计算机基础知识 课件.ppt

大学计算机信息技术,1,2,课程简介,MS Office，是Microsoft公司推出的办公套装软件，主要版本有MS Office 97/ 2000/ 2003/ XP/ 2007/ 2010等，它包括Word、Excel、Access、PowerPoint等应用软件。Windows，是Microsoft公司推出的基于图形用户界面的操作系统，最近的新版本包括Windows 7/ Windows 8。MS Office套装系列应用软件的运行平台是 Windows,3,课程学习内容,计算机的发展、类型及其应用领域计算机中数据的表示、存储与处理 多媒体技术的概念与应用 计算机病毒的概念、特征、分类与防治,4,第1章 计算机基础知识,1.1 计算机的发展,1.2 信息的表示与存储,1.3 多媒体技术简介,1.4 计算机病毒及其防治,1.5 本章小结,5,1.1 计算机的发展,过去的计算工具,1.1.1 电子计算机 简介,随着生产的发展和社会的进步，计算工具的发展过程从简单到复杂、从低级到高级。 计算工具相继出现了如：算盘计算尺手摇计算器电动计算器,我国研制第1颗原子弹时使用的飞鱼牌手摇计算机（新华网图片）,6,1.1 计算机的发展,帕斯卡的加法机,1642年，法国数学家B. Pascal用钟表元件制造了一种能够做两个十进制数加减法的机器,7,1.1 计算机的发展,上世纪30年代的机械式计算器,电动式计算器（1930）,手摇式计算器,8,1.1 计算机的发展,第1台数字电子计算机诞生,1946年美国宾夕法尼亚大学研制成功第1台数字电子计算机-ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Calculator）,18 800 电子管,6000 开关占地面积: 170 m2重量: 30 多吨功耗: 150 KW运算速度: 5000 次/s平均无故障时间 7 min外部程序控制,Photo: van Pelt Library, U Penn.,使科学家从繁重的计算中解放出来。ENIAC的问世标志着计算机时代的到来。,9,1.1 计算机的发展,计算机硬件的逻辑结构,经典计算机的逻辑结构（冯.诺依曼计算机）,（注：逻辑结构意指概念上（即功能上）的结构）,中央处理器CPU(Central Processing Unit),10,1.1 计算机的发展,冯诺依曼型计算机原理 二进制：计算机的程序和程序运行所需要的数据以二进制形式表示和存储。 程序存储，自动执行：程序和数据存放在存储器中，计算机执行程序时，无需人工干预，能自动、连续地执行程序，并得到预期的结果。,11,1.1 计算机的发展,计算机发展的四个阶段 (因采用的物理器件不同),第一代(19461959)电子管几千（次/秒）,第二代(19591964)晶体管几万几十万（次/秒）,第三代(19641972)中、小集成电路几十万几百万（次/秒）,第四代(1972至今)大、超大规模集成电路上千万万亿（次/秒）,12,1.1 计算机的发展,第1代数字电子计算机,时间：约1946-1957使用的元器件：电子管 速度：几十几万次/秒 内存：磁鼓，千字 外设：磁带 机器语言或汇编语言编程,美国于20世纪50年代生产的IBM704型电子管计算机,磁鼓存储器,13,1.1 计算机的发展,旋风1号(Whirlwind I) 数字计算机,Whirlwind I数字计算机，当时的售价是1750万美元，美国国防部使用,14,1.1 计算机的发展,我国第1台数字电子计算机,1956年，华罗庚受命筹建中国科学院计算技术研究所。1958年中国第一台计算机103型机研制成功，中国科学院计算所与北京有线电厂共同研制。字长31位，内存容量为1024字，运算速度每秒450次。 1958年8月1日该机可以表演短程序运行，标志着我国第一台电子计算机诞生。该机在738厂开始小量生产，改名为103型计算机，共生产38台,15,1.1 计算机的发展,我国第1台大型电子计算机,1959年4月104机完成调试,第一道题目是“五一”节天气预报，9月交付用户使用。无故障稳定运行时间达到2小时 该机有22个机柜，占地200平方米。全机共用4200个电子管，4000个晶体二极管。