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,计算机文化基础,第一章 计算机基础概述,1.1 计算机与信息社会1.2 数字技术基础,1.1 计算机与信息社会,内容：1.1.1 计算机的发展1.1.2 计算机的分类1.1.3 计算机的应用1.1.4 信息技术与信息处理,2,计算机文化基础,1.1.1 计算机的发展,计算机的概念计算机 Computer 电脑依靠程序自动、高速、精确地完成各种信息存储、数据处理、数值计算、过程控制、数据传输的电子设备。基本部分是由电子元器件组成的电路，电路按照“数字”方式进行工作数字电子计算机(Digital Electronic Computer)。计算机与以往任何一种工具的不同点在于它能够把人们从繁重的脑力劳动中(部分)解放出来。,3,计算机文化基础,1.1.1 计算机的发展,4,计算机文化基础,莱布尼茨四则运算器1673,帕斯卡加法器1642,对数计算尺,算筹,巴贝奇差分机1847,算盘,1.1.1 计算机的发展,近代计算机的产生英国科学家阿兰图灵Alan Mathison Turing,1912-1954建立了图灵机(Turing Machine, TM)模型，奠定了可计算理论的基础(1936年)提出图灵测试理论，阐述了机器智能的基本概念(1950年)图灵奖计算机界的诺贝尔奖美国计算机学会(ACM)于1966年设立 颁发给计算机科学领域的领先科研人员,5,计算机文化基础,1.1.1 计算机的发展,近代计算机的产生美籍匈牙利数学家冯诺依曼John von Neumann,1903-1957提出了著名的“冯诺依曼原理”,即“存储程序和程序控制”的原理（1945年）计算机由五个部分组成，包括：运算器、逻辑控制装置、存储器、输入和输出设备采用了二进制，不但数据采用二进制，指令也采用二进制；建立了存储程序，指令和数据便可一起放在存储器里，并作同样处理。,6,计算机文化基础,1.1.1 计算机的发展,近代计算机的产生第一台计算机ENIACElectronic Numerical Integrator and Calculator (电子数字积分计算机)1946年2月由美国宾夕法尼亚大学研制成功,7,计算机文化基础,1.1.1 计算机的发展,近代计算机的产生ENIAC最早用于弹道计算采用电子管为基本元件的电子线路来完成运算和存储，每秒可进行5000次加法或减法，可以在3/1000秒时间内做完两个10位数乘法，能够真正自动运行。使用了17468个电子管、15000个继电器、70000多只电阻器，10000多只电容器、占地170平方米、重80吨、耗电量140千瓦、价格40万美元。,8,计算机文化基础,1.1.1 计算机的发展,近代计算机的产生ENIAC后改进为通用计算机并又进行过多次改造两大缺点：没有存储器；用布线板进行控制非常麻烦。在1965年10月最后切断电源,9,计算机文化基础,1.1.1 计算机的发展,计算机的发展简史第一代 1946年1957年电子管计算机体积庞大、运算速度低、功耗大、可靠性差。使用机器语言或汇编语言来编制程序，内存采用水银延迟线和继电器，仅供少数专业人员使用，主要进行科学计算。,10,计算机文化基础,电子管计算机 IBM701,1.1.1 计算机的发展,计算机的发展简史第二代 1958年1964年晶体管计算机体积缩小、功耗降低、速度加快、可靠性提高。内存使用磁芯存储器，外存使用磁带，开始出现高级语言，发展了一些单道和多道管理程序，应用拓展到数据处理和实时控制。,11,计算机文化基础,贝尔实验室使用800只晶体管组装了世界上第一台晶体管计算机TRADIC,1.1.1 计算机的发展,计算机的发展简史第三代 1964年20世纪70年代中小规模集成电路计算机可靠性大大提高、功耗进一步减小、运算速度进一步提高。内存采用半导体存储器，外存采用磁盘，操作系统开始发展，高级语言数量增多，应用范围逐步扩展。,12,计算机文化基础,集成电路计算机IBM360,1.1.1 计算机的发展,计算机的发展简史第四代 20世纪70年代至今大规模和超大规模集成电路计算机性能大大提高、价格下降、体积缩小、稳定性好、运算速度极快。广泛采用各种新型元器件，各种高级语言日益完善，应用软件日益丰富，应用范围迅速扩展。,13,计算机文化基础,超级计算机蓝色基因/L,1.1.1 计算机的发展,各代计算机的基本情况,14,计算机文化基础,1.1.1 计算机的发展,计算机的发展趋势 新一代计算机巨型化：发展高速度、大容量、功能更强大的巨型计算机。