第1章-信息技術(shù)概述教學(xué)文稿

1、第1章-信息技術(shù)概述本章學(xué)習(xí)目標(biāo)與要求1. 了解計(jì)算機(jī)發(fā)展2. 了解什么是信息，什么是信息處理，什么是信息技術(shù)3.描述計(jì)算機(jī)信息處理的特點(diǎn)4.了解什么是二進(jìn)制，為什么計(jì)算機(jī)使用二進(jìn)制5. 掌握二進(jìn)制、八進(jìn)制、十進(jìn)制、十六進(jìn)制之間換算6.掌握定點(diǎn)數(shù)及浮點(diǎn)數(shù)的表示方法以及原、反、補(bǔ)碼之間的換算關(guān)系7.了解什么是微電子技術(shù)，它的作用和意義1.1 計(jì)算機(jī)技術(shù)計(jì)算機(jī)的誕生與發(fā)展公元前5世紀(jì) 中國(guó)的算盤1642年，Blaise Pascal設(shè)計(jì)了自動(dòng)進(jìn)位加法器1694年，德國(guó)數(shù)學(xué)家Gottfried Wilhemvon Leibniz改進(jìn)了Pascal的加法器，使之可以計(jì)算乘法 法國(guó)人Colmar發(fā)明了可

2、以進(jìn)行四則運(yùn)算的計(jì)算器。1812年英國(guó)數(shù)學(xué)家C巴貝奇開始研究差分機(jī)，并描繪出程序控制方式的計(jì)算機(jī)的雛型基本原理為IPOS 加法器計(jì)算機(jī)的誕生與發(fā)展1935年IBM公司推出IBM 601機(jī)，它是一臺(tái)有算術(shù)部件且能在1秒鐘內(nèi)算出乘法的穿孔卡片計(jì)算機(jī)電驅(qū)動(dòng)計(jì)算機(jī) COLOSSUS： 二次大戰(zhàn)時(shí)英國(guó)人為破譯德國(guó)的密碼而設(shè)計(jì)，英國(guó)數(shù)學(xué)家Turing協(xié)助設(shè)計(jì)，1934年開始使用。由于屬于軍事秘密，三十年后才公開。圖為Alan Turing計(jì)算機(jī)的誕生與發(fā)展 對(duì)計(jì)算機(jī)的誕生和發(fā)展做出重大貢獻(xiàn)的兩個(gè)人： 阿倫圖靈（Alan Turing) ) 馮諾依曼（John Von Neumman ）計(jì)算機(jī)的誕生與發(fā)展

3、阿倫.圖靈 英國(guó)數(shù)學(xué)家、哲學(xué)家、密碼破譯家 30年代初，發(fā)表了一篇著名的論文論數(shù)字計(jì)算在決斷難題中的應(yīng)用，他提出了一種十分簡(jiǎn)單但運(yùn)算能力極強(qiáng)的理想計(jì)算裝置，用它來計(jì)算所有能想象得到的可計(jì)算函數(shù)。圖靈的思想奠定了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)科學(xué)的理論基礎(chǔ)。 圖靈機(jī)有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)計(jì)算機(jī)的誕生與發(fā)展u1945年Von Neuuman、H.H.Goldstin、A.W.Burks發(fā)表了一篇論文電子計(jì)算機(jī)裝置邏輯結(jié)構(gòu)初探提出了兩個(gè)主要論點(diǎn):* 使用二進(jìn)制* 存儲(chǔ)程序和程序控制奠定了當(dāng)代計(jì)算機(jī)硬件由控制器、運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備等組成的結(jié)構(gòu)體系馮諾依曼教授（John Von Neumman）和他設(shè)計(jì)的“存儲(chǔ)程序

4、式”計(jì)算機(jī)EDVAC（埃德瓦克）計(jì)算機(jī)的誕生與發(fā)展第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)誕生ENIAC ：電子數(shù)字積分機(jī)與計(jì)算機(jī)（Electronic Numerical Integrator And Computer）時(shí) 間：1946年2月地 點(diǎn)：美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)用 途：軍事計(jì)算運(yùn)算速度：5000次/秒體積價(jià)格：170平方米，30噸，140千瓦，40萬美元1943年由 John Brainered領(lǐng)導(dǎo)ENIAC開始研究。圖為 John Mauchly 及J. Presper Eckert負(fù)責(zé)這計(jì)劃的執(zhí)行者計(jì)算機(jī)的誕生與發(fā)展此后，計(jì)算機(jī)速度提高、功能增加、體積縮小、成本降低、應(yīng)用擴(kuò)大，其發(fā)展之快，不斷改寫預(yù)測(cè)。早

