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大学计算机基础1.第一章 计算机及信息技术概述 本本章章主主要要介介绍绍计计算算机机的的发发展展史史和和特特点点、类类型型及及应应用用，以以及及计计算算机机的的未未来来发发展展趋趋势势；计计算算机机系系统统的的硬硬件件和和软软件件系系统统构构成成；最最后后介介绍绍信息技信息技术术的基本概念。的基本概念。2.1.1 计计算机基算机基础础知知识识 20世世纪纪以以来来人人类类最最重重大大的的科科技技发发明明当当数数电电子子数数字字计计算算机机，计计算算机机改改变变了了人人们们传统传统的工作和生活方式。的工作和生活方式。这这是一幅很著名的人是一幅很著名的人类进类进化化幽默幽默幽默幽默图图3.1.1 计计算机基算机基础础知知识识1.1.1 计算机发展历史上的重要人物和思想 人人类类从从远远古古时时代代就就产产生生了了计计算算的的需需要要。钟钟表表业业，特特别别是是齿齿轮轮传传动动装装置置技技术术的的发发展展，诞诞生生了了最最早早的的机机械式械式计计算机。算机。下下面面介介绍绍几几位位在在电电子子计计算算机机诞诞生生前前后后对对计计算算机机发发展有展有过过突出突出贡贡献的几位早期献的几位早期历历史人物。史人物。4.法法国国物物理理学学家家帕帕斯斯卡卡(1623-1662)：在在 1642年年发发明明了了第第一一台台机机械械式式加加法法机机。该该机机由由齿齿轮轮组组成成，靠靠发发条条驱驱动动，用用专专用用的的铁铁笔笔来来拨动转轮拨动转轮以以输输入数字。入数字。当当时时，19岁岁的帕斯卡的帕斯卡为为了帮了帮助父助父亲计亲计算税款，开始研究机械算税款，开始研究机械计计算装置，最后制成了手算装置，最后制成了手摇驱动摇驱动的的齿轮进齿轮进位式位式计计算器，可完成六算器，可完成六位数字的加减法。位数字的加减法。1.1 计计算机基算机基础础知知识识5.德德国国数数学学家家莱莱布布尼尼茨茨：在在1673年年发发明明了了机机械械式式乘乘除除法法器器。基基本本原原理理继继承承于于帕帕斯斯卡卡的的加加法法机机，也也是是由由一一系系列列齿齿轮轮组组成成，但但它它能能够够连连续续重重复复地地做做加加减减法法，从从而而实实现现了了乘乘除除运运算算。据据记记载载，莱莱布布尼尼兹兹曾曾把把自自己己的的乘乘法法机复制品送机复制品送给给康熙皇帝康熙皇帝。1.1 计计算机基算机基础础知知识识6.1.1 计计算机基算机基础础知知识识 英英国国数数学学家家巴巴贝贝奇奇：1822年年，在在历历经经10年年努努力力终终于于发发明明了了“差差分分机机”。它它有有3个个齿齿轮轮式式寄寄存存器器，可可以以保保存存3个个5位位数数字字，计计算算精精度度可以达到可以达到6位小数。位小数。巴巴贝贝奇奇试图发试图发明功能更好的通用明功能更好的通用计计算机算机分析机，但最分析机，但最终终失失败败。英英国国女女数数学学家家爱爱达达(1815-1852)：巴巴贝贝奇奇的的合合作作伙伙伴伴。她她用用穿穿孔孔卡卡片片设设计计了了世世界界上上“第第一一件件计计算算机机程程序序”。她她还还建建议议分分析析机机用用二二进进制制存存储储。预预言分析机能唱歌、言分析机能唱歌、绘绘画。画。英国英国诗诗人拜人拜伦伦的女儿的女儿7.图图灵机：灵机：这这个在当个在当时时看来是看来是纸纸上上谈谈兵的兵的简单简单机器，机器，隐隐含了含了现现代代计计算机中算机中“存存储储程序程序”的基的基本思想。半个世本思想。半个世纪纪以来，数学家以来，数学家们们提出的各提出的各种各种各样样的的计计算模型都被算模型都被证证明是和明是和图图灵机等价灵机等价的。的。英国科学家阿英国科学家阿兰兰 图图灵灵(理理论计论计算机的奠基人算机的奠基人1912-1954)控制器（含运算功能）控制器（含运算功能）可在可在纸带纸带上左右移上左右移动动的的读读写写头头，用于用于读读写数据写数据(输输入入输输出出设备设备)可无限延伸的可无限延伸的纸带纸带。用于。用于存存储储程序和数据（存程序和数据（存储储器）器）1.1 计计算机基算机基础础知知识识姚姚期期智智：20002000年年首首位位获获奖奖图图灵灵奖奖的的华华裔学者裔学者 8.七十多年来，七十多年来，现现代代计计算机基本算机基本结结构仍然是构仍然是“冯冯诺诺依曼依曼计计算机算机”。