微型化：利用微电子技术和超大规模集成电路技术进一步缩小计算机的体积。网络化：将计算机技术和现代通信技术紧密结合起来，组成功能强、规模大的计算机网络。智能化：通过人工智能技术使计算机具有模拟人的感觉和思维的能力。多媒体化：计算机不仅能够处理文字、数字、符号等文本信息，而且能够处理声音、图形图象、动画视频等多种表现媒体信息。,15,计算机文化基础,1.1.2 计算机的分类,按照工作原理分类模拟式电子计算机计算机采用模拟电路作为基本的组成部分，其内部信息用连续量表示。数字式电子计算机计算机采用数字电路作为基本的组成部分，其内部信息用离散量表示。混合式电子计算机计算机的基本组成部分既有模拟电路又有数字电路，其内部信息分别采用连续量和离散量来表示。,16,计算机文化基础,1.1.2 计算机的分类,按照用途和使用范围分类通用计算机通用计算机是针对大多数用户的大多数应用而研制的。特点是通用性强，具有较强大的综合处理能力，能够解决各种类型的问题，配用的软件也是通用性很强的软件。专用计算机专用计算机是为某一种类型的应用专门研发制造的。专用计算机往往针对解决的特定问题配用了专门的硬件和软件和外部设备，所以能够高速、可靠地解决特定的问题。,17,计算机文化基础,1.1.2 计算机的分类,按照综合性能分类按照计算机的运算速度、字长、存储容量等综合性 巨型计算机机大型计算机机服务器个人计算机 台式机 (Desktop computer)笔记本机 (Notebook)个人数字助理 (PDA),18,计算机文化基础,1.1.2 计算机的分类,巨型计算机又称超级计算机，它是功能最强、运算速度最快、存储容量最大的一类计算机，一般用于国家高科技领域和尖端技术研究，例如战略防御系统、航天测控系统、大区域中长期天气预报系统、石油勘探系统、地震资料处理系统等等。超级计算机的研制水平体现了一个国家综合国力。因次各国在超级计算机领域的竞争非常激烈。近年来，我国的超级计算机一直占据TOP500世界超级计算机榜单的前列（这个榜单每半年发布一次）,19,计算机文化基础,1.1.2 计算机的分类,我国的超级计算机2017.11全球超级计算机TOP500排行榜发布，中国超算“神威太湖之光”和“天河二号”连续第四次分列冠亚军。同时，中国目前拥有202个全球最高性能计算机。相比之下美国只有143个，这是美方自该榜单发布25年以来的最低水平神威太湖之光超级计算机是由国家并行计算机工程技术研究中心研制、安装在国家超级计算无锡中心的超级计算机。神威太湖之光超级计算机安装了40960个中国自主研发的“申威26010”众核处理器，该众核处理器采用64位自主申威指令系统，峰值性能为12.5亿亿次/秒，持续性能为9.3亿亿次/秒。,20,计算机文化基础,1.1.2 计算机的分类,21,计算机文化基础,曙光6000 2010年 1270万亿次,1.1.3 计算机在信息社会中的应用,计算机的主要应用方面科学计算即数值计算，用计算机来完成科学研究和工程技术中提出的数学问题。自动控制又称为过程控制，通过计算机来实时采集数据并且按照最佳情况对被控制设备进行控制和调节。数据处理利用计算机来对各种数据进行记录、整理、统计、分析、加工、利用、传播等操作。信息加工利用计算机对各种图象信息进行整理、加工、记录、变换、增强、重现等操作。,22,计算机文化基础,1.1.3 计算机在信息社会中的应用,计算机的主要应用方面计算机辅助工作包括计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助工程(CAE)、计算机辅助教学(CAI)等方面。人工智能用计算机模拟人类的判断、理解、学习、求解、识别等智能活动。它包括三个方面：知识工程、模式识别、机器人学。电子商务 (Electronic Business, EB)利用计算机和网络而进行的商务活动。办公自动化 (Office Automation, OA)利用计算机和网络技术，集成各种形式的信息资源，为事务处理、管理工作、决策判断提供一个高效率的工作平台。,23,计算机文化基础,1.1.3 计算机在信息社会中的应用,计算机的主要应用领域工商业工商业是计算机应用的传统领域之一，在许多公司企业中，计算机信息处理系统都是企业正常运作的必不可少的手段。在工厂中，计算机除了用来进行自动控制和企业管理外，还用来进行新产品的研发设计。