1計(jì)算機(jī)與信息表示基礎(chǔ)1

1、,第一章,計(jì)算機(jī)與信息表示基礎(chǔ),計(jì)算機(jī)概述計(jì)算機(jī)中的數(shù)制計(jì)算機(jī)的信息表示計(jì)算機(jī)中帶符號(hào)數(shù)的表示方法多媒體信息表示,什么是電子計(jì)算機(jī)？,電子計(jì)算機(jī)是一種能能按照事先存儲(chǔ)的程序高速、高效、準(zhǔn)確、自動(dòng)地完成信息的存儲(chǔ)和處理的電子設(shè)備,計(jì)算機(jī)與其它計(jì)算工具的區(qū)別,具有存儲(chǔ)信息的能力自動(dòng)完成數(shù)據(jù)的處理,1.1 計(jì)算機(jī)概述,計(jì)算工具的起源,中國(guó)最早的計(jì)算工具——算籌。公元600年左右，我國(guó)出現(xiàn)新的計(jì)算工具——算盤(pán)。17世紀(jì)歐洲出現(xiàn)計(jì)

2、算尺和機(jī)械式計(jì)算機(jī)。19世紀(jì)英國(guó)數(shù)學(xué)家巴貝奇(1792-1871)提出通用計(jì)算機(jī)的基本設(shè)計(jì)思想。 20世紀(jì)中葉，英國(guó)數(shù)學(xué)家圖靈提出了圖靈機(jī)理論 1946年2月世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)ENIAC在美國(guó)的賓夕法尼亞大學(xué)誕生。,第一臺(tái)計(jì)算機(jī): ENIACElectronic Numerical Integrator And Calculator,電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī),,重達(dá)30噸占地250m2耗電量——140度/小時(shí)18000個(gè)電子

3、管繼電器——1500個(gè)保存80個(gè)字節(jié)運(yùn)算速度： 5000次/秒價(jià)值40萬(wàn)美元,計(jì)算機(jī)的誕生和發(fā)展,計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史人物,理論計(jì)算機(jī)的奠基人： 阿蘭·圖靈（1912 ----1954） ：出生于英國(guó)倫敦，是20世紀(jì)最著名的數(shù)學(xué)家之一。1931年圖靈進(jìn)入劍橋大學(xué)國(guó)王學(xué)院（King’s College），畢業(yè)后到美國(guó)普林斯頓大學(xué)攻讀博士學(xué)位。圖靈是計(jì)算機(jī)邏輯的奠者， 他在24歲時(shí) 提出了圖靈機(jī)理論，31歲參與了 Co

4、lossus(二戰(zhàn)時(shí) ，英國(guó)破解德國(guó)通訊密碼的計(jì)算機(jī))的研制，33歲時(shí)構(gòu)思了仿真系統(tǒng)，35歲提出自動(dòng)程序設(shè)計(jì)概念，38歲設(shè)計(jì)了“圖靈測(cè)試”，在后來(lái)還創(chuàng)造了一門(mén)新學(xué)科— 非線性力學(xué)。,英國(guó)科學(xué)家阿蘭.圖靈,圖靈機(jī)簡(jiǎn)述一個(gè)讀寫(xiě)頭，一根紙帶，讀寫(xiě)頭不斷讀取紙帶上的符號(hào)，并根據(jù)內(nèi)在的狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)則轉(zhuǎn)換當(dāng)前狀態(tài)，同時(shí)進(jìn)行一些動(dòng)作，如：插 除或改寫(xiě)當(dāng)前字符，向前/向后移動(dòng)讀寫(xiě)頭或保持不動(dòng)等。,計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史人物,計(jì)算機(jī)奠基人：馮·諾依曼

5、（John Von Neumann），1903年12月28日生于匈牙利布達(dá)佩斯的一個(gè)猶太人家庭，是著名美籍匈牙利數(shù)學(xué)家。馮·諾依曼于1957年2月8日在華盛頓去世，終年54歲。馮·諾依曼原理(在101頁(yè)報(bào)告中提出)：計(jì)算機(jī)的五大組成部件： 運(yùn)算器、 邏輯控制器、 存儲(chǔ)器、輸入和輸出裝置； 運(yùn)用二進(jìn)制取代十進(jìn)制； 存儲(chǔ)程序和程序控制,美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮.諾依曼,計(jì)算機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了幾個(gè)時(shí)代：,電子管,

6、晶體管,摩爾定律： 每18個(gè)月到24個(gè)月，集成電路的性能將提高一倍，而其價(jià)格將降低一半。硅在未來(lái)將達(dá)到物理極限,由蛋白質(zhì)構(gòu)成的集成電路，其大小只相當(dāng)于硅片集成電路的十萬(wàn)分之一，運(yùn)轉(zhuǎn)速度更快，只有10-11秒，大大超過(guò)人腦的思維速度生物芯片傳遞信息時(shí)阻抗小，耗能低，且具有生物的特點(diǎn)，具有自我組織自我修復(fù)的功能,,研究中的第五代計(jì)算機(jī)： 1994年,美國(guó)南加州大學(xué)教授 阿德勒曼博士,在《科學(xué)》雜志上發(fā)表題為《組合問(wèn)題的

7、生物電腦解決方案》的論文,首次提出分子計(jì)算機(jī),即用DNA分子構(gòu)建電腦的設(shè)想。,,DNA電腦與生物電腦之父雷納德·阿德勒曼(L.Adleman),計(jì)算機(jī)的發(fā)展方向（1）,巨型化 速度更高、存儲(chǔ)容量更大、功能更強(qiáng)。運(yùn)算速度可達(dá)每秒幾百億次運(yùn)算的超級(jí)計(jì)算機(jī)1975年世界上第一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī) “Cray-I”超級(jí)計(jì)算機(jī)應(yīng)用：天氣預(yù)報(bào)、地震機(jī)理研究、石油和地質(zhì)勘探，衛(wèi)星圖像處理等大量科學(xué)計(jì)算的高科技領(lǐng)域中國(guó)超級(jí)