字长39位，容量4K，每秒运算1万次,16,1.1 计算机的发展,第2代数字电子计算机,时间：约1957-1964使用的元器件：晶体管 速度：几十万次/秒， 内存：磁芯，十万字 外设：磁盘 高级语言编程,17,1.1 计算机的发展,第2代计算机的内存：磁芯存储器,右图是容量为32x32(1024) bit的一块磁芯存储板,放大50倍的照片,18,1.1 计算机的发展,上世纪50年代末 安装在美国宇航局的IBM 7090计算机,价格：290万美元；内存容量：128KB；存取周期：2微妙,19,1.1 计算机的发展,我国的第2代电子计算机,1964年我国华北计算所先后研制成功108乙机(DJS-6)、121机(DJS-21)和320机(DJS-6)，并在738厂等五家工厂生产；哈军工（国防科大前身）研制成功441B全晶体管计算机，小批量生产了40多台。,当时我国研发出的计算机，仅有小批量生产，由国家分配到各个科研院所使用。研发和生产计算机的单位，全部是军工企业。具备极高的保密措施，每一个元件，每一张设计图纸都被严格看管,20,1.1 计算机的发展,我国第一颗原子弹,1964年10月16日下午3时，新疆罗布泊上空，我国第一颗原子弹爆炸成功，成为继美苏英法后第五个拥有核武器的国家。,电子计算机是核计划的关键工具。高等物理的公式计算主要依靠人工使用计算尺和手摇计算机，只有非常复杂的计算才能用到昂贵的电子计算机,前苏联派出大批科学家，在核武器及电子计算机方面提供了技术支持。,21,1.1 计算机的发展,第3代数字电子计算机,时间：约1965-1973使用的元器件：中小规模集成电路 速度：几十万次几百万次/秒内存：半导体存储器软件：高级编程语言 操作系统, 数据库,22,1.1 计算机的发展,第3代计算机,1965年IBM推出的System 360大型主机，被美国航天局用于首次载人登月任务,23,1.1 计算机的发展,上世纪60年代的 存储容量为5MB的硬盘,（27Kg重）,24,1.1 计算机的发展,上世纪70年代 我国的集成电路计算机,DJS-180系列超级小型 计算机,天津DJS130小型机参展“1975年广交会”,25,1.1 计算机的发展,第4代数字电子计算机,时间：从1974年起使用的元器件：大规模和超大规模集成电路（VLSI）速度：几百万次亿次/秒内存：半导体存储器软件工程，分布式处理等,26,1.1 计算机的发展,近期中国电子计算机的发展 1977年，研制出第一台微型机DJS050。 1983年，研制出1万次/秒的“深腾1800”计算机。 2003年12月，自主研发出10万亿次/秒的“曙光4000A”高性能计算机。 2010年，研制出千万亿次/秒的“天河一号”计算机,27,1.1 计算机的发展,计算机中最重要的核心部件是芯片，芯片制造技术的不断进步是推动计算机技术发展的动力。,微电子技术是信息技术领域中的关键技术，是发展电子信息产业和各项高技术的基础。微电子技术的核心是集成电路技术,过去，电路由单个元器件（分立元件）和电线连接而成，现在则大多制作成集成电路形式。,微电子技术是以集成电路为核心的电子技术，它是在电子元器件小型化、微型化的过程中发展起来的。,28,1.1 计算机的发展,什么是集成电路？,集成电路 (Integrated Circuit，简称IC)：以半导体单晶片作为基片,采用平面工艺，将晶体管、电阻、电容等元器件及其连线所构成的电路制作在基片上所构成的一个微型化的电路或系统集成电路的优点：体积小、重量轻功耗小、成本低速度快、可靠性高,超大规模集成电路,小规模集成电路,29,1.1 计算机的发展,IC是所有电子产品的核心,30,1.1 计算机的发展,集成电路的分类,按用途分：通用集成电路专用集成电路（ASIC）按电路的功能分：数字集成电路模拟集成电路按晶体管结构、电路和工艺分：双极型（Bipolar）电路金属氧化物半导体(MOS)电路按集成度(芯片中包含的元器件数目)分：,31,1.1 计算机的发展,第14代计算机的对比,32,1.1 计算机的发展,1.计算机的特点,1) 高速、精确的运算能力 2012年6月公布的世界超级计算机排名显示，排名第一的IBM公司“红杉”(Sequoia)运算速度达到每秒16324万亿次浮点运算。 我国“天河一号”实测运算速度可达每秒2570万亿次浮点运算，排名世界第五。,1.1.2 计算机的特点应用和分类,计算机能够按照程序确定的步骤，对输入的数据进行加工处理、存储或传送，以获得期望的输出信息，从而利用这些信息来提高工作效率和社会生产率以及改善人们的生活质量。计算机之所以具有如此强大的功能，能够应用于各个领域，这是有它的特点决定的。