)算機(jī)相關(guān)進(jìn)制為什么用二進(jìn)制？1234567890Ilove

China0101010101我愛(ài)中國(guó)0101010101010101010101010101011010101010101010101010101010101010101010我愛(ài)中國(guó)I?China0987654321輸入輸出18世紀(jì)，德國(guó)數(shù)理哲學(xué)大師萊布尼茲發(fā)明了二進(jìn)制德國(guó)圖靈根著名德郭塔王宮收藏一份萊布尼茲的手稿，《1與0，一切數(shù)字的神奇淵源。這是造物的秘密美妙的典范，因?yàn)?，一切無(wú)非都來(lái)自上帝》二進(jìn)制數(shù)據(jù)是用0和1兩個(gè)數(shù)碼來(lái)表示的數(shù)。它的基數(shù)為2，進(jìn)位規(guī)則是"逢二進(jìn)一"，借位規(guī)則是"借一當(dāng)二"。計(jì)算機(jī)只能識(shí)別和處理由'0'和'1'組成的代碼，其運(yùn)算模式正是二進(jìn)制。1010010111111111可靠性邏輯性可行性簡(jiǎn)易性物理上易實(shí)現(xiàn)運(yùn)算法則簡(jiǎn)單邏輯線(xiàn)路做模型抗干擾無(wú)二義性什么是數(shù)制？數(shù)制常用數(shù)制為什么用二進(jìn)制？二進(jìn)制特點(diǎn)二進(jìn)制運(yùn)算二進(jìn)制的存儲(chǔ)方式bit：一個(gè)二進(jìn)制代碼Byte：八位二進(jìn)制代碼字長(zhǎng)：CPU在單位時(shí)間內(nèi)能一次處理的一組二進(jìn)制數(shù)稱(chēng)為

字，這組二進(jìn)制的位數(shù)就是字長(zhǎng)字長(zhǎng)位存儲(chǔ)字節(jié)或數(shù)位1B=8bit（B：字節(jié))1KB=1024B（KB：千字節(jié)）1MB=1024KB（MB：兆字節(jié)）1GB=1024MB（GB：吉字節(jié)）1TB=1024GB（TB：太字節(jié)）1PB=1024TB（PB：拍字節(jié)）1EB=1024PB（EB：艾字節(jié)）ZB、YB、BB、NB、DB、……存儲(chǔ)單位換算1024=210

二進(jìn)制的運(yùn)算方式+-*/andornot算術(shù)運(yùn)算邏輯運(yùn)算Arithmetic加add0+0=01+0=0+1=11+1=10減subtract0-0=01-0=11-1=00-1=1乘multiply0*0=00*1=1*0=01*1=1除divide0/1=01/1=1算術(shù)運(yùn)算CPU=控制器+運(yùn)算器（ALU）

1101+11101101111011-111011011101×1010000011010000+1101100000101011011111011101111111011100算術(shù)運(yùn)算Logic與and0∧0=00∧1=01∧0=01∧1=1或or0∨0=00∨1=11∨0=11∨1=1非not0=11=0邏輯方式CPU=控制器+運(yùn)算器（ALU）與AND或OR非NOTVBLAALRVLBVA一位全加器構(gòu)成示意圖或門(mén)與門(mén)異或門(mén)存儲(chǔ)方式數(shù)的存儲(chǔ)方式運(yùn)算方式算術(shù)運(yùn)算邏輯運(yùn)算進(jìn)制轉(zhuǎn)換DOBH十進(jìn)制，Decimal，以D或10表示二進(jìn)制，Binary，以B或2表示進(jìn)制符號(hào)八進(jìn)制，Octal，以O(shè)或8表示十六進(jìn)制，Hexadecimal，以H或16表示2021222324252627位權(quán)：數(shù)碼：數(shù)位：該二進(jìn)制表示的十進(jìn)制為：即：(10110010)2=1781*27+0*26+1*25+1*24+0*23+0*22+1*21+0*21：(10110010)2=（）10DOBH（1232.25）10=1×103+2×102+3×101+2×100+2×10-1+5×10-2（10110.101）2=1×24+0×23+1×22+1×21+0×20+1×2-1+0×2-2+1×2-3

=22.625按權(quán)展開(kāi)（127.21）8=1×82+2×81+7×80+2×8-1+1×8-2

=87.265625（1AF.C）16=1×162+A×161+F×160+C×16-1

=431.75除R取余法乘R取整法整數(shù)Integer小數(shù)Decimal0201取余取整【例】100.345(D)=110010001011(B).100250225212262321020100110010111.3801.0400.34520.690220.76021.5202×××××【例】100(D)=1008128180441144(O)1001660461664(H)【例】

