緒論-計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)

緒論計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)目標(biāo)·計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成·計(jì)算機(jī)中的信息表示·計(jì)算機(jī)指令、計(jì)算機(jī)語(yǔ)言及計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)的概念·操作系統(tǒng)的作用·二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制以及它們的關(guān)系·計(jì)算機(jī)中各種信息的編碼

1一臺(tái)計(jì)算機(jī)是由以下幾個(gè)主要硬件組成（如下圖所示）：輸入設(shè)備

輸出設(shè)備

內(nèi)存

通信設(shè)備

存儲(chǔ)設(shè)備

中央處理器CPU總線這些組件通過(guò)一個(gè)稱為“總線（bus）”的子系統(tǒng)連接，總線負(fù)責(zé)在這些組件之間傳輸數(shù)據(jù)和控制信號(hào)。（二）計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)1. 計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)22. 計(jì)算機(jī)的主要部件及其功能（1）中央處理器（CentralProcessingUnit，CPU，“芯片”）它是計(jì)算機(jī)的大腦。它從內(nèi)存中獲取指令然后執(zhí)行這些指令。cpu通常由兩個(gè)部分組成：控制單元（controlunit，CU）——“控制器”和算術(shù)/邏輯單元（arithmetic/logicunit,ALU）——“運(yùn)算器”。CU用于控制和協(xié)調(diào)除cpu之外的其他組件的動(dòng)作;ALU用于完成數(shù)值運(yùn)算（加、減、乘、除）和邏輯運(yùn)算（比較或判斷）。CPU的工作速度，較常見的芯片為2GHZ(可達(dá)到2億條指令/每秒)(1HZ相當(dāng)于1個(gè)脈沖周期/秒；1KHZ=1000HZ；1MHZ=1000KHZ；1GHZ=1000MHZ;)（假設(shè)執(zhí)行1條指令需要10HZ，即10個(gè)脈沖周期；則2GHZ可達(dá)到2億條指令/每秒）3cpu中“運(yùn)算器”的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如下圖所示：輸出門加法器輸入選擇門通用寄存器組AXBXPC......輸入選擇門4（2）內(nèi)存（memory）

用于存放CPU當(dāng)前正在執(zhí)行的程序和處理的數(shù)據(jù)。它是一種可以與CPU直接交換信息的存儲(chǔ)器。內(nèi)存..010010100110000101110110011000010011011000000110.字符‘J’字符‘a(chǎn)’字符‘v’字符‘a(chǎn)’字符‘6’整數(shù)6內(nèi)存地址..200020012002200320042005. 內(nèi)存利用電的兩種狀態(tài)：關(guān)（off）和開（on），習(xí)慣上把它們分別當(dāng)做

0

和1。這些0和1被解釋為二進(jìn)制數(shù)字系統(tǒng)中的數(shù)，并通常被稱為“比特”（bit，二進(jìn)制數(shù)）。cpu要執(zhí)行的指令以及各種類型的數(shù)據(jù)(數(shù)字、字符、字符串等),都被編碼為某種約定的比特（0、1）序列存儲(chǔ)在內(nèi)存中。 在內(nèi)存中，字節(jié)是最小的存儲(chǔ)單元。內(nèi)存其實(shí)是一個(gè)由字節(jié)組成的線性空間，每個(gè)字節(jié)都有一個(gè)唯一的地址(內(nèi)存地址)。每個(gè)字節(jié)（byte）能存儲(chǔ)8個(gè)比特。說(shuō)明1：由于計(jì)算機(jī)是以字節(jié)為單位來(lái)分配內(nèi)存的，所以，如果一個(gè)字節(jié)存放不下一個(gè)大數(shù)字，那么，計(jì)算機(jī)就會(huì)分配幾個(gè)地址相鄰的字節(jié)來(lái)存放之。說(shuō)明2：內(nèi)存字節(jié)中的內(nèi)容永遠(yuǎn)非空，但其原始內(nèi)容可能對(duì)你的程序無(wú)意義。一旦新的信息被存入字節(jié)，該字節(jié)中原來(lái)的內(nèi)容將會(huì)丟失！說(shuō)明3：程序中各種數(shù)據(jù)的編碼都是由系統(tǒng)根據(jù)編碼表來(lái)自動(dòng)完成的（例如，在流行的ASCII編碼表中，字符‘J’是用一個(gè)字節(jié)01001010來(lái)表示的）。內(nèi)存字節(jié)及其內(nèi)容5計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)器的大小通常被稱為“容量”，并且以字節(jié)（簡(jiǎn)寫為B）、千字節(jié)（KB）、兆字節(jié)(MB)、千兆字節(jié)(GB)、萬(wàn)億字節(jié)（TB）為計(jì)量單位： 1KB（kilobyte）=

1024B

（byte） 1MB（megabyte）=

1024KB（kilobyte） 1GB（gigabyte）=

1024MB（megabyte） 1TB（kilobyte）=

1024GB（gigabyte）其中，1024=210

。62）隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RandomAccessMemory，RAM）1）只讀存儲(chǔ)器（ReadOnlyMemory，ROM）在物理上，內(nèi)存實(shí)際上是由以下兩部分組成的： 其特點(diǎn)是：斷電后，其中數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。現(xiàn)代微機(jī)的主板上都裝有ROM，并在其中固化了一個(gè)“基本輸入輸出系統(tǒng)”——BIOS，其功能是：

（i）每當(dāng)計(jì)算機(jī)啟動(dòng)時(shí)，完成對(duì)系統(tǒng)的加電自檢。

（ii）對(duì)系統(tǒng)中各種功能模塊進(jìn)行初始化。

（iii）引導(dǎo)操作系統(tǒng)。

（iv）為操作系統(tǒng)提供基本輸入輸出設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序（鍵盤、顯示器、打印機(jī)、時(shí)鐘、揚(yáng)聲器、軟盤、硬盤和光盤）。

