計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述.ppt

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2019/12/3,1,計(jì) 算 機(jī) 概 述,2019/12/3,2,計(jì)算機(jī)概述,計(jì)算機(jī)的發(fā)展 微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展 計(jì)算機(jī)的特點(diǎn) 計(jì)算機(jī)的分類 計(jì)算機(jī)的應(yīng)用,2019/12/3,3,1.1.1 計(jì)算機(jī)的發(fā)展,1、計(jì)算機(jī)的誕生 1946年2月，世界上第一臺(tái) 電子計(jì)算機(jī)在美國(guó)賓夕法尼亞大 學(xué)問(wèn)世，取名為ENIAC（電子 數(shù)字積分計(jì)算機(jī)）。它為專門用 于軍事領(lǐng)域的彈道曲線計(jì)算而設(shè) 計(jì)的。,2019/12/3,4,2、計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程 在計(jì)算機(jī)的發(fā)展過(guò)程中，邏輯元件（電子器件）的發(fā)展起 到了決定性作用，它是計(jì)算機(jī)換代的主要標(biāo)志。人們依據(jù)計(jì)算 機(jī)所采用的電子器件，將分成四代。 第一代——電子管計(jì)算機(jī)（1946~1957年） 第二代——晶體管計(jì)算機(jī)（1958~1964年） 第三代——小規(guī)模、中規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)（1965~1970年） 第四代——大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)（1971年至今） 新一代計(jì)算機(jī)(第五代)：新型智能化計(jì)算機(jī)(尚未研制出),2019/12/3,5,2019/12/3,6,未來(lái)新型計(jì)算機(jī),1．光計(jì)算機(jī) 光計(jì)算機(jī)用激光器發(fā)出的光束代替電子進(jìn)行計(jì)算和存儲(chǔ)：它以不同波長(zhǎng)的光代表不同的數(shù)據(jù)，以大量的透鏡、棱鏡和反射鏡將數(shù)據(jù)從一個(gè)芯片傳送到另一個(gè)芯片。 優(yōu)點(diǎn)： 運(yùn)算速度極高（理論上可達(dá)每秒千億次以上，其信息處理速度比電子計(jì)算機(jī)要快數(shù)百萬(wàn)倍） 信息傳輸中畸變和失真小 耗電極低 超大規(guī)模的信息存儲(chǔ)容量（一枚五分硬幣大小的枚鏡，它的信息通過(guò)能力竟是全世界現(xiàn)有電話電纜通道的許多倍）。,2019/12/3,7,,2019/12/3,8,2．生物計(jì)算機(jī) 生物計(jì)算機(jī)又稱仿生計(jì)算機(jī)，是以生物芯片取代在半導(dǎo)體硅片上集成效以萬(wàn)計(jì)的晶體管制成的計(jì)算機(jī)。它的主要原材料是生物工程技術(shù)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)分子，并以此作為生物芯片。 優(yōu)點(diǎn)： 體積小，功效高。（在一平方毫米的面積上，可容納幾億個(gè)電路，比目前的集成電路小得多） 生物計(jì)算機(jī)具有永久性和很高的可靠性。（內(nèi)部芯片出現(xiàn)故障時(shí)，不需要人工修理，能自我修復(fù)） 生物計(jì)算機(jī)芯片本身還具有并行處理的功能，其運(yùn)算速度要比當(dāng)今最新一代的計(jì)算機(jī)快10萬(wàn)倍。 能量消耗小，僅相當(dāng)于普通計(jì)算機(jī)的十億分之一。 存儲(chǔ)信息的空間小，僅占百億億分之一。,2019/12/3,9,2019/12/3,10,3．量子計(jì)算機(jī) 量子計(jì)算機(jī)（quantum computer）是一類遵循量子力學(xué)規(guī)律進(jìn)行高速數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算、存儲(chǔ)及處理量子信息的物理裝置。當(dāng)某個(gè)裝置處理和計(jì)算的是量子信息，運(yùn)行的是量子算法時(shí)，它就是量子計(jì)算機(jī)。 