,33,1.1 计算机的发展,2) 准确的逻辑判断能力 在信息检索方面，能够根据要求进行匹配检索。3) 强大的存储能力 计算机能够长期保存大量数字、文字、图像、视频、声音等信息。如：能够“记住”一个大型图书馆的所有资料。4) 自动功能 计算机能够自动执行预先编写好的一组指令(称为程序)。工作过程完全自动化，无需人工干预，而且可以反复进行。5) 网络与通信功能 目前广泛应用的“国际互联网”(Internet)连接了全世界200多个国家和地区的数亿台各种计算机。 网上的计算机用户可以共享网上资料、交流信息。,34,1.1 计算机的发展,2.计算机的应用,1) 科学计算 科学计算主要是使用计算机进行数学方法的实现和应用。许多科研研究仍然需要大量的运算需求，如： 著名的人类基因序列分析计划 气象预报前，对气象卫星云图数据进行处理。 2) 数据/信息处理 数据/信息处理也称为非数值运算。随着计算机科学技术的发展，计算机的数据不仅包括“数”，而且包括更多的其它数据形式，如文字、图像、声音等。,35,1.1 计算机的发展,3) 过程控制 过程控制计算是指利用计算机对生产过程、制造过程或运行过程进行检测与控制，即通过实时监控目标对象的状态，及时调整被控对象，使被控对象能够正确地完成生产、制造或运行。过程控制广泛应用于各种工业环境中。4) 计算机辅助 计算机辅助（或称为计算机辅助工程）包括：计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助教育(CAI)、计算机辅助技术(CAT)、计算机仿真模拟等。,36,1.1 计算机的发展,5) 网络通信 计算机技术和数字通信技术的融合产生了计算机网络。计算机网络极大地改变人们的生活和工作方式。6) 人工智能 人工智能（Artificial Intellibence, AI）是用计算机模拟人类的某些智力活动。利用计算机可以进行图像和物体的识别，模拟人类的学习过程和探索过程。人工智能研究期望赋予计算机以更多人的智能，如机器翻译、智能机器人等，都是计算机模拟人类的智力活动。其主要研究内容包括：自然语言理解、专家系统、机器人以及自动定理证明等等。,37,1.1 计算机的发展,7) 多媒体应用 多媒体是包括文本、图形、图像、音频、视频、动画等多种信息类型的综合。 多媒体技术是指人和计算机交互地进行上述多种媒介信息的捕捉、传输、转换、编辑、存储、管理，并由计算机综合处理为表格、文字、图形、动画、音频、视频等视听信息有机结合的表现形式。8) 嵌入式系统 嵌入式系统（Embedded system），是一种“完全嵌入受控器件内部，为特定应用而设计的专用计算机系统”。嵌入式系统是把处理器芯片嵌入其中，完成特定的处理任务。这些系统称为嵌入式系统。如数码相机、数码摄像机以及高档电动玩具等都使用了不同功能的处理器。,38,1.1 计算机的发展,3.计算机的分类,按计算机的用途可分为通用计算机和专用计算机。 通用计算机能解决多种类型的问题，通用性强，如PC(Personal Computer，个人计算机)； 专用计算机则配备有解决特定问题的软件和硬件，能够高速、可靠地解决特定问题，如在导弹和火箭上使用的计算机大部分都是专业计算机。,39,1.1 计算机的发展,按计算机的性能、规模和处理能力，如体积、字长、运算速度、存储容量、外部设备和软件配置等，可将计算机分为巨型机、大型通用机、微型计算机、工作站、服务器等。,1) 巨型机：型机是指速度最快、处理能力最强的计算机，现在又称其为高性能计算机。在军事上，可用于战略防御系统、大型预警系统、航天测控系统。在民用方面，可用于大区域中长期天气预报、大面积物探信息处理系统、大型科学计算和模拟系统等。2) 大型通用机：大型通用计算机的特点是通用性强，具有较高的运算速度、极强的综合处理能力和极大的性能覆盖，主要应用在科研、商业和管理部门。,40,1.1 计算机的发展,3) 微型机：微型机具有小、巧、轻、使用方便的特点，是目前计算机应用的主流。 一种可随身携带的“便携机”应运而生，笔记本电脑就是其中的典型产品之一，它适用于移动和外出时用的特长深受人们的欢迎。4) 工作站 工作站是一种高档微型计算机，它比微型机有更大的存储容量和更快的运算速度，通常配有高分辨率的大屏幕显示器及容量很大的内部和外部存储器，并具有较强的信息处理功能和高性能的图形、图像处理功能和联网功能。