在商业上，不仅使用计算机来对商品的进货、销售、库存、统计分析等经营环节进行管理，还可以通过计算机决策支持系统(DSS)来帮助指定经营计划和长期发展战略。,24,计算机文化基础,1.1.3 计算机在信息社会中的应用,计算机的主要应用领域科研教育科学研究一直是计算机应用的重要领域。从航空航天到海洋科学，从气象观测到地球物理，从宇宙天体到基本粒子的各个方面，都使用计算机来监测与收集数据，对数据进行计算分析对结果进行比较鉴别并判断其重要性。在教育领域，计算机除了象其他领域一样用来进行教学管理外，还广泛应用在计算机辅助教学(CAI)和计算机远程教育方面。,25,计算机文化基础,1.1.3 计算机在信息社会中的应用,计算机的主要应用领域政府机关计算机在政府机关的应用非常广泛，从公文的起草、发布、管理到日常业务的自动化办公，从各项信息的收集整理到规章制度的讨论研究，从民意民情的了解到发展规划的制定，计算机以及网络都起着重要的作用。所谓“电子政府”，就是在Internet上建立一个“虚拟的政府”(网站)，通过网络来发布资料、档案、规章制度、日常工作计划，通过网络来传递各个部门的文件资料和召开网络会议，通过网络来征集市民的意见建议，通过网络进行纳税、行政审批、项目审查等政府业务。,26,计算机文化基础,1.1.3 计算机在信息社会中的应用,计算机的主要应用领域医药卫生在医药卫生领域，计算机除了应用在电子病历、电子处方、病房管理、药品管理等常规方面外，还用于医疗诊断和新药研制。利用Internet进行的远程诊疗技术，大城市的医生专家可以帮助边远农村小镇的医生完成医学诊断和指导手术进行。,27,计算机文化基础,1.1.3 计算机在信息社会中的应用,计算机的主要应用领域休闲娱乐网络游戏是计算机在休闲娱乐中应用的一个重要方面。通过多媒体技术、三维动画技术以及新型设备的支持，可以在虚拟的现实场景中进行游戏对决。计算机电影特技和计算机动画是计算机在休闲娱乐中应用的另一个重要方面。网络电影电视、网络数码音乐、网络聊天等应用，也成为各个网站的重要服务内容。,28,计算机文化基础,1.1.3 计算机在信息社会中的应用,计算机应用中计算技术的发展单主机计算 (Mainframe Computing)单主机计算的主要特征是由单台计算机构成计算系统，系统的信息处理基本都在本地机器上完成。这种计算模式在计算机应用的早期被广泛使用，目前的中小规模应用中也大量存在。分布式客户机/服务器计算 (Distributed Client/Server Computing)简称为C/S模式。分布式客户机/服务器计算是在计算机网络发展起来后出现的计算模式。从技术上考虑，客户机和服务器都是逻辑上的概念，计算机应用的任务被分成两大部分，用户在客户机上进行数据的输入输出、运行控制以及少量数据处理，而信息处理任务中的信息资源查询、高强度数据处理、信息存储等消耗机器资源比较多的工作由网络中的服务器来完成。,29,计算机文化基础,1.1.3 计算机在信息社会中的应用,计算机应用中计算技术的发展浏览器/服务器计算 (Browser/Server Computing) 简称为B/S模式。由客户机/服务器计算模式发展而来，用户通过浏览器向分布在网络上的许多服务器发出请求，服务器对浏览器的请求进行处理，将用户所需信息返回到浏览器。主要利用了不断成熟的WWW浏览器技术，结合多种Script语言(VBScript、JavaScript)和ActiveX技术，是一种全新的软件系统构造技术。网络计算 (Network Computing)网络计算是计算模式的新发展，它的主要思想是在专用软件的控制下充分调度利用网络上各种计算机的各种资源来完成预定的计算任务。这种计算模式将会是计算机应用方式的发展方向。,30,计算机文化基础,1.1.4 信息技术与信息处理,关于信息技术信息信息既是对各种客观存在的事物的变化和特征的反映，又是各个事物之间作用和联系的表征。人类就是通过接受信息来认识事物的，信息是对人们有用的，是接受者原来不了解的知识。信息是客观世界的一种本质属性，它同物质、能源一样重要，是人类生存和社会发展的三大基本资源之一。,31,计算机文化基础,1.1.4 信息技术与信息处理,关于信息技术数据数据是指存储在某种媒体上的可以识别的物理符号。数据通常作为信息的载体，用来表示信息，表示同一信息的数据可以有多种多样的存在形式。数据不仅包括数字、字母、文字、符号，而且包括声音、图形、图象、动画、影象等。