5、期，810年其運(yùn)算速度就提高十倍，而成本和體積卻是原來的1/10。1980s開始，幾乎每三年計(jì)算機(jī)的性能就提高近四倍，成本卻下降一半。推動(dòng)力：微電子技術(shù)的進(jìn)展和計(jì)算機(jī)應(yīng)用需求為計(jì)算機(jī)劃代：按主機(jī)所使用的元器件 計(jì)算機(jī)的誕生與發(fā)展u以計(jì)算機(jī)使用的基本電子元件作為劃分依據(jù)，計(jì)算機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了四個(gè)階段。u基本電子元件的演變：u集成電路（IC）計(jì)算機(jī)的誕生與發(fā)展按主要元器件分代u第一代（約1946-1957） 電子管計(jì)算機(jī) 幾十次/秒幾萬次/秒， 水銀延遲線內(nèi)存，千字 外設(shè)：磁鼓、紙帶、卡片、磁帶 機(jī)器語言編程u第二代（約1957-1964） 晶體管計(jì)算機(jī) 幾十萬次/秒， 匯編語言或高級(jí)語言編程 19

6、48年Bell發(fā)明晶體管，磁芯十萬字，磁盤圖為美國(guó)于20世紀(jì)50年代生產(chǎn)的IBM704型采用電子管的第一代電子計(jì)算機(jī)圖為在第一代電子計(jì)算機(jī)中使用的磁鼓圖為晶體管圖為第一代電子計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)的誕生與發(fā)展第三代（約1965-1972）中小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī) (SSI,MSI-Medium Scale Integration) 幾十萬次/秒幾百萬次/秒 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 匯編語言或高級(jí)語言編程第四代（1971年起）是大規(guī)模(LSI)和超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī) (Very Large Scale Integration) 幾百萬次/秒億次/秒 匯編語言或高級(jí)語言編程計(jì)算機(jī)的誕生與發(fā)展 過去很長(zhǎng)時(shí)間人們都按照計(jì)

7、算機(jī)主機(jī)所使用的元器件，為計(jì)算機(jī)劃代。代 別年 代主要元器件配置的軟件主要應(yīng)用第1代20世紀(jì)40年代中期50年代末期CPU：電子管內(nèi)存：磁鼓 使用機(jī)器語言和匯編語言編寫程序科學(xué)計(jì)算和工程計(jì)算第2代50年代中后期60年代中期CPU：晶體管內(nèi)存：磁芯 使用FORTRAN等高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言開始廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域第3代6 0 年 代 中期70年代初期CPU：SSI，MSI內(nèi)存：SSI，MSI半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等開始使用在科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、工業(yè)控制等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用第4代20世紀(jì)70年代中期以來CPU：LSI、VLSI內(nèi)存：LSI、VLSI的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 軟件工程、分布式計(jì)算、

8、網(wǎng)絡(luò)軟件等開始廣泛使用深入到各行各業(yè)，家庭和個(gè)人開始使用計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)信息處理的特點(diǎn)（1）通用性強(qiáng)、速度高（2）提供友善的使用方式和多種多樣的信息輸出形式（3）具有龐大的信息存儲(chǔ)能力和極快的信息存取速度（4）打破時(shí)空限制，實(shí)現(xiàn)信息的共享與交流（5）計(jì)算機(jī)在輔助開發(fā)新的信息處理應(yīng)用方面能提供有力的支持計(jì)算機(jī)的巨大作用（1）開拓了人類認(rèn)識(shí)自然、改造自然的新資源 （2）增添了人類發(fā)展科學(xué)技術(shù)的新手段 （3）提高了人類物質(zhì)生產(chǎn)水平和社會(huì)生產(chǎn)率，促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)的飛躍（4）提供了人類創(chuàng)造文化的新工具 （5）引起了人類的工作與生活方式的變化 國(guó)際計(jì)算機(jī)界的重要獎(jiǎng)項(xiàng) ACM 圖靈獎(jiǎng) 1966年由ACM（美國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)

9、會(huì)）創(chuàng)建，該獎(jiǎng)有計(jì)算機(jī)界的諾貝爾獎(jiǎng)之稱。 IEEE 計(jì)算機(jī)先驅(qū)獎(jiǎng) 1980年由IEEE-CS(美國(guó)電氣與電子工程師學(xué)會(huì)-計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì))創(chuàng)建，是世界范圍內(nèi)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域另一個(gè)最重要的獎(jiǎng)項(xiàng)，和圖靈獎(jiǎng)是互為補(bǔ)充的。 1.2 信息與信息技術(shù)1.2.1 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。 認(rèn)識(shí)主體立場(chǎng) “信息信息”和“數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)”，這2個(gè)術(shù)語的概念在計(jì)算機(jī)信息處理中是既有區(qū)別又有聯(lián)系的。 計(jì)算機(jī)是一種基于二進(jìn)制運(yùn)算的信息處理機(jī)器，

