第二章信息在計(jì)算機(jī)內(nèi)的表示-經(jīng)濟(jì)管理教學(xué)中心門(mén)

1、第1章 信息技術(shù)概述,本章學(xué)習(xí)目標(biāo)與要求,1.了解什么是信息、信息處理、信息技術(shù)。2.了解什么是微電子技術(shù)，它的作用和意義。3.初步理解通信系統(tǒng)的組成和數(shù)據(jù)通信的基本原理。4.了解通信系統(tǒng)的分類(lèi)和通信技術(shù)的發(fā)展前景。5.理解什么是比特和比特的運(yùn)算，掌握二進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)制數(shù)、八進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)的關(guān)系，熟悉整數(shù)和實(shí)數(shù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)的表示方法。,目錄,1.1 信息與信息技術(shù)1.2 微電子技術(shù)簡(jiǎn)介1.3 通信技術(shù)入門(mén)1.4 數(shù)

2、字技術(shù)基礎(chǔ),1.1 信息與信息技術(shù),目錄,,信息技術(shù),2,,信息處理系統(tǒng),3,,信息與信息處理,1,返回,1.1.1 信息與信息處理,,信息定義,信息就是信息，它既不是物質(zhì)也不是能量。 ——N.Wiener（控制論創(chuàng)始人）,事物運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)及狀態(tài)變化的方式。 ——客觀事物立場(chǎng),認(rèn)識(shí)主體所感知或所表述的事物運(yùn)動(dòng)及其變化方式的形式、內(nèi)容和效用。

3、 ——認(rèn)識(shí)主體立場(chǎng),信息處理過(guò)程,人們獲取信息、傳遞信息、加工（處理）信息并按照信息加工的結(jié)果，通過(guò)手、腳等效應(yīng)器官作用于事物客體的一個(gè)典型過(guò)程。,信息獲?。ǜ杏X(jué)器官）,,,,,事物客體,信息傳遞（神經(jīng)系統(tǒng)）,信息加工（大腦）,信息傳遞（神經(jīng)系統(tǒng)）,信息施效（效應(yīng)器官）,,,與信息處理相關(guān)的行為和活動(dòng),信息收集,——感知、測(cè)量、識(shí)別、獲取、輸入等,信息加工,——分類(lèi)、計(jì)算、分析、綜合、轉(zhuǎn)換、檢索、管理等,

4、信息存儲(chǔ),信息傳遞,信息施用,——控制、顯示等,返回,1.1.2 信息技術(shù),,信息技術(shù),信息技術(shù)的概念： 用來(lái)擴(kuò)展人的信息器官功能、協(xié)助人們進(jìn)行信息處理的一類(lèi)技術(shù)。,基本信息技術(shù),擴(kuò)展感覺(jué)器官功能,擴(kuò)展神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)功能,---感知與識(shí)別技術(shù),（雷達(dá)、衛(wèi)星遙感、生物傳感器等）,---通信技術(shù)與存儲(chǔ)技術(shù),（電視、電話、因特網(wǎng)等）,擴(kuò)展思維器官功能,---計(jì)算處理技術(shù),（計(jì)算機(jī)、機(jī)器人等）,擴(kuò)展效應(yīng)器官功能,---控制與顯示技術(shù),（計(jì)算

5、機(jī)、機(jī)器人等）,返回,1.1.3 信息處理系統(tǒng),,信息處理系統(tǒng),用于輔助人們進(jìn)行信息獲取、傳遞、存儲(chǔ)、加工處理、控制及顯示的綜合使用各種信息技術(shù)的系統(tǒng)。,信息處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu),,感知與識(shí)別,通信/存儲(chǔ),信息加工,通信/存儲(chǔ),控制與顯示,,,,,,,信息處理系統(tǒng)分類(lèi),依據(jù)自動(dòng)化程度——人工的、半自動(dòng)的、全自動(dòng)的依據(jù)技術(shù)手段——機(jī)械的、電子的、光學(xué)的依據(jù)適用范圍——專(zhuān)用的、通用的……,信息處理系統(tǒng)實(shí)例,雷達(dá),：是一種以感知與識(shí)別為主要目

6、的的系統(tǒng),電視/廣播系統(tǒng),：是一種單向的、點(diǎn)到多點(diǎn)（面）的以信息傳遞為主要目的的系統(tǒng),：是一種雙向的、點(diǎn)到點(diǎn)的以信息交互為主要目的的系統(tǒng),電話,銀行,：是一種以處理金融業(yè)務(wù)為主的系統(tǒng),圖書(shū)館,：是一種以信息收藏和檢索為主的系統(tǒng),Internet,：是一種跨越全球的多功能信息處理系統(tǒng),現(xiàn)代信息技術(shù)的主要特征,現(xiàn)代信息技術(shù)的特征：以__________為基礎(chǔ)，以__________為核心，采用______技術(shù)（包括激光技術(shù)）：進(jìn)行信息

7、的______________________________ _____________。,數(shù)字技術(shù),計(jì)算機(jī),電子,收集、傳遞、加工、存儲(chǔ)、顯示與控制,現(xiàn)代信息技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域,現(xiàn)代信息技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域：通信廣播計(jì)算機(jī)微電子遙感遙測(cè)自動(dòng)控制機(jī)器人等,返回,1.2 微電子技術(shù)簡(jiǎn)介,目錄,,集成電路的發(fā)展趨勢(shì),2,,IC卡,3,,微電子技術(shù)與集成電路,1,返回,1.2.1 微電子技術(shù)與集成電路,,微電子技術(shù)與集