,41,1.1 计算机的发展,根据微型机是否由最终用户使用，微型机又可分为独立式微机（即人们日常使用的微机）和嵌入式微机（或称嵌入式系统）。 嵌入式微机作为一个信息处理部件安装在应用设备里，最终用户不直接使用计算机，使用的是该应用设备，例如包含有微机的医疗设备及电冰箱、洗衣机、微波炉等家用电器等。嵌入式微机一般是单片机或单板机。 单片机是将中央处理器、存储器和输入输出接口采用超大规模集成电路技术集成到一块硅芯片上。 微型计算机的结构有:单片机、单板机、多芯片机和多板机。,42,1.1 计算机的发展,4) 工作站 工作站是一种高档微型计算机，它比微型机有更大的存储容量和更快的运算速度，通常配有高分辨率的大屏幕显示器及容量很大的内部和外部存储器，并具有较强的信息处理功能和高性能的图形、图像处理功能和联网功能。5) 服务器 服务器通常以各种应用的服务提供者角色出现。 例如，服务器可以作为网络的节点，存储、处理网上80%的数据、信息，因此也被称为网络的灵魂。,43,1.1 计算机的发展,服务器主要有以下特点： (1)只有在客户机的请求下才为其提供服务。 (2) 服务器对客户透明。一个与服务器通信的用户面对的是具体的服务，完全不必知道服务器采用的是什么机型及运行的是什么操作系统。 (3) 服务器严格地说是一种软件的概念。一台作为服务器使用的计算机通过安装不同的服务器软件，可以同时扮演几种服务器的角色。,44,1.1 计算机的发展,1.人工智能,人工智能的主要内容是研究如何让计算机完成过去只有人才能做的智能的工作，核心目标是赋予计算机人脑一样的智能。例如： 模式识别中的指纹识别技术已经得到了广泛应用； 计算机辅助翻译极大地提高了翻译效率； 手写输入技术已经在手机上得以普及； ,1.1.3 计算机科学研究与应用,45,1.1 计算机的发展,2.网格计算,网格计算是专门针对复杂科学计算的新型计算模式，这种计算模式是利用互联网把分散在不同地理位置的计算机组织成一个“虚拟的超级计算机”，其中每个参与计算的计算机就是一个“结点”，成千上万个“结点”组成一张“网格”，所以称其为“网格计算”。 网格计算有两个优势：(1) 处理能力超强；(2) 能充分利用网上的闲置处理能力。 将全世界的计算机联合起来协同工作，这视为21世纪的新型网络基础架构。,46,1.1 计算机的发展,3. 中间件技术,中间件是介于应用软件与操作系统之间的系统软件。,47,1.1 计算机的发展,4.云计算,云计算分布式计算、网格计算、并行计算网络存储及虚拟化计算机和网络技术发展融合的产物。 云计算的核心思想是对大量用网络连接计算资源进行统一管理和调度，构成一个计算资源池向用户提供按需服务。提供资源的网络被称为“云”。 云计算的构成包括硬件、软件和服务。用户可用极低成本的终端设备，并支付相应的服务费用给“云计算”服务商，通过网络就可以方便地获取所需要的计算、存储等资源。,48,1.1 计算机的发展,计算机的发展大大超出人们预料,由于集成电路技术的发展和微处理器的出现，计算机发展速度之快，大大超出人们的预料：性能不断提高体积不断变小功耗不断降低价格越来越便宜软件越来越丰富使用越来越容易应用领域越来越普遍计算机数量不断增加,上述趋势不仅仍在继续，且节奏进一步加快 已不再沿用“第x代计算机”的说法。 正在研究开发智能化的计算机系统，它以知识处理为核心，可以模拟或部分替代人的智能活动，具有自然的人机通信能力,1.1.4 未来计算机的发展趋势,49,1.1 计算机的发展,1.电子计算机的发展方向,巨型化 巨型化是指计算速度更快、存储容量更大、功能更完善、可靠性更高、运算速度可达万万亿次/秒、存储容量超过几百T字节。2) 微型化 微型计算机正在循序向便携机、掌上机发展的价格、方便的使用、丰富的软件，使其受到用户的青睐。,50,1.1 计算机的发展,3) 网络化 网络化是指利用技术和计算机技术，把分布在不同地点的计算机互联起来，按照网络协议互相通信，以共享软件、硬件和数据资源。4) 智能化 智能化是指模拟人的感觉和思维能力。智能计算机具有解决问题和逻辑推理的功能，以及处理知识和知识库管理的功能等。,51,1.1 计算机的发展,问题：集成电路的线宽进一步缩小后，晶体管线条小到纳米级时，其电流微弱到仅有几十个甚至几个电子流动，晶体管将逼近其物理极限而无法正常工作。出路：在纳米尺寸下，纳米结构会表现出一些新的量子现象和效应，人们正在利用这些量子效应研制具有全新功能的量子器件，使能开发出新的纳米芯片和量子计算机同时，正在研究将光作为信息的载体，发展光子学，研制集成光路，或把电子与光子并用，实现光电子集成。