美籍匈牙利数学家美籍匈牙利数学家冯冯 诺诺依曼依曼(计计算机鼻祖算机鼻祖)计计算算机机应应由由运运算算器器、控控制制器器、存存储储器器、输输入入设备设备和和输输出出设备设备五大部件五大部件组组成；成；应应采用二采用二进进制制简简化机器的化机器的电电路路设计设计；采采用用“存存储储程程序序”技技术术,以以便便计计算算机机能能保保存和自存和自动动依次依次执执行指令。行指令。冯冯诺诺依曼：依曼：“如果不考如果不考虑虑巴巴贝贝奇、奇、爱爱达和其他人早先提出的达和其他人早先提出的有关思想，有关思想，计计算机基本概念只能属于阿算机基本概念只能属于阿兰兰图图灵灵”1.1 计计算机基算机基础础知知识识9.1.1 计计算机基算机基础础知知识识1946年由美国年由美国宾宾夕法尼夕法尼亚亚大学大学研制出世界上第一台研制出世界上第一台电电子数字子数字计计算机，取名算机，取名ENIAC。由此。由此诞诞生了生了“第一个第一个电电子的大子的大脑脑”Electronic Numerical Integrator And Calculator电电子数字子数字积积分分计计算机算机重重30吨，占地吨，占地167m2，耗，耗电电150千瓦千瓦主要元件主要元件为电为电子管、子管、继电继电器，可保器，可保存存80个字个字节节，每秒，每秒钟钟做做5000次加减次加减法或法或400次乘法运算。次乘法运算。致命缺陷：没有存致命缺陷：没有存储储程序。程序。1.1.2 电子计算机发展历程10.q 第一代第一代计计算机算机 19461958年年 以以电电子管子管为为主要元件主要元件 代表机型：代表机型：ENIAC1.1 计计算机基算机基础础知知识识q 第二代第二代计计算机算机 19581964年年 以晶体管以晶体管为为主要元件主要元件采采用用晶晶体体管管的的第第二二代代电电子子计计算机算机IBM7090IBM7090型型11.q 第四代第四代计计算机算机 1971年至今年至今 以大以大规规模模/超大集成超大集成电电路路为为主要元件主要元件 巨型机、大型机、小型机、微型机以及便携机巨型机、大型机、小型机、微型机以及便携机 q 未来的第五代未来的第五代计计算机是智能算机是智能计计算机算机1.1 计计算机基算机基础础知知识识q 第三代第三代计计算机算机 19641971年年 以集成以集成电电路路为为主要元件主要元件采用集成采用集成电电路的第路的第一台一台电电子子计计算机算机IBM360IBM360型型电电子技子技术术的的发发展促展促进进了了电电子子计计算机的更新算机的更新换换代。代。12.巨型机大型机小型机微型机工作站服务器嵌入式计算机按按计计算机算机规规模分模分类类1.1 计计算机基算机基础础知知识识1.1.3 计算机类型13.1.1 计计算机基算机基础础知知识识 计计算算机机是是一一种种能能按按照照事事先先存存储储的的程程序序，自自动动、高高速速地地进进行行大大量量数数值值计计算算和和各各种种信信息息处处理理的的现现代代化化智能智能电电子子设备设备。运算速度快运算速度快计计算精度高算精度高存存储储容量大容量大具有具有逻辑逻辑判断能力判断能力按照程序自按照程序自动动运行运行计计算算机机特特点点1.1.4 计算机的特点及应用领域14.1.1 计计算机基算机基础础知知识识科学科学计计算算数据数据处处理理过过程与程与实时实时控制控制人工智能人工智能计计算机算机辅辅助助设计设计与制造与制造计计算算机机应应用用领领域域远远程通信与网程通信与网络应络应用用多媒体与虚多媒体与虚拟现实拟现实15.微机的发展(1975-1995)1975年第一台个人年第一台个人电脑问电脑问世。世。1981年第一台年第一台IBM-PC问问世。世。1985年年386；1989年年486；1993年奔年奔腾腾出出现现。CPU进进入入32位位时时代。代。1989年多媒体声卡年多媒体声卡问问世。世。1995年个人年个人电脑电脑出出现现CD-ROM光光驱驱。1995年年Win 95问问世，操作系世，操作系统进统进入入Windows 时时代。多媒体和代。多媒体和图图形界面的出形界面的出现现使使电脑电脑真正真正进进入入家庭。家庭。16.1995年年 以以 来来，Intel的的 CPU频频 率率（2000年年 P4，2GHz；2004年年P4，3.8GHz）。）。2001年年Windows XP，集集成成大大量量应应用用程程序序，例例如如IE、Media Player、图图像像浏览浏览等。等。2005年年4月，月，64位位Windows XP操作系操作系统问统问世。世。