8、成電路,微電子技術(shù)： 以集成電路為核心的電子技術(shù)，是在電子電路和系統(tǒng)的超小型化和微型化過(guò)程中逐漸形成和發(fā)展起來(lái)的。,,電子技術(shù)的基礎(chǔ)元件的演變,電子線路基礎(chǔ)元件的演變,真空電子管 在這個(gè)階段產(chǎn)生了廣播、電視、無(wú)線電通信、儀器儀表、自動(dòng)化技術(shù)和第一代電子計(jì)算機(jī)。,李·德福雷斯特（Lee de Forest，1873-1961）美國(guó)科學(xué)家，被譽(yù)為電子管之父,電子線路基礎(chǔ)元件的演變,晶體管

9、 1948年發(fā)明，再加上印制電路組裝技術(shù)的使用，使電子電路在小型化方面前進(jìn)了一大步，產(chǎn)生了第二代計(jì)算機(jī)。,威廉·肖克利（ William Shockley ） 美國(guó)科學(xué)家，被譽(yù)為晶體管之父1956年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者,電子線路基礎(chǔ)元件的演變,集成電路（簡(jiǎn)稱(chēng)IC） 20世紀(jì)50年代出現(xiàn)，以半導(dǎo)體單晶片作為材料，經(jīng)平面工藝加工制造，將大量晶體管、電阻等元器件及互連線構(gòu)成的電子線路集成在基片上，構(gòu)成一

10、個(gè)微型化的電路或系統(tǒng)。,超大規(guī)模集成電路,小規(guī)模集成電路,現(xiàn)代集成電路使用的半導(dǎo)體材料通常是硅(Si)，也可以是化合物半導(dǎo)體如砷化鎵(GaAs)等。,電子線路基礎(chǔ)元件的演變,杰克·基爾比（ Jack Kilby ）美國(guó)科學(xué)家，集成電路發(fā)明者諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主,集成電路的規(guī)模,根據(jù)單個(gè)集成電路所包含的電子元件的數(shù)目分為：,集成電路的集成對(duì)象,中、小規(guī)模集成電路一般以簡(jiǎn)單的門(mén)電路或單級(jí)放大器為集成對(duì)象。,大規(guī)模集成電路則是以

11、功能部件、子系統(tǒng)為集成對(duì)象。,集成電路分類(lèi),根據(jù)所用晶體管結(jié)構(gòu)、電路和工藝分為： 雙極型集成電路 金屬-氧化物-半導(dǎo)體集成電路 雙極－金屬-氧化物-半導(dǎo)體集成電路等,集成電路分類(lèi),根據(jù)集成電路的功能分為： 數(shù)字集成電路 模擬集成電路,集成電路分類(lèi),根據(jù)用途分為： 通用集成電路 專(zhuān)用集成電路,微電子技術(shù)與集成電路,集成電路芯片是微電子技術(shù)的結(jié)晶，它是計(jì)算機(jī)和通信設(shè)備的硬件核心。,據(jù)預(yù)測(cè)

12、：未來(lái)十年內(nèi)世界半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的年平均增長(zhǎng)率將達(dá)15%以上。,集成電路是現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。,現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展數(shù)據(jù)表明，1元集成電路的產(chǎn)值將帶動(dòng)10元左右電子產(chǎn)品產(chǎn)值和100元國(guó)民經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)。,返回,1.2.2 集成電路的發(fā)展趨勢(shì),,集成電路的發(fā)展趨勢(shì),集成電路的工作速度主要取決于_____________________________,組成邏輯門(mén)電路的晶體管的尺寸,晶體管的尺寸越小，其極限工作頻率越高，門(mén)電路的開(kāi)關(guān)速度就越快。芯片上電路元

13、件的線條越細(xì)，相同面積的晶片可容納的晶體管就越多，功能就越強(qiáng)，速度也越快。,集成電路的發(fā)展趨勢(shì),集成電路特點(diǎn)：體積小、重量輕、可靠性高提高集成度，關(guān)鍵在縮小門(mén)電路面積,Moore定律單塊集成電路的集成度平均每18～24個(gè)月翻一番。 ——Gordon E.Moore，Intel公司創(chuàng)始人,集成電路的發(fā)展趨勢(shì),30年來(lái)Intel公司微處理器集成度的發(fā)展,,30年來(lái)微處理器集成度的發(fā)展,集成電路的發(fā)展趨勢(shì),至2

14、005年初，集成電路生產(chǎn)的主流技術(shù)達(dá)到：12~14英寸晶圓、0.09μm工藝水平。 （注：1μm＝ 10-6 m）,美國(guó)半導(dǎo)體協(xié)會(huì)(SIA)預(yù)測(cè)： 到2010年將能達(dá)到18英寸晶圓和0.07～0.05μm的工藝水平。,返回,1.2.3 IC卡,,IC卡,是“集成電路卡”的縮寫(xiě)，國(guó)外稱(chēng)為chip card或smart card。它把集成電路芯片密封在塑料卡基片內(nèi)部，使其成為能存儲(chǔ)、處理和傳遞數(shù)據(jù)的