優(yōu)點(diǎn)：高效率 缺點(diǎn)：能量消耗大，產(chǎn)生熱量大，壽命短。 主要用途是例如像測(cè)量星體精確坐標(biāo)、快速計(jì)算不規(guī)則立體圖形體積、精確控制機(jī)器人等需要大規(guī)模、高精度的高速浮點(diǎn)運(yùn)算的工作。 2007年第一臺(tái)商業(yè)化的量子計(jì)算機(jī)在加拿大計(jì)算機(jī)公司D-Wave 產(chǎn)生。,2019/12/3,11,2019/12/3,12,1.1.2 微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展,微型計(jì)算機(jī)是日常生活中接觸最多的計(jì)算機(jī)，它屬于第四 代計(jì)算機(jī)。其發(fā)展歷程主要以微處理器的更新?lián)Q代為主要標(biāo)志 進(jìn)行劃分。微處理器（Micro Processor Unit，MPU）又稱中央 處理器（Central Processing Unit，CPU），是大規(guī)模和超大規(guī) 模集成電路的產(chǎn)物。 通常把微型計(jì)算機(jī)按微處理器的集成度分成五代產(chǎn)品。,2019/12/3,13,2019/12/3,14,1.1.3 計(jì)算機(jī)的特點(diǎn),(1) 處理速度快，處理能力強(qiáng) (2) 計(jì)算精度高 (3) 具有存儲(chǔ)容量大的記憶功能 (4) 可靠性高 (5) 自動(dòng)化程度高 (6) 具有邏輯判斷功能 (7) 適用范圍廣，通用性強(qiáng),2019/12/3,15,1.1.4 計(jì)算機(jī)的分類,1、按用途分類 （1）通用計(jì)算機(jī) （2）專用計(jì)算機(jī) 2、按規(guī)模分類 （1）巨型機(jī) （2）大型機(jī) （3）服務(wù)器：網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中對(duì)外提供服務(wù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) （4）工作站:介于PC與小型機(jī)之間高檔微機(jī)系統(tǒng) 高分辨率、大容量?jī)?nèi)外存，圖形功能較強(qiáng) （5）微型機(jī)：桌面型計(jì)算機(jī) 、筆記本電腦、 平板電腦,,速度最快、處理能力最強(qiáng)（每秒35萬(wàn)億次浮點(diǎn)運(yùn)算，峰值40萬(wàn)億次） 中國(guó)：曙光5000A,2019/12/3,16,1.1.5 計(jì)算機(jī)的應(yīng)用,1. 科學(xué)計(jì)算 又稱為數(shù)值計(jì)算，是計(jì)算機(jī)的傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域，也是計(jì)算機(jī)最重要的應(yīng)用之一。在科學(xué)技術(shù)和工程設(shè)計(jì)中存在著大量的各類數(shù)值計(jì)算問(wèn)題。 2. 數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)處理又稱信息處理，是指用計(jì)算機(jī)對(duì)各種形式的信息（如文字、圖像、聲音等）收集、存儲(chǔ)、加工、分析和傳送的過(guò)程。據(jù)統(tǒng)計(jì)，信息處理是計(jì)算機(jī)應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域之一，例如：人口統(tǒng)計(jì)、企業(yè)管理、郵政業(yè)務(wù)、票據(jù)訂購(gòu)、情報(bào)檢索、圖書管理、醫(yī)療管理等。,2019/12/3,17,3. 過(guò)程控制 過(guò)程控制又稱實(shí)時(shí)控制，是指將計(jì)算機(jī)對(duì)生產(chǎn)或其他過(guò)程 中所采集到的數(shù)據(jù)按照一定的算法處理，然后反饋到執(zhí)行機(jī)構(gòu) 去控制相應(yīng)過(guò)程，是生產(chǎn)自動(dòng)化的重要技術(shù)和手段。 4. 