人们以各种存储设备来存储数据；通过各种软件来管理数据；使用各种应用程序来对数据进行加工处理。,32,计算机文化基础,1.1.4 信息技术与信息处理,关于信息技术信息和数据是两个相互联系但完全不同的概念。信息是有意义的，而数据可以无意义；信息是有用的，而数据可以无用；信息必须是真实的，而数据可以是虚假的。所谓“数据处理”是指将数据经过处理转换为信息的过程。,33,计算机文化基础,1.1.4 信息技术与信息处理,关于信息技术信息技术 (Information Technology, IT)泛指与信息的获取、存储、加工、处理等方面相关的科学与技术。联合国教科文组织对信息技术的定义为：应用在信息的加工和处理中的科学、技术与工程的训练方法和管理技巧；上述方面的技巧与应用；计算机及其人机相互作用；与这些方面相对应的社会、经济、文化等各种因素。,34,计算机文化基础,1.1.4 信息技术与信息处理,信息技术包含的内容信息基础技术是信息技术的基础部分，它包括信息学和控制论方面的基础研究，还包括新材料、新器件、新能源的开发制造技术。在信息基础技术方面，发展最快、影响最大、应用最广泛的是微电子技术和光电子技术。,35,计算机文化基础,信息学信息学是以信息为研究对象，以计算机等技术为研究工具，扩展人类的信息功能为主要目标的一门综合性学科。信息论是由美国数学家香农创立的，它是用概率论和数理统计方法，从量的方面来研究系统的信息如何获取、加工、处理、传输和控制的一门科学。控制论控制论是研究各类系统的调节和控制规律的科学。它是自动控制、通讯技术、计算机科学、数理逻辑、神经生理学、统计力学、行为科学等多种科学技术相互渗透形成的一门横断性学科。它研究生物体和机器以及各种不同基质系统的通讯和控制的过程，探讨它们共同具有的信息交换、反馈调节、自组织、自适应的原理和改善系统行为、使系统稳定运行的机制，从而形成了一大套适用于各门科学的概念、模型、原理和方法。,1.1.4 信息技术与信息处理,信息技术包含的内容集成电路微电子技术是现代电子信息技术的基础，它以集成电路的研发制造为核心。集成电路是将晶体管、电阻、电容等电子元器件集成制造在同一个硅片上的电子器件。小规模集成电路(SSI) 在每平方毫米上集成几十个元器件中规模集成电路(MSI) 在每平方毫米上集成几百个元器件大规模集成电路(LSI) 在每平方毫米上集成几千个元器件超大规模集成电路(VLSI) 在每平方毫米上集成几万个元器件。,36,计算机文化基础,硅片,1.1.4 信息技术与信息处理,信息技术包含的内容信息系统技术信息系统技术是关于信息获取、处理、传输、控制等方面的技术，它包括遥测遥感、人工智能、现代通信、现代控制论等多个不同方面。信息应用技术信息应用技术以各种实际应用目标为研究的落脚点。在工业、农业、医疗卫生、教育科研等各个领域，信息技术的应用目的、应用模式、应用技术、应用方法各有不同。信息应用技术就是研究如何使这些模式、技术、方法更快捷更有效。,37,计算机文化基础,1.1.4 信息技术与信息处理,信息处理信息处理通常也称为数据处理信息处理是指利用计算机系统对信息进行采集、转换、分类、存储、计算、加工、查询、检索、统计、分析、传输和输出等操作。通过这些操作，人们可以从浩如烟海的信息中找到所需要的信息，不仅可以了解事物的历史和现状，还可对其发展趋势作出预测。,38,计算机文化基础,1.1.4 信息技术与信息处理,信息处理计算机信息处理的特点 速度快、精度高 具有强大的“记忆”能力 信息传输能力极强 可提供友善的使用方式和丰富的信息输出形式 可以帮助用户开发各种信息处理系统,39,计算机文化基础,1.2 数字技术基础,内容：1.2.1 信息的基本单位1.2.2 二进制数1.2.3 数值信息在计算机内的表示,40,计算机文化基础,1.2.1 信息的基本单位,什么是比特数字技术的处理对象是“比特” (bit，binary digit的缩写) ，又称“二进制位”或简称为 “位” ，是计算机和其他数字系统处理、存储和传输数字信息的最小单位，一般用“b”表示。比特只有 2 种取值(状态)：0和1，一般无大小之分。数值、文字、符号、图像、声音、命令都可以使用比特来表示，其具体的表示方法就称为“编码”或“代码”。计算机处理各种信息，首先要将它们表示成具体的数据形式。冯诺依曼在他的EDVAC方案中明确提出计算机中采用二进制。自此以后一直到今天，所有的计算机都采用二进制来表示数据。