15、載體。與磁卡相比，它不受磁場(chǎng)影響，能可靠地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。,IC卡的分類(lèi),從所鑲嵌的集成電路芯片分為兩類(lèi)：,存儲(chǔ)器卡：如電話卡、水電費(fèi)卡、公交卡、醫(yī)療卡等。,CPU卡：如手機(jī)中使用的用戶(hù)識(shí)別卡（SIM）。,IC卡的分類(lèi),按使用方式可分為兩種：接觸式IC卡 非接觸式IC卡,返回,1.3 通信技術(shù)入門(mén),,目錄,,模擬通信,2,,數(shù)字通信,3,,通信的基本原理,1,返回,,傳輸介質(zhì),4,,移動(dòng)通信,5,1.3.1 通信的基本原理,,概述,

16、通信： 各種信息的傳遞。,現(xiàn)代通信：使用電波或光波雙向傳遞信息的技術(shù)（通常稱(chēng)為電信）。,通信系統(tǒng)的簡(jiǎn)單模型,通信三要素：,信源（宿）,信 道,信宿（源）,通信系統(tǒng)的簡(jiǎn)單模型：,,,,,信息的發(fā)送者,信息的接收者,信息的傳輸媒介,信源,信宿,信道,,,,信道中所傳輸?shù)男盘?hào),通信系統(tǒng)中被傳輸?shù)男畔⒍急仨氁阅撤N電（或光）信號(hào)的形式才能通過(guò)傳輸介質(zhì)進(jìn)行傳輸。,信號(hào)的兩種形式,電（或光）信號(hào)的兩種形式：,模擬信號(hào),數(shù)字信號(hào),,,模擬傳輸技術(shù),數(shù)字

17、傳輸技術(shù),,,要求,掌握模擬通信和數(shù)字通信： 基本概念 傳輸技術(shù) 多路復(fù)用技術(shù) 應(yīng)用,返回,1.3.2 模擬通信,,概念,模擬傳輸技術(shù)： 是指直接用連續(xù)信號(hào)來(lái)傳輸信息或通過(guò)用連續(xù)信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制來(lái)傳輸信息的技術(shù)。,調(diào)制與解調(diào),調(diào)制：傳送數(shù)據(jù)時(shí)，略微調(diào)整一下正弦波信號(hào)的幅度（或頻率或相位），這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為“調(diào)制”，然后就可以進(jìn)行長(zhǎng)距離傳輸。,解調(diào)：到達(dá)目的地時(shí)，接收方再把正弦波信號(hào)攜帶的信息檢測(cè)出來(lái)并恢復(fù)成原始信號(hào)的

18、形式，稱(chēng)為“解調(diào)”。,調(diào)制解調(diào)器（Modem）,模擬傳輸技術(shù),模擬調(diào)制的3種方法,頻分多路復(fù)用 FDM*,在一條傳輸線路同時(shí)傳輸多路信號(hào)的技術(shù)。,模擬傳輸技術(shù)的應(yīng)用*,有線載波電話系統(tǒng),模擬通信的優(yōu)缺點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單成本低,缺點(diǎn)：易受噪聲信號(hào)的干擾，傳輸質(zhì)量不穩(wěn)定,趨勢(shì)：被數(shù)字信號(hào)取代,返回,1.3.3 數(shù)字通信,,概念,數(shù)字傳輸技術(shù)： 是指直接用數(shù)字信號(hào)來(lái)傳輸信息或通過(guò)用數(shù)字信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制來(lái)傳輸信息的技

19、術(shù)。,數(shù)字傳輸技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),抗干擾能力強(qiáng)靈活性好可以直接由計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)、管理和處理更易于加密，通信的安全性更好更易于用超大規(guī)模集成電路實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路，有利于通信設(shè)備的小型化、微型化，降低了功耗,兩種數(shù)字傳輸技術(shù),,,直接用數(shù)字信號(hào)傳輸信息,,,,,數(shù)字傳輸技術(shù),用數(shù)字信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制,,基帶傳輸,,,頻帶傳輸,,基帶傳輸技術(shù),“基帶傳輸”概念： 數(shù)字信號(hào)不經(jīng)過(guò)調(diào)制就在信道上直接進(jìn)行傳輸。,如何傳輸？數(shù)字信號(hào)在近距離：可以不加

20、處理數(shù)字信號(hào)在較長(zhǎng)距離：必須作碼型轉(zhuǎn)換,頻帶傳輸技術(shù),“頻帶傳輸”概念： 先用數(shù)字信號(hào)對(duì)特定頻率的載波進(jìn)行調(diào)制（稱(chēng)為數(shù)字調(diào)制），使其變?yōu)檫m合于傳送的信號(hào)，然后再進(jìn)行傳輸。,數(shù)字調(diào)制的方法,數(shù)字調(diào)制有3種方法： 幅移鍵控、頻移鍵控、相移鍵控,多路復(fù)用技術(shù),時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)（TDM）： 即各終端設(shè)備（計(jì)算機(jī)）以事先規(guī)定的順序輪流使用同一傳輸線路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。,頻分多路復(fù)用技術(shù)（FDM）