計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng) （1）CAD（Computer Aided Design，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)） （2）CAM（Computer Aided Manufacturing，計(jì)算機(jī)輔助制造） （3）CBE（Computer Based Education，計(jì)算機(jī)輔助教育）：包括CAI（Computer Aided Instruction，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)）、 CAT（Computer Aided Testing，計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試）、 CMI（Computer Managed Instruction，計(jì)算機(jī)輔助管理教 學(xué)）等。,2019/12/3,18,5. 人工智能 人工智能（AI——Artificial Intelligence）是用計(jì)算機(jī)軟、硬件系統(tǒng)模擬人的高級(jí)思維活動(dòng)(如感知、推理、學(xué)習(xí)、理解等)的理論和技術(shù)。例如：語(yǔ)言識(shí)別、模式識(shí)別、圖像識(shí)別、專家系統(tǒng)、機(jī)器人等。 6. 多媒體及網(wǎng)絡(luò),2019/12/3,19,1.2 計(jì)算機(jī)中的數(shù)制與編碼,1.2.1 進(jìn)位記數(shù)制度 1.2.2 計(jì)算機(jī)中常用的幾種記數(shù)制 1.2.3 常用記數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換 1.2.4 計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的編碼,2019/12/3,20,1.2.1 進(jìn)位記數(shù)制度,使用多位數(shù)碼符號(hào)表示數(shù)值時(shí)，每一位數(shù)所使用的數(shù)碼符 號(hào)以及運(yùn)算時(shí)從低位向高位借進(jìn)位的規(guī)則，被稱為進(jìn)位記數(shù)制 （或被稱為記數(shù)制、數(shù)制、進(jìn)制）。 例如：在數(shù)學(xué)運(yùn)算中使用十進(jìn)制；在表示時(shí)間時(shí)使用六十 進(jìn)制（如60分鐘為1小時(shí)）、十二進(jìn)制（12個(gè)月為1年）和二十 四進(jìn)制（如24小時(shí)為1天）；,2019/12/3,21,進(jìn)制的基本要素： 1. 數(shù)碼 表示一個(gè)數(shù)位所使用的數(shù)字符號(hào)被稱為數(shù)碼。例如，十進(jìn)制 中使用的0，1，2，3，…，9都是數(shù)碼。 2. 基數(shù) 一種數(shù)制所使用的數(shù)碼符號(hào)的個(gè)數(shù)稱為該數(shù)制的基數(shù)。R進(jìn) 制的基數(shù)為R。例如，十進(jìn)制允許使用0～9這十個(gè)數(shù)碼，因此 十進(jìn)制的基數(shù)就為10。 3. 位權(quán) 某個(gè)數(shù)位的單位稱為該數(shù)位的位權(quán)（例如，在十進(jìn)制中，個(gè) 位、十位、百位的單位分別為個(gè)、十、百，因此個(gè)位、十位、 百位的位權(quán)分別為100、101、102）。,2019/12/3,22,4. 借進(jìn)位規(guī)則 有關(guān)進(jìn)行加法（或乘法）運(yùn)算，達(dá)到多少值需向高位進(jìn)位 “1”，進(jìn)行減法（或除法）運(yùn)算，何時(shí)需從高位借“1”，借來(lái)的 “1”在本位當(dāng)成幾的運(yùn)算規(guī)則，稱為借進(jìn)位規(guī)則。同一種進(jìn)制的 所有數(shù)位都應(yīng)遵從統(tǒng)一的借進(jìn)位規(guī)則。這就是“逢基數(shù)進(jìn)一， 借一當(dāng)基數(shù)”。 例如，十進(jìn)制的基數(shù)為十，因此它的借進(jìn)位規(guī)則是“逢十進(jìn) 一，借一當(dāng)十”,2019/12/3,23,5. 按權(quán)展開式 按權(quán)展開式可以表述如下：,其中，(N)R——R進(jìn)制數(shù)N； R——基數(shù)； Ri——第i位的位權(quán)，（i∈{Z},且n-1≥i≥-m）； Ai——位權(quán)為Ri的數(shù)位上的數(shù)碼符號(hào)，（Ai∈{0,1,…,R-1}）； n——(N)R的整數(shù)位數(shù)，（n∈{0,Z}）； m——(N)R的小數(shù)位數(shù)，（m∈{0,Z}）。