8、計(jì)算機(jī)：國(guó)防科技大學(xué)研制：“銀河1號(hào)”、 “銀河2號(hào)”和“銀河3號(hào)”國(guó)家職能計(jì)算機(jī)中心：“曙光1000” 、“曙光2000I”和“曙光3000”國(guó)家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心：“神威”計(jì)算機(jī)系統(tǒng)投入運(yùn)行,2. 微型化更加小巧靈便、價(jià)廉物美、軟件豐富，功能更強(qiáng)。,計(jì)算機(jī)的發(fā)展方向（2）,3. 網(wǎng)絡(luò)化 將不同地方、不同區(qū)域、不同種類的計(jì)算機(jī)連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)信息共享，使人們更加方便地進(jìn)行信息交流。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：計(jì)算機(jī)技術(shù)與通

9、信技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物使用遠(yuǎn)程資源共享程序、數(shù)據(jù)和信息資源，,計(jì)算機(jī)的發(fā)展方向（3）,4.智能化 可以模擬人的感覺(jué)行為和思維過(guò)程的機(jī)理，進(jìn)行“看”、“聽(tīng)”、“說(shuō)”、“想”、“做”，具有邏輯推理、學(xué)習(xí)與證明的能力。,計(jì)算機(jī)的發(fā)展方向（4）,“總有一天，人類會(huì)造出一些舉止跟人一樣的‘沒(méi)有靈魂的機(jī)械’來(lái)”。 ——笛卡爾（1637）,計(jì)算機(jī)的分類1、從原理上：分為電子數(shù)字計(jì)算機(jī)、電子模擬計(jì)算機(jī)和數(shù)模混合計(jì)算

10、機(jī)2、按規(guī)模和處理數(shù)據(jù)的能力：分為巨型機(jī)、大型機(jī)、小型機(jī)、微型機(jī)、工作站及服務(wù)器3、按應(yīng)用范圍分：專用計(jì)算機(jī)和通用計(jì)算機(jī),1、計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)①運(yùn)算速度快②計(jì)算精度高③記憶力強(qiáng)④具有邏輯判斷能力⑤可靠性高、通用性強(qiáng),計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)和應(yīng)用,科學(xué)計(jì)算信息處理過(guò)程控制與人工智能CAD/CAM/CAT/CAI網(wǎng)絡(luò)通訊,2、計(jì)算機(jī)的應(yīng)用,預(yù)測(cè)全球氣候變化,火星車,計(jì)算機(jī)的主要應(yīng)用領(lǐng)域工商：電子商務(wù)、CAD/CAM 教育：

11、多媒體教育、遠(yuǎn)程教育 醫(yī)藥：CA、MRI、遠(yuǎn)程醫(yī)療 政府：電子政府 娛樂(lè)：虛擬現(xiàn)實(shí)、電影特技 科研：數(shù)據(jù)采集、計(jì)算分析 家庭：家庭信息化,計(jì)算機(jī)技術(shù)的新發(fā)展（1）,1、網(wǎng)格技術(shù)：將各種資源虛擬為服務(wù)傳統(tǒng)的Internet實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)硬件的連通，Web實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)頁(yè)的連通，而網(wǎng)格則試圖實(shí)現(xiàn)Internet上所有資源的全面連通。網(wǎng)格是借鑒電力網(wǎng)的概念提出的，網(wǎng)格的最終目的是希望用戶在使用網(wǎng)格解決問(wèn)題時(shí)像使用電力一樣方便，網(wǎng)格

12、給最終的使用者提供的是一種通用的、隨時(shí)間動(dòng)態(tài)變化的資源。,,2、藍(lán)牙技術(shù)藍(lán)牙技術(shù)是一種短距離無(wú)線連接技術(shù)。藍(lán)牙技術(shù)的設(shè)計(jì)初衷是將智能移動(dòng)電話與筆記本電腦、掌上電腦以及各種數(shù)字化的信息設(shè)備，通過(guò)一種小型的、低成本的無(wú)線通信技術(shù)連接起來(lái)，從而甩掉常用的有線電纜；同時(shí)還要形成一種個(gè)人身邊的網(wǎng)絡(luò)，使得身邊的各種信息化的移動(dòng)便攜設(shè)備都能無(wú)線地實(shí)現(xiàn)資源共享。,計(jì)算機(jī)技術(shù)的新發(fā)展（2）,3、嵌入技術(shù) 指將操作系統(tǒng)和功能軟件集成

13、于計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)中的一種技術(shù)。系統(tǒng)的應(yīng)用軟件與系統(tǒng)的硬件一體化，將軟件固化集成到硬件系統(tǒng)中，類似于主板上BIOS的工作方式。嵌入式系統(tǒng)具有軟件代碼小、自動(dòng)化程度高、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，特別適合于要求實(shí)時(shí)的和多任務(wù)的系統(tǒng)。,計(jì)算機(jī)技術(shù)的新發(fā)展（3）,4、中間件技術(shù)中間件是一種獨(dú)立的系統(tǒng)軟件或服務(wù)程序。借助這種軟件在不同的技術(shù)之間共享資源。中間件處于操作系統(tǒng)軟件與用戶的應(yīng)用軟件的中間，在操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫(kù)之上，應(yīng)用軟件的下層，總