100(D)=10To810To16思考：683(D)=（）(H)小數(shù)例2轉(zhuǎn)化成八進(jìn)制三位一組轉(zhuǎn)化成十六進(jìn)制四位一組小數(shù)部分：從左向右進(jìn)行分組，不足的位必須補(bǔ)00011

0110

1111.1101

0136F.D0014

=36F.D4(H)(B)=36F.D1(H)??11

0110

1111(B)=36F36F00(H)376.52(O)=011

111

110.101

010(B)

376.52整數(shù)部分和小數(shù)部分：八進(jìn)制，一位變成三個(gè)0/1位十六進(jìn)制，一位變成四個(gè)0/1位A3B9.D1E(O)=1010

0011

1011

1001.1101

00011110(B)

A3B9.D1E小數(shù)例3進(jìn)制轉(zhuǎn)換RTO1010TORRTOR’小技巧拼湊法2.3數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)組織形式正負(fù)號(hào)0與1小數(shù)點(diǎn)運(yùn)算編碼0與10與1整數(shù)編碼小數(shù)編碼補(bǔ)碼編碼整數(shù)編碼一個(gè)數(shù)，包括正、負(fù)號(hào)，在計(jì)算機(jī)內(nèi)部均以數(shù)字化形式（0和1）

表示。機(jī)器數(shù)機(jī)器數(shù)的計(jì)算機(jī)外部表示。符號(hào)用"+"和"－"表示。真值SignSign只可以表示正整數(shù)，所有的0/1都是數(shù)值位。無(wú)符號(hào)數(shù)可以表示正數(shù)和負(fù)數(shù)，數(shù)的符號(hào)也用0/1表示。一般用最高有效位來(lái)表示數(shù)的符號(hào)，正數(shù)用0表示，負(fù)數(shù)用1表示有符號(hào)數(shù)0數(shù)值位1000001010110011514131211109876543210真值+33113D機(jī)器數(shù)2字節(jié)例0符號(hào)位1000001010110011514131211109876543210機(jī)器數(shù)2字節(jié)例真值-345D+0-1編碼字節(jié)越長(zhǎng)，數(shù)值范圍越大小數(shù)編碼fixed-pointnumber浮點(diǎn)數(shù)小數(shù)點(diǎn)位置浮動(dòng)、變化的數(shù)。float-pointnumber定點(diǎn)數(shù)小數(shù)點(diǎn)位置固定不變的數(shù)。符號(hào)位

隱含小數(shù)點(diǎn)153210s…符號(hào)位

隱含小數(shù)點(diǎn)153210s…00000000011000011101000000000000-0.625D+97D2B為例定點(diǎn)整數(shù)定點(diǎn)小數(shù)以指數(shù)形式表示十進(jìn)制的浮點(diǎn)數(shù)二進(jìn)制的浮點(diǎn)數(shù)階符和階碼指數(shù)部分稱(chēng)為階碼小數(shù)部分稱(chēng)為尾數(shù)±尾數(shù)×10±階碼-6.375=-0.06375×102