,2019/12/3,24,例1.1 寫出按權(quán)展開十進(jìn)制數(shù)9876.54的表達(dá)式。 9876.54=9103＋8102＋7101＋6100＋510－1＋410－2。 例1.2 寫出按權(quán)展開二進(jìn)制數(shù)111011.1010的多項(xiàng)式。 （111011.1010）2=125＋124＋123＋022＋121＋120＋ 12－1＋02－2＋12－3＋02－4,2019/12/3,25,1.2.2 計(jì)算機(jī)中常用的幾種記數(shù)制,1. 二進(jìn)制（Binary，B） 二進(jìn)制數(shù)P一般簡(jiǎn)記為(P)2或PB。如：二進(jìn)制數(shù)11011.11記 為（11011.11）2或11011.11B。 二進(jìn)制的基本特點(diǎn)是： 基數(shù)R為2，即只含有兩個(gè)數(shù)碼：0、1； 位權(quán)為2i（i=-m～n-1，m和n為自然數(shù)）； 借進(jìn)位規(guī)則：逢二進(jìn)一，借一當(dāng)二。,2019/12/3,26,在計(jì)算機(jī)內(nèi)部，所有數(shù)據(jù)、信息都是以二進(jìn)制的形式編碼表 示的，這是因?yàn)槎M(jìn)制具有如下優(yōu)點(diǎn)： （1）簡(jiǎn)單可行，容易實(shí)現(xiàn)。 （2）運(yùn)算規(guī)則簡(jiǎn)單。 （3）運(yùn)算速度快。 （4）容易實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算。 缺點(diǎn)：數(shù)字冗長(zhǎng)、書寫繁復(fù)且容易出錯(cuò)、不便閱讀。所以， 在計(jì)算機(jī)技術(shù)文獻(xiàn)的書寫中，常用十六進(jìn)制數(shù)表示。,2019/12/3,27,2. 八進(jìn)制（Octal，O） 八進(jìn)制數(shù)P一般簡(jiǎn)記為（P）8或PO。如八進(jìn)制數(shù)17記為 （17）8或17O。 八進(jìn)制的基本特點(diǎn)是： 基數(shù)R為8，即有八個(gè)基本數(shù)碼：0、1、2、3、4、5、6、7； 位權(quán)為8i（i=-m～n-1，m和n為自然數(shù)）； 借進(jìn)位規(guī)則：逢8進(jìn)1，借1當(dāng)8。,2019/12/3,28,3. 十進(jìn)制（Decimal，D） 十進(jìn)制數(shù)P一般簡(jiǎn)記為（P）10或PD，也可省略記為P。如十 進(jìn)制數(shù)123，簡(jiǎn)記為（123）10或123D或123。 十進(jìn)制的基本特點(diǎn)是： 基數(shù)R為10，即有十個(gè)基本數(shù)碼：0、1、2、3、4、5、6、 7、8、9； 位權(quán)為10i（i=-m～n-1，m和n為自然數(shù)）； 借進(jìn)位規(guī)則：逢十進(jìn)一，借一當(dāng)十。,2019/12/3,29,4. 十六進(jìn)制（Hexadecimal，H） 十六進(jìn)制數(shù)P一般簡(jiǎn)記為（P）16或PH。如十六進(jìn)制數(shù)1F，記 為（1F）16或1FH。 十六進(jìn)制的基本特點(diǎn)是： 基數(shù)R為16，即有16個(gè)基本數(shù)碼，符號(hào)為：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。注意使用字母A、B、C、D、E、F分別表示十進(jìn)制數(shù)10、11、12、13、14、15，以示區(qū)別； 位權(quán)為16i（i=-m～n-1，m和n為自然數(shù)）； 借進(jìn)位規(guī)則：逢16進(jìn)1，借1當(dāng)16。