14、的作用是為處于自己上層的應(yīng)用軟件提供運(yùn)行與開(kāi)發(fā)的環(huán)境，幫助用戶靈活、高效地開(kāi)發(fā)和集成復(fù)雜的應(yīng)用軟件。,計(jì)算機(jī)技術(shù)的新發(fā)展（4）,計(jì)算機(jī)技術(shù)的新發(fā)展（5）,5.芯片技術(shù)摩爾定律：每18個(gè)月到24個(gè)月，集成電路的性能將提高一倍，而其價(jià)格將降低一半。目前，每個(gè)芯片上集成的晶體管數(shù)目已經(jīng)增長(zhǎng)了18 000多倍，從1971年微處理器問(wèn)世后，經(jīng)歷了4位機(jī)、8位機(jī)、16位機(jī)、32位機(jī)和64位機(jī)的時(shí)代。2007年1月，美國(guó)英特爾公司和IBM公司表示，

15、使用鉿金屬作為電介質(zhì)，開(kāi)發(fā)出45納米線寬的晶體管技術(shù)工藝，使芯片的集成度比目前65納米線寬的技術(shù)工藝提高1倍，運(yùn)行速度提高20％，器件功耗降低30％，這是40多年來(lái)晶體管技術(shù)獲得的重大突破。,計(jì)算機(jī)最主要的功能就是處理信息如何在計(jì)算機(jī)中表示、存放、傳遞信息？基本要求：表示、存放和傳遞信息要方便、可靠、易處理計(jì)算機(jī)采用二進(jìn)制數(shù)的原因1. 物理上容易實(shí)現(xiàn)。2. 運(yùn)算規(guī)則簡(jiǎn)單可靠。3. 邏輯性強(qiáng)，可以用邏輯代數(shù)作為設(shè)計(jì)工具,1.

16、2 計(jì)算機(jī)的數(shù)制,計(jì)算機(jī)中的數(shù)制的的概念按進(jìn)位的原則進(jìn)行計(jì)數(shù)稱為進(jìn)位計(jì)數(shù)制，簡(jiǎn)稱數(shù)制。 不論哪一種數(shù)制，都具有以下共同計(jì)數(shù)特點(diǎn)：1、逢r進(jìn)一每一種數(shù)制都有自己固定的數(shù)碼個(gè)數(shù)和進(jìn)位規(guī)則，十進(jìn)制數(shù)有0到9這十個(gè)數(shù)碼，逢十進(jìn)一；二進(jìn)制數(shù)有0到1這二個(gè)數(shù)碼，逢二進(jìn)一。依此類推，r進(jìn)制所用的數(shù)碼應(yīng)該是0到r-1，進(jìn)位規(guī)則是逢r進(jìn)一，r被稱為數(shù)制的基數(shù)。2、位權(quán)表示處在一個(gè)數(shù)中不同位置的數(shù)碼所代表的數(shù)值是不同的，其值與所在位置的權(quán)

17、值有關(guān)。對(duì)于r進(jìn)制數(shù)，其權(quán)值恰好可以表示成基數(shù)r的某次冪。,計(jì)算機(jī)中常用的數(shù)制,1、二進(jìn)制數(shù)按逢二進(jìn)一的原則進(jìn)行計(jì)數(shù)，基數(shù)為2，只有0和1兩個(gè)數(shù)碼，位權(quán)值為2i。2、八進(jìn)制數(shù)按逢八進(jìn)一的原則進(jìn)行計(jì)數(shù)，基數(shù)為8，共有0、1、2、3、4、5、6、7八個(gè)數(shù)碼，位權(quán)值為8i。3、十進(jìn)制數(shù)按逢十進(jìn)一的原則進(jìn)行計(jì)數(shù)，基數(shù)為10，共有0、1、2、3、4、5、6、7、8、9十個(gè)數(shù)碼，位權(quán)值為10i。4、十六進(jìn)制數(shù)按逢十六進(jìn)一的原則進(jìn)行計(jì)

18、數(shù)，基數(shù)為16，共有0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F十六個(gè)數(shù)碼，位權(quán)值為16i。,二進(jìn)制 八進(jìn)制,,,三位并一位,整數(shù)從右向左 小數(shù)從左向右,?二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換,(127.6) 8 = ( 001 010 111 . 110) 2 = (1010111.11) 2 (101011

19、1.11)2 = (001 010 111 . 110)2 = (127.6) 8(123. 4)8 = (001 010 011 . 100) 2 =(1010011. 1) 2,例:,(1010111.11)2 = (0101 0111 . 1100)2 = (57.C) 16(3D. 8)16 = (0011 1101 . 1000 ) 2 = (

20、111101.1) 2(127.6) 8 = ( 001 010 111 . 110) 2 = (1010111.11) 2 = (0101 0111 . 1100 ) 2 = (57.C)16(3D. 8)16 = (0011 1101 . 1000 ) 2 = (111101.1) 2

21、 = ( 111 101 . 100) 2 = (75.4) 8,例:,二進(jìn)制 十六進(jìn)制,,,四位并一位,N=an-1×rn-1＋an-2×rn-2＋…＋a0×r0＋a-1×r-1＋…＋a-m×r-m,r進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)

22、換成十進(jìn)制數(shù)采用“位權(quán)法”。規(guī)則是：將每一位r進(jìn)制數(shù)按權(quán)展開(kāi)，然后求和。,678.34=6×102+7×101+8×100 +3×10-1+4×10-2,十進(jìn)制數(shù)與r進(jìn)制數(shù)間的轉(zhuǎn)換,(an-1…a1a0.a-1 …a-m)r,?二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制 ? 十進(jìn)制,規(guī)則：位權(quán)法：將各位非十進(jìn)制數(shù)按權(quán)展開(kāi)求和二進(jìn)制?十進(jìn)制 (1010111.11)2