RAM

就是通常所說(shuō)的“內(nèi)存”。其特點(diǎn)是：一旦斷電，其中的信息將會(huì)丟失。它被用來(lái)存放當(dāng)前正在執(zhí)行的程序和數(shù)據(jù)。

7（3）存儲(chǔ)設(shè)備（store） 內(nèi)存是不能長(zhǎng)久保存數(shù)據(jù)的，因?yàn)閿嚯姇r(shí)信息就會(huì)丟失。程序和數(shù)據(jù)都應(yīng)該被永久地存放在存儲(chǔ)設(shè)備上，當(dāng)計(jì)算機(jī)確實(shí)需要使用它們時(shí)再裝入內(nèi)存。因?yàn)閺膬?nèi)存讀取數(shù)據(jù)要比存儲(chǔ)設(shè)備快得多！所以，store也叫做“外存”（外部存儲(chǔ)器），或叫做“輔存”（輔助存儲(chǔ)器）。而內(nèi)存則通常被叫做“主存”。 存儲(chǔ)設(shè)備主要有以下幾種： 磁盤驅(qū)動(dòng)器 光盤驅(qū)動(dòng)器 磁帶驅(qū)動(dòng)器

USB閃存驅(qū)動(dòng)器說(shuō)明：驅(qū)動(dòng)器（drive）是對(duì)存儲(chǔ)介質(zhì)進(jìn)行讀、寫操作的設(shè)備。例如，磁盤、光盤、磁帶等都是存儲(chǔ)介質(zhì)。8*關(guān)于計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)體系：在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，通常采用三級(jí)存儲(chǔ)體系。如下圖所示：CPU緩存（cache）主存（memory）外存（store）·一級(jí)存儲(chǔ)器——緩存（cache）一種工作速度與CPU相匹配的存儲(chǔ)器，價(jià)格較昂貴。用于存放CPU當(dāng)前正在執(zhí)行的那部分指令和數(shù)據(jù)。通常被設(shè)計(jì)在CPU

的內(nèi)部(容量為2~16MB)?！ざ?jí)存儲(chǔ)器——主存（memory） 一種工作速度低于CPU的存儲(chǔ)器（又稱內(nèi)存），價(jià)格不太昂貴。用于存放CPU當(dāng)前正在執(zhí)行的程序和數(shù)據(jù)(容量為2~3GB)?！と?jí)存儲(chǔ)器——外存（store）一種工作速度遠(yuǎn)低于CPU的存儲(chǔ)器，價(jià)格較低廉。用于存放CPU當(dāng)前不使用的程序和數(shù)據(jù)(80~250GB)。最新的緩存技術(shù)在緩存內(nèi)部再分成二~三級(jí)。在擁有三級(jí)緩存的CPU中，只有約5%的數(shù)據(jù)需要從內(nèi)存中調(diào)用，這進(jìn)一步提高了CPU的效率。9（4）輸入設(shè)備（Inputdevices）接收用戶輸入的程序和原始數(shù)據(jù)，并將它們轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)能識(shí)別的形式（二進(jìn)制代碼）存放到內(nèi)存中。常用的輸入設(shè)備有：鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀、光筆等。（5）輸出設(shè)備（Outputdevices）將內(nèi)存中計(jì)算機(jī)的處理結(jié)果（二進(jìn)制代碼）轉(zhuǎn)變?yōu)槿藗兯芙邮艿男问健３Ｓ玫妮敵鲈O(shè)備有：顯示器、打印機(jī)、繪圖儀等。（6）通信設(shè)備（Communicationequipment）計(jì)算機(jī)可以通過(guò)通信設(shè)備進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)。常用的通信設(shè)備有：調(diào)制解調(diào)器（Modem）、網(wǎng)絡(luò)接口卡（NIC）等。10（三）計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)1. 程序硬件僅是計(jì)算機(jī)得以運(yùn)算的基礎(chǔ)。要使計(jì)算機(jī)能具有運(yùn)算和控制功能，還必須配置必要的計(jì)算機(jī)軟件（software）——計(jì)算機(jī)程序（program）。程序：發(fā)給計(jì)算機(jī)的一組指令 ——可以讓計(jì)算機(jī)執(zhí)行并完成所需任務(wù)的一個(gè)指令序列。指令：告訴計(jì)算機(jī)該做一個(gè)什么操作的操作命令（也叫做代碼）。（1）指令系統(tǒng)（Instructionset）最初植入計(jì)算機(jī)的一套機(jī)器指令集——機(jī)器語(yǔ)言由于計(jì)算機(jī)只能理解用0和1編寫的機(jī)器指令，因此,機(jī)器語(yǔ)言其實(shí)就是一套機(jī)器指令集及其語(yǔ)法規(guī)則。11下面顯示了一段用機(jī)器語(yǔ)言編寫的程序：010000110110000000110111000100101100011000001110111001111001001110000011100001110010001000110注意：機(jī)器語(yǔ)言因CPU類型而異！12輸出門加法器輸入選擇門通用寄存器組AXBXPC......輸入選擇門AXBXcpu中“運(yùn)算器”的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如下圖所示：“運(yùn)算器”進(jìn)行算術(shù)/邏輯運(yùn)算的工作過(guò)程是：先從內(nèi)存中將待處理的數(shù)據(jù)取至某些寄存器中，然后再將寄存器中的數(shù)據(jù)送入加法器并完成運(yùn)算。13（2）指令的執(zhí)行過(guò)程內(nèi)容....11011010100110101011011001001101.....某指令的第一個(gè)字節(jié)第二個(gè)字節(jié)某指令的第一個(gè)字節(jié)第二個(gè)字節(jié)...地址..8000800180028003...PCPCPC：ProgramCounter程序計(jì)數(shù)器：存放下一條指令的內(nèi)存地址PC是CPU中的一個(gè)專用寄存器。每條指令的執(zhí)行過(guò)程，可分為以下兩個(gè)階段：(i)取指階段——CPU從PC所指的內(nèi)存地址中取出將要執(zhí)行的指令；(ii)執(zhí)行階段——CPU對(duì)該指令首先進(jìn)行分析、譯碼、判斷所要完成的操作，然后向相應(yīng)的功能部件發(fā)出控制信號(hào)。最后，由這些功能部件去完成相應(yīng)的操作。（3）程序的執(zhí)行過(guò)程 按程序（已存放在從某個(gè)字節(jié)開始的內(nèi)存中）中指令的排列順序，從第一條指令開始，重復(fù)上述步驟。10110110010011011101101010011010然后，PC指向下一條指令。142.匯編語(yǔ)言（assemblylanguage）