2005年年4月，月，CPU进进入双核和多核入双核和多核时时代。代。2006年年，Windows Vista 32位位/64位位操操作作系系统统发发布。布。2009年，年，Windows7操作系操作系统发统发布。布。微机的发展(1995-)17.巨型化巨型化 存存储储容容量量大大、运运算算速速度度达达每每秒秒百百万万亿亿、千千万万亿亿次次的的巨巨型型机机是衡量一个国家科技是衡量一个国家科技实实力的指力的指标标之一。之一。1.1.5 计算机发展趋势1.1 计计算机基算机基础础知知识识 计计算机正向巨型化、微型化、网算机正向巨型化、微型化、网络络化和智能化方向化和智能化方向发发展。展。2009年年，我我国国成成功功研研制制出出每每秒秒1206万万亿亿次次的的“天天河河一一号号”超超级级计计算算机机，成成为为继继美美国国之之后后世世界界上上第第二二个个能能够够研研制制千千万万亿亿次次计计算机的国家。算机的国家。美洲豹美洲豹(美国美国)走走鹃(美国美国)海妖海妖(美国美国)尤金尤金(欧洲欧洲)天河一号天河一号(中国中国)2009年全球超年全球超级计级计算机排行榜算机排行榜 18.1.1 计计算机基算机基础础知知识识 网网络络化化 通通过计过计算机网算机网络络可共享可共享远远程程资资源，源，实现实现通信和合作。通信和合作。智能化智能化 智能智能计计算机将是一种具有算机将是一种具有类类似于人的思似于人的思维维能力，能力，能听会能听会说说，能想会做，能代替人的体力，能想会做，能代替人的体力劳动劳动以及以及脑脑力力劳动劳动的智能机器人。的智能机器人。微型化微型化 计计算机不再是算机不再是单单一的一的计计算机器，而是个人的信息机器。算机器，而是个人的信息机器。19.1.1 计计算机基算机基础础知知识识DeepblueGarry Kasparov 1996年年2月月10日，卡斯帕日，卡斯帕罗罗夫夫战胜战胜“深深蓝蓝”1997年年5月月12日，卡斯帕日，卡斯帕罗罗夫夫负负于于“更深的更深的蓝蓝”20.计计算机系算机系统统硬件硬件软软件件系系统软统软件件应应用用软软件件中央中央处处理器理器运算器运算器控制器控制器存存储储器器内存内存外存外存输输入入/输输出出设备设备1.2 计计算机系算机系统统构成构成21.1.2.1 计算机硬件系统1.2 计计算机系算机系统统构成构成冯诺依曼计算机结构 计计算算机机由由运运算算器器、控控制制器器、存存储储器器、输输入入设设备备、输输出出设备设备五大部分五大部分组组成。成。控制信号流数据流22.应应用用软软件件其它系其它系统软统软件件操作系操作系统统硬硬 件件 应应用用软软件件是是指指用用户户为为解解决决各各种种实实际际问问题题而而编编写写的的程程序序。应应用用软软件件可可分分为为两两类类：一一类类是是针针对对某某个个应应用用领领域域的的具具体体问问题题开开发发的的程程序序；第第二二类类是是一一些些大大型型专专业业软软件件公公司司开开发发的的通通用用型型应应用用软软件。件。系系统统软软件件位位于于计计算算机机系系统统最最靠靠近近硬硬件件的的一一层层，其其他他软软件件一一般般都都通通过过系系统统软软件件发发挥挥作作用用，系系统统软软件主要包括：件主要包括：(1)操作系操作系统统。(2)语语言言处处理程序。理程序。(3)监监控控管管理理程程序序、调调试试程程序、故障序、故障检查检查和和诊诊断程序等。断程序等。1.2.2 计算机软件系统1.2 计计算机系算机系统统构成构成23.1.3.1 信息技术概念1.3 信息技信息技术术基基础础知知识识 信息信息数据数据现现代信息技代信息技术术：计计算机技算机技术术微微电电子技子技术术通信技通信技术术 信信息息、材材料料、能能源源是是组组成成社社会会物物质质文文明明的的三三大大要素。要素。信信息息是是一一种种知知识识，是是接接受受者者事事先先不不知知道道不不了了解解的的知知识识。数数据据是是信信息息的的载载体体。数数值值、文文字字、语语言言、图图形、形、图图像等都是不同形式的数据。像等都是不同形式的数据。24.计计算算机机加加工工处处理理的的对对象象是是数数据据。除除了了数数学学上上的的数数值值以以外外，象象字字符符、汉汉字字、符符号号、声声音音、图图形形、图图像像等等在在进进行行数数字字编编码码后后都都可可称称之之为为数数据据。不不同同类类型型的的数数据据在在计计算算机机内内部部有有着着不不同同的的存存储储和和处处理方式。理方式。