23、= 1×26+ 1 × 24+ 1 × 22+ 1 × 21+1 × 20+1 × 2-1+1 × 2-2 =(87.75) 10八進(jìn)制?十進(jìn)制 ( 123. 4)8 = 1 × 82+ 2 × 81+3 × 80+4 × 8-1 =(83. 5) 10十六進(jìn)制?十進(jìn)制 (

24、 3D. 8)16 = 3 × 161+13 × 160+8 × 16-1 =(61. 5) 10,? 十進(jìn)制 ? 二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制 1. 整數(shù)轉(zhuǎn)換 規(guī)則：連除取余（由下往上）例：將(87)10轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù) 2 87 2 43· · · · ·

25、 · · · · · · ·1 2 21 · · · · · · ·· · · · ·1 2 10 · · · · · · · · 

26、3; · · 1 2 5 · · · · · · · · · · · 0 2 2 · · · · · · · · · · · 1 2 1 &#

27、183; · · · · · · · · · · 0 0 · · · · · · · · · · · 1,,,,,,,,,,,,,,,,(87)10=(1010111) 2,答案？,8 87

28、 8 10 · · · · · · · · · · · ·7 8 1 · · · · · · · · · · · ·2 0 ·

29、· · · · · · · · · · ·1 16 87 16 5· · · · · · · · · · · ·7 0 ·

30、83; · · · · ·· · · · ·5 綜上所述： (87)10 =(1010111) 2 =(127) 8 =(57) 16,,,,,,,,,,,,(87)10=(57)16,,(87)10=(127) 8,2. 純小數(shù)轉(zhuǎn)換 規(guī)則：連乘取整（由上往下）例：將(0.6875)10轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制、八

31、進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù) 0.6875 × 　 2 1.3750· · · · · · · · · · · ·1 × 　　2　 0.7500 · · · · · · · ·

32、· · · ·0 × 　 2 1.5000 · · · · · · · · · · · ·1 × 　 2 1.0000 · · · · · · &#

33、183; · · · · ·1,,(0.6875)10=(0.1011) 2,0.6875 × 8 5.5000 · · · · · · · · · · · ·5 × 8

34、 4.0000 · · · · · · · · · · · ·4 0.6875 × 16 11.0000 · · · · · · · · · &#

35、183; · ·B 綜上所述： (0.6875)10 = (0.1011) 2 = (0.54) 8 = (0.B) 16,,(0.6875)10=(0.B) 16,(0.6875)10=(0.54) 8,結(jié)合1、2兩點(diǎn)，就可以將任意十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為其它數(shù)制例：將(125.3125)10轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù),注意： 在十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制小數(shù)過(guò)程中，如出現(xiàn)小數(shù)部分不歸0的情況，則應(yīng)按精

36、度要求“0舍1入”。,因此： (125.3125)10 = (175.24) 8,不同數(shù)制間的轉(zhuǎn)換（整數(shù)）,,小 結(jié),?十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成其它數(shù)制時(shí)，將整數(shù)部分和小數(shù)部分分別轉(zhuǎn)換。?轉(zhuǎn)換整數(shù)部分時(shí)，采用連除取余法，取余數(shù)時(shí)是按由下向上的方向排列。?轉(zhuǎn)換小數(shù)部分時(shí)，采用連乘取整法，取整時(shí)是按由上往下的方向排列。?連乘取整，取出來(lái)的數(shù)不要再參加運(yùn)算。,二進(jìn)制的算術(shù)運(yùn)算,二進(jìn)制的算術(shù)運(yùn)算與十進(jìn)制類似，可以進(jìn)行加、減、乘、除四則運(yùn)算

37、。二進(jìn)制加法法則：0+0=01+0=10+1=11+1=10(逢二進(jìn)一)二進(jìn)制減法法則：0-0=01-0=10-1=1(借一當(dāng)二)1-1=0,二進(jìn)制乘法法則：0×0=01×0=00×1=01×1=1二進(jìn)制除法法則：0÷0=01÷0(無(wú)意義)0÷1=01÷1=1,二進(jìn)制的算術(shù)運(yùn)算,二進(jìn)制的邏輯運(yùn)算,邏輯是指條件與結(jié)論

38、之間的關(guān)系,因此邏輯運(yùn)算是指對(duì)因果關(guān)系進(jìn)行分析的一種運(yùn)算。邏輯運(yùn)算的結(jié)果并不表示數(shù)值大小,而是表示某種條件成立與否的邏輯概念。計(jì)算機(jī)中的邏輯關(guān)系是一種二值邏輯，用二進(jìn)制的“0”和“1”表示例如：1表示“成立”、“是”或“真”，0表示“不成立”、“否”或“假”等。若干位二進(jìn)制數(shù)組成的邏輯數(shù)據(jù)，位與位之間沒(méi)有“位權(quán)”的內(nèi)在聯(lián)系。對(duì)兩個(gè)邏輯數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算時(shí)，每位相互獨(dú)立，按位進(jìn)行運(yùn)算，不存在進(jìn)位與借位，運(yùn)算結(jié)果也是邏輯量。邏輯代數(shù)是實(shí)