,2.未来新一代的计算机,52,1.1 计算机的发展,1) 模糊计算机：基于模糊理论，能够实现模糊的、不确切的判断进行工程处理的计算机。2) 生物计算机：以生物元件构建的计算机。3) 光子计算机：一种用光信号进行数字运算、信息存储和处理的计算机。4) 超导计算机：用超导材料替代半导体材料制造的计算机。超导计算机具有能耗小、运算速度快的特点。5) 量子计算机：基于量子动力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的计算机。,53,1.1 计算机的发展,选讲： 光计算机和生物计算机,奥林巴斯光学工业公司开发出的生物计算机,英国女王大学的Anatoly Zayats教授他是光计算机项目的负责人,54,1.1 计算机的发展,1.信息技术的定义,狭义定义：一般来说，信息的采集、加工、存储、传输和利用过程中的每一种技术都是信息技术。 联合国教科文组织的定义：应用在信息加工和处理中的科学、技术与工程的训练方法和管理技巧；上述反复面的技巧和应用；计算机及其与人、机的相互作用；与之相应的社会、经济、和文化等诸种事物。 信息技术 现代信息技术：信息技术不仅包括现代信息技术，还包括在现代文明之前的原始时代和古代社会中与那个时代相对应的信息技术。,1.1.5 信息技术,55,1.1 计算机的发展,人工进行信息处理的过程,人工信息处理的不足： 算不快 记不住 传不远 看（听）不清,56,1.1 计算机的发展,57,1.1 计算机的发展,信息技术的发展历史,语言的形成和使用 文字的创造 造纸技术的出现 印刷技术的发明 电报和电话通信 广播、电视 雷达、卫星 计算机 因特网 ,第1次信息技术革命（3500050000年之前）,第2次信息技术革命（大约3500年之前）,58,1.1 计算机的发展,现代信息技术有什么特征？,三大特征：采用微电子和光电子器件以数字技术（计算机）为基础以软件为核心核心技术：计算机、集成电路、通信、广播、互联网、自动控制、机器人等,59,1.1 计算机的发展,现代信息技术的基础与核心,基础： 微(光)电子、数字技术、软件技术,信息获取,信息处理,信息传输、交换,信息存储,信息的随动执行和应用,集成电路计算机通信/广播互联网自动控制机器人,核心技术,60,1.1 计算机的发展,2.现代信息技术的内容,1) 信息基础技术 信息基础技术是信息技术的基础，包括新材料、新能源、新器件的开发和制造技术。（微电子技术、光电子技术）2) 信息系统技术 信息系统技术是指有关信息的获取、传输、处理、控制的设备和系统的技术。感测技术、通信技术、计算机与智能技术和控制技术是它的核心和支撑技术。3) 信息应用技术 信息管理、信息控制、信息决策而发展起来的具体的技术类群。如，工厂的自动化、办公自动化等。它们是信息技术开发的根本目的所在。,61,1.1 计算机的发展,3.现代信息技术的发展趋势,1) 数字化 当信息被数字化并经由数字网络流通时，便可以利用数字处理设备（最典型的是计算机）对信息进行各种所需要的处理。2) 多媒体化 随着信息技术的发展，多媒体技术将文字、声音、图形、图像、视频等信息媒体与计算机集成在一起，使计算机的应用由单纯的文字处理扩展到文、图、声、影集成处理。,62,1.1 计算机的发展,3) 高速度、网络化、宽频带 目前，几乎所有国家都在进行新一代的信息基础设施建设，即建设宽频信息高速公路。 下一代的Internet的传输速率可达2.4GB/s。4) 智能化 随着信息技术向智能化方向发展，在超媒体世界里，“软件代理”可以替代人们在网上漫游； “软件代理”不再需要浏览器，它本身就是信息的寻找器。,63,1.2 信息的表示与存储,数据：数据是对客观事物的符号表示。 如，数值、文字、语言、图形、图像等都是不同形式的数据。信息：信息是既是对客观事物变化和特征的反映，又是事物之间相互作用、相互联系的表征。 信息必须数字化编码，才能用计算机进行传送、存储和处理。 信息具有针对性和时效性。,1.2.1 数据与信息,64,1.2 信息的表示与存储,数据与信息的区别：数据是信息的载体，信息是数据处理之后产生的结果。信息有意义，而数据没有。 例如：数据2、4、8、16、32是一组数据，本身是没有意义的，我们从中可以分析出是一组等比数列，很清楚的得到后面的数字，便赋予了意义，这就是信息。