比機(jī)器語(yǔ)言稍先進(jìn)的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是匯編語(yǔ)言。以下顯示了一段用匯編語(yǔ)言編寫的程序：mainprocpay movax,dseg movax,0b00h addax,da moval,bl mulbi,ax movbl04h15匯編語(yǔ)言源程序文件機(jī)器語(yǔ)言目標(biāo)文件執(zhí)行執(zhí)行結(jié)果匯編器

匯編語(yǔ)言允許程序員在程序中采用助記符，而不是用0和1以“簡(jiǎn)化”工作。助記符是一種輔助記憶的方法，這里指采用字母的縮寫來(lái)代表指令。例如，用助記符add來(lái)代表加法操作、mul代表乘法操作、mov代表將數(shù)據(jù)從內(nèi)存的一處移動(dòng)到另一處。由于計(jì)算機(jī)只能識(shí)別機(jī)器語(yǔ)言，所以，需要一個(gè)“匯編器”負(fù)責(zé)將匯編語(yǔ)言指令轉(zhuǎn)換成機(jī)器代碼：163.高級(jí)語(yǔ)言（high-levellanguage）

高級(jí)語(yǔ)言允許程序員使用類似英語(yǔ)的程序指令。下面顯示了一段用BASIC語(yǔ)言編寫的程序：input"Entername";nameinput"Enterhoursworked";hoursinput"Enterpayrate";rategrossPay=hours*ratefederalTax=0.2*grossPaysocSecTax=0.07*grossPaystateTax=0.06*grossPaynetPay=grossPay-federalTax-socSecTaxprintname,netPayend

高級(jí)語(yǔ)言的程序指令很像英語(yǔ)，即使讀者不懂BASIC語(yǔ)言，也不難理解上面的程序是在一步一步地指示計(jì)算機(jī)如何計(jì)算并顯示出員工的凈工資。17有一百多種高級(jí)語(yǔ)言，每一種都是為特定目的而設(shè)計(jì)的。最著名的有：COBOL(面向商業(yè)的通用語(yǔ)言)FORTRAN(面向數(shù)值計(jì)算)BASIC(易學(xué)易用)PASCAL

(面向教學(xué))C

(具有匯編語(yǔ)言功能的高級(jí)語(yǔ)言)C++(適用于系統(tǒng)軟件開發(fā))Java(適用于互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序)18機(jī)器語(yǔ)言文件高級(jí)語(yǔ)言源程序文件編譯器鏈接器庫(kù)代碼可執(zhí)行文件（.exe）由于計(jì)算機(jī)同樣不能理解高級(jí)語(yǔ)言，因此需要使用一個(gè)稱為“編譯器”的程序?qū)⒃闯绦?或稱為“源代碼”)翻譯成機(jī)器語(yǔ)言程序。194. 操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)硬件應(yīng)用程序用戶操作系統(tǒng)的主要任務(wù)有：·控制和監(jiān)控系統(tǒng)的活動(dòng)·分配和調(diào)遣系統(tǒng)資源·安排各程序的操作順序

操作系統(tǒng)（OperatingSystem，OS）是運(yùn)行在計(jì)算機(jī)上最重要的程序，它是運(yùn)行在計(jì)算機(jī)硬件上的第一個(gè)程序——負(fù)責(zé)管理和控制計(jì)算機(jī)的活動(dòng)。比較流行的操作系統(tǒng)有MSWindows、MacOS、Linux。如果沒(méi)有操作系統(tǒng)，像IE、Word、vc++這樣的應(yīng)用程序就不能運(yùn)行。硬件、操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序和用戶之間的關(guān)系如圖所示：20操作系統(tǒng)的基本概念（1）操作系統(tǒng)的定義（2）操作系統(tǒng)的基本功能

（1）操作系統(tǒng)的定義操作系統(tǒng)是一個(gè)大型的程序系統(tǒng)，它負(fù)責(zé)計(jì)算機(jī)的全部軟、硬件資源的分配、調(diào)度工作，控制協(xié)調(diào)多個(gè)任務(wù)的活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)信息的存取保護(hù)，并提供用戶接口，使用戶獲得良好的工作環(huán)境。操作系統(tǒng)使整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高效率和高度自動(dòng)化。（2）操作系統(tǒng)的基本功能1）存儲(chǔ)器管理的功能2）處理機(jī)管理的功能3）設(shè)備管理的功能4）文件管理的功能1）存儲(chǔ)器管理的功能內(nèi)存分配內(nèi)存分配的主要任務(wù)是為每道程序分配內(nèi)存空間，但要以存儲(chǔ)器利用率最高、減少不可用的內(nèi)存空間為準(zhǔn)則，同時(shí)允許正在運(yùn)行的程序申請(qǐng)附加的內(nèi)存空間，以適應(yīng)程序和數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)的需要。內(nèi)存保護(hù)