本本章章主主要要介介绍绍计计算算机机中中采采用用的的二二进进制制及及其其运运算算规规则则，二二进进制制与与其其它它进进制制之之间间的的转转换换；计计算算机机中中度度量量信信息息的的数数据据单单位位；不不同同类类型型的的数数据据采用的信息采用的信息编码编码等。等。第二章 计算机信息基础25.2.1 计计算机所使用的数制算机所使用的数制2.1.1 数制的概念基数：基数：R进进制的基数制的基数=R位位权权：是一个与数字位置有关的常数，位：是一个与数字位置有关的常数，位权权=Rn其中其中n取取值值：以小数点：以小数点为为界，向左界，向左 0，1，2，3，向右向右-1，-2，-3例：例：(275.8)10=210271015100810-1常用数制常用数制十十进进制制二二进进制制八八进进制制十六十六进进制制数字符号数字符号090，10709,A,B,C,D,E,F基基 数数102816(1011.1)(1011.1)2 2=12=123 3+02+022 2+12+121 1+12+120 0+12+12-1-126.2.1 计计算机所使用的数制算机所使用的数制十十进进制制二二进进制制八八进进制制十六十六进进制制000011112102231133410044510155611066711177810001089100111910101012A11101113B12110014C13110115D14111016E15111117F16100002010常常 用用 数数 制制 的的 对对 应应 关关 系系27.2.1 计计算机所使用的数制算机所使用的数制2.1.2 二进制的运算二二进进制的算制的算术术运算运算加：加：0+0=00+1=11+0=11+1=10减：减：0-0=00-1=11-0=11-1=0乘：乘：00=001=010=011=1除：除：00=001=010(无意无意义义)11=1本位本位为为0，向高位向高位进进位位1本位本位为为1，向高位借向高位借1当当228.二二进进制的制的逻辑逻辑运算运算与与AND：00=001=010=011=1或或OR：00=001=110=111=1非非(取反取反)：0=11=00表示表示“假、否假、否”，1表示表示“真、是真、是”2.1 计计算机所使用的数制算机所使用的数制表示串表示串联联，表示并表示并联联29.十十进进制数制数二、八、十六二、八、十六进进制的制的转换转换由一种数制由一种数制转换转换成另一种数制成另一种数制2.1 计计算机所使用的数制算机所使用的数制30.2.1.3 二进制和其它进制的转换十十进进制制 二二进进制、八制、八进进制、十六制、十六进进制制 十十进进制制转转二二进进制：整数部分除以制：整数部分除以2取余，直至商取余，直至商为为0；小数部分乘以；小数部分乘以2取整，直至小数部分取整，直至小数部分为为0或达或达到所需精度到所需精度为为止。止。十十进进制制转转八八进进制：方法同上。整数部分除以制：方法同上。整数部分除以8，小数部分乘以小数部分乘以8。十十进进制制转转十六十六进进制：方法同上。整数部分除以制：方法同上。整数部分除以16，小数部分乘以，小数部分乘以16。2.1 计计算机所使用的数制算机所使用的数制31.十十进进制制整数整数 二二进进制制整数整数2 75 1 2 37 1 2 18 0 2 9 1 2 4 0 2 2 0 2 1 1 0结结果果为为：1001011十十进进制制小数小数 二二进进制制小数小数0.6875 21 1.3750 2 0 0.7500 2 1 1.5000 2 1 1.0000结结果果为为：0.1011(75.6875)10=(1001011.1011)22.1 计计算机所使用的数制算机所使用的数制32.十十进进制制整数整数 八八进进制制整数整数结结果果为为：113十十进进制制整数整数 十六十六进进制制整数整数结结果果为为：4B 8 75 3 8 9 1 8 1 1 0 16 75 B 16 4 4 02.1 计计算机所使用的数制算机所使用的数制33.例：例：(1011.1)2=123+022+121+120+12-1 =8+0+2+1+0.5=(11.5)10二二进进制、八制、八进进制、十六制、十六进进制制 十十进进制制位位权权相加法相加法：各位数各位数码码乘位乘位权权，再相加。，再相加。2.1 计计算机所使用的数制算机所使用的数制34.整数部分从右向左，小数部分从左向右，整数部分从右向左，小数部分从左向右，每每3位二位二进进制一制一组组，变为变为1位八位八进进制。