10、任何需要由計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理的信息，都必須進(jìn)行一定程度的形式化，并表示成二進(jìn)制編碼的形式。這就引進(jìn)了數(shù)據(jù)的概念。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO： “數(shù)據(jù)是計(jì)算機(jī)中對(duì)事實(shí)、概念或指令進(jìn)行描述的一種特殊格式，這種（特殊）格式適合于使用計(jì)算機(jī)及其相關(guān)設(shè)備自動(dòng)地進(jìn)行傳輸、翻譯（轉(zhuǎn)換）或加工處理?！?在這個(gè)定義中，首先強(qiáng)調(diào)的是數(shù)據(jù)表達(dá)了一定的內(nèi)容，即“事實(shí)、概念或指令”，這就是數(shù)據(jù)的語義；其次，數(shù)據(jù)具有一定的格式（即數(shù)據(jù)的語法），其目的是使計(jì)算機(jī)能自動(dòng)進(jìn)行加工處理、通信傳遞以及翻譯轉(zhuǎn)換。 數(shù)據(jù)的定義信息處理過程信息施效（效應(yīng)器官）信息獲?。ǜ杏X器官）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)）事物客體與信

11、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、計(jì)算、分析、綜合、轉(zhuǎn)換、檢索、管理等 信息存儲(chǔ) 信息傳遞 信息施用控制、顯示等1.2.2 信息技術(shù)信息技術(shù)信息技術(shù)：用來擴(kuò)展人的信息器官功能、協(xié)助人們進(jìn)行信息處理的一類技術(shù)。人的信息器官及功能： 感覺器官（眼耳鼻舌身）獲取信息 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳遞信息 思維器官（大腦）處理信息并再生信息 效應(yīng)器官（手腳）施用信息基本信息技術(shù) 感知與識(shí)別技術(shù)擴(kuò)展感覺器官功能, 提高人們的感知范圍、感知精度和靈敏度 通信技術(shù)與存儲(chǔ)技術(shù)擴(kuò)展神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)功能, 消除人們交流信息的空間和時(shí)間障礙 計(jì)算處理技術(shù)擴(kuò)展思維器官功能, 增強(qiáng)人們的信息加工處理能力

12、 控制與顯示技術(shù)擴(kuò)展效應(yīng)器官功能，增強(qiáng)人們的信息控制能力1.2.3 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)。信息加工通信/存儲(chǔ)控制與顯示通信/存儲(chǔ)感知與識(shí)別信息處理信息處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)信息處理系統(tǒng)分類依據(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)通用性專用的、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)電話是一種雙向的、點(diǎn)到點(diǎn)的以信息交互為主要目的的系統(tǒng)銀行是一種以處理金融業(yè)務(wù)為主的系統(tǒng)圖書館是一種以信

13、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) 1.2.4 電子信息技術(shù)簡(jiǎn)介概述 現(xiàn)代信息技術(shù)的特點(diǎn)：采用電(光)子技術(shù)：進(jìn)行信息的收集、傳遞、加工、存儲(chǔ)、顯示與控制以數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)（computer_based）以計(jì)算機(jī)及其軟件為核心（software_centric） 現(xiàn)代信息技術(shù)領(lǐng)域：微電子、通信、廣播、計(jì)算機(jī)、遙感遙測(cè)、自動(dòng)控制、機(jī)器人等1.3 數(shù)字技術(shù)基礎(chǔ)1.3.1 二進(jìn)制二進(jìn)制信息的計(jì)量單位（一）比特(bit)字節(jié)(byte)字(word)二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算（一）對(duì)二進(jìn)制數(shù)可以進(jìn)行兩種不同類型的基本運(yùn)算：算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算算術(shù)運(yùn)算：兩個(gè)一位數(shù)的加法和減法的基本

14、運(yùn)算規(guī)則是：加法減法 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 10 0 1 1 0 （向高位進(jìn)1） （向高位借1）兩個(gè)多位二進(jìn)制數(shù)的加、減法可以從低位到高位按上述規(guī)則進(jìn)行，但必須考慮進(jìn)位和借位的處理二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算（二） 最基本的邏輯運(yùn)算有三種：邏輯加（也稱“或”運(yùn)算，用符號(hào)“OR”、“”或“”表示）邏輯乘（也稱“與”運(yùn)算，用符號(hào)“AND”、“”或“”表示）取反（也稱“非”運(yùn)算，用符號(hào)“NOT”或“”表示）異或（兩個(gè)值不同時(shí)為真，相同時(shí)為假，用符號(hào)“XOR”表示）運(yùn)算規(guī)則如下： 邏輯加 邏輯乘 取反 異或 0 0 1 1 0 0 1 10 1 0 0 1 10