,41,计算机文化基础,1.2.1 信息的基本单位,二进制数据的计量单位二进制数据的数据量的计量在计算机内部，各种数据都是以二进制编码的形式表示和存储的。位 (bit，缩写为b，俗称小b)也常称为比特、字位、位元，指二进制数据的每一位(“0”或“1”)，它是二进制数据量的最小计量单位。字节 (Byte，缩写为B，俗称大B)是二进制数据量的基本计量单位，数据在计算机中也是以字节为单位存储的。一个字节由8个字位组成：b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0b7是最高位，b0是最低位。字 ( Word )也常称为计算机字，它是可作为独立的数据单位进行处理的若干字位的组合。字所包含的字位的个数称为字长，字长一般是字节长度的整数倍，如16、32等。,42,计算机文化基础,1.2.1 信息的基本单位,数据的存储存储容量是存储器的一项很重要的性能指标。计算机内存储器容量通常使用2的幂次作为单位，因为这有利于内存储器的设计和使用。经常使用的存储器容量单位有：千字节(KB)1KB=210字节=1024B兆字节(MB)1MB=220字节=1024KB吉字节(GB)1GB=230字节=1024MB太字节(TB) 1TB=240字节=1024GB拍字节(PB) 1PB=250字节=1024TB,43,计算机文化基础,1.2.1 信息的基本单位,数据的传输在计算机内部或计算机与计算机之间进行数据传输时，如果是采用一个字节的8个二进制位同时传输的并行方式，则传输速率的计量单位为：字节/秒(BPS)千字节/秒(KBPS)1 KBPS = 1024 BPS兆字节/秒(MBPS)1 MBPS = 1024 KBPS在计算机网络中，传输二进制数据通常采用一个一个字位(bit)的串行传输方式，传输速率的计量单位为：比特/秒(bPS)也常称为比特率、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=1000KbPS,44,计算机文化基础,1.2.2 二进制数,数制关于数的记写和命名的相关规则的集合称为计数制，简称数制。数码(简称码)：该数制记写时所用的符号如 十进制的0,1,2,9基数(简称基)：该数制所用数码的个数如 十进制的基为十数位(简称位)：数码在数中所占据的位置如 十进制中的个位、十位等位权(简称权)：由数位所决定的计数基本值如十进制个位的权为100假定数值S用m+n+1个自左向右排列的代码Ki(min)表示即S=KnKn-1K1K0 . K-1K-2K-mKj就是数码，而i=n,n-1,1,0,-1,-m则表示各个数位，其位权为ri（其中r为该进制数的基数）,45,计算机文化基础,1.2.2 二进制数,数制计算机中常用的各种数制的表示：,46,计算机文化基础,如：123.4 1111101.011B 173.314Q 7B.66H或：123.4 (1111101.011)2 (173.314)8 (7B.66)16,1.2.2 二进制数,不同数制间的转换r 进制数转换为十进制数任何一种进位制计数法所表示的数S都可以书写为按照其位权展开的多项式之和的形式： S=KnKn-1K1K0 . K-1K-2K-m S = kn-1rn-1kn-2rn-2k1r1k0r0k-1r-1k-mr-m所以，只要将各个数位的数码乘以各自的位权，然后把各个值累加起来就是该数的十进制值。例如：(101011.01)2 = 12502412302212112002-112-2 = 43.25(9AB.2C)16 = 91621016111160216-11216-2 = 2475.171875,47,计算机文化基础,1.2.2 二进制数,不同数制间的转换十进制数转换为 r 进制数将此十进制数分为整数与小数两部分对该数的整数部分连续整除 r 取余，直到整除所得的商为零，把所得的各个余数按照相反顺序排列起来，就是r进制数的整数部分。对该数的小数部分连续乘以 r 取整，直到乘后积的小数部分为零或达到所需要的精度，将取出的各个整数按照原来顺序排列起来，就是r进制数的小数部分。,48,计算机文化基础,1.2.2 二进制数,不同数制间的转换将123.45转换为二进制数,49,计算机文化基础,123,2,61,2,30,2,15,2,7,2,3,2,1,2,0,.1,.1,.0,.1,.1,.1,.1,0.452=0.90,0,0.9 2=1.8,1,0.8 2=1.6,1,0.6 2=1.2,1,123.45 = ( 111 1011.0111 )2,十进制整数转换成二进制整数可以采取“除以2取余法”。