,2019/12/3,30,表1.3 常用數(shù)制基本要素和表示方法,2019/12/3,31,表1.4 常用數(shù)制之間的對(duì)照關(guān)系,2019/12/3,32,1.2.3 常用記數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換,1. R（R=2、8、16）進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制 轉(zhuǎn)換規(guī)則：將R進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)一般使用按權(quán)展開多 項(xiàng)式的形式，然后計(jì)算求和得到對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)據(jù)?？珊?jiǎn)述為 口訣：“利用按權(quán)展開式展開”。 例1.8 把（1100101.101)2轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)。 解：(1100101.101)2=126+125+024+023+122+021+ 120+12-1 +02-2+12-3 =64+32+0+0+4+0+1+0+0.5+0.125=（101.625)10 例1.10 把（19BF.8)16轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)。 解：（19BF.8)16=1163＋9162＋B161＋F160＋ 816-1=4096＋2304＋176＋15＋0.5=（6 591.5)10,2019/12/3,33,2. 十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為R（R=2、8、16）進(jìn)制數(shù) 將一個(gè)十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為R（R=2、8、16）進(jìn)制數(shù)時(shí)，十進(jìn)制 數(shù)的整數(shù)部分和小數(shù)部分的轉(zhuǎn)換方法各不同，其整數(shù)部分和小 數(shù)部分分別用“除R取余法”和“乘R取整法”轉(zhuǎn)換，然后將結(jié)果與 小數(shù)點(diǎn)共三部分合在一起。轉(zhuǎn)換規(guī)則如下：,2019/12/3,34,整數(shù)部分：用“除R取余法”轉(zhuǎn)換。將十進(jìn)制的整數(shù)部分除以 R，得到一個(gè)商數(shù)和余數(shù)；再將這個(gè)商除以R，又得到一個(gè)商和 余數(shù)；反復(fù)執(zhí)行這個(gè)過(guò)程，直到商為0為止。將每次所得的余 數(shù)從后往前讀（先得的余數(shù)為低位，后得的余數(shù)為高位）即為 等值的二進(jìn)制數(shù)。這種轉(zhuǎn)換方法可簡(jiǎn)述為口訣：“除基取余， 倒序排列”。 小數(shù)部分：用“乘R取整法”轉(zhuǎn)換。將小數(shù)部分乘以R，記下 乘積的整數(shù)部分，再用余下的純小數(shù)部分乘以R，記下乘積的 整數(shù)部分；不斷重復(fù)此過(guò)程，直至乘積小數(shù)部分為0或已滿足 要求的精度為止。將所得各乘積的整數(shù)部分順序排列（先得的 整數(shù)為高位，后得的整數(shù)為低位）即可。這種轉(zhuǎn)換方法可簡(jiǎn)述 為口訣：“乘基取整，順序排列”。,2019/12/3,35,例1.11 把十進(jìn)制整數(shù)(35.6875)10轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)。 解：轉(zhuǎn)換過(guò)程如下： 第一步：用除2取余法將整數(shù)部分(35)10轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制整數(shù)；,即：（35)10=（100011)2。,2019/12/3,36,第二步：用乘2取整法將小數(shù)部分(0.6875) 10轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制形式； 0. 68752=1.3750 ………… 取整數(shù)部分1 高位 0. 37502=0. 7500 ………… 取整數(shù)部分0 0. 75002=1. 5000 ………… 取整數(shù)部分1 0. 50002= 1. 0000 ………… 取整數(shù)部分1 低位 即：（0.6875)10=（0.1011)2。 