15、 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0兩個(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)系二進(jìn)制信息的計(jì)量單位（二）在計(jì)算機(jī)信息處理系統(tǒng)中，使用各種不同類型的存儲(chǔ)器來存儲(chǔ)二進(jìn)制信息時(shí)，存儲(chǔ)容量的度量單位要比字節(jié)或字大得多，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 = 240字節(jié) = 1024GB（兆兆字節(jié)）二進(jìn)制信息的計(jì)量單位（

16、三） 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)常使用的速率單位：“比特秒”(b/s)，也稱“bps”。如：9600bps(9600b/s)、56 kbps(56kb/s)“千比特秒”(kb/s)，1Kb/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任意（R）進(jìn)制數(shù) 每種進(jìn)位制都有固定的數(shù)

17、碼基數(shù) 按基數(shù)進(jìn)位或借位逢R進(jìn)一 用位權(quán)值來計(jì)數(shù) 位權(quán)值：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)”。 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。（KnKn1 . K1K0 K1K2 . Km）R KnRnKn1Rn1.K1R1K0R0 K1R1K2R2+KmRm 人們用字母B、Q、D、H分別表示二、八、十、十六進(jìn)制任意（R）進(jìn)制數(shù)表示法：1.并列表示（位置計(jì)數(shù)法） （34567854）102.多項(xiàng)式表示法（權(quán)展開法） （345） 10=3102+4101+5100十進(jìn)制數(shù)（Decimal）十進(jìn)制的基數(shù)是“10”，使用09這十個(gè)

18、數(shù)字符號(hào)，逢十進(jìn)一205.4921020101310041019102一般地說，一個(gè)十進(jìn)制數(shù)：SKnKn1 . K1K0. K1K2 . Km所代表的實(shí)際數(shù)值是： SKn10nKn110n1.K1101K0 100 K1101K2 102+Km 10m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)，逢二進(jìn)一 (101.01)2122021120021122 (5.25)10一般地說，一個(gè)二進(jìn)制數(shù)SKnKn1 . K1K0 . K1K2 . Km所代表的實(shí)際數(shù)值是：S = Kn2n Kn12n1 K121 K0 20 K1 21 K2 22Km 2m八進(jìn)制數(shù)和十六進(jìn)制數(shù) 八進(jìn)制數(shù)使用

19、0、1、2、3、4、5、6、7八個(gè)符號(hào)，逢八進(jìn)一(365.2)8= 382681580 281 = (245.25)10 十六進(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。逢十六進(jìn)一(F5.4)16=1516151604161 = (245.25)10 按照二進(jìn)制數(shù)的一般表示方法，按照二進(jìn)制數(shù)的一般表示方法， 將二進(jìn)將二進(jìn) 制數(shù)按位權(quán)展開即可。制數(shù)按位權(quán)展開即可。例例1. 將二進(jìn)制數(shù)將二進(jìn)制數(shù)(1010101)2轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)。轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)。（1010101)2=1260251

20、24023 122 0 21120 =641641(85)101. 1. 二進(jìn)制與十進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換二進(jìn)制與十進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換(1) 二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制（續(xù)） 例例2. 將二進(jìn)制數(shù)將二進(jìn)制數(shù)(11010.101)2轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)。成十進(jìn)制數(shù)。(11010.101)2=124123+121+ 12-112-3 =16820.50.125 =(26.625)10 (2) 十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù) 純整數(shù)部分的轉(zhuǎn)換純整數(shù)部分的轉(zhuǎn)換 十進(jìn)制數(shù)整數(shù)部分轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)，采用十進(jìn)制數(shù)整數(shù)部分轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)，采用“除除2取取余余”的方的方 法法. 例例1. 將將(307)10轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。 307

21、21532762382192924222120余余1余余1余余1余余0余余0余余1余余0余余0余余1（高位）（高位）（低位）（低位）故：故：(307)10(100110011)2(2) (2) 十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)（續(xù)）十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)（續(xù)） 純小數(shù)部分的轉(zhuǎn)換純小數(shù)部分的轉(zhuǎn)換 十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制小數(shù)，采用十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制小數(shù)，采用“乘乘2取整取整”的方的方法法。 例例2. 將將(0.8125)10轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。 0.8125 （高位）（高位） 2 1. 250020 .500021 . 0000（低位）（低位）故：故：(0.8125)10(0.1101)21