,除到商等于 0 为止,十进制小数转换成二进制小数可以采取“乘以 2 取整法”。,1.2.2 二进制数,不同数制间的转换将123.45转换为十六进制数,50,计算机文化基础,123,16,7,16,0,11(B),.7,0.4516=7.20,7,0.2 16=3.2,3,123.45 ( 7B.73 )16,十进制整数转换成十六进制整数可以采取“除16取余法”。,十进制小数转换成十六进制小数可以采取“乘16取整法”。,1.2.2 二进制数,不同数制间的转换在二进制数与八进制数间转换,51,计算机文化基础,(3576.214)8 =,=(11101111110.0100011)2, 八 二：从高位到低位，一位变三位，高低位次序不变，去除无效零。, 二 八：从小数点起向两边，每三位划分一组，不足部分用 0 补足，三位变一位，高低位次序不变。,(011101111110.010001100)2,= (3576.214)8,(011101111110.010001100)2,1.2.2 二进制数,不同数制间的转换在二进制数与十六进制数间转换,52,计算机文化基础,(5BE3.D78)16=,=(10101111100011.110101111)2, 十六 二：从高位到低位，一位变四位，高低位次序不变，去除无效零。, 二 十六：从小数点起向两边，每四位划分一组，不足部分用 0 补足，四位变一位，高低位次序不变。,(0101101111100011.110101111000)2,= (5BE3.D78)16,(0101101111100011.110101111000)2,1.2.2 二进制数,随堂练习 1. (1100.11)2( ? )10 2. (14.125)10= ( ？)2 3. (16.327)8=( ? )2 4. (11101.01)2=( ? )16,53,计算机文化基础,1.2.2 二进制数,二进制数的算术逻辑运算二进制数的算术运算,54,计算机文化基础,1.2.2 二进制数,二进制数的算术逻辑运算二进制数的算术运算,55,计算机文化基础,1.2.2 二进制数,二进制数的算术逻辑运算二进制数的逻辑运算逻辑数据逻辑数据用来表示真与假、是与非、对与错，这种具有逻辑性质的变量称为逻辑变量，逻辑变量之间的运算称为逻辑运算。在逻辑代数和计算机中，用“1”或“T”(True)来表示真、是、对等，用“0”或“F”(False)来表示假、非、错等。逻辑运算逻辑运算用来反映事件的原因与事件的结果之间的逻辑关系。逻辑运算的结果为逻辑值。逻辑运算包括三种基本运算：逻辑与、逻辑或、逻辑非，由这三种基本运算可以组合、构造、推导出其他各种逻辑运算。,56,计算机文化基础,1.2.2 二进制数,二进制数的算术逻辑运算二进制数的逻辑运算逻辑与运算逻辑与(And)也称为逻辑乘，通常用、 来表示。逻辑与表示两个简单事件A与B构成逻辑相乘的复杂事件，并当A与B事件同时满足条件时整个复杂事件的结果才为真，否则结果就为假。逻辑与的基本运算规则为：01=0 10=0 00=0 11=1逻辑与运算的真值表如右：通常将逻辑与的运算规则归纳为：“有0为0，全1为1。”,57,计算机文化基础,1.2.2 二进制数,二进制数的算术逻辑运算二进制数的逻辑运算逻辑或运算逻辑或(Or)也称为逻辑加，通常用、来表示。逻辑或表示两个简单事件A与B构成逻辑相加的复杂事件，并当A与B事件中有一个满足条件时整个复杂事件的结果就为真，否则结果就为假。逻辑或的基本运算规则为：01=1 10=1 00=0 11=1逻辑或运算的真值表如右：通常将逻辑或的运算规则归纳为：“全0为0，有1为1。”,58,计算机文化基础,1.2.2 二进制数,二进制数的算术逻辑运算二进制数的逻辑运算逻辑非运算逻辑非(Not)也称为逻辑反，通常是在逻辑变量的上方加一条短横线，如A。逻辑非表示与简单事件A含义相反，即如果A为真时使其为假、若为假时使其为真。逻辑非的基本运算规则为：0=1 1=0逻辑非运算的真值表如右：通常将逻辑与的运算规则归纳为：“非0为1，非1为0。”,59,计算机文化基础,1.2.2 二进制数,60,计算机文化基础,两个多位的二进制信息进行逻辑运算时，按位独立进行，即每一位都不受其它位的影响：例1A: 0110 B: 1010 F: 1110例2A: 0110 B: 1010 F: 0010,1.2.2 二进制数,随堂练习 1.