第三步：將整數(shù)部分與小數(shù)部分合并，可得： (35.6875)10 = (100011.1011)2,,2019/12/3,37,例1.12 把十進(jìn)制小數(shù)0.624轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制小數(shù)，要求精確到小數(shù)點(diǎn)后6位。 解：轉(zhuǎn)換過(guò)程如下： 0.6242=1.248 …………取整數(shù)部分1 高位 0.2482=0.496 …………取整數(shù)部分0 0.4962=0.992 …………取整數(shù)部分0 0.9922=1.984 …………取整數(shù)部分1 0.9842=1.968 …………取整數(shù)部分1 0.9682=1.936 …………取整數(shù)部分1 低位 …… 上述轉(zhuǎn)換過(guò)程無(wú)限，但根據(jù)要求只要轉(zhuǎn)換6步。最后結(jié)果為： （0.624)10≈（0.100111)2,,2019/12/3,38,3. 八進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù) 轉(zhuǎn)換規(guī)則：將每位八進(jìn)制（或十六進(jìn)制）數(shù)碼用相應(yīng)的三位 （或四位）二進(jìn)制數(shù)來(lái)代替，再刪除整數(shù)部分首部的零和小數(shù) 部分尾部的零即可。這種轉(zhuǎn)換方法可簡(jiǎn)述為口訣：“逐位轉(zhuǎn) 換，一位拆三位（或四位）”。,2019/12/3,39,表1.5 八進(jìn)制基本數(shù)碼與二進(jìn)制數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系表,表1.6 十六進(jìn)制基本數(shù)碼與二進(jìn)制數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系表,2019/12/3,40,例1.16 把十六進(jìn)制數(shù)1C2.A4轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)。 解：,所以，（1C2.A4)16=（111000010.101001)2,2019/12/3,41,4. 二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù) 轉(zhuǎn)換規(guī)則：以小數(shù)點(diǎn)為中心，分別向前、后每三（或四）位 一組，不足三（或四）位時(shí)以“0”補(bǔ)足（最高（左）位和最低 （右）位的兩組如不足三（或四）位，則用0分別補(bǔ)最左邊和 最右邊湊成三（或四）位），并將每組二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的 八（或十六）進(jìn)制數(shù)即可。這種轉(zhuǎn)換方法可簡(jiǎn)述為口訣：“三 （或四）位合一位，分組轉(zhuǎn)換”。,2019/12/3,42,例1.18 把二進(jìn)制數(shù)11010111100.11011轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)。 解：,所以，（11010111100.11011)2=（6BC.D8)16,2019/12/3,43,5. 八進(jìn)制數(shù)與十六進(jìn)制數(shù)的互換 八進(jìn)制數(shù)與十六進(jìn)制數(shù)之間不存在直接的轉(zhuǎn)換方法。利用它 們與二進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換比較簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，可以先將八進(jìn)制數(shù)（或 十六進(jìn)制數(shù)）轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)，然后再將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六 進(jìn)制（或八進(jìn)制數(shù)），這種轉(zhuǎn)換方法可簡(jiǎn)述為口訣：“以二進(jìn) 制為橋”。 例1.19 八進(jìn)制數(shù)1325.72轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)。 