22、 . 625 2(2) (2) 十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)( (續(xù)續(xù)) ) 例例3. 將（將（307.8125)10轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)。轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)。 該十進(jìn)制數(shù)中的整數(shù)部分和小數(shù)部分前面該十進(jìn)制數(shù)中的整數(shù)部分和小數(shù)部分前面已轉(zhuǎn)換過，只需將兩部分連接起來即可。已轉(zhuǎn)換過，只需將兩部分連接起來即可。 （307)10（100110011）2 （0. 8125)10（0. 1101）2 故：（故：（307.8125）10=（100110011.1101）2注意注意： 并非所有的十進(jìn)制小數(shù)都能用有限位的二進(jìn)制小數(shù)來并非所有的十進(jìn)制小數(shù)都能用有限位的二進(jìn)制小數(shù)來表示。例表示。例4. 將將(

23、0.63)10轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制。轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制。0.6321. 2620. 5221 . 0420 . 08（高位）（高位）（低位）（低位）因?yàn)?，小?shù)部分乘以因?yàn)椋?shù)部分乘以2會(huì)無限循環(huán)下去，故：取近似值會(huì)無限循環(huán)下去，故：取近似值.（0.63)10(0.1010)2 舍去舍去2.八進(jìn)制數(shù)與二進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換 一位八進(jìn)制數(shù)相當(dāng)一位八進(jìn)制數(shù)相當(dāng),八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)時(shí)，只需將八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)時(shí)，只需將每一每一位八進(jìn)制數(shù)用三位等值的二進(jìn)制數(shù)表示位八進(jìn)制數(shù)用三位等值的二進(jìn)制數(shù)表示；同理，二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制數(shù)時(shí)，只需同理，二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制數(shù)時(shí)，只需將三位二進(jìn)制數(shù)用一位等值的八進(jìn)制數(shù)表將三位二進(jìn)制

24、數(shù)用一位等值的八進(jìn)制數(shù)表示即可。示即可。 轉(zhuǎn)換表八進(jìn)制數(shù) 二進(jìn)制數(shù) 八進(jìn)制數(shù) 二進(jìn)制數(shù) 0 000 4 100 1 001 5 101 2 010 6 110 3 011 7 111八進(jìn)制數(shù)與二進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換二進(jìn)制與八進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換（續(xù)）二進(jìn)制與八進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換（續(xù)） 例例1.將將(011110111.100010101)2轉(zhuǎn)換為八進(jìn)轉(zhuǎn)換為八進(jìn) 制數(shù)制數(shù) 。 (011 110 111 . 100 010 101)2(367.425)8 3 6 7 . 4 2 5 注意：二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制時(shí)，要以小數(shù)點(diǎn)為中注意：二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制時(shí)，要以小數(shù)點(diǎn)為中心，整數(shù)部分從低位向高位心，整數(shù)部分從低位向高位(

25、即從右向左即從右向左) 每三位每三位用一個(gè)八進(jìn)制數(shù)來表示，最后一組不足三位時(shí)，用一個(gè)八進(jìn)制數(shù)來表示，最后一組不足三位時(shí)，用用0補(bǔ)齊；小數(shù)部分從高位向低位（即從左向右）補(bǔ)齊；小數(shù)部分從高位向低位（即從左向右）每三位用一個(gè)八進(jìn)制數(shù)來表示，最后不足三每三位用一個(gè)八進(jìn)制數(shù)來表示，最后不足三 位時(shí)，位時(shí)，用用0補(bǔ)齊。補(bǔ)齊。二進(jìn)制與八進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換（續(xù)）二進(jìn)制與八進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換（續(xù)） 例例2. 將將(16.327)8轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。 (16.327)8(001 110 . 011 010 111)2 1 6 . 3 2 7 (1110.011010111)2 2. 二進(jìn)制與十六進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換

26、二進(jìn)制與十六進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換 一位十六進(jìn)制數(shù)相當(dāng)一位十六進(jìn)制數(shù)相當(dāng)于四位二進(jìn)制數(shù)于四位二進(jìn)制數(shù)，十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)時(shí)，只需將每十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)時(shí)，只需將每一位十六進(jìn)制數(shù)用四位等值的二進(jìn)制數(shù)一位十六進(jìn)制數(shù)用四位等值的二進(jìn)制數(shù)表表示；反之，亦然。示；反之，亦然。 例例1. 將將(111001011010.10111001)2轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)。為十六進(jìn)制數(shù)。 (1110 0101 1010 . 1011 1001)2 （E5A.B9）16十六進(jìn)制數(shù)與二進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換 轉(zhuǎn)換表十六進(jìn)制數(shù) 二進(jìn)制數(shù) 十六進(jìn)制數(shù) 二進(jìn)制數(shù)0 0000 8 1000 1 0001 9 10012 0010 A 1