內(nèi)存保護(hù)的主要任務(wù)是確保每道用戶程序在自己的內(nèi)存空間中運(yùn)行，互不干擾，也就是說(shuō)絕不允許用戶程序訪問(wèn)操作系統(tǒng)和其他用戶的程序和數(shù)據(jù)。

地址映射一個(gè)應(yīng)用程序經(jīng)編譯后，通常會(huì)形成若干個(gè)目標(biāo)程序，這些目標(biāo)程序再經(jīng)過(guò)鏈接而形成可執(zhí)行程序。內(nèi)存擴(kuò)充由于物理內(nèi)存的容量有限，難以滿足用戶的需要，存儲(chǔ)器管理的任務(wù)就是在不增加物理內(nèi)存的條件下，借助于虛擬內(nèi)存技術(shù)從邏輯上去擴(kuò)充內(nèi)存容量，使用戶所感覺(jué)到的內(nèi)存容量比實(shí)際內(nèi)存容量大得多。2）處理機(jī)管理的功能處理機(jī)管理的主要任務(wù)是對(duì)處理機(jī)進(jìn)行分配，并對(duì)其運(yùn)行進(jìn)行有效的控制和管理。在多道程序環(huán)境下，處理機(jī)的分配和運(yùn)行都是以進(jìn)程為單位，所以對(duì)處理機(jī)的管理可理解為對(duì)進(jìn)程的管理。進(jìn)程控制進(jìn)程同步進(jìn)程通信

CPU調(diào)度3）設(shè)備管理的功能緩沖管理為達(dá)到緩解CPU和I/O設(shè)備速度不匹配的矛盾，達(dá)到提高CPU和I/O設(shè)備利用率，提高系統(tǒng)吞吐量的目的，許多操作系統(tǒng)通過(guò)設(shè)置緩沖區(qū)的辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

設(shè)備分配設(shè)備分配的基本任務(wù)是根據(jù)用戶的I/O請(qǐng)求，為他們分配所需的設(shè)備。如果在I/O設(shè)備和CPU之間還存在設(shè)備控制器和通道，則還需為分配出去的設(shè)備分配相應(yīng)的控制器和通道。設(shè)備處理設(shè)備處理程序又稱設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。其基本任務(wù)是實(shí)現(xiàn)CPU和設(shè)備控制器之間的通信。

設(shè)備獨(dú)立性和虛擬設(shè)備用戶向系統(tǒng)申請(qǐng)和使用的設(shè)備與實(shí)際操作的設(shè)備無(wú)關(guān)

4）文件管理的功能文件存儲(chǔ)空間的管理目錄管理文件的操作返回本節(jié)《習(xí)題1.1》（1）計(jì)算機(jī)硬件和軟件的定義。（2）計(jì)算機(jī)的主要組件及它們的作用。（3）計(jì)算機(jī)中為什么只能使用0、1。（4）bit（比特，二進(jìn)制位）、byte（字節(jié)）的概念。（5）內(nèi)存的作用及特點(diǎn)；內(nèi)存地址的概念。（6）外存的作用及特點(diǎn)。（7）存儲(chǔ)器容量的幾種計(jì)量單位。（8）指令及其執(zhí)行過(guò)程；程序及其執(zhí)行過(guò)程。（9）機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言、高級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn)。（10）什么叫源程序？什么叫編譯器？（11）操作系統(tǒng)的特點(diǎn)及其主要任務(wù)。（12）存儲(chǔ)器管理、處理機(jī)管理、設(shè)備管理、文件管理的功能。301.2計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的表示——數(shù)據(jù)編碼的概念前面我們簡(jiǎn)單介紹了計(jì)算機(jī)中控制信息的表示——指令的編碼。其實(shí)，在計(jì)算機(jī)中，任何信息都是以計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的形式出現(xiàn)的。下面我們?cè)賮?lái)介紹數(shù)據(jù)信息在計(jì)算機(jī)中的表示。在計(jì)算機(jī)中，各種信息都必須經(jīng)過(guò)數(shù)字化編碼——轉(zhuǎn)換成某種二進(jìn)制代碼后才能被處理。因此，理解信息編碼及其處理技術(shù)將是至關(guān)重要的。·編碼：采用少量的基本符號(hào)并選用一定的組合原則（編碼的兩大要素），以表示大量復(fù)雜多樣的信息。編碼在人類的生活中無(wú)所不在。例如，可以用10個(gè)阿拉伯?dāng)?shù)碼作為基本符號(hào)來(lái)組合表示任何數(shù)字；又如，可以用26個(gè)英文字母作為基本符號(hào)來(lái)組合表示任何英語(yǔ)詞匯。

31·二進(jìn)制編碼 在計(jì)算機(jī)中，任何信息的編碼所采用的基本符號(hào)都是二進(jìn)制數(shù)碼：0、1。究其原因：

1）二進(jìn)制數(shù)碼在物理上最容易實(shí)現(xiàn)。如，電壓的高低、脈沖的有無(wú)，都可以方便地用來(lái)表示0或1。

2）用二進(jìn)制數(shù)碼表示數(shù)時(shí)，其編碼以及運(yùn)算規(guī)則都比較簡(jiǎn)單。

3）二進(jìn)制數(shù)碼的0、1恰好與邏輯命題的兩個(gè)值“是”/“否”、“真”/“假”相對(duì)應(yīng)。使計(jì)算機(jī)便于實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算。32（一）數(shù)值的編碼

計(jì)算機(jī)采用以2為“基數(shù)”的“進(jìn)位計(jì)數(shù)制”。1. 二進(jìn)制數(shù)（Binary）

如同十進(jìn)制數(shù)256的大小是如下計(jì)算的那樣

“二進(jìn)制計(jì)數(shù)制”：（1）只有兩個(gè)數(shù)碼0和1；（2）逢2進(jìn)1；（3）數(shù)中每位數(shù)字的大小等于該位上的數(shù)碼乘以相應(yīng)的“權(quán)”。一個(gè)二進(jìn)制數(shù)11001011的大小也是“各位數(shù)碼按權(quán)展開再相加”。1×27＋1×26＋0×25＋0×24＋1×23＋0×22+1×21＋1×20