21、： 即將各終端設(shè)備發(fā)出的信號(hào)調(diào)制在不同頻率的載波上，通過(guò)頻分多路復(fù)用器將它們復(fù)合成一個(gè)信號(hào)，在用同一傳輸線路進(jìn)行傳輸。,時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)TDM,數(shù)字調(diào)制技術(shù)的應(yīng)用,長(zhǎng)途電話系統(tǒng)使用MODEM通過(guò)電話線上網(wǎng)數(shù)字有線電視衛(wèi)星電視,數(shù)字通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)（一）,信道帶寬：,（2）數(shù)字傳輸：一個(gè)信道允許的最大數(shù)據(jù)傳輸速率稱(chēng)為該信道的帶寬，也稱(chēng)為信道容量。,（1）模擬傳輸：幾乎無(wú)失真地傳輸模擬信號(hào)的頻率變化范圍，單位HZ。,

22、數(shù)字通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)（二）,數(shù)據(jù)傳輸速率：,簡(jiǎn)稱(chēng)數(shù)據(jù)率（data rate）。指實(shí)際進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)單位時(shí)間內(nèi)傳送的二進(jìn)位數(shù)目。 通常使用“千位/秒（Kbps）”、 “兆位/秒（Mbps）”、 “千兆位/秒（Gbps）”作為計(jì)量單位。,數(shù)字通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)（三）,端到端延遲： 指數(shù)據(jù)從信源（源計(jì)算機(jī)）傳送到信宿（目的計(jì)算機(jī)）所花費(fèi)的時(shí)間。,誤碼率（error rate）：

23、 指數(shù)據(jù)傳輸中規(guī)定時(shí)間內(nèi)出錯(cuò)數(shù)據(jù)占被傳輸數(shù)據(jù)總數(shù)的比例。,返回,1.3.4 傳輸介質(zhì),,通信中使用的傳輸介質(zhì),,,,,,,1,利用電流傳輸信息,,,,,,,,,,2,利用光波傳輸信息,,,,,,,3,不需要物理連接,,,金屬導(dǎo)體,光導(dǎo)纖維,電磁波,金屬導(dǎo)體----雙絞線,雙絞線 可以用于傳輸模擬信號(hào)：如電話用戶(hù)線 也可以在距離不長(zhǎng)時(shí)用于數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸： 如以太網(wǎng),金屬導(dǎo)體----雙絞線,雙絞線有：（1）屏蔽雙絞線S

24、TP（2）無(wú)屏蔽雙絞線UTP,種類(lèi)與傳輸速率 三類(lèi)線：10 Mb/s 五類(lèi)線：100 Mb/s 六類(lèi)線：200 Mb/s,,,雙絞線的特點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)： 價(jià)格便宜、安裝方便缺點(diǎn)： 易受外部高頻電磁波干擾，需每隔一段距離使用中繼器將信號(hào)放大、整形,同軸電纜,同軸電纜的分類(lèi),基帶同軸電纜： 在計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)中以基帶形式傳輸數(shù)字信號(hào)，距離200~500m，傳輸速度50

25、Mb/s。,寬帶同軸電纜： 即有線電視電纜，主要傳輸模擬電視信號(hào)，距離幾~幾十公里。,光導(dǎo)纖維,光導(dǎo)纖維,傳輸介質(zhì)：光纖（光纜） 傳輸?shù)男盘?hào)：光信號(hào)（數(shù)字信號(hào)，有光脈沖相當(dāng)于1，無(wú)光脈沖相當(dāng)于0） 傳輸速率：1 Gb/s 以上 傳輸信號(hào)：數(shù)字信號(hào),光纖通信原理,光波在纖芯中的傳輸原理 當(dāng)光線的入射角足夠大時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)全反射，重復(fù)此過(guò)程，光就沿著光纖傳播下去。,,,,,,,,,,,光纖種類(lèi),單模,多

26、模,纖芯直徑為 8-10μm（一個(gè)光波波長(zhǎng)），光線不出現(xiàn)反射，直接向前傳輸 。 衰耗小，在 2.5 Gb/s 的高速率下傳輸數(shù)十公里而不必采用中繼器。傳輸距離遠(yuǎn)、速率高。,纖芯直徑為 50 或 62.5μm ，可以存在許多條入射角不同的光線，各自以不同的反射角全反射傳播下去。傳輸距離近、速率低。,波分多路復(fù)用WDM,在一根光纖中同時(shí)傳輸幾種不同波長(zhǎng)的光波，以達(dá)到增大信道容量的目的。,光纖通信的優(yōu)缺點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)：傳輸頻帶非常寬，通信容量大

27、不受高壓線和雷電的電磁干擾、抗核輻射能力強(qiáng)無(wú)串音干擾，保密性強(qiáng)，不易被竊聽(tīng)或截取數(shù)據(jù)重量輕，便于運(yùn)輸和鋪設(shè)傳輸損耗小，無(wú)中繼通信距離長(zhǎng)數(shù)據(jù)速率為420Mbps、距離為119km、無(wú)中繼器時(shí)，誤碼率為10-8,缺點(diǎn)：精確連接兩根光纖比較困難,無(wú)線通信系統(tǒng),無(wú)線電波可以按頻率（或波長(zhǎng)）分成中波、短波、超短波和微波。,無(wú)線電波的傳播特性,由于不同波段電磁波的傳播特性各異，因此可以用于不同的通信系統(tǒng)。,中波：沿地面?zhèn)鞑?，繞射能力強(qiáng)，