对两个8位二进制数01001101与00101011分别进行算术加、逻辑加运算，其结果用八进制形式分别表示为 。 A. 120.111 B.157、157 C.170、146 D. 170.157 2.二进制数10110110和11011100进行逻辑“与”运算，运算结果再与二进制数01010011进行逻辑“或”运算，最终结果的十六进制形式为 。 A.10 B.52 C.D7 D. FF,61,计算机文化基础,1.2.3 数值信息在计算机内的表示,（1）计算机中数的类型（2）无符号整数的表示（3）带符号整数的表示,62,计算机文化基础,1.2.3 数值信息在计算机内的表示,63,计算机文化基础,PC机中数的主要类型,计算机中的数,小数点固定隐含在个位数右面,小数点不固定,整数（定点数）的表示,纯整数格式把小数点固定在数值的最低位右边，字长为8位的纯整数格式如图所示。 b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0,数值位,符号位,小数点,字长为8位的带符号纯整数的表示范围是：,字长为8位的无符号数纯整数能够表示的范围是 0 255。,1.2.3 数值信息在计算机内的表示,计算机文化基础,(1) 无符号整数的表示,采用“自然码”表示：取值范围由位数决定：8位： 可表示0255 (28-1)范围内的所有正整数16位：可表示065535(216-1)范围内的所有正整数n位： 可表示 02n-1范围内的所有正整数。,(2) 带符号整数的表示,表示方法：用1位表示符号，其余用来表示数值部分,符号如何表示？用最高位表示，“0”表示正号(+),“1”表示负号(-)数值部分如何表示？(1) 原码表示：整数的绝对值以二进制自然码表示 (2) 反码表示：正整数：绝对值以二进制自然码表示负整数：绝对值使用反码表示(3) 补码表示：正整数：绝对值以二进制自然码表示负整数：绝对值使用补码表示,举例： +43的8位原码为： 00101011- 43的8位原码为： 10101011,(2) 带符号整数的表示,机器数编码用特定的二进制代码来表示数据或指令的过程在计算机中，所有的数据、指令都是用特定的二进制代码来表示的。对于数值数据来说，我们把该数据本身称为真值，把该数据在计算机内的二进制形式称为机器数。机器数具有下列特点： 机器数有固定的位数，表示的数值的范围是有限制的。 机器数把真值的符号数字化。通常用最高位表示符号。 真值的小数点在机器数中依靠格式上的事先约定来表示。,机器数有原码、反码和补码三种表示方法。,(2) 带符号整数的表示,机器数原码规则是：机器数的最高位表示符号，“0”表示正、“1”表示负；剩余各位为该数值的绝对值的二进制表示。在字长8位的计算机中：+16原 = 0001 0000 -16原 = 1001 0000因为+0原=0000 0000、-0原=1000 0000，所以数值0在原码中不是唯一的，有“正零”和“负零”之分。在8位长度的机器数中，原码的表示范围为+127-127。在n位长度的机器数中，原码的表示范围为- (2n-1-1) +(2n-1-1) 。,带符号整数的表示,机器数为什么要引入反码和补码？因为制造减法器的元器件比加法器要复杂的多，因此在计算机里减法都是转化成加法来做的减法可以转化成加法来做吗？9-3=6，9+9=6 减法就变成加法？时钟的量程是12，9+9=18=12+6把量程或者计数器的最大值称为模，那么这个钟表的模就是12，对于模12来说，减去3就等于加上9，9就是-3的补码因此减去一个数就等于加上一个数的补码。,带符号整数的表示,机器数二进制也同样，减去一个数等于加上一个数的补码，这样就能把减法转成加法去做，省掉了制造减法器的巨大开支。求补码可以有两种方法1.根据定义2.根据规则在8位二进制里，负数的补码就是模-原码比如-1的补码就是28=256-1 100000000- 00000001 11111111一般根据规则，借助原码、反码求出补码,(2) 带符号整数的表示,机器数反码规则是：对于正数，其反码与原码相同；对于负数，其反码的符号位为1，数值位是其绝对值二进制的各位取反。在字长8位的计算机中：+16反 = 0001 0000 -16反 = 1110 1111因为+0反=0000 0000、-0反=1111 1111，所以数值0在反码中不是唯一的，也有“正零”和“负零”之分。 