=

128＋64＋0＋0＋8＋0＋2＋1

=

203

2×102＋5×101＋6×100

=

2×100＋5×10＋6×1

=

200

+

50

+

6

=

256二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制的方法332. 十進(jìn)制到二進(jìn)制的轉(zhuǎn)換除數(shù)

商余數(shù)

2

|300低位

2

|

15

1

2

|7

1

2

|

31

2

|

11

高位

0

說(shuō)明：

計(jì)算機(jī)中有一個(gè)數(shù)制轉(zhuǎn)換程序：會(huì)自動(dòng)將源程序中的十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)。下面是“二進(jìn)制/十進(jìn)制對(duì)照表”。采用“除2取余法”。其具體方法如下：把一個(gè)十進(jìn)制數(shù)不斷除以2，記下余數(shù)；如此重復(fù)，直到商為0為止。

最后將所得余數(shù)逆向排列便是對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制值。

例如，(30)10的轉(zhuǎn)換過(guò)程如左圖，將余數(shù)按由高到低順序排列，即得其結(jié)果：11110

34二進(jìn)制十進(jìn)制001110211310041015110611171000810019......11111510000168位二進(jìn)制數(shù)最多可以表示256個(gè)數(shù)（28個(gè)數(shù)）；試問(wèn)：9位、10位二進(jìn)制數(shù)分別最多可以表示多少個(gè)數(shù)？二進(jìn)制十進(jìn)制......10000032......100000064......10000000128......11111111255353. 八進(jìn)制和十六進(jìn)制的概念八進(jìn)制及十六進(jìn)制的出現(xiàn)，主要是為了方便二進(jìn)制數(shù)的表示，因?yàn)?，二進(jìn)制數(shù)表示起來(lái)比較冗長(zhǎng)。（1）八進(jìn)制（Octal）基數(shù)為8；有8個(gè)數(shù)碼：0、1、2、3、4、5、6、7；逢8進(jìn)1。一個(gè)八進(jìn)制數(shù)2307的大小也是各位數(shù)碼按權(quán)展開再相加。

2×83

＋3×82

＋0×81＋7×80 =

512＋192＋0＋7

=

71136（2）十六進(jìn)制（Hex）一個(gè)十六進(jìn)制數(shù)4AF的大小也是各位數(shù)碼按權(quán)展開再相加。

4×162＋10×161＋15×160 =

1024＋160＋15

=

1199基數(shù)為16；

16個(gè)數(shù)碼：

0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F；進(jìn)位規(guī)則：逢16進(jìn)1。37（3）十進(jìn)制到八進(jìn)制的轉(zhuǎn)換采用“除8取余法”。其具體方法如下：把一個(gè)十進(jìn)制數(shù)不斷除以8，記下余數(shù)；如此重復(fù)，直到商為0為止。

最后將所得余數(shù)逆向排列便是對(duì)應(yīng)的八進(jìn)制值。

例如，(30)10的轉(zhuǎn)換過(guò)程如左圖，將余數(shù)按由高到低順序排列，即得其結(jié)果：36

商余數(shù)8|308|36

低位

03高位

38（4）十進(jìn)制到十六進(jìn)制的轉(zhuǎn)換采用“除16取余法”。其具體方法如下：把一個(gè)十進(jìn)制數(shù)不斷除以16，記下余數(shù)；如此重復(fù)，直到商為0為止。

最后將所得余數(shù)逆向排列便是對(duì)應(yīng)的十六進(jìn)制值。

例如，(30)10的轉(zhuǎn)換過(guò)程如左圖，將余數(shù)按由高到低順序排列，即得其結(jié)果：1E

商余數(shù)16|3016|1E(14)

低位

01高位

下面是“十進(jìn)制/二進(jìn)制/八進(jìn)制/十六進(jìn)制對(duì)照表”。39十進(jìn)制二進(jìn)制八進(jìn)制十六進(jìn)制000011112102231133410044510155611066711177810001089100111910101012A11101113B12110014C十進(jìn)制二進(jìn)制八進(jìn)制十六進(jìn)制13110115D14111016E15111117F1610000201017100012111............3111111371F321000004020331000014121............63111111773F64100000010040............40（5）二進(jìn)制到八進(jìn)制的轉(zhuǎn)換其具體方法是：將二進(jìn)制數(shù)從低位到高位，每3位分成一組，最高位不足3位補(bǔ)0。然后，每一組用一個(gè)八進(jìn)制數(shù)碼表示。例如，(11001)2的轉(zhuǎn)換過(guò)程如下：

(011，001)→(3，1)→(31)8其十進(jìn)制數(shù)為25.

（6）二進(jìn)制到十六進(jìn)制的轉(zhuǎn)換其具體方法是：將二進(jìn)制數(shù)從低位到高位，每4位分成一組，最高位不足4位補(bǔ)0。然后，每一組用一個(gè)十六進(jìn)制數(shù)碼表示。

例如，(11001)2的轉(zhuǎn)換過(guò)程如下：

(0001，1001)→(1，9)→(19)16

其十進(jìn)制數(shù)為25.