是有用的数据。,65,1.2 信息的表示与存储,二进制的优点 物理上容易实现，信息的存储更加容易，可靠性强，运算简单，通用性强。,1.2.2 计算机中的数据,ENIAC采用十进制,66,1.2 信息的表示与存储,1. 位(bit),1.2.3 计算机中数据的单位,比特（bit，binary digit的缩写）中文翻译为“二进位数字”、“二进位” 或简称为 “位”。比特只有 2 种取值：0和1，一般无大小之分。 如同DNA是人体组织的最小单位、原子是物质的最小组成单位一样，比特是组成数字信息的最小单位。 数值、文字、符号、图像、声音、命令都可以使用比特来表示。,67,1.2 信息的表示与存储,比特在计算机中如何表示？,在计算机中表示与存储二进位的方法：电路的高电平状态或低电平状态(CPU)电容的充电状态或放电状态(RAM)两种不同的磁化状态(磁盘)光盘面上的凹凸状态(光盘),68,1.2 信息的表示与存储,例1：CPU内部比特的表示,CPU内部通常使用高电平表示1，低电平表示0,69,1.2 信息的表示与存储,磁盘表面微小区域中，磁性材料粒子的两种不同的磁化状态分别表示0和1。,例2：磁盘中比特的表示与存储,70,1.2 信息的表示与存储,例3：内存储器中比特的存储,计算机存储器中用电容器存储二进位信息：当电容的两极被加上电压，它就被充电，电压去掉后，充电状态仍可保持一段时间，因而1个电容可用来存储1个比特。,信息存储原理 电容C处于充电状态时，表示1 电容C处于放电状态时，表示0,集成电路技术可以在半导体芯片上制作出以亿计的微型电容器，从而构成了可存储大量二进位信息的半导体存储器芯片 。,断电后信息不再保持！,71,1.2 信息的表示与存储,2. 字节(Byte) 一个字节(Byte)由8位(bit)二进制数字组成。计算机内存储器容量的计量单位：KB: 1 KB=210字节=1024 B （千字节）MB: 1 MB=220字节=1024 KB（兆字节）GB: 1 GB=230字节=1024 MB（吉字节、千兆字节）TB: 1 TB=240字节=1024 GB（太字节、兆兆字节）外存储器容量经常使用10的幂次来计算：1MB103 KB 1 000 KB1GB106 KB 1 000 000 KB1TB 109 KB = 1 000 000 000 KB,72,1.2 信息的表示与存储,比特的传输,信息是可以传输的，信息只有通过传输和交流才能发挥它的作用在数字通信技术中，信息的传输是通过比特的传输来实现的近距离传输时：直接将用于表示“0/1”的电信号或光信号进行传输（称为基带传输），例如：计算机读/写移动硬盘中的文件打印机打印某个文档的内容远距离传输或者无线传输时：需要使用调制技术,73,1.2 信息的表示与存储,比特的传输速率,传输速率表示每秒钟可传输的二进位数目，常用单位是：比特/秒(b/s)，也称“bps”。如 2400 bps(2400b/s)千比特/秒(kb/s)，1kb/s=103比特秒=1 000 b/s兆比特/秒(Mb/s)，1Mb/s=106比特秒=1 000 kb/s吉比特/秒(Gb/s)，1Gb/s=109比特秒=1 000 Mb/s太比特/秒(Tb/s)，1Tb/s=1012比特秒=1 000 Gb/s,74,1.2 信息的表示与存储,3. 字长 字长是指计算机一次能够同时处理的二进制位数，即CPU在一个机器周期中最多能够并行处理的二进制位数。 字长是计算机(CPU)的一个重要指标，直接反映一台计算机的计算能力和运算精度。字长越长，计算机的处理能力通常越强。计算机字长常常是字节的整倍数，如8位、16位、32位，发展到今天微型机的64位，大型机/巨型机已达128位。,75,1.2 信息的表示与存储,1.2.4 进位计数制及其转换,“数”是一种信息，它有大小（数值），可以进行四则运算。 “数”有不同的表示方法。日常生活中人们使用的是十进制数，但计算机使用的是二进制数，程序员还使用八进制和十六进制数。 二进制数，八进制和十六进制数怎样表示？其数值如何计算？,76,1.2 信息的表示与存储,1.进位计数制,多位数码中每一位构成方法以及从低位到高位的进位规则称为进位计数制（简称数制）。 如果采用R个基本符号(0,1,R-1)表示数值，则称R数制，R称为该数制的基数(Radix)。 例如，十进制采用10个基本符号0,1,9表示数值，十进制的基数是10。