=-637.5×10-2

=-0.6375×10+1=-6.375×10+0±尾數(shù)×2±階碼-6.375D=

-110.011(B)=-11.0011×2+1

=-1.10011×2+10=-0.110011×2+11=-1100.11×2-01浮點(diǎn)數(shù)浮點(diǎn)數(shù)規(guī)格化形式:尾數(shù)中的小數(shù)點(diǎn)在數(shù)值的第一個(gè)有效位的后面，這樣便準(zhǔn)確規(guī)定了小數(shù)點(diǎn)的位置。浮點(diǎn)數(shù)的規(guī)格化表示符號(hào)位指數(shù)位尾數(shù)位IEEE754，以32位float為例(37.625)D=(100101.101)B=1.00101101×25IEEE754，以32位float為例符號(hào)位:為0表示正數(shù),為1表示負(fù)數(shù)。指數(shù)位：用于表示以2位底的指數(shù)。指數(shù)加上這個(gè)偏移量后會(huì)變成一個(gè)非負(fù)整數(shù)（此處127）。因此圖中8個(gè)比特的指數(shù)位范圍是[0,255],減去偏移量127后，這8個(gè)比特能表示[-127,128]范圍內(nèi)的指數(shù)。尾數(shù)位：使用規(guī)范化處理，在存儲(chǔ)尾數(shù)時(shí)可以省略前面的1和小數(shù)點(diǎn)，只記錄尾數(shù)中小數(shù)點(diǎn)之后的部分,節(jié)約了一位內(nèi)存。(37.625)D=(100101.101)B=1.00101101×25IEEE754，以32位float為例符號(hào)位:0指數(shù)位：5.5+127=132，即10000100尾數(shù)位：隱藏高位1，只記錄00101101，后面補(bǔ)齊15個(gè)0補(bǔ)碼運(yùn)算01原碼補(bǔ)碼03反碼02最高位為符號(hào)位，數(shù)值部分為原數(shù)的絕對(duì)值。正數(shù)的補(bǔ)碼和原碼相同，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼是在其反碼的最后一位上加1。正數(shù)的反碼和原碼相同；負(fù)數(shù)的反碼是對(duì)其原碼除符號(hào)位外的部分求反。機(jī)器存儲(chǔ)數(shù)字的編碼方式01原碼補(bǔ)碼03反碼02+7，原碼00000111+7，反碼00000111+7，補(bǔ)碼00000111-7，原碼10000111-7，反碼11111000-7，補(bǔ)碼11111001負(fù)數(shù)補(bǔ)碼負(fù)數(shù)原碼取反加一取反加一0X1|X|X≥0X≤0+7：00000111+0：00000000-7：10000111-0：10000000[X]原=01原碼定義：最高位為符號(hào)位，數(shù)值部分為原數(shù)的絕對(duì)值0的表示不唯一不便于進(jìn)行加減運(yùn)算1000010100001001+10001110-5的原碼結(jié)果為-149的原碼-5+9＝？1B為例定義：正數(shù)反碼和原碼相同；負(fù)數(shù)反碼是對(duì)原碼除符號(hào)位以外外按位求反0的表示不唯一不便于進(jìn)行加減運(yùn)算1111101000001001+100000011-5的反碼結(jié)果為+39的反碼-5+9＝？02反碼0X1|X|X≥0X≤0+7：00000111+0：00000000-7：11111000-0：11111111[X]反=1B為例定義：正數(shù)的補(bǔ)碼和原碼相同，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼是在其反碼的最后一位上加10的表示唯一正確加減運(yùn)算1111101100001001+100000100-5的補(bǔ)碼結(jié)果為補(bǔ)碼，值+49的補(bǔ)碼0X1|X|+1X≥0X≤0+7：00000111+0：00000000-7：11111001-0：00000000[X]補(bǔ)=-5+9＝？補(bǔ)碼03舍棄1B為例整數(shù)編碼有符號(hào)數(shù)無(wú)符號(hào)數(shù)小數(shù)編碼定點(diǎn)小數(shù)浮點(diǎn)小數(shù)補(bǔ)碼運(yùn)算原碼反碼補(bǔ)碼字符編碼01數(shù)字02字符03聲音04圖像數(shù)值型信息非數(shù)值型信息ABCEFDGHI GKLMONPQRSUTVWXYZG?!>&2698054亞大約有兩萬(wàn)多個(gè) G漢K字博大精深宋草黑柳行隸方正魏變國(guó)