制。不足不足3位位时时分分别别在最左端和最右端在最左端和最右端补补0凑凑够够3位。位。例：例：(1100101001011.1101)2=(14513.64)8 二二进进制数制数 八八进进制数制数每每1位八位八进进制，制，变为变为3位二位二进进制。制。例：例：(16347.52)8=(001 110 011 100 111.101 010)2 =(1110011100111.10101)2八八进进制数制数 二二进进制数制数2.1 计计算机所使用的数制算机所使用的数制35.二二进进制制 十六十六进进制制整数部分从右向左，小数部分从左向右，整数部分从右向左，小数部分从左向右，每每4位二位二进进制一制一组组，变为变为1位十六位十六进进制。制。不足不足4位位时时分分别别在最左端和最右端在最左端和最右端补补0凑凑够够4位。位。例：例：(11010111101.1010001)2=(6BD.A2)16 十六十六进进制制 二二进进制制每每1位十六位十六进进制，制，变为变为4位二位二进进制。制。例：例：(4C2.F6)16=(0100 1100 0010.1111 0110)2 =(10011000010.1111011)22.1 计计算机所使用的数制算机所使用的数制36.2.2 计算机中的数据单位位位(bit)：计计算机存算机存储储数据的最小数据的最小单单元元(0、1)字字节节(Byte)：处处理数据的基本理数据的基本单单位位(8bit/Byte)位（位（bit）字字长长字字节节（Byte）字字长长：CPU一次一次处处理数据的二理数据的二进进制位数。制位数。常用的字常用的字节计节计数数单单位：位：1KB1024 Byte (210B)1MB1024 KB (220B)1GB1024 MB (230B)1TB1024 GB (240B)37.2.3 信息表示与信息表示与编码编码 所所谓谓编编码码，就就是是利利用用数数字字串串来来标标识识所所处处理理对对象象的不同个体。的不同个体。计计算算机机采采用用的的是是二二进进制制，这这就就意意味味着着所所有有需需要要计计算算机机处处理理的的信信息息，如如数数值值、字字母母、汉汉字字、符符号号、声声音音、图图像像等等，都都要要用用0和和1组组成成的的二二进进制制编编码码形形式式来表示。来表示。2.3.1 整数的表示 在在数数学学中中，数数值值是是用用“”和和“”表表示示正正数数和和负负数数的的，而而在在计计算算机机中中只只有有0 0和和1 1，所所以以正正负负号号也也用用0 0和和1 1表示，即数表示，即数值值符号数字化。符号数字化。38.2.3 信息表示与信息表示与编码编码符号位符号位：在有符号的二在有符号的二进进制数中，最高位用制数中，最高位用0表示表示“正正”，1表示表示“负负”。机器数机器数：正正负负符号被数符号被数值值化了的数。化了的数。真真值值：该该机器数所表达的数机器数所表达的数值值。机器数机器数0 0 0 0 0 1 0 1+5 符号位符号位真真值值机器数机器数1 0 0 0 0 1 0 15 真真值值符号位符号位39.2.3 信息表示与信息表示与编码编码原原码码：正号正号为为0 0，负负号号为为1 1，数，数值值部分部分为为二二进进制制绝对值绝对值。反反码码：正数的反正数的反码码和原和原码码相同；相同；负负数的反数的反码码是将其原是将其原码码除符号位外各位取反。除符号位外各位取反。补码补码：正数的正数的补码补码和原和原码码相同；相同；负负数的数的补码补码是将其反是将其反码码在末位加在末位加1 1。-5 1 0 0 0 0 1 0 1原原码码1 1 1 1 1 0 1 0反反码码1 1 1 1 1 0 1 1补码补码+5的原的原码码、反、反码码和和补码补码都是都是00000101 在有符号运算中，需要通在有符号运算中，需要通过过原原码码、反、反码码、补码转换补码转换来完成运算。来完成运算。40.2.3 信息表示与信息表示与编码编码补码补码的概念是怎么来的？的概念是怎么来的？“模模”是是指指一一个个系系统统所所能能表表示示的的数数据据个个数数。按按模模运运算算是是指指运运算算结结果果超超过过模模时时，模模（或或模模的的整整数数倍倍）将溢出而只剩下余数。将溢出而只剩下余数。8位二位二进进制的模制的模为为28=256 假假设设M为为模，若数模，若数a，b满满足足abM，则则称称a，b互互为补为补数。数。在有模运算中，减去一个数等于加上在有模运算中，减去一个数等于加上这这个数个数对对模模的的补补数。