,77,1.2 信息的表示与存储,任何一个R进制数D都可以展开为：其中，R为计数的基数； ki为第i位的系数，可以为0, 1, , R-1中的任意1个； Ri称为第i位的权,78,1.2 信息的表示与存储,表1-2 计算机中常用的几种进位计数制的表示,79,1.2 信息的表示与存储,十进制数,每一位可使用十个不同数字表示（0、1、2、3、4、5、6、7、8、9）低位与高位的关系是：逢10进1各位的权值是10的整数次幂（基数是10 ）标志： 尾部加“D”或缺省例：,200 + 60 + 4 + 0.9 + 0.06 =264.96,264.96=,80,1.2 信息的表示与存储,二进制数,每一位使用两个不同数字表示（0、1），即每一位使用 1 个“比特”表示 低位与高位的关系是：逢2进1 各位的权值是 2 的整数次幂（基数是2 ） 标志： 尾部加B例：,101.01 B =,4 0 1 0 1/4 5.25,81,1.2 信息的表示与存储,八进制数,每一位使用八个不同数字表示（0、1、2、3、4、5、6、7） 低位与高位的关系是：逢8进1 各位的权值是8的整数次幂（基数是8 ） 标志：尾部加Q例： 365.2Q =,192 48 5 2/8 245.25,82,1.2 信息的表示与存储,十六进制数,每一位使用十六个数字和符号表示（0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F ）逢16进1, 基数为16各位的权值是16的整数次幂（基数是16 ）标志：尾部加H例：F5.4H=,240 5 4/16 245.25,83,1.2 信息的表示与存储,2. R进制转换为十进制,将R进制数按前述展开式展开求和即可得到相应的十进制数。例如：(234)H = (2162 + 3161 + 4160)H = (512 + 48 + 4)D = (564)D(10110)B = (124 + 023 + 122 + 121 + 020)B = (16 + 4 + 2)D = (22)D,84,1.2 信息的表示与存储,3. 十进制转换为R进制,将十进制数转换为R进制数时，可将此数分为整数和小数两部分分别进行转换，然后再拼接起来即可。 一种常见的十进制数转换为R进制数的方法是： 整数部分用“除R逆序取余”； 小数部分用“乘R顺序取整”。,85,1.2 信息的表示与存储,【例1-1】将十进制数225.8125转换成二进制数。 整数部分 小数部分 2 |225 余1 低位 0.8125 2 |112 余0 2 取整 高位 2 |56 余0 1.6250 1 2 |28 余0 2 2 |14 余0 1.2500 1 2 |7 余1 2 2 |3 余1 0.5000 0 2 |1 余1 2 0 高位 1.0000 1 低位,86,1.2 信息的表示与存储,例如：29.6875 11101.1011 B 注意：十进制小数（如0.63）在转换时会出现二进制无穷小数，这时只能取近似值,87,1.2 信息的表示与存储,二进制数 十进制数,转换方法： 二进制数的每一位乘以其相应的权值，然后累加即可得到它的十进制数值例： 11101.1011B = 124123122021120 121022123124 = 29.6875,88,1.2 信息的表示与存储,记住2n的值很有用！,21=222=423=824=1625=3226=6427=12828=25629=512210=1024,211=2048212=4096213=8192214=16384215=32768216=65536220=1M230=1G240=1T,记住常用二进制小数的值！,89,1.2 信息的表示与存储,举例：二进制整数的表示范围,90,1.2 信息的表示与存储,4. 八进制转换为十六进制,二进制数虽然非常适合计算机内部的数据表示，但是书写起来位数比较长，很不方便，也不直观。 因此，在书写程序和数据用到二进制数的地方。往往采用八进制数或十六进制数的形式。 1位八进制数相当于3位二进制数；1位十六进制数相当于4位二进制数；,91,1.2 信息的表示与存储,八进制数与二进制数的互换,八进制二进制：把每个八进制数字改写成等值的3位二进制数，且保持高低位的次序不变 例： 2467.32Q 010 100 110 111 . 