家

!用華

字

號(hào)洲圓姚舒西文字符漢字字符西文編碼中文編碼西文編碼ASCII編碼ANSI編碼鮑勃?比默爾信息交換標(biāo)準(zhǔn)碼AmericanStandardCodeforInformationInterchange擴(kuò)展ASCII碼擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼擴(kuò)展ASCII碼0101100176543210使用低7位來(lái)表示大小寫(xiě)字母，數(shù)字0到9、標(biāo)點(diǎn)符號(hào)，以及在美式英語(yǔ)中使用的特殊控制字符。最高位可以作為奇偶校驗(yàn)位。1101100176543210每個(gè)字符的最高位用于確定附加的128個(gè)特殊符號(hào)字符、外來(lái)語(yǔ)字母和圖形符號(hào)。0~9編碼利于ASCII碼與二進(jìn)制轉(zhuǎn)換英文字母編碼利于大小寫(xiě)轉(zhuǎn)換含有33個(gè)無(wú)法顯示的控制字符，用于輸出格式控制、傳輸控制等中文編碼大陸、新加坡國(guó)標(biāo)碼漢字字形碼…………區(qū)位碼Phase1國(guó)標(biāo)碼Phase2機(jī)內(nèi)碼Phase3字形碼Phase4區(qū)位碼區(qū)號(hào)(1－94)位號(hào)(1－94)按GB2312-18國(guó)標(biāo)規(guī)定，漢字編碼表有94行，94列，其行號(hào)01~94稱(chēng)為區(qū)號(hào)，列號(hào)01~94稱(chēng)為位號(hào)，一個(gè)漢字所在的區(qū)號(hào)和位號(hào)組合在一起，就構(gòu)成了這個(gè)漢字的區(qū)位碼。每個(gè)漢字占2個(gè)字節(jié)，第一個(gè)字節(jié)稱(chēng)為高字節(jié)，第二個(gè)字節(jié)稱(chēng)為低字節(jié)區(qū)位碼表示為:區(qū)號(hào)(01-94,或01H-5EH)位號(hào)(01-94,或01H-5EH)國(guó)標(biāo)碼為避開(kāi)ASCII碼前32個(gè)控制碼，在區(qū)位碼的基礎(chǔ)上加32(20H)，得到國(guó)標(biāo)碼。國(guó)標(biāo)碼每個(gè)字節(jié)的編碼范圍為33(21H)～126(7EH)。國(guó)標(biāo)碼＝區(qū)位碼＋3232(2020H)國(guó)標(biāo)碼“中”字的區(qū)位碼5448(3630H)，國(guó)標(biāo)碼為8680，對(duì)應(yīng)的ASCII字符為“VP”。這到底是一個(gè)漢字？還是兩個(gè)西文字符？高字節(jié)和低字節(jié)的高位置1，與高位是0的ASCII碼區(qū)分機(jī)內(nèi)碼每個(gè)字節(jié)的編碼范圍為：161(A1H)～254(FEH)機(jī)內(nèi)碼=國(guó)標(biāo)碼＋8080H機(jī)內(nèi)碼字形碼點(diǎn)陣式矢量式點(diǎn)陣式1、某漢字的區(qū)位碼是5448，它的機(jī)內(nèi)碼是多少？A、D6D0HB、E5E0HC、E5D0H

D、D5E0H2、在24×24點(diǎn)陣字庫(kù)中，每個(gè)漢字的字模信息存儲(chǔ)在____

個(gè)字節(jié)中？A、24B、48C、72D、12

課堂練習(xí)3、求下列表達(dá)式的值字母A的ASCII碼是65,字母a的ASCII碼是97，數(shù)字0的ASCII碼是48，空格的ASCII碼是32。AND為與運(yùn)算，OR為或運(yùn)算，NOT為非運(yùn)算。優(yōu)先級(jí)從高到低依次為NOT，AND，OR。字符的大小用ASCII碼比較。比較結(jié)果成立為真，即True，可用1表示，否則結(jié)果為False，用0表示。‘’表示空格。課堂練習(xí)（1）＇Ｂ＇>＇0＇AND＇Ｂ＇<＇９＇OR＇Ｂ＇>=＇A＇AND＇Ｂ＇<=＇Z‘（2）＇Ｂ＇>=＇

＇OR＇ｂ＇＜=＇Ｂ＇AND＇０＇>=＇

＇OR＇ａ＇<=＇Ａ＇西文字符ASCII碼擴(kuò)展的ASCII碼中文字符區(qū)位碼國(guó)標(biāo)碼機(jī)內(nèi)碼字形碼聲音和圖像編碼01數(shù)字02字符03聲音04圖像數(shù)值型信息非數(shù)值型信息1234567890Ilove

China0101010101我愛(ài)中國(guó)0101010101010101010101010101011010101010101010101010101010101010101010我愛(ài)中國(guó)I?China0987654321輸入輸出聲音編碼圖像編碼聲音編碼模擬音頻信號(hào)話(huà)筒錄音信號(hào)采樣信號(hào)量化信源編碼模擬信號(hào)模擬音頻信號(hào)采樣頻率(44KHZ)數(shù)字化處理聲音、圖形、視頻等信息，需要轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)后計(jì)算機(jī)才能存儲(chǔ)和處理。將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)的過(guò)程稱(chēng)為數(shù)字化處理。采樣：在固定時(shí)間間隔內(nèi)，對(duì)模擬音頻信號(hào)截取振幅值。單位時(shí)間內(nèi)采樣次數(shù)（采樣頻率）越多，數(shù)字信號(hào)就越接近原聲。量化：將信號(hào)連續(xù)取值為有限多個(gè)離散值。編碼：將采集的原始數(shù)據(jù)，按文件類(lèi)型（如WAV、MP3等）編碼，再加上音頻文件的頭部，就得到了