3位二進(jìn)制數(shù)：000~111最多只能表示1位八進(jìn)制數(shù):0~7因?yàn)椋簂og28=34位二進(jìn)制數(shù)：0000~1111最多只能表示1位十六進(jìn)制數(shù):0~F因?yàn)椋簂og216=441十進(jìn)制二進(jìn)制八進(jìn)制十六進(jìn)制000011112102231133............711177810001089100111910101012A............14111016E15111117F

16100002010二進(jìn)制與八進(jìn)制二進(jìn)制與十六進(jìn)制42（8）十六進(jìn)制到二進(jìn)制的轉(zhuǎn)換其具體方法是：依次將一個(gè)十六進(jìn)制數(shù)中的每1位用4位二進(jìn)制數(shù)碼表示之即可。例如，(1E)16的轉(zhuǎn)換過(guò)程如下：

(1，E)→(0001，1110)→(00011110)

→(11110)2其十進(jìn)制為30.（7）八進(jìn)制到二進(jìn)制的轉(zhuǎn)換其具體方法是：依次將一個(gè)八進(jìn)制數(shù)中的每1位用3位二進(jìn)制數(shù)碼表示之即可。例如，(36)8的轉(zhuǎn)換過(guò)程如下：

(3，6)→(011，110)→(011110)

→(11110)2

其十進(jìn)制為30.

說(shuō)明：八進(jìn)制、十六進(jìn)制只是人們?yōu)榱吮阌诒硎径M(jìn)制而使用的兩種方式。與十進(jìn)制一樣，計(jì)算機(jī)并不認(rèn)識(shí)它們！所以，系統(tǒng)內(nèi)部通常都會(huì)提供將二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制和十六進(jìn)制的轉(zhuǎn)換程序.43表示該數(shù)是一個(gè)正數(shù)表示該數(shù)是一個(gè)負(fù)數(shù)例如，4.

關(guān)于數(shù)值的符號(hào)由于計(jì)算機(jī)中的任何信息都是用二進(jìn)制（編碼）來(lái)表示的。因此，在計(jì)算機(jī)內(nèi)部，數(shù)值的符號(hào)（即，正號(hào)+、負(fù)號(hào)-）也是用二進(jìn)制來(lái)表示的。其方法是：將每個(gè)二進(jìn)制數(shù)的最高位規(guī)定為“符號(hào)位”——用于表示該數(shù)值的符號(hào)：0表示正號(hào)；1表示負(fù)號(hào)。0

……高位低位1

……高位低位并采用一種被稱為“補(bǔ)碼”的編碼規(guī)則，對(duì)帶符號(hào)的整數(shù)進(jìn)行編碼。44在補(bǔ)碼系統(tǒng)中，凡正整數(shù)，其符號(hào)位后面的編碼就是該數(shù)的“原碼”——該數(shù)絕對(duì)值的二進(jìn)制表示。例如，下面這個(gè)8位（一個(gè)字節(jié)）的補(bǔ)碼

表示的整數(shù)為：+127。然而，對(duì)于負(fù)整數(shù)，符號(hào)位后面的編碼是該數(shù)的“補(bǔ)碼”——該數(shù)的“原碼”取反后（“反碼”）加1。例如，下面這個(gè)8位的補(bǔ)碼表示的整數(shù)為：-1。0