011 010 B二进制八进制：整数部分从低位向高位每3位用一个等值的八进制数来替换，不足3位时在高位补0凑满3位；小数部分从高位向低位每3位用一个等值八进制数来替换，不足3位时在低位补0凑满三位 例： 1 101 001 110.110 01 B 001 101 001 110.110 010 B 1516.62 Q,1位八进制数与3位二进制数的对应关系：,八进制数 二进制数 八进制数 二进制数 0 000 4 100 1 001 5 101 2 010 6 110 3 011 7 111,92,1.2 信息的表示与存储,十六进制数与二进制数的互换,转换方法：与八、二进制互换的方法类似例1：35A2.CFH 11 0101 1010 0010.1100 1111B例2：11 0100 1110.1100 11B 34E.CCH,1位十六进制数与4位二进制数的对应关系：,93,1.2 信息的表示与存储,二进制数的算术运算,1位二进制数的加、减法运算规则：,2个多位二进制数的加、减法运算举例：,94,1.2 信息的表示与存储,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。,95,1.2 信息的表示与存储,带符号整数的表示（1）,表示方法：用一位表示符号，其余用来表示数值部分,符号用最高位表示： “0”表示正号(+),“1”表示负号(-)数值部分有两种表示方法：(1) 原码表示：整数的绝对值以二进制自然码表示(2) 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,原码表示举例： +43的8位原码为： 00101011- 43的8位原码为： 10101011,96,1.2 信息的表示与存储,选讲： 带符号整数的表示（2）,负数(的绝对值)如何用补码表示？先把绝对值表示为自然码将自然码的每一位取反码在最低位加“1”例1: - 43用8位补码表示所以：- 43 的8位补码为：11010101例2： - 64用8位补码表示所以：- 64 的8位补码为：11000000,97,1.2 信息的表示与存储,选讲： 带符号整数的表示（3）,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“10000000”两种表示形式，不方便补码表示法优点：加法与减法运算规则统一， 没有“-0”,可表示的数比原码多一个缺点：不直观，人使用不方便结论：带符号整数在计算机内不采用“原码”而采用“补码”的形式表示！,98,1.2 信息的表示与存储,选讲： 带符号整数的表示（4）,原码可表示的整数范围8位原码： - 27+127- 1（- 127127）16位原码： - 215+1215- 1（- 3276732767）n 位原码： - 2n-1+12n-1- 1补码可表示的整数范围 8位补码：- 2727- 1 （- 128127 ) n位补码：- 2n-12n-1- 1,- 128表示为 10000000+127 表示为 01111111,- 2n-1 表示为 100000002n-1- 1表示为 01111111,99,1.2 信息的表示与存储,1.2.5 字符的编码,文字符号在计算机中的表示,日常使用的书面文字由一系列称为“字符(character)的书写符号所构成计算机中常用字符的集合叫做“字符集”西文字符集中文(汉字)字符集,1.西文字符的编码,计算机中最常用的字符编码是ASCII（American Standard Code for Information Interchange，美国信息交换标准交换代码），为国际标准。,100,1.2 信息的表示与存储,国际通用的ASCII码是7位ASCII码，用7位二进制数表示一个字符的编码，共有27=128个不同的编码值，相应可以表示128个不同字符的编码。 计算机用一个字节（8个二进制位）存放一个7位ASCII码，最高位置为0。,包含96个可打印字符和32个控制字符,101,1.2 信息的表示与存储,7位ASCII代码表,1.2 信息的表示与存储,字符 十六进制表示 十进制表示 空格 20H 32 09 30H39H 4857 AZ 41H5AH 6590 az 61H7AH 97122,控制字符：032，127； 普通字符：94个。例：“a”字符的编码为 1100001，十进制数是 97,ASCII码的排列有大小之分：空格 数字 大写字母 小写字母,102,103,1.2 信息的表示与存