数。41.2.3.2 实数的表示定点数定点数小数点位置固定的数称小数点位置固定的数称为为定点数。定点数。定定点点整整数数：小小数数点点隐隐含含固固定定在在数数值值部部分分最最右右端端。定定点点整整数数是是纯纯整整数数,其其符符号号位位右右边边所所有有的的位位数数表表示示的是一个整数。的是一个整数。2.3 信息表示与信息表示与编码编码定点整数：定点整数：（-3-3）10 0 0 0 0 1 1隐隐含小数位含小数位符号位符号位42.010 0 0 0 0 0定点小数：定点小数：（+0.5+0.5）符号位符号位隐隐含小数位含小数位2.3 信息表示与信息表示与编码编码 定点小数：小数点定点小数：小数点隐隐含固定在数含固定在数值值部分最左端。部分最左端。定点小数是定点小数是纯纯小数。小数。43.浮点数浮点数 小小数数点点位位置置不不固固定定的的数数称称为为浮浮点点数数，它它既既有有整整数数部部分分又又有有小小数数部部分分，如如123.55、33.789等等。在在计计算算机机中中通通常常把把浮浮点点数数分分成成阶阶码码和和尾尾数数两两部部分分来来表表示示，也也就就是是平平时时所所说说的的科科学学记记数数法法。为为保保证证不不损损失失有有效效数数字字，对对尾尾数数进进行行规规格格化化处处理理，即即保保证证尾尾数数的的最最高高位位为为1，实实际际数数值值通通过过阶阶码码进进行行调调 整整。例例 如如，二二 进进 制制 实实 数数 1010.1101可可 以以 用用0.101011012100表示。表示。(注注:100等同于十等同于十进进制的制的4)2.3 信息表示与信息表示与编码编码44.例例：将十：将十进进制数制数+55 +55 以浮点数格式存放。以浮点数格式存放。(55)(55)1010=(110111)=(110111)2 2=0.110111*2=0.110111*26 6浮点数：字浮点数：字长长4字字节节，则阶码则阶码部分部分为为8位位补码补码定点整定点整数，尾数部分数，尾数部分为为24位位补码补码定点小数。定点小数。尾数最高位尾数最高位为为1 131 30 25 24 23 22 7 031 30 25 24 23 22 7 00 0 0 0 0 1 1 0 0 10 0 01 0 10 0阶码阶码部分部分尾数部分尾数部分阶码阶码符号位符号位尾数尾数符号位符号位2.3 信息表示与信息表示与编码编码1 1 0(注注:6:6等同于二等同于二进进制的制的110)110)45.例例：将十：将十进进制数制数-55 -55 以浮点数格式存放。以浮点数格式存放。（略）（略）-(55)-(55)1010=-(110111)=-(110111)2 2=-0.110111*2=-0.110111*26 6其中其中(-110111)(-110111)的反的反码为码为：1 1001000001000，补码补码：1 1001001001001尾数格式：尾数格式：0.1001(0.1001(小数点右移小数点右移2 2位，指数位，指数变为变为2 24 4)尾数最高位尾数最高位为为1 131 30 25 24 23 22 7 031 30 25 24 23 22 7 00 0 0 0 0 1 0 0 1 10 0 00 0 10 0阶码阶码部分部分尾数部分尾数部分阶码阶码符号位符号位尾数尾数符号位符号位2.3 信息表示与信息表示与编码编码0 0 0隐隐含小数位含小数位(注注:6:6等同于二等同于二进进制的制的110)110)(注注:6:6等同于二等同于二进进制的制的100)100)46.2.3.3 十进制数的编码BCD码 编码编码和数和数值值是完全不同的！是完全不同的！BCD码码（8421码码）：二二十十进进制制编编码码，用用4位位二二进进制制 码码 表表 示示 1位位 十十 进进 制制 数数。（不不 能能 参参 与与 运运 算算）例：例：(13579)10=(0001 0011 0101 0111 1001)BCD(0110 1000 0000.0010 0100)BCD=(680.24)10 2.3 信息表示与信息表示与编码编码47.2.3.4 西文字符的编码ASCII码 ASCII码码(American Standard Code for Information Interchange)128个常用字符，用个常用字符，用7位二位二进进制制编码编码，占一，占一个字个字节节，最高位，最高位0。