解：（1325.72)8=（1011010101.11101)2=（2D5.E8)16,2019/12/3,44,小結(jié),表1.7 常用進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換方法,2019/12/3,45,1.2.4 計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的編碼,由于計(jì)算機(jī)只能識(shí)別二進(jìn)制形式的符號(hào)，這就要求人們?cè)谑?用計(jì)算機(jī)處理實(shí)際問(wèn)題之前必須將各種信息，包括數(shù)值信息 （數(shù)值數(shù)據(jù)）和非數(shù)值信息（大小寫英文字母、標(biāo)點(diǎn)符號(hào)、漢 字、聲音、圖像等）轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)。另一方面為了保證計(jì)算 機(jī)各部件之間和計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間能正確地傳輸和識(shí)別信 息，還要求采用統(tǒng)一的編碼方法（或稱為編碼規(guī)則）。 有關(guān)數(shù)值數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)部的具體表示方法本節(jié)不予討論，主要討論字符和漢字的編碼。在此之前，先要了解計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的單位。,2019/12/3,46,1. 數(shù)據(jù)的單位,（1）位（bit）：計(jì)算機(jī)中最小的不可分割的數(shù)據(jù)單位是二 進(jìn)制的一個(gè)數(shù)位稱為比特位，簡(jiǎn)稱位。用英文bit表示。 （2）字節(jié)（Byte)：相鄰8個(gè)比特位組成一個(gè)字節(jié)，用B表示 （英文為Byte）。字節(jié)是計(jì)算機(jī)中用來(lái)表示存儲(chǔ)容量大小的基 本單位。另外容量的表示還常使用KB（千字節(jié)）、MB（兆字 節(jié)）、GB（十億字節(jié)）、TB（兆兆字節(jié)）等。它們之間有如 下的換算關(guān)系： 1 B=8 bits 1 KB=210 B=1 024 B 1 MB=220 B=1 024 KB 1 GB=230 B=1 024 MB 1 TB=240 B=1 024 GB,請(qǐng)問(wèn)：1GB= ? B,2019/12/3,47,（3）字 ：在計(jì)算機(jī)中作為一個(gè)整體被存取、傳送、處理的二 進(jìn)制數(shù)位叫做一個(gè)字，每個(gè)字中二進(jìn)制位數(shù)的長(zhǎng)度，稱為字 長(zhǎng)。不同的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的字長(zhǎng)是不同的，常見的有8位、16 位、32位、64位等。字長(zhǎng)表示了計(jì)算機(jī)的性能，字長(zhǎng)越長(zhǎng)，精 度越高、存儲(chǔ)容量越大、運(yùn)算速度越高、功能越強(qiáng)。,2019/12/3,48,2. 字符的編碼,計(jì)算機(jī)中的信息都是用二進(jìn)制編碼表示的，用以表示字符的 二進(jìn)制編碼稱為字符編碼。計(jì)算機(jī)中用得最多的符號(hào)數(shù)據(jù)是字 符（大小寫英文字母、阿拉伯?dāng)?shù)字、運(yùn)算符、標(biāo)點(diǎn)符號(hào)等）。 最常用的字符編碼是ASCII（American Standard Code for information Interchange）碼，ASCII碼是使用最多、最普遍且符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼。國(guó)際通用的7位ASCII碼稱ISO—646標(biāo)準(zhǔn)，用7位二進(jìn)制數(shù) b6b5b4b3b2b1b0表示一個(gè)字符的編碼，其編碼范圍為 0000000B～1111111B，共有27=128個(gè)不同的編碼值，相應(yīng)可以 表示128個(gè)不同字符。7位ASCII碼表如表1.8所示。,2019/12/3,49,表1.18 ASCII字符編碼表,2019/12/3,50,3. 漢字的編碼,為了用計(jì)算機(jī)處理漢字，同樣也需要對(duì)漢字進(jìn)行編碼。