27、0103 0011 B 10114 0100 C 11005 0101 D 11016 0110 E 11107 0111 F 1111二進(jìn)制與十六進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換（續(xù)）二進(jìn)制與十六進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換（續(xù)）二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制時(shí)，要以小數(shù)點(diǎn)中心，二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制時(shí)，要以小數(shù)點(diǎn)中心，整數(shù)分整數(shù)分從低位向高位從低位向高位（即從右向左）每四位用一個(gè)十（即從右向左）每四位用一個(gè)十六進(jìn)制數(shù)來表示，六進(jìn)制數(shù)來表示， 最后組不足四位時(shí)，用最后組不足四位時(shí)，用0補(bǔ)齊；小補(bǔ)齊；小數(shù)部分從高位向低位數(shù)部分從高位向低位(即從左向右）每四位用一個(gè)十即從左向右）每四位用一個(gè)十六進(jìn)制數(shù)來表示，最后不足四六進(jìn)制數(shù)來表示，最后不足

28、四 位時(shí)，用位時(shí)，用0補(bǔ)齊。補(bǔ)齊。 例例2. 將將(4C.2E) 16轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。 (4C.2E)16(0100 1100 . 0010 1110)2 (1001100.0010111)23. 十進(jìn)制與八進(jìn)制或十六進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換十進(jìn)制與八進(jìn)制或十六進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換(1) (1) 八進(jìn)制或十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制八進(jìn)制或十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制 與二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制類似，八進(jìn)制或十六與二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制類似，八進(jìn)制或十六制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制時(shí)，只需按其一般表示形式，按制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制時(shí)，只需按其一般表示形式，按位權(quán)展位權(quán)展 開即可。開即可。 例例1. 將將(16A.B)16轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。轉(zhuǎn)換為十進(jìn)

29、制數(shù)。(16A.B)16(11626161101601116-1)10 (25696100.69)10 (362.69)10 (2) (2) 十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制或十六進(jìn)制十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制或十六進(jìn)制 十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制或十六進(jìn)制數(shù)時(shí)，可采十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制或十六進(jìn)制數(shù)時(shí)，可采用用“除八取余除八取余”或或“除十六取余除十六取余”的方法；十進(jìn)的方法；十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制或十六進(jìn)制數(shù)時(shí)，可采用制小數(shù)轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制或十六進(jìn)制數(shù)時(shí)，可采用“乘乘8取整取整”或或“乘乘 十六取整十六取整”的方法。的方法。 例例1. 將將(273)10轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制數(shù)。轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制數(shù)。 （余數(shù)）（余數(shù)）(低位低位) 8

30、 | 273_ ? 8 | 34_ - 1 8 | 4_- 2 0 - 4 故：故：(273)(273)1010(421)(421)8 8 (高位高位) (2)(2)十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制或十六進(jìn)制十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制或十六進(jìn)制( (續(xù)）續(xù)） 例例2. 將十進(jìn)制數(shù)將十進(jìn)制數(shù)(0.71875)8轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制數(shù) 。 (高位高位) 0. 71875 8 5. 75000 8 6. 00000 故：故：(0.71875)10(0.56)8 (低位低位)二進(jìn)制十進(jìn)制十六進(jìn)制八進(jìn)制四進(jìn)制00000000000111110010222200113333010044410010155511011066

31、61201117771310008810201001991121101010A1222101111B1323110012C1430110113D1531111014E1632111115F1733使用不同進(jìn)制的原因 計(jì)算機(jī)中只使用二進(jìn)制一種計(jì)數(shù)制的原因：二進(jìn)制中只有0和1兩個(gè)符號(hào)，使用有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)的電子器件就可以分別表示它們，而制造有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)的電子器件要比制造有多個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)的電子器件容易得多二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算規(guī)則簡(jiǎn)單，易于進(jìn)行高速運(yùn)算數(shù)理邏輯中的“真”和“假”可以分別用“1”和“0”來表示，這樣就把非數(shù)值信息的邏輯運(yùn)算與數(shù)值信息的算術(shù)運(yùn)算聯(lián)系了起來 使用八進(jìn)制和十六進(jìn)制的原因：二進(jìn)制數(shù)太長(zhǎng)，