28、適用于廣播和海上通信。,短波：具有較強(qiáng)的電離層反射能力，適用于環(huán)球通信。,超短波和微波：繞射能力較差，只能作為視距或超視距中繼通信。,無(wú)線電波,例如 ：中波900 KHz (南京經(jīng)濟(jì)臺(tái))中波1008 KHz (南京新聞臺(tái))中波1143 KHz (南京交通臺(tái)) 短波 （美國(guó)之音） 調(diào)頻104.3MHz （超短波） (南京經(jīng)濟(jì)臺(tái))調(diào)頻105.8MHz （超短波） (南京音樂(lè)臺(tái)),微波

29、通信的方式,微波通信方式 ：地面微波接力通信衛(wèi)星通信對(duì)流層散射通信,微波通信的優(yōu)點(diǎn),微波通信優(yōu)點(diǎn) ： 容量大 可靠性高 建設(shè)費(fèi)用低 抗災(zāi)能力強(qiáng),衛(wèi)星通信,,利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)無(wú)線電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或多個(gè)地球站之間的通信。是微波接力通信技術(shù)與空間技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。,返回,1.3.5 移動(dòng)通信,移動(dòng)通信,移動(dòng)通信：處于移動(dòng)狀態(tài)的對(duì)象之間的通信包括： 蜂窩移動(dòng)電話（手機(jī)） 集群調(diào)度 無(wú)繩電話 尋呼系統(tǒng)

30、衛(wèi)星系統(tǒng),移動(dòng)通信的組成,蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)由移動(dòng)臺(tái)、基站、移動(dòng)電話交換中心組成。,移動(dòng)通信的發(fā)展,第一代：傳輸模擬信號(hào)，使用頻段800/900MHz,第二代：傳輸數(shù)字信號(hào)，使用頻段900MHz～1800MHz，標(biāo)準(zhǔn)有：GSM、CDMA、JDC,第三代（3G）：使用頻段2GHz,返回,1.4 數(shù)字技術(shù)基礎(chǔ),目錄,,比特與二進(jìn)制數(shù),2,,整數(shù)（定點(diǎn)數(shù)）的表示,3,,信息的基本單位—比特,1,返回,,實(shí)數(shù)（浮點(diǎn)數(shù)）的表示,4,,小結(jié),5,1

31、.4.1 信息的基本單位—比特,,概述,當(dāng)代電子信息技術(shù)的基礎(chǔ)有兩項(xiàng)： 微電子與光纖技術(shù) 數(shù)字技術(shù),數(shù)字技術(shù)就是用0和1兩個(gè)數(shù)字來(lái)表示、處理、存儲(chǔ)和傳輸一切信息的技術(shù)。,信息的基本單位—比特,什么是比特：,數(shù)字技術(shù)的處理對(duì)象（“bit”，binary digit），中文意譯為“二進(jìn)位數(shù)字”或“二進(jìn)位”，可簡(jiǎn)稱(chēng)為“位”。,它只有兩種狀態(tài)（取值）： 數(shù)字0 和 數(shù)字1,信

32、息的基本單位—比特,許多情況下比特只是一種符號(hào)而沒(méi)有數(shù)量的概念。 表示一個(gè)比特需要使用兩個(gè)狀態(tài)。,比特是計(jì)算機(jī)和其他數(shù)字系統(tǒng)處理、存儲(chǔ)和傳遞信息的最小單位，一般用小寫(xiě)的“b”表示。,另一種稍大些的數(shù)字信息的計(jì)量單位是“字節(jié)”（byte，binary term的縮寫(xiě)），一般用大寫(xiě)字母“B”表示。一個(gè)字節(jié)包含8個(gè)比特：,比特的運(yùn)算,最基本的邏輯運(yùn)算有三種：,邏輯加（也稱(chēng)“或”運(yùn)算） 用符號(hào)“OR”、“∨”或“＋”表示,

33、邏輯乘（也稱(chēng)“與”運(yùn)算） 用符號(hào)“AND”、“∧”或“·”表示,取反（也稱(chēng)“非”運(yùn)算） 用符號(hào)“NOT”或“－”表示）,邏輯加的運(yùn)算規(guī)則,邏輯加的運(yùn)算規(guī)則：,,0∨ 0,0,,0∨ 1,1,,1∨ 0,1,,1∨ 1,1,有一個(gè)為1即為1，都為0時(shí)才為0,邏輯乘的運(yùn)算規(guī)則,邏輯乘的運(yùn)算規(guī)則：,,0∧ 0,0,,0∧ 1,0,,1∧ 0,0,,1∧ 1,1,

34、有一個(gè)為0即為0，都為1時(shí)才為1,取反的運(yùn)算規(guī)則,取反的運(yùn)算規(guī)則：,0,1,,取反,1,0,,取反,兩個(gè)多位二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行邏輯運(yùn)算時(shí)，按位獨(dú)立進(jìn)行，相鄰位之間不發(fā)生關(guān)系。,練習(xí),（1） 0101 ∨ 1100 =,（2） 0101 ∧ 1100 =,0 1 0 1∧ 1 1 0 0,,0 1 0 0,0,1,0,0,0 1 0 1∨ 1 1 0 0,,1,0,1,1,1 1 0 1,二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算,算術(shù)運(yùn)算：加、減、乘、除,

35、,0+ 0,0,,0+ 1,1,,1+ 0,1,,1 + 1,1 0,進(jìn)位（向高位進(jìn)1）,,兩個(gè)一位數(shù)加法的基本運(yùn)算規(guī)則是：,二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算,,0- 0,0,,0- 1,1,,1- 0,1,,1 - 1,0,借位（向高位借1）,,兩個(gè)一位數(shù)減法的基本運(yùn)算規(guī)則是：,練習(xí),（1） 0110 + 0100 =,（2） 1101 - 0010 =,1 1 0 1 - 0 0