在8位长度的机器数中，反码的表示范围为+127-127。 在n位长度的机器数中，反码的表示范围为- (2n-1-1) +(2n-1-1) 。,(2) 带符号整数的表示,机器数补码规则是：对于正数，其补码与原码相同；对于负数，其补码的符号位为1，数值位是其绝对值二进制的各位取反并加1。在字长8位的计算机中：+16补 = 0001 0000 -16反 = 1110 1111 -16补 = 1111 0000数0的补码表示是唯一的，0补=+0补=-0补=0000 0000。,带符号整数的表示,机器数补码注意，用补码表示的数比用原码或反码表示法多一个。这个多出来的一个数就是-128，-128的补码就是0。在8位长度的机器数中，补码的表示范围为-128+127，即-28-1 +(28-1 -1) 。在n位长度的机器数中，补码的表示范围为- (2n-1) +(2n-1-1) 。,(2) 带符号整数的表示,机器数代码转换,十进制数 +95+95 = +5FH = +101 1111B真值+00101 1111 (原码)+95原 = 0101 1111+95反 = 0101 1111+95补 = 0101 1111,十进制数 -118-118 = -76H = -111 0110B真值-11111 0110 (原码) 1000 1001 (反码) 1000 1010 (补码) -118原 = 1111 0110 -118反 = 1000 1001 -118补 = 1000 1010,带符号整数的表示,机器数（原码、反码和补码）在微处理机中，为了统一加减法运算规则，一般都不设置专门的减法电路。遇到两个数相减时，处理器就自动地将减数取补，而后将被减数和减数的补码相加来完成减法运算。 一个负整数的原码与它的补码之和为 0 ，故减去一个正整数，相当于加上该数取负后的补码，以便于计算机处理。因此，在计算机中，加减法多采用补码运算。采用补码运算后，其中符号位也当作一位数一起参加运算。,带符号整数的表示,机器数代码转换,例：求+99的原码、反码、补码（设字长为8位）99=64+32+2+1=26+25+21+2099的二进制自然码：110 0011B字长为8位，最高位是符号位，因此(99)原=0110 0011因为正数的反码、补码和它的原码相同，所以(99)反=0110 0011(99)补=0110 0011,带符号整数的表示,机器数代码转换,例：求-118的原码、反码、补码（设字长为8位）118=64+32+16+4+2=26+25+24+22+21118的二进制自然码：111 0110B字长为8位，最高位是符号位，因此(-118)原=1111 0110(-118)反=1000 1001负数的补码是在它的反码的基础上，再加1，因此(-118)补=1000 1010,带符号整数的表示,机器数（原码、反码和补码） 注意：在计算机中数据的处理不是以“原码” 的形式，而是以“补码”的形式存在的。在计算机中，为了统一加减法运算规则，一般都不设置专门的减法电路。遇到两个数相减时，处理器就自动地将减数取补，而后将被减数和减数的补码相加来完成减法运算。 一个负整数的原码与它的补码之和为 0 ，故减去一个正整数，相当于加上该数取负后的补码，以便于计算机处理。因此，在计算机中，加减法多采用补码运算。采用补码运算后，其中符号位也当作一位数一起参加运算。,带符号整数的表示,机器数（原码、反码和补码）结论正整数的表示方法只有一种，并无原码、反码与补码之分。 负整数的补码是在原码的基础上符号位不变，数值位逐位取反最末位加1。一个负整数的反码的反码是原码本身。 一个负整数的补码的补码是原码本身。(X补)补=X真值(XY)补=X补Y补,十进制数“ - 0 ”，在补码表示法中，与“ + 0 ”是相同的；而在采用原码、反码表示时，与 “ + 0 ” 不同。,相同位数的二进制补码可表示的数的范围比原码和反码多一个：补码中的 10000000，表示 -128。,带符号整数的表示,带符号整数的表示,例：求+43和-43的补码,取反：11010100,加1 ：11010101,-43的原码：10101011,补码：00101011,+43的原码：00101011,-43的补码: 11010101,（符号位不变为“1”）,带符号整数的表示,优缺点分析：原码表示法优点：与日常使用的十进制表示方法一致，简单直观缺点：加法与减法运算规则不统一，增加了成本；整数0 有“00000000”和“1000000