32、書寫、閱讀、記憶均不便八進(jìn)制和十六進(jìn)制與二進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換直觀、方便1.3.2 數(shù)值信息的表示計(jì)算機(jī)中的數(shù)值信息分類整數(shù)和實(shí)數(shù):它們都是用二進(jìn)制表示的，但表示方法有很大差別。整數(shù)（定點(diǎn)數(shù)）的表示（一）整數(shù)的概念：整數(shù)不使用小數(shù)點(diǎn)，或者說小數(shù)點(diǎn)始終隱含在個(gè)位數(shù)的右面，所以整數(shù)也叫做“定點(diǎn)數(shù)”整數(shù)的分類：不帶符號(hào)的整數(shù)(unsigned integer)，一定是正整數(shù)取值范圍：8位 0255(281)，16位 065535(2161)，32位 02321帶符號(hào)的整數(shù)(signed integer)，既可表示正整數(shù)，又可表示負(fù)整數(shù)。使用最高位(最左面的一位)作為符號(hào)位，“0”表示“”(正數(shù))，“1”表

33、示“”(負(fù)數(shù))，其余各位表示數(shù)的絕對(duì)值取值范圍：8位 127127(27+1 271)例如： 00101011=43, 10101011=43 原碼、反碼、補(bǔ)碼 計(jì)算機(jī)中，數(shù)據(jù)均以補(bǔ)碼存放在n位機(jī)器數(shù)中，最高位是符號(hào)位，0為正，1為負(fù)其余的n-1位為數(shù)值位，可以為0，也可以為1當(dāng)真值為正時(shí)，原碼、反碼、補(bǔ)碼的數(shù)值位完全相同當(dāng)真值為負(fù)時(shí)原碼的數(shù)值位保持原樣，反碼的數(shù)值位是原碼數(shù)值位的各位取反，補(bǔ)碼則是反碼的最低位加一。注意符號(hào)位不變。整數(shù)（定點(diǎn)數(shù)）的表示（二）整數(shù)（定點(diǎn)數(shù)）的表示（三）“原碼”表示法：帶符號(hào)整數(shù)的表示方法優(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0(000000

34、00)和0(100000000)補(bǔ)碼表示法：在計(jì)算機(jī)中，負(fù)數(shù)使用補(bǔ)碼表示，符號(hào)位也是“1”，但絕對(duì)值部分卻是原碼每一位取反后再在末位加“1” 例如：(43)原= 10101011絕對(duì)值部分每一位取反后為： (43)反= 11010100末位加“1”得到： (43)補(bǔ)= 11010101注意：-0與+0在補(bǔ)碼表示法中相同，而在原碼、反碼表示卻不同。相同位數(shù)的二進(jìn)制補(bǔ)碼，表示的范圍比原碼、反碼多一個(gè)。正數(shù)的原碼、反碼、補(bǔ)碼都相等，即表示方法只有一種。用一個(gè)字節(jié)表示二進(jìn)制補(bǔ)碼，表示的范圍為：-128+127整數(shù)（定點(diǎn)數(shù)）的表示（四）整數(shù)（定點(diǎn)數(shù)）的表示（三）補(bǔ)碼計(jì)算規(guī)則： XY 原碼=X補(bǔ)碼 Y補(bǔ)碼

35、 補(bǔ)碼補(bǔ)碼計(jì)算舉例： 5 - 2 = 3 2 5 = -3 5補(bǔ)碼 =00000101 2補(bǔ)碼= 00000010+ -2補(bǔ)碼 =11111110 -5補(bǔ)碼= 11111011 3 補(bǔ)碼 =00000011 -3補(bǔ)碼= 11111101補(bǔ)碼表示法中“0”與“0”無區(qū)別，都表示為全“0”。相同位數(shù)的二進(jìn)制補(bǔ)碼，可表示的數(shù)的(個(gè)數(shù))范圍比原碼多一個(gè)數(shù)，即最小負(fù)數(shù)（128）。整數(shù)（定點(diǎn)數(shù)）的表示（四）三種整數(shù)的比較8位二進(jìn)制代碼無符號(hào)整數(shù)的值帶符號(hào)整數(shù)的值（原碼）帶符號(hào)整數(shù)的值（補(bǔ)碼）0000 00000000000 00011110111 11111271271271000 00001280128