36、1 0,,1011,1,0,1,1,0 1 1 0+ 0 1 0 0,,0,1,0,1,1010,比特的存儲(chǔ)單位,在計(jì)算機(jī)信息處理系統(tǒng)中，存儲(chǔ)容量使用2的冪次作為單位有助于存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)。,經(jīng)常使用的單位有：,“千字節(jié)”(KB)，1KB = 210字節(jié) = 1024B,“兆字節(jié)”(MB)，1MB = 220字節(jié) = 1024KB,“吉字節(jié)”(GB)，1GB = 230字節(jié)= 1024MB（千兆字節(jié)）,“太字節(jié)”(TB)，1TB =

37、240字節(jié)=1024GB（兆兆字節(jié)）,練習(xí),（1）1TB =（ ）MB =（ ）KB,（2）1GB =（ ）KB =（ ）B =（

38、 ）b,1024×1024,230,1024×1024,1024×1024×1024,230×8,網(wǎng)絡(luò)速度,在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中傳輸二進(jìn)制信息時(shí)，由于是一位一位串行傳輸?shù)?傳輸速率的度量單位與上述有所不同，且使用的是十進(jìn)制。,經(jīng)常使用的單位有：,“比特/秒”(b/s)，也稱(chēng)“bps”。如：9600bps（9600b/s）,“千比特/秒”(Kb/s)，1Kb/

39、s =103 比特/秒=1000 b/s,“兆比特/秒”(Mb/s)，1Mb/s =106 比特/秒=1000 Kb/s,“吉比特/秒”(Gb/s)，1Gb/s =109 比特/秒=1000 Mb/s,“太比特/秒”(Tb/s)，1Tb/s =1012 比特/秒=1000 Gb/s,返回,1.4.2 比特與二進(jìn)制數(shù),,比特與二進(jìn)制數(shù),十進(jìn)制數(shù)、二進(jìn)制數(shù)的概念八進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)的概念二進(jìn)制數(shù)的加法和減法運(yùn)算二、八、十、十六進(jìn)制數(shù)

40、之間的相互轉(zhuǎn)換,十進(jìn)制數(shù)（Decimal）,十進(jìn)制的基數(shù)是“10”，使用0、1、2、3、4、5、6、7、8、9這十個(gè)數(shù)字符號(hào)。,運(yùn)算規(guī)則：“逢十進(jìn)一、借一當(dāng)十”,如：203.49＝2×102＋0×101＋3×100＋4×10－1＋9×10－2,十進(jìn)制數(shù)（Decimal）,一般地說(shuō)，一個(gè)十進(jìn)制數(shù)： S＝KnKn－1 ... K1K0. K－1K－2 ... K－m,所

41、代表的實(shí)際數(shù)值是： S＝Kn×10n＋Kn－1×10n－1＋...＋K1×101＋K0 ×100 ＋K－1×10－1＋K－2 ×10－2 +…＋K－m ×10－m,二進(jìn)制數(shù)（Binary）,使用比特來(lái)表示的數(shù)稱(chēng)為二進(jìn)制數(shù)。二進(jìn)制的基數(shù)是“2”，使用0和1兩個(gè)不同的數(shù)字符號(hào)。,運(yùn)算規(guī)則：“逢二進(jìn)一、借一當(dāng)二”,如：(101.01)2

42、 ＝1×22＋0×21＋1×20＋0×2－1＋1×2－2 ＝(5.25)10,二進(jìn)制數(shù)（Binary）,一般地說(shuō)，一個(gè)二進(jìn)制數(shù)： S＝KnKn－1 ... K1K0. K－1K－2 ... K－m,所代表的實(shí)際數(shù)值是： S ＝ Kn×2n＋Kn－1×2n－1＋...＋K1×21＋K0 ×20

43、 ＋K－1×2－1＋K－2 ×2－2 +…＋K－m ×2－m,八進(jìn)制數(shù)（Octal）,八進(jìn)制數(shù)使用0、1、2、3、4、5、6、7八個(gè)符號(hào)。,運(yùn)算規(guī)則：“逢八進(jìn)一、借一當(dāng)八”,如：(365.2)8 = 3×82＋6×81＋5×80 ＋2×8－1 = (245.25)10,十六進(jìn)制數(shù)（Hexadecimal）,十六

44、進(jìn)制數(shù)使用0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F十六個(gè)符號(hào)，其中A、B、C、D、E、F分別代表十進(jìn)制的10、11、12、13、14、15。,運(yùn)算規(guī)則：“逢十六進(jìn)一、借一當(dāng)十六”,如： (F5.4)16 = 15×161＋5×160＋4×16－1 = (245.25)10,任意（R）進(jìn)制數(shù),每種進(jìn)位制都有固定的數(shù)碼——基數(shù)。,按基

45、數(shù)進(jìn)位或借位——“逢R進(jìn)一、借一當(dāng)R”,用位權(quán)值來(lái)計(jì)數(shù) 在任何進(jìn)位計(jì)數(shù)制中，數(shù)碼所處的位置不同，代表的數(shù)值大小也不同。對(duì)每一個(gè)數(shù)位賦予的位值，在數(shù)學(xué)上叫做“權(quán)”。,任意（R）進(jìn)制數(shù),位權(quán)與基數(shù)的關(guān)系：位權(quán)的值等于基數(shù)的若干次冪。（KnKn－1 ... K1K0 ．K－1K－2 ... K－m）R ＝ Kn×Rn＋Kn－1×Rn－1＋...＋K1×R1＋K0×R0