1

1

1

1

1

11

高位低位7

6

5

4

3

2

10提示：一個(gè)n位補(bǔ)碼的整數(shù)，由于符號(hào)位占用了1位，因此，該整數(shù)的二進(jìn)制有效位只有n-1位！1

1

1

1

11

11

高位低位7

6

5

4

3

2

10獲取負(fù)數(shù)的n位編碼（即補(bǔ)碼）的步驟如下：i）

獲取原碼——取該負(fù)數(shù)絕對(duì)值的n位二進(jìn)制值；ii）獲取反碼——將上述原碼中的各位取反；iii）

獲取補(bǔ)碼——將上述反碼加1；45 例如，-1的8位補(bǔ)碼的獲取過(guò)程如下：i）-1的絕對(duì)值是1,其8位二進(jìn)制值是10000001（叫做“原碼”）；ii）10000001的“反碼”是11111110；（取反時(shí)符號(hào)位不變！）iii）加1后得11111111（“補(bǔ)碼”）；獲取負(fù)數(shù)n位編碼的方法：i）獲取原碼——取該負(fù)數(shù)絕對(duì)值的n位二進(jìn)制值；ii）獲取反碼——將上述原碼取反；iii）獲取補(bǔ)碼——將上述反碼加1； 再如，-36的8位補(bǔ)碼的獲取過(guò)程如下：i）-36的絕對(duì)值是36,其8位二進(jìn)制值是10100100（原碼）；ii）10100100的反碼是11011011；iii）加1后得到補(bǔ)碼是11011100；46 對(duì)于由0開頭的補(bǔ)碼，其原值的獲取過(guò)程很簡(jiǎn)單：將符號(hào)位后面的n-1位二進(jìn)制直接轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制，即得該數(shù)的原值！由補(bǔ)碼獲取原值的步驟：i）獲取反碼——將其編碼取反；ii）獲取原碼——將上述反碼加1；iii）如果其編碼的符號(hào)位為1，則為負(fù)數(shù)。 反之，一個(gè)n位補(bǔ)碼的原值又是如何獲取的呢？ 方法是：與獲取補(bǔ)碼的過(guò)程相反——對(duì)補(bǔ)碼取反、加1！下面以一個(gè)8位補(bǔ)碼11101101為例，來(lái)觀察其原值的獲取過(guò)程：i）將其補(bǔ)碼11101101取反，得反碼：00010010；ii）將上述反碼加1得其原碼：00010011；由此可知，該補(bǔ)碼的原值的絕對(duì)值為19。iii）由于該補(bǔ)碼的符號(hào)位為1，因此，該數(shù)的原值是-19。47帶符號(hào)整數(shù)的8位二進(jìn)制編碼十進(jìn)制000000000000000011000000102000000113000001004000001015000001106000001117000010008......011111111278位（一個(gè)字節(jié)）補(bǔ)碼最多可以表示256個(gè)帶符號(hào)整數(shù):-128~127帶符號(hào)整數(shù)的8位二進(jìn)制編碼十進(jìn)制10000000-12810000001-12710000010-126......11111110-211111111-14816位（兩個(gè)字節(jié)）補(bǔ)碼最多可以表示65536個(gè)帶符號(hào)整數(shù):-32768~32767帶符號(hào)整數(shù)的16位二進(jìn)制編碼十進(jìn)制000000000000000000000000000000001100000000000000102......00000000000001004......00000000111111112550000000100000000256.....010000000000000016384......011111111111111132767帶符號(hào)整數(shù)的16位二進(jìn)制編碼十進(jìn)制1000000000000000-327681000000000000001-32767......1111111111111110-21111111111111111-1495.關(guān)于數(shù)值的范圍和溢出問(wèn)題 由于計(jì)算機(jī)是通過(guò)預(yù)先設(shè)計(jì)好的固定硬件來(lái)處理二進(jìn)制數(shù)的，因此,它所能處理的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)是有限的——稱為“有效位”或“數(shù)值范圍”。 通常計(jì)算機(jī)中采用的有效位有：8位（1個(gè)字節(jié)，其整數(shù)的有效數(shù)為|27-1|）；16位（2個(gè)字節(jié)，其整數(shù)的有效數(shù)為|215-1|）；32位（4個(gè)字節(jié)，其整數(shù)的有效數(shù)為|231-1|）等。由于整數(shù)都使用固定個(gè)數(shù)的位進(jìn)行存儲(chǔ)，所以，當(dāng)一次整數(shù)運(yùn)算產(chǎn)生的值超出了有效位時(shí)，將導(dǎo)致該值“溢出”。下面以8位補(bǔ)碼為例：01111111（+127）+00000011（+3）-----------------------------10000010（-126）10001000（-120）+11101111（-17）-----------------01110111（+119）同號(hào)相加的結(jié)果，若其符號(hào)位與兩個(gè)加數(shù)的符號(hào)位不同，則為溢出！提醒：數(shù)據(jù)的溢出是悄悄發(fā)生的，計(jì)算機(jī)不進(jìn)行運(yùn)行時(shí)檢查。預(yù)測(cè)數(shù)值的范圍并為之分配合適的大小以免溢出，完全是程序員的責(zé)任！異號(hào)相加永不溢出！高位如有進(jìn)位將被丟棄！50（二）非數(shù)值數(shù)據(jù)的編碼非數(shù)值數(shù)據(jù)是指：字符（包括字母、數(shù)字、各種特殊符號(hào)）、邏輯值等數(shù)據(jù)。在這里，我們僅介紹字符、邏輯值的編碼。邏輯值數(shù)據(jù)邏輯數(shù)據(jù)是指用于邏輯運(yùn)算的數(shù)據(jù)。它們只有兩個(gè)值：“真”和“假”，或者“是”和“非”。它們的編碼沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)定，一般可由其應(yīng)用環(huán)境來(lái)決定：最簡(jiǎn)單的方法，只使用一個(gè)二進(jìn)制位（bit）來(lái)表示它們：

0表示“真”；1表示“假”。但是，通常還是使用一個(gè)16或32個(gè)二進(jìn)制位s來(lái)表示它們:

0表示“真”；1表示“假”。例如，C、C++使用4個(gè)字節(jié)（32位）來(lái)表示它們； 而Java語(yǔ)言則用2個(gè)字節(jié)（16位）來(lái)表示它們的。512. 字符數(shù)據(jù) “字符”數(shù)據(jù)通常是指：用于文本（即文字）處理的數(shù)據(jù)。 它們包括各種文字及標(biāo)點(diǎn)符號(hào)。 目前流行的字符編碼有兩種：ASCII碼、Unicode碼。（1）ASCII碼

·概念 這是一種稱為“美國(guó)信息交換標(biāo)準(zhǔn)碼”的用于英文字符的編碼。這種編碼共收集了128種英文及標(biāo)點(diǎn)符號(hào)字符（參見ASCII編碼表）。它是一種采用7位二進(jìn)制的編碼（最多可表示27=128種字符）。 例如， 1000001——字符A的編碼 1000010——字符B的編碼 1100001——字符a的編碼 1100010——字符b的編碼52說(shuō)明：由于二進(jìn)制數(shù)的表示比較冗長(zhǎng)，因此，在編碼表中通常使用十進(jìn)制或十六進(jìn)制等方式來(lái)表示之。例如，字符A其編碼是 1000001其十進(jìn)制數(shù)為65其八進(jìn)制為 101其十六進(jìn)制為4153·具體實(shí)現(xiàn) 由于ASCII編碼表采用7位二進(jìn)制編碼,所以在計(jì)算機(jī)中需要用一個(gè)字節(jié)(8位二進(jìn)制)來(lái)保存。其中,最高位用于奇偶校驗(yàn)位（程序員不必理會(huì)它！）。例如，在一個(gè)字節(jié)中，字符A的編碼是01000001(相當(dāng)于十進(jìn)制數(shù)為65、八進(jìn)制為101、十六進(jìn)制為41)；字符B的編碼是01000010(相當(dāng)于十進(jìn)制數(shù)為66、八進(jìn)制為102、十六進(jìn)制為42)；·常用字符（需要熟記）在ASCII編碼表中，常用字符及其編碼對(duì)應(yīng)如下：空格——00100000（其十進(jìn)制值為32）；數(shù)字字符‘0’~‘9’——00110000~00111001(其十進(jìn)制值為48~57);大寫英文字母A~Z——01000001~01011010(其十進(jìn)制值為65~90);小寫英文字母a~z——01100001~01111010(其十進(jìn)制值為97~112);（大小寫英文字母對(duì)應(yīng)的編碼相差32！這一點(diǎn)在以后編程時(shí)有用）提醒：ASCII碼是一種用于英文字符集的編碼,因此,它不能用于漢字！54（2）Unicode編碼