其中，控制字符：其中，控制字符：032，127；普通字；普通字符：符：94个。个。2.3 信息表示与信息表示与编码编码b6b5b4b3b2b1b00000010100111001011101110000NULDLESP0Pp0001SOHDC1!1AQaq0010STXDC2“2BRbr0011ETXDC3#3CScs0100EOTDC4$4DTdt0101ENQNAK%5EUeu0110ACKSYN&6FVfv0111BELETB7GWgw1000BSCAN(8HXhx1001HTEM)9IYiy1010LFSUB*:JZjz1011VTESC+;Kk1100FFFS,Nn1111SIUS/?O_oDEL48.2.3.5 和汉字有关的编码(1)汉汉字字输输入入码码：操作人：操作人员员通通过键盘输过键盘输入的入的汉汉字字编码编码。(2)数字数字编码编码：如区位：如区位码码；(3)拼音拼音编码编码：如全拼、智能：如全拼、智能ABC、微、微软软拼音拼音输输入法等；入法等；(4)字形字形编码编码：如五笔字型法等：如五笔字型法等。2.3 信息表示与信息表示与编码编码49.(2)国国标码标码和区位和区位码码 1980年年颁颁布布(GB2312-80)，是是中中文文信信息息处处理理的的国国家家标标准准，是是大大陆陆及及海海外外使使用用简简体体中中文文的的地地区区使使用用的的中中文文编编码码。每每个个汉汉字字占占两两个个字字节节的的编编码码，且且每个字每个字节节最高位均最高位均为为0。2.3 信息表示与信息表示与编码编码 该该编编码码共共收收录录6763个个简简体体汉汉字字、682个个符符号号，其其中中汉汉字字部部分分：一一级级汉汉字字：3755个个，以以拼拼音音排排序序；二二级级汉汉字：字：3008个，以偏旁排序个，以偏旁排序。所所有有汉汉字字分分94个个区区，每每个个区区94个个汉汉字字。由由此此构构成成区位区位码码。而区位。而区位码码的区的区码码和位和位码码各加各加32就得到国就得到国标码标码。50.(3)机内机内码码 计计算机内部存算机内部存储储和加工和加工汉汉字所用的字所用的编码编码。不管用。不管用哪一种哪一种汉汉字字输输入法入法输输入的入的汉汉字，在字，在计计算机内部都是由算机内部都是由国国标码转换标码转换成机内成机内码码来表示的。来表示的。每个每个汉汉字的机内字的机内码码占两个字占两个字节节，每个字，每个字节节最高位最高位为为1。汉汉字字 国国标码标码 汉汉字机内字机内码码中中 8680(01010110 01010000)2 (11010110 11010000)2 华华 5942(00111011 00101010)2 (10111011 10101010)2 中中 5448(区位区位码码)华华2710(区位区位码码)注注:十十进进制表示的国制表示的国标码标码的每个字的每个字节节减减32即得区位即得区位码码。2.3 信息表示与信息表示与编码编码51.点点阵阵汉汉字字：每每一一个个汉汉字字以以点点阵阵形形式式存存储储，有有点点的的地地方方为为“1”“1”，空空白白的的地地方方为为“0”“0”。有有1616、2424、4848点点阵阵等等。点点阵阵越越大大，字字形形分分辨辨率率越越好好，字字形形也也越越美美观观，但但汉汉字字存存储储的字的字节节数就多，字数就多，字库库也就越也就越庞庞大。大。2.3 信息表示与信息表示与编码编码 (4)(4)汉汉字字形字字形码码 汉汉字存字存储储在在计计算机内采用机内算机内采用机内码码，但，但输输出出时时必必须转换须转换成字形成字形码码，再根据字形，再根据字形码输码输出出汉汉字。字形字。字形码码又称又称汉汉字字模，用于在字字模，用于在显显示器或打印机上示器或打印机上输输出各种出各种文字和符号。通常有两种：文字和符号。通常有两种：52.2.3.5 和汉字有关的编码 矢矢量量汉汉字字:将将汉汉字字的的笔笔画画轮轮廓廓用用一一组组直直线线和和曲曲线线来来勾勾画画，并并记记录录存存储储每每一一直直线线和和曲曲线线的的数数字字描描述述(端端点点及及控控制制点点的的坐坐标标)。在在需需要要输输出出时时，根根据据字字形形轮轮廓廓的的描描述述计计算算出出汉汉字字点点阵阵。矢矢量量产产生生的的汉汉字字即即使使放放大大仍能保持仍能保持较较好的好的质质量。量。