46、 ＋K－1×R－1＋K－2×R－2+…＋K－m×R－m,進(jìn)制數(shù)的表示（一）,用數(shù)字下標(biāo)分別表示二、八、十、十六進(jìn)制。,二進(jìn)制數(shù)1010,（1010）2,,八進(jìn)制數(shù)527,,（527）8,十進(jìn)制數(shù)4190,,（4190）10,十六進(jìn)制數(shù)3C8,,（3C8）16,進(jìn)制數(shù)的表示（二）,人們用字母B、Q、D、H分別表示二、八、十、十六進(jìn)制。,二進(jìn)制數(shù)1010,1010B,,八進(jìn)制數(shù)527,,5

47、27Q,十進(jìn)制數(shù)4190,,4190D,十六進(jìn)制數(shù)3C8,,3C8H,練習(xí),判斷正誤：,（1）“1010”只可能是二進(jìn)制數(shù)。,（2）“386”是八進(jìn)制數(shù)或十進(jìn)制數(shù)。,×,（3）“7291”不可能是二進(jìn)制數(shù)和八進(jìn)制數(shù)。,√,（4） “5A8G”是十六進(jìn)制數(shù)。,×,×,十進(jìn)制數(shù)與二進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換,（1）十進(jìn)制整數(shù),二進(jìn)制整數(shù) ：,,方法：,除２取余,舉例：,（53）10 =（ ）2,110101,練習(xí)

48、：,（49）10 =（ ）2,110001,方向：,從下到上,十進(jìn)制數(shù)與二進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換,（2）十進(jìn)制小數(shù),二進(jìn)制小數(shù) ：,,方法：,乘２取整,舉例：,（0.6875）10 =（ ）2,0.1011,練習(xí)：,（0.75）10 =（ ）2,0.11,方向：,從上到下,（0. 8）10 =（ ）2,0. 110011,十進(jìn)制數(shù)與二進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換,（3）二進(jìn)制數(shù),十進(jìn)制數(shù) ：,,方法：,位權(quán)相加法,

49、舉例：,練習(xí)：,（1101.01）2 =（ ）10,13.25,（1010.101 ）2 =（ ）10,10.625,練習(xí),（1）（11.875）10 =（ ）2,1011.111,（2）（1001.11）2 =（ ）10,9.75,,0,0,0,0,1,1,1,1,10,2,2,2,11,3,3,3,100,4,4,4,101,5,5,5,110,6,6,

50、6,111,7,7,7,1000,8,10,8,1001,9,11,9,1010,10,12,A,1011,11,13,B,1100,12,14,C,1101,13,15,D,1110,14,16,E,1111,15,17,F,二進(jìn)制數(shù)與八進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換,方法：,三位變一位,舉例：,（1101010110.0111）2 =（ ）8,1526.34,練習(xí)：,（11000101.11101）2 =（ ）8,305.72

51、,（4）二進(jìn)制數(shù),八進(jìn)制數(shù) ：,,二進(jìn)制數(shù)與八進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換,方法：,一位變?nèi)?舉例：,（2467.32）8 =（ ）2,10100110111.01101,練習(xí)：,（637.524）8 =（ ）2,110011111.1010101,（5）八進(jìn)制數(shù),二進(jìn)制數(shù) ：,,二進(jìn)制數(shù)與十六進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換,方法：,四位變一位,舉例：,（1101001110.11011）2 =（

52、 ）16,34E.D8,練習(xí)：,（101011001.101101）2 =（ ）16,159.B4,（6）二進(jìn)制數(shù),十六進(jìn)制數(shù) ：,,二進(jìn)制數(shù)與十六進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換,方法：,一位變四位,舉例：,（2A67.F）16 =（ ）2,10101001100111.1111,練習(xí)：,35A2.CFH = B

53、,11010110100010.11001111,（7）十六進(jìn)制數(shù),二進(jìn)制數(shù) ：,,八、十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù),方法：,舉例：,練習(xí)：,位權(quán)相加法,（17.2）8 =（ ）10,15.25,（13CE.8）16 =（ ）10,5070.5,（8）八、十六進(jìn)制數(shù),十進(jìn)制數(shù)：,,作業(yè),(215.6875)10 = ( )2= ( )8(11100011001.1101)2 =

54、( )8= ( )16(4D2.BA6)16 = ( )2(1011.111)2 = ( )10(1506.72)8 = ( )2(245.25)10 = ( )2(1101101011)2 = ( )8= ( )16(110110)2 + (100101)2 = (

55、 )2(10111010)2 AND (100101)2 = ( )2,返回,1.4.3 整數(shù)（定點(diǎn)數(shù)）的表示,,計(jì)算機(jī)中的數(shù)值信息的表示,-整數(shù)也叫做“定點(diǎn)數(shù)”-實(shí)數(shù)也叫作“浮點(diǎn)數(shù)”,計(jì)算機(jī)中的數(shù)值信息分為整數(shù)和實(shí)數(shù)兩大類(lèi)。,整數(shù)的分類(lèi),整數(shù)的分類(lèi)：,不帶符號(hào)的整數(shù),帶符號(hào)的整數(shù),不帶符號(hào)的整數(shù),不帶符號(hào)的整數(shù) 一定是正整數(shù) 常用于表示地址、索引等數(shù)據(jù),取值范圍：,8位：,16位：,3