Unicode碼（“統(tǒng)一碼”），一種可以表示世界上所有書面語(yǔ)言中字符的編碼。它被設(shè)計(jì)為16位編碼（最多可以表示65536個(gè)字符）。因此，在計(jì)算機(jī)中，它需要占用2個(gè)字節(jié)。為便于區(qū)別，其編碼通常以\u開頭的4位十六進(jìn)制數(shù)表示：\u0000~\uFFFF。例如，中文的“歡迎”兩個(gè)字符的編碼是，\u6B22和\u8FCE。Unicode碼收錄了ASCII碼（用于表示128個(gè)英文及標(biāo)點(diǎn)符號(hào)字符），其編碼從\u0000~\u007F（Unicode編碼表中的前128個(gè)字符）。例如，英文字符“A”，其Unicode碼值則是\u0041，如下所示：

00

10

0

01

0

01

1

01

01

16

B

2

2“歡”的Unicode碼

01

0

0

0

0

0

1

00

0

00

00

0

0

0

4

155（3）漢字編碼漢字在計(jì)算機(jī)中的編碼問(wèn)題，將涉及到三個(gè)編碼：輸入碼、機(jī)內(nèi)碼和字形碼。1）輸入碼利用標(biāo)準(zhǔn)鍵盤上的鍵(即,英文字母和數(shù)字等鍵)來(lái)進(jìn)行漢字輸入。這種由英文字母和數(shù)字組成的、用于漢字輸入的編碼方案被稱為“漢字的輸入碼”。常用的漢字輸入碼有：①拼音碼：以漢語(yǔ)拼音字母為基礎(chǔ)的編碼。②字形碼：由漢語(yǔ)字形確定的編碼。如，“五筆字形”等。③形音碼：字形與拼音的組合。如，“首尾碼”。④數(shù)字碼：由數(shù)字組成的漢字編碼。如，“區(qū)位碼”、“國(guó)標(biāo)碼”。56“區(qū)位碼”：它將國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局公布的6763個(gè)漢字分成94個(gè)區(qū)（從1開始編號(hào)，稱為“區(qū)碼”），每個(gè)區(qū)又分成94個(gè)位（從1開始編號(hào)，稱為“位碼”）?！皡^(qū)碼”和“位碼”的順序連接就是“區(qū)位碼”。如，漢字“萬(wàn)”的“區(qū)位碼”是45,

82（2DH,52H），占2個(gè)字節(jié)。 區(qū)位碼可以如下所示：萬(wàn)位碼1

…82

…94區(qū)碼1

.

.

45

.

.

9457“國(guó)標(biāo)碼”：它是從“區(qū)位碼”演變而來(lái)的：分別在“區(qū)碼”和“位碼”上各加是32，即加上20H

。那么，“萬(wàn)”的“國(guó)標(biāo)碼”則是77,114（4DH,72H或4D72H）。

0

0

1

0

1

1

0

1

0

1

01

0

0

1

0

2

D

5

2例如，“萬(wàn)”的“區(qū)位碼”是45,82（2DH,52H）。

01

0

0

1

1

0

1

0

11

1

0

0

1

0

4

D7

2582）機(jī)內(nèi)碼無(wú)論你使用哪一種漢字輸入碼來(lái)輸入漢字，然而，這些輸入法最終都會(huì)將你所輸入的漢字轉(zhuǎn)換成一種統(tǒng)一的編碼，然后再將它們存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中。這種統(tǒng)一的編碼就是漢字的“機(jī)內(nèi)碼”。漢字的“機(jī)內(nèi)碼”與英文字符的“機(jī)內(nèi)碼”ASCII碼（只需占用一個(gè)字節(jié)且最高位為0）的存儲(chǔ)有所不同。漢字的“機(jī)內(nèi)碼”需要占用兩個(gè)連續(xù)的字節(jié)來(lái)存儲(chǔ)： 第一個(gè)字節(jié)存放其“國(guó)標(biāo)碼”的高2位十六進(jìn)制； 第二個(gè)字節(jié)存放其“國(guó)標(biāo)碼”的低2位十六進(jìn)制； 并且將這兩個(gè)字節(jié)的最高位都置“1”。提醒：將漢字機(jī)內(nèi)碼中兩個(gè)字節(jié)的最高位置1，以便于區(qū)別ASCII碼！

59由上可知，一個(gè)漢字的“機(jī)內(nèi)碼”需要占用兩個(gè)字節(jié)：第一個(gè)字節(jié)存放“國(guó)標(biāo)碼”的高2位十六進(jìn)制；第二個(gè)字節(jié)存放“國(guó)標(biāo)碼”的低2位十六進(jìn)制；最后將這兩個(gè)字節(jié)的最高位都置“1”。

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例如，“萬(wàn)”字的國(guó)標(biāo)碼是4D72H，如下圖所示：

那么，它的機(jī)內(nèi)碼就是：CDF2H（4D72H+8080H）。

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2這一位由0變160Unicode與機(jī)內(nèi)碼的問(wèn)題：Unicode其實(shí)只是一個(gè)符號(hào)集，它只規(guī)定了符號(hào)的二進(jìn)制代碼，卻沒(méi)有規(guī)定這個(gè)二進(jìn)制代碼應(yīng)該如何存儲(chǔ)。也就是說(shuō)，它并非最終的機(jī)內(nèi)碼。它還需要操作系統(tǒng)將它轉(zhuǎn)換為本地的機(jī)內(nèi)碼。通常，Unicode中的一個(gè)英文標(biāo)點(diǎn)符號(hào)的“機(jī)內(nèi)碼”都是采用一個(gè)由0開頭的字節(jié)來(lái)存儲(chǔ)；而