39、現(xiàn)邏輯運(yùn)算的數(shù)學(xué)工具，邏輯代數(shù)有三種基本的邏輯運(yùn)算：與、或、非。其它復(fù)雜的邏輯關(guān)系均可由這三種基本邏輯運(yùn)算組合而成。,①與運(yùn)算(邏輯乘法)當(dāng)做一件事情取決于多種因素時(shí)，當(dāng)且僅當(dāng)所有因素都滿足時(shí)才去做，否則就不做，這種因果關(guān)系稱為與邏輯。用來(lái)表達(dá)和推演與邏輯關(guān)系的運(yùn)算稱為“與”運(yùn)算“與”運(yùn)算規(guī)則:0∧0=00∧1=01∧0=01∧1=1例1.6 求10111001∧11110011 = ？ 10111

40、001∧) 11110011 10110001即：10111001∧11110011 = 10110001,②或運(yùn)算(邏輯加法)當(dāng)做一件事情取決于多種因素時(shí)，只要其中有一個(gè)因素得到滿足就去做，這種因果關(guān)系稱為或邏輯。用來(lái)表達(dá)和推演或邏輯關(guān)系的運(yùn)算稱為“或”運(yùn)算或運(yùn)算規(guī)則：0∨0=00∨1=11∨0=11∨1=1例1.7 求10100001∨10011011 =？ 10100001∨

41、) 10011011 10111011即：10100001∨10011011 = 10111011,③非運(yùn)算(邏輯否定)非運(yùn)算實(shí)現(xiàn)邏輯否定,即進(jìn)行求反運(yùn)算。非運(yùn)算通常只有一個(gè)運(yùn)算對(duì)象，非運(yùn)算符常在邏輯變量上面加一橫線表示。非運(yùn)算規(guī)則： 0 = 11 = 0對(duì)某個(gè)二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行非運(yùn)算，就是對(duì)它的各位按位求反。例如:10111101 = 01000010,,,,三種基本邏輯運(yùn)算的真值表,,1.3 計(jì)算機(jī)中的

42、信息表示,數(shù)據(jù)、信息和信息編碼的概念 1、數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)的概念包括兩個(gè)方面。其一，數(shù)據(jù)內(nèi)容是事物特性的反映或描述；其二，數(shù)據(jù)是存儲(chǔ)在某一媒體上符號(hào)的集合。2、信息信息是人們按照預(yù)先的目的，通過(guò)從各種不同的渠道、不同的角度觀察記錄的反映客觀事物狀態(tài)和特征的某種概念或經(jīng)過(guò)加工后的數(shù)據(jù)3、數(shù)據(jù)與信息的關(guān)系數(shù)據(jù)是載荷信息的物理符號(hào)。信息是人們消化理解了的數(shù)據(jù)，是對(duì)客觀世界的認(rèn)識(shí)。信息強(qiáng)調(diào)的是對(duì)人有用的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)是客觀存在的事實(shí)、概念等。

43、4、信息編碼采用少量基本符號(hào)和一定的組合原則來(lái)區(qū)別和表示信息。,二進(jìn)制常用的數(shù)據(jù)單位（1）,位（bit)：能存放一個(gè)數(shù)據(jù)的最小單元（‘0’和‘1’）字節(jié)(Byte)：8個(gè)二進(jìn)制位為一個(gè)字節(jié) ， 常用‘B’表示字節(jié) ，是計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)信息的基本單位,字(Word)：將若干個(gè)二進(jìn)制位作為一個(gè)整體來(lái)進(jìn)行處理，這若干個(gè)二進(jìn)制位簡(jiǎn)稱為一個(gè)計(jì)算機(jī)的字。字長(zhǎng)：一個(gè)字所包含的二進(jìn)制位數(shù)。不同的計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)不同。,計(jì)算機(jī)采用二進(jìn)制 物理上容易實(shí)現(xiàn)；

44、運(yùn)算簡(jiǎn)單可靠 ；邏輯性強(qiáng)如何用二進(jìn)制數(shù)表示信息？,千字節(jié)（簡(jiǎn)稱‘K’） 1KB=210B=1024B兆字節(jié)（簡(jiǎn)稱‘M’） 1MB=210KB=1024KB 千兆字節(jié)（簡(jiǎn)稱‘G’） 1GB=210MB=1024MB千千兆字節(jié)（簡(jiǎn)稱‘T’） 1TB=210GB=1024GB,,,,,……,位（bit）,,,字長(zhǎng),,字節(jié)（Byte）,二進(jìn)制常用的數(shù)據(jù)單位（2）,常用

45、的信息編碼（1）,1、數(shù)值編碼（十進(jìn)制的二進(jìn)制編碼） BCD碼（Binary Coded Decimal）：將十進(jìn)制數(shù)的每一位用四位二進(jìn)制數(shù)表示。 最常用的二—十進(jìn)制編碼是8421碼。,常用的信息編碼（2）,BCD碼,2、 字符編碼（西文編碼）微機(jī)中普遍采用的是ASCII碼。 全稱：American Standard Code For Information Interchange

46、 美國(guó)信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼. ?采用7位二進(jìn)制數(shù)，可定義27 =128種符號(hào)。用一個(gè)字節(jié)（該字節(jié)的最高位為0）即可表示各種西文符號(hào) （共128個(gè) ): 00000000 00000001 …… 01111111在ASCII碼中，前32個(gè)和最后一個(gè)為控制字符，其他94個(gè)為可

47、視字符。,常用的信息編碼（3）,SP:32,0-9:48-57,A-Z:65-90,a-z:97-122,ASCII碼的十進(jìn)制表示:,空,振鈴,回車,3、漢字編碼（輸入編碼，機(jī)內(nèi)編碼、字模編碼）,常用的信息編碼（4）,西文字符個(gè)數(shù)少，用一個(gè)字節(jié)就可以編碼漢字有成千上萬(wàn)個(gè)，一個(gè)字節(jié)無(wú)法表示所有漢字編碼組合，必須用兩個(gè)字節(jié)。上萬(wàn)個(gè)漢字是無(wú)法放在一個(gè)鍵盤(pán)中，則必須使用編碼機(jī)制。漢字處理包括：漢字輸入、漢字存儲(chǔ)和漢字識(shí)別。,國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB2