56、2位：,0～255（28－1）,0～65535（216－1）,0～232－1,帶符號(hào)的整數(shù) 既可表示正整數(shù)，又可表示負(fù)整數(shù)。 “0”表示“＋”(正數(shù))，“1”表示“－”(負(fù)數(shù))，其余各位表示數(shù)的絕對(duì)值。,取值范圍：,8位：,n位：,帶符號(hào)的整數(shù),-127～+127 （-27 +1～+27-1）,-2n-1 +1～+2n-1-1,帶符號(hào)整數(shù)的表示,原碼表示法：,優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、直觀,缺點(diǎn)： 減法運(yùn)算較繁，不便于CPU的運(yùn)算處理。 有＋

57、0和－0之分。,整數(shù)（定點(diǎn)數(shù)）的表示,補(bǔ)碼表示法： 在計(jì)算機(jī)中，負(fù)數(shù)使用補(bǔ)碼表示。,補(bǔ)碼的計(jì)算方法：,X+Y =[ [X]補(bǔ)+[Y]補(bǔ) ]補(bǔ),X-Y= [ [X]補(bǔ)+[-Y]補(bǔ) ]補(bǔ),整數(shù)（定點(diǎn)數(shù)）的表示,例如： （－43）原 = 10101011,負(fù)數(shù)原碼轉(zhuǎn)換成補(bǔ)碼的方法：,符號(hào)位不變，其余各位取反加1,（－43）反 =,（－43）補(bǔ) =,11010100,1101010

58、1,正數(shù)的補(bǔ)碼和原碼相同。,練習(xí),（1）（ X）原碼 = 10011011,11100101,求以下數(shù)的補(bǔ)碼：,（ X）補(bǔ)碼 =,（2）（ X）原碼 = 01010101,01010101,（ X）補(bǔ)碼 =,（3）（ X）原碼 = 11010100,10101100,（ X）補(bǔ)碼 =,整數(shù)（定點(diǎn)數(shù)）的表示,（+0）原碼 = 00000000,題目1：求+0的補(bǔ)碼 。,（+0）補(bǔ)碼 = 00000000,解：,（-0）原碼 = 10

59、000000,題目2：求-0的補(bǔ)碼 。,（-0）補(bǔ)碼 = 00000000,解：,+0和-0的補(bǔ)碼表示形式相同,整數(shù)（定點(diǎn)數(shù)）的表示,在8位補(bǔ)碼表示法中，10000000用來(lái)表示-128的補(bǔ)碼。,相同位數(shù)的二進(jìn)制補(bǔ)碼可表示的數(shù)的個(gè)數(shù)比原碼多一個(gè)。,三種整數(shù)的比較,01……127128129……255,0000 00000000 0001……0111 11111000 00001000 0001……1111 1

60、111,01……127,－128－127……－1,01……127,－0－1……－127,作業(yè),X=11010111 X的反碼=( )，X的補(bǔ)碼=( )X=00110101 X的反碼=( )，X的補(bǔ)碼=(

61、 )X=10101001 X的反碼=( )，X的補(bǔ)碼=( )設(shè)用8個(gè)二進(jìn)位表示一個(gè)帶符號(hào)整數(shù)，求十進(jìn)制數(shù)-50的原碼、反碼和補(bǔ)碼。,返回,1.4.4 實(shí)數(shù)（浮點(diǎn)數(shù)）的表示,,實(shí)數(shù)（浮點(diǎn)數(shù)）的表示,實(shí)數(shù)：既有整數(shù)部分又有小數(shù)部分的數(shù)。 任何一個(gè)實(shí)數(shù)總可以表示成一個(gè)乘冪和一個(gè)純小數(shù)之積。,例如： 567.2

62、5 = 103×(0.56725) －0.0034756 = 10－2×(－0.34756),指數(shù)部分指出實(shí)數(shù)中小數(shù)點(diǎn)的位置，括號(hào)里是一個(gè)純小數(shù)。,實(shí)數(shù)（浮點(diǎn)數(shù)）的表示,二進(jìn)制數(shù)的情況完全類(lèi)同。例如：1001.011=2100×(0.1001011)－0.0010101=2－10×(－0.10101),浮點(diǎn)表示法,浮點(diǎn)表示法： 計(jì)算機(jī)內(nèi)部用“指數(shù)”（一個(gè)整

63、數(shù)，稱(chēng)為“階碼”）和“尾數(shù)”（一個(gè)純小數(shù)）表示實(shí)數(shù)的方法。 實(shí)數(shù) = 尾數(shù) × 2指數(shù) 實(shí)數(shù)N可表示為：N = ±S × 2±P （0 < S < 1),浮點(diǎn)數(shù)的特點(diǎn),浮點(diǎn)數(shù)的長(zhǎng)度可以是32位、64位或更長(zhǎng)。,一般說(shuō)來(lái)，位數(shù)越多，可表示的數(shù)的范圍越大（階碼），精度越高（尾數(shù)）。,相同長(zhǎng)度的浮點(diǎn)數(shù)和定點(diǎn)數(shù)，浮點(diǎn)數(shù)可表示的數(shù)的范圍要比定點(diǎn)數(shù)大很