2.3 信息表示与信息表示与编码编码 汉汉字字字字库库一一般般都都存存放放在在磁磁盘盘上上，这这种种字字库库称称为为“软软字字库库”，使使用用时时根根据据汉汉字字内内码码到到字字库库中中找找到到相相应应的字形的字形码码，然后然后调调入内存并入内存并显显示或打印。示或打印。53.计算机处理汉字的基本过程 用用户户用用键键盘盘输输入入汉汉字字的的外外码码(输输入入码码)，然然后后通通过过代代码码转转换换程程序序到到码码表表中中去去检检索索机机内内码码，汉汉字字内内码码负负责责对对汉汉字字进进行行储储存存、处处理理、加加工工。输输出出时时，利利用用字字形形检检索索程程序序在在汉汉字字字字模模库库中中查查到到表表示示这这个个汉汉字字的的字字形形码码，然后在然后在显显示器或打印机上示器或打印机上输输出。出。2.3 信息表示与信息表示与编码编码54.(5)其它其它编码编码 GBK编编码码：是是对对GB2312的的扩扩充充。仍仍采采用用双双字字节节编编码码，在在此此基基础础上上对对罕罕见见汉汉字字使使用用四四字字节节编编码码，共共收收录录了了2.7万万个个汉汉字字，与与国国标标码码兼兼容容，同同时时收收录录了了藏、蒙、藏、蒙、维维吾吾尔尔等主要少数民族文字。等主要少数民族文字。BIG5码码：台台湾湾、香香港港等等地地区区使使用用的的繁繁体体汉汉字字编编码标码标准。准。2.3 信息表示与信息表示与编码编码55.2.3.6 多媒体信息的数字化 数数字字化化就就是是对对模模拟拟世世界界的的一一种种量量化化，表表示示信信息息的的最最小小单单位位是是位位(bit)“0”或或“1”。多多媒媒体体信信息息在在计计算算机机中中也也要要转转换换为为0和和1，因因此此也也需需要要进进行行编编码码。也也就就是是说说无无论论是是文文字字、图图像像、声声音音或或视视频频，数数字字化化后后都都可可分分解解为为一一系系列列0或或1的的排排列列组组合合。各各种种多多媒媒体体信信息息在在进进入入到到计计算算机机中中进进行行运运算算、存存储储、传传输输等等过过程程中中，需需要要进进行行数数字字化化处处理理，输输出出时时再再将将其其还还原原成成各自本身的特性呈各自本身的特性呈现现在我在我们们面前。面前。2.3 信息表示与信息表示与编码编码56.2.3 信息表示与信息表示与编码编码数数值值西文西文汉汉字字声像声像十十二二进进制制转换转换ASCIIASCII码码输输入入码码机内机内码码模数模数转换转换数数值值西文西文汉汉字字声像声像十十二二进进制制转换转换ASCII码码输输入入码码机内机内码码模数模数转换转换数数值值西文西文汉汉字字声像声像二二十十进进制制转换转换西文形西文形码码汉汉字字形字字形码码数模数模转换转换内存内存各种多媒体信息的数字化各种多媒体信息的数字化处处理理过过程示意程示意图图 57.本本章章主主要要介介绍绍计计算算机机硬硬件件方方面面的的有有关关内内容容，包包括括计计算算机机硬硬件件系系统统的的构构成成；微微机机的的结结构构(CPU、主主板板、内内存存、总总线线、接接口口等等)；外外部部存存储储器器(软软盘盘、硬硬盘盘、光光盘盘、U盘盘等等)；常常用用外外部部设设备备(显显示示器器、打打印印机机等等)；计计算算机机指指令系令系统统等。等。第三章 计算机硬件体系结构 58.3.1 计算机系统的构成 一个完整的一个完整的计计算机系算机系统统是由硬件和是由硬件和软软件件组组成。成。硬硬件件是是由由运运算算器器、控控制制器器、存存储储器器、输输入入设设备备、输输出出设备设备五部分五部分组组成。其中：成。其中：中央中央处处理器理器(简简称称CPU)=运算器运算器+控制器控制器 主机主机=中央中央处处理器理器+主存主存储储器器 软软件件是是指指各各类类程程序序和和数数据据，计计算算机机软软件件包包括括计计算算机机本本身身运运行行所所需需要要的的系系统统软软件件和和用用户户完完成成任任务务所所需要的需要的应应用用软软件。件。59.3.1计算机系统的构成3.1.1 计计算机的硬件系算机的硬件系统统U盘盘60.3.1计算机系统的构成 冯冯诺诺依依曼曼型型计计算算机机是是将将程程序序和和数数据据事事先先存存放放在在外外存存储储器器中中，在在执执行行时时将将程程序序和和数数据据先先从从外外存存装装入入内内存存，然然后后让让计计算算机机在在工工作作时时自自动动地地从从内内存存取取出出指指令令并并加加以以执执行行，这这就就是是存存储储程序的基本原理。程序的基本原理。3.1.2 冯冯诺诺依曼型依曼型计计算机的算机的结结构构 冯冯诺诺依曼依曼计计算机体系算机体系结结构的主要特