36、1000 000112911271111 11112551271整數(shù)（定點(diǎn)數(shù)）的表示（五）BCD整數(shù)（Binary Coded Decimal）稱為“二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制整數(shù)”，使用4個(gè)二進(jìn)位表示1個(gè)十進(jìn)制數(shù)字，最高位仍為符號(hào)位。例如：(43)BCD 1 0100 0011(59601)BCD 0 0101 1001 0110 0000 0001整數(shù)（定點(diǎn)數(shù)）的表示（六）JCY待續(xù)Pentium處理器的四種帶符號(hào)整數(shù)整數(shù)類型數(shù)值范圍精度格式16位整數(shù)3276832767二進(jìn)制16位 16個(gè)二進(jìn)位，補(bǔ)碼表示短整數(shù)2312311二進(jìn)制32位32個(gè)二進(jìn)位，補(bǔ)碼表示長(zhǎng)整數(shù)2632631二進(jìn)制64位64個(gè)

37、二進(jìn)位，補(bǔ)碼表示BCD整數(shù)1018+110181十進(jìn)制18位80個(gè)二進(jìn)位，其中最左面l個(gè)字節(jié)的最高位是符號(hào)位，余7位無效；另外72位是18位BCD碼，原碼表示實(shí)數(shù)（浮點(diǎn)數(shù)）的表示（一）實(shí)數(shù)：既有整數(shù)部分又有小數(shù)部分的數(shù)，整數(shù)和純小數(shù)只是實(shí)數(shù)的特例。任何一個(gè)實(shí)數(shù)總可以表達(dá)成一個(gè)乘冪和一個(gè)純小數(shù)之積，例如：56.725=102(0.56725) 0.0034756=102(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)。二進(jìn)制數(shù)的情況完全類同，例如：1001.011=2100(0.1001011)0.0010101=210(0.10101) 浮點(diǎn)表示法：計(jì)算機(jī)內(nèi)部用“指數(shù)”(

38、一個(gè)整數(shù)，稱為“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 2P （0 S 1)實(shí)數(shù)（浮點(diǎn)數(shù)）的表示（二） 實(shí)數(shù)（浮點(diǎn)數(shù)）的表示 16位機(jī)器數(shù)能夠表示的實(shí)數(shù)的范圍：（溢出離散）011111 1111111111 011111 0111111111（原碼） 最小值 最大值（12-9） 225 -1 （12-9） 225 -1 階碼符號(hào)位尾數(shù)符號(hào)位階碼值的編碼尾數(shù)值的編碼15 14 10 9 8 0實(shí)數(shù)（浮點(diǎn)數(shù)）的表示（三）浮點(diǎn)數(shù)的長(zhǎng)度可以是32位、64位或更長(zhǎng)。一般說來，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)）浮點(diǎn)數(shù)(

39、實(shí)數(shù)）分類：短浮點(diǎn)數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)、長(zhǎng)浮點(diǎn)數(shù)、高精度浮點(diǎn)數(shù)1.4 微電子技術(shù)微電子技術(shù)與集成電路微電子技術(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程中逐漸形成和發(fā)展起來的。 電子線路使用的基礎(chǔ)元件的演變真空電子管 晶體管 中小規(guī)模集成電路 大規(guī)模超大規(guī)模集成電路電子線路使用基礎(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) 晶體管 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)電子線路使用的基礎(chǔ)元件的演變 集成電路(Integrated Circuit，簡(jiǎn)稱IC

40、)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)成一個(gè)微型化的電路或系統(tǒng)?，F(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 超大規(guī)模集成電路超大規(guī)模集成電路小規(guī)模集成電路小規(guī)模集成電路集成電路的規(guī)模根據(jù)所包含的晶體管數(shù)目分為：集成電路規(guī)模集成度（個(gè)電子元件）小規(guī)模集成電路（SSI）100中規(guī)模集成電路（MSI）1003000大規(guī)模集成電路（LSI）300010萬超大規(guī)模集成電路（VLSI）10萬100萬極大規(guī)模集成電路（ULSI）100萬集成電路分類根據(jù)所用晶體管結(jié)構(gòu)、電路和工藝分為： 雙極型（Bipolar）集成電路、 金屬-氧化物-半導(dǎo)體(MOS) 集成電路 雙極金屬-氧化物-半導(dǎo)體集成電路（Bi-MOS）等集成電路分類 根據(jù)集成電路的功能分為： 數(shù)字集成電路（如邏輯電路、存儲(chǔ)器、微處理器、微控制器、數(shù)字信號(hào)處理器等） 模擬集成電路（又稱為線性電路，如信號(hào)放大器、功率放大器等） 集成電路分類 根據(jù)用途分為： 通用集成電路 專用集成電路（ASIC）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，它們是計(jì)算機(jī)的核心。先進(jìn)的微電子技術(shù)高集成度芯片高性能的計(jì)算機(jī)利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行集成電路的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)