48、312-80《信息交換用漢字編碼字符集（基本集）》 ，共收集了7445個(gè)漢字和符號(hào)。 一級(jí)漢字：3755 二級(jí)漢字 ：3008 圖形符號(hào)、外文字母：682一個(gè)漢字的區(qū)位碼分別由兩個(gè)字節(jié)構(gòu)成，其中，第一個(gè)字節(jié)稱為區(qū)，第二個(gè)字節(jié)稱為位。,1）輸入編碼漢字輸入采用的編碼如“國(guó)標(biāo)區(qū)位碼”、“全拼”、“雙拼”、“五筆”、“智能ABC”等。三類：數(shù)字編碼（區(qū)位碼） 、拼音碼、字形碼,常用的信息編碼（5）,在1

49、6區(qū)的1位，漢字“啊”的區(qū)位碼為1601,2）漢字交換碼（國(guó)標(biāo)碼）由于ASCII碼的前32個(gè)為控制碼，為了安全可靠，國(guó)標(biāo)碼的每個(gè)字節(jié)實(shí)際從33(21H）開(kāi)始編碼,常用的信息編碼（6）,,,,位區(qū),,,,十六進(jìn)制國(guó)標(biāo)碼編碼,十進(jìn)制區(qū)位編碼,,位區(qū),,十六進(jìn)制國(guó)標(biāo)碼編碼,十進(jìn)制區(qū)位編碼,漢字 區(qū)位碼 國(guó)標(biāo)碼 第一字節(jié) 第二字節(jié) 啊 16 01D 30 21H 0011

50、 0000 0010 0001,3)、漢字的機(jī)內(nèi)碼（內(nèi)碼） 2個(gè)字節(jié)表示一個(gè)漢字的國(guó)標(biāo)碼，沒(méi)有標(biāo)志區(qū)別某個(gè)字節(jié)是漢字的一部分還是西文ASCII碼字符。 例如，英文字符“L”和“l(fā)”的ASCII碼是“76”和“108”，而漢字的“天”的國(guó)標(biāo)碼也是“76”和“108”。問(wèn)題出在ASCII碼和漢字國(guó)標(biāo)碼都采用字節(jié)的低7位編碼方式． 為了將漢字編碼與ASCII碼區(qū)別開(kāi)來(lái)，將國(guó)標(biāo)碼的雙字節(jié)高位置

51、 1，作為國(guó)標(biāo)碼碼在計(jì)算機(jī)內(nèi)的編碼，這種雙字節(jié)高位置“ 1”的編碼叫機(jī)內(nèi)碼。 漢字的機(jī)內(nèi)碼是系統(tǒng)內(nèi)部處理和存儲(chǔ)漢字而使用的代碼。,常用的信息編碼（7）,“天”的區(qū)位碼為：4476D,4C6CH,區(qū)位碼每字節(jié)分別加160(A0H)后，也可得到機(jī)內(nèi)碼,“啊”的區(qū)位碼為：1601D,3021H,B0A1H,小結(jié)：,在區(qū)位輸入方式下從鍵盤(pán)輸入‘啊’的區(qū)位碼：1601D對(duì)應(yīng)的國(guó)標(biāo)碼：3021H在機(jī)內(nèi)的存儲(chǔ)代碼為:B0A1H,輸

52、入碼,交換碼,存儲(chǔ)碼,已知“棵 ”的機(jī)內(nèi)碼為 BFC3，求其國(guó)標(biāo)碼。,1F23H/3135D區(qū)位碼,已知“中華 ”的區(qū)位碼，求其國(guó)標(biāo)碼、機(jī)內(nèi)碼。漢字 區(qū)位碼 國(guó)標(biāo)碼 漢字內(nèi)碼 中 5448D 華 2710D,3630H+2020H=5650H　　　　　5650H+8080H=D6D0H

53、1B0AH+2020H=3B2AH 3B2AH+8080H=BBAAH,漢字“中國(guó)”的區(qū)位碼、國(guó)標(biāo)碼、機(jī)內(nèi)碼的雙字節(jié)表示。,區(qū)位碼 5448D十六進(jìn)制 3630H國(guó)標(biāo)碼 5650H機(jī)內(nèi)碼 D6D0H,中 第一個(gè)字節(jié) 第二個(gè)字節(jié),0 0 1 1 0 1 1 0,0 0 1 1 0 0 0 0,0 1 0 1 0 1 1 0,0

54、1 0 1 0 0 0 0,區(qū)位碼 2590D十六進(jìn)制 195AH國(guó)標(biāo)碼 397AH機(jī)內(nèi)碼 B9FAH,國(guó) 第一個(gè)字節(jié) 第二個(gè)字節(jié),1 1 0 1 0 1 1 0,1 1 0 1 0 0 0 0,0 0 0 1 1 0 0 1,0 1 0 1 1 0 1 0,0 0 1 1 1 0 0 1,0 1 1 1 1 0 1 0,1 0 1 1 1 0 0 1,1 1 1

55、 1 1 0 1 0,區(qū)位碼、國(guó)標(biāo)碼、機(jī)內(nèi)碼轉(zhuǎn)換小結(jié)（十進(jìn)制）,區(qū)位碼、國(guó)標(biāo)碼、機(jī)內(nèi)碼轉(zhuǎn)換小結(jié)（十六 進(jìn)制）,編碼轉(zhuǎn)換練習(xí),已知“大學(xué)計(jì)算機(jī)”的區(qū)位碼分別為：大2083學(xué)4907計(jì)2838算4367機(jī)2790求對(duì)應(yīng)的機(jī)內(nèi)碼,1453H,3107H,1C26H,2B43H,1B5AH,B4F3H,D1A7H,BCC6H,CBE3H,BBFAH,3）漢字的字形編碼漢字的機(jī)內(nèi)碼是系統(tǒng)內(nèi)部處理和存儲(chǔ)漢字而使用的代碼。在顯示器或打

56、印機(jī)上顯示的是漢字的字模碼（用點(diǎn)陣表示的漢字字形代碼），它存在漢字庫(kù)中。漢字字形點(diǎn)陣中每個(gè)點(diǎn)的信息用一位二進(jìn)制碼來(lái)表示。,常見(jiàn)的漢字點(diǎn)陣有：16×16點(diǎn)陣（占32字節(jié)）、24×24點(diǎn)陣（占72字節(jié)）、48×48點(diǎn)陣（占6×48字節(jié)）等。字模點(diǎn)陣的信息量很大，只能用于構(gòu)成漢字庫(kù)，不能用于機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)，當(dāng)顯示或打印輸出時(shí)才檢索字庫(kù)，得到字模點(diǎn)陣，輸出字形至輸出設(shè)備。,請(qǐng)思考，存儲(chǔ)一個(gè)16× 1

57、6點(diǎn)陣的字模碼需要占多少字節(jié)？,第一、第二字節(jié): 1FH、7FH(0001,1111，0111,1111)第三、第四字節(jié)：09、02第五、第六字節(jié)：09、02第七、第八字節(jié)：0A、3A …第29、第30字節(jié)：第31、第32字節(jié)：08、06,,00 07 00 E0 07 00 0C 00,,其中的第32行用字節(jié)保存后如上所示,00行,,63行,,這是一個(gè)64*64點(diǎn)陣的漢字字模碼，請(qǐng)大家算一算，共占多少字節(jié)？

58、,漢字編碼之間的關(guān)系,,其他系統(tǒng)的漢字編碼,交換碼（國(guó)標(biāo)碼）,顯示打印,輸入,,,,,,,機(jī)內(nèi)碼,字形碼,漢字信息,外碼(輸入碼),漢字信息,漢字庫(kù),兩個(gè)字節(jié)最高二進(jìn)制位均為1,常用的信息編碼（3）,信息組織的層次結(jié)構(gòu),1、位如前所述，位是計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的最小單位。2、字符8位稱為一個(gè)字節(jié)，可以表達(dá)一個(gè)字符（字母、數(shù)字或標(biāo)點(diǎn)符號(hào)）。在通過(guò)鍵盤(pán)或其他輸入設(shè)備輸入一個(gè)字符時(shí)，機(jī)器直接將字符翻譯成某特定的編碼系統(tǒng)中一串

59、位的組合。,3、數(shù)據(jù)元（字段）一組字符可以表達(dá)一個(gè)單詞，一組單詞或一個(gè)漢字詞組可以形成一個(gè)數(shù)據(jù)元。比如一個(gè)學(xué)生的學(xué)號(hào)、姓名、年齡、專業(yè)和班級(jí)等狀況都是數(shù)據(jù)元。在數(shù)據(jù)的層次體系中，數(shù)據(jù)元是最低一層的邏輯單位，為了形成一個(gè)邏輯單位，需要將若干位和若干字節(jié)組合在一起。根據(jù)上下文的需要，有時(shí)也把數(shù)據(jù)元稱作為字段(記錄中的字段)。4、記錄將邏輯上相關(guān)的數(shù)據(jù)元組合在一起就形成一個(gè)記錄。如一個(gè)學(xué)生的學(xué)號(hào)、姓名、年齡、專業(yè)、班級(jí)、寢室、電話等。,

60、5、文件文件是邏輯上相關(guān)的記錄的集合。例如，學(xué)生文件包含每一個(gè)學(xué)生的記錄；庫(kù)存文件包含每一種庫(kù)存貨物的記錄；應(yīng)收帳目文件包含每個(gè)顧客的記錄?！拔募边@個(gè)詞有時(shí)也指某臺(tái)二級(jí)存儲(chǔ)設(shè)備上的一塊已命名的區(qū)域，該區(qū)域中可以包含程序代碼、數(shù)據(jù)，甚至還可以包含輸出報(bào)表。6、數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)是一種作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源共享的一組相關(guān)數(shù)據(jù)之集合。一組相關(guān)的文件可以形成數(shù)據(jù)庫(kù)。這些數(shù)據(jù)沒(méi)有不必要的冗余，能為多種應(yīng)用服務(wù)。數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)獨(dú)立于程序。對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)插

61、入、修改和數(shù)據(jù)檢索均能按一種公用和可控的方法進(jìn)行。,信息組織的層次結(jié)構(gòu),位,字符,字段,記錄,文件,數(shù)據(jù)庫(kù),1.4 計(jì)算機(jī)中帶符號(hào)數(shù)的表示方法,無(wú)符號(hào)數(shù)因?yàn)闊o(wú)需表示數(shù)的符號(hào)位，所以計(jì)算機(jī)可以用字的所有的位來(lái)表示數(shù)值。當(dāng)存放有符號(hào)數(shù)時(shí)，則需留出位置存放“符號(hào)”，通常都用二進(jìn)制數(shù)的最高位表示符號(hào)。因此，在機(jī)器字長(zhǎng)相同時(shí)，無(wú)符號(hào)數(shù)與有符號(hào)數(shù)所對(duì)應(yīng)的數(shù)值范圍是不同的。以機(jī)器字長(zhǎng)為16位為例：無(wú)符號(hào)整數(shù)的表示范圍為 0～

62、65535，有符號(hào)整數(shù)的表示范圍為 -32768～+32767。,有符號(hào)數(shù)用“0”表示“+”，用“1”表示“－” , 并且規(guī)定將它放在有效數(shù)字的前面如: X=00001001B=+9D X=10001001B= -9D機(jī)器數(shù)：符號(hào)“數(shù)字化”的數(shù)叫做機(jī)器數(shù)真值 ：帶“+”或“－”符號(hào)的數(shù)叫做真值,1、原碼,在原碼表示法中，用0表示正號(hào)，而用1 表示負(fù)號(hào)，數(shù)的有效值由二進(jìn)制絕對(duì)值表示。為了避免混淆，在符號(hào)數(shù)的

63、表示中還必須明確規(guī)定符號(hào)的位置。在大多數(shù)計(jì)算機(jī)中，都用二進(jìn)制數(shù)的最高位作為符號(hào)位。例如： (＋45)10的源碼為(00101101)2 (－45)10的源碼為(10101101)2,2、反碼,正數(shù):反碼與其原碼相同；負(fù)數(shù):用相應(yīng)正數(shù)的原碼各位取反來(lái)表示。如： [01000101]反=01000101

64、 [10011000]反=11100111例如：(＋45)10的反碼與其源碼相同：(00101101)2 (－45)10的反碼為： (11010010)2,3、補(bǔ)碼,“補(bǔ)數(shù)”的概念：設(shè)時(shí)鐘原指示6點(diǎn)，現(xiàn)欲使它指示到3點(diǎn)，則既可按順時(shí)針?lè)较驅(qū)⒎轴樲D(zhuǎn)9圈，又可按逆時(shí)針?lè)较驅(qū)⒎轴樲D(zhuǎn)3圈，結(jié)果是一致的。假設(shè)順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)為正，逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)為負(fù)，則

65、有6+9=15 6-3=3時(shí)鐘里的“12” 在數(shù)學(xué)上稱為“?！睂?duì)“?！?2而言，-3和+9互為補(bǔ)數(shù) 將補(bǔ)數(shù)的概念用到計(jì)算機(jī)中，便出現(xiàn)了補(bǔ)碼。,為什么要引進(jìn)補(bǔ)碼的概念呢？在計(jì)算機(jī)中減法是通過(guò)加法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。即：A-B ? A+[-B]補(bǔ)引進(jìn)補(bǔ)碼的概念后，做減法時(shí)，可以利用補(bǔ)碼而將減法運(yùn)算變成加法運(yùn)算： 73-15=58 73+85=158 （模100） 9-5=4

66、 9+7=16?4 （模12）,10001001? - 911110111?247即：- 9和247互補(bǔ) (模 256）,補(bǔ)碼求法:正數(shù)的補(bǔ)碼與其原碼相同，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼等于該負(fù)數(shù)的反碼最末位加1。 如: 10001001 取反：11110110 末位加1：11110111 [-9]補(bǔ)=11110111,注意：同一個(gè)負(fù)數(shù)，如果對(duì)應(yīng)不同的“?！?，其補(bǔ)

67、碼的值是不同的.,81,例. 設(shè) X1=+1010111, X2= -1010111 ，求X1和 X2的原碼、補(bǔ)碼和反碼。 [X1]原=01010111，[X2]原= 11010111,正數(shù)的反碼與其原碼相同，負(fù)數(shù)的反碼為相應(yīng)正數(shù)的原碼各位取反。 [X1]反=01010111， [X2]反=10101000,正數(shù)的補(bǔ)碼與其原碼相同，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼等于該數(shù)的反碼末位加1。

68、 [X1]補(bǔ)=01010111， [X2]補(bǔ)=10101001,82,定點(diǎn)數(shù)與浮點(diǎn)數(shù),小數(shù)點(diǎn)位置固定的數(shù)稱為定點(diǎn)數(shù) 定點(diǎn)整數(shù) 定點(diǎn)小數(shù) 小數(shù)點(diǎn)位置不固定的數(shù)稱為浮點(diǎn)數(shù),83,定點(diǎn)小數(shù)：,定點(diǎn)整數(shù)：,符號(hào)位,隱含小數(shù)點(diǎn)（+0.5),符號(hào)位,隱含小數(shù)點(diǎn)（- 3),定點(diǎn)數(shù),84,31 30 24 23 22 0,浮點(diǎn)數(shù),隱含小數(shù)點(diǎn),一個(gè)既有整數(shù)又有小數(shù)的十進(jìn)制數(shù)D可以表

69、示成如下形式:D＝R*10N其中R為一個(gè)十進(jìn)制定點(diǎn)小數(shù)，N為一個(gè)十進(jìn)制定點(diǎn)整數(shù)。123.456?0.123456*103；0.00123456?0.123456*10-2。同樣，對(duì)于既有整數(shù)又有小數(shù)的二進(jìn)制數(shù)，也可表示成如下形式：B＝M*2E其中M為一個(gè)二進(jìn)制定點(diǎn)小數(shù)，稱為B的尾數(shù)；E為一個(gè)二進(jìn)制定點(diǎn)整數(shù)，稱為B的階碼,85,,若階符階碼占3位，尾符尾數(shù)占5位，則浮點(diǎn)機(jī)所能表示的正數(shù)的范圍則是:2 -3 ×0.00