由 于漢字是單個(gè)的方塊字，字型復(fù)雜，數(shù)目繁多，讀音多變，同 音、同型字很多，即使是最常用的漢字也有2000余個(gè)之多。因 此給計(jì)算機(jī)的漢字輸入、存儲(chǔ)和處理都帶來(lái)了極大的困難。 計(jì)算機(jī)要處理漢字信息，必須解決漢字的輸入、漢字的存 儲(chǔ)和表示以及漢字的顯示等問(wèn)題。漢字編碼是為了解決這些問(wèn) 題的需要。計(jì)算機(jī)對(duì)漢字信息的處理過(guò)程實(shí)際上是各種漢字編 碼間的轉(zhuǎn)換過(guò)程。這些編碼主要包括：漢字信息交換碼、漢字 輸入碼、漢字內(nèi)碼、漢字字形碼及漢字地址碼等。,2019/12/3,51,(1)漢字信息交換碼 漢字信息交換碼是用于漢字信息處理系統(tǒng)之間或者通信系統(tǒng) 之間進(jìn)行信息交換的漢字代碼，簡(jiǎn)稱交換碼，也叫國(guó)標(biāo)碼。其 中收集了682個(gè)非漢字圖形字符（如：序號(hào)、數(shù)字、羅馬數(shù) 字、英文字母、日文假名、俄文字母、漢語(yǔ)注音等）和6763個(gè) 漢字的代碼。漢字代碼中分為兩級(jí)：一級(jí)為較常用的漢字，共 3755個(gè)；二級(jí)為不太常用的漢字，共3008個(gè)。 由于一個(gè)字節(jié)只能表示256種編碼，漢字的數(shù)量大（國(guó)標(biāo)共7445個(gè)），顯然一個(gè)字節(jié)不可能表示漢字的國(guó)標(biāo)碼，因此，每個(gè)漢字（包括非漢字圖形字符）國(guó)標(biāo)碼采用2個(gè)字節(jié)來(lái)表示。例如， “中”字的國(guó)標(biāo)碼為：01010110 01010000B（5650H） “國(guó)”字的國(guó)標(biāo)碼為：00111001 01111010 B（397AH）,2019/12/3,52,(2)漢字內(nèi)碼 漢字內(nèi)碼又稱漢字機(jī)內(nèi)碼，是指在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部使用的 漢字編碼，供設(shè)備和漢字信息處理系統(tǒng)內(nèi)部存儲(chǔ)、處理、傳輸 使用。目前，對(duì)應(yīng)于國(guó)標(biāo)碼，一個(gè)漢字的內(nèi)碼也用2個(gè)字節(jié)存 儲(chǔ)，為了區(qū)分漢字和英文字母，規(guī)定英文字母機(jī)內(nèi)碼最高位為 “0”，漢字機(jī)內(nèi)碼兩個(gè)字節(jié)的最高位均置為“1”，以免產(chǎn)生歧 義。例如， “中”字的機(jī)內(nèi)碼為：11010110 11010000B “國(guó)”字的機(jī)內(nèi)碼為：10111001 11111010 B,2019/12/3,53,(3)漢字輸入碼 為將漢字輸入計(jì)算機(jī)而編制的代碼稱為漢字輸入碼，也叫 外碼。目前漢字主要是經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)鍵盤輸入計(jì)算機(jī)的，所以漢字輸 入碼都由鍵盤上的字符或數(shù)字組合而成。例如用全拼輸入法輸 入“國(guó)”字，就要鍵入代碼“guo”，再選字。 常見漢字輸入碼的編碼方案可分為4種類型： ①音碼：又稱字音編碼，是根據(jù)漢字的發(fā)音進(jìn)行編碼，如全拼、雙拼、微軟拼音等。 ②形碼：又稱字形編碼，是根據(jù)漢字的字形結(jié)構(gòu)進(jìn)行編碼，如五筆字型、鄭碼、表形碼、太極碼、三角碼等。 ③音形碼：又稱字音字形編碼或混合碼，是指以拼音為主，輔以字形、字義進(jìn)行編碼，如自然碼、全息碼等。 ④數(shù)碼：又稱數(shù)字編碼或順序編碼，是指用數(shù)字串表示漢字的編碼，如區(qū)位碼、電報(bào)碼。,2019/12/3,54,(4)漢字字形碼 經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)處理的漢字信息，如果要顯示或打印出來(lái)閱 讀，則必須將漢字內(nèi)碼轉(zhuǎn)換成人們可讀的方塊字。每個(gè)漢字的 字形信息是預(yù)先存放在計(jì)算機(jī)內(nèi)的，常稱漢字庫(kù)。漢字內(nèi)碼與 漢字字形一一對(duì)應(yīng)。描述漢字字形的方法有許多，常用的是點(diǎn) 陣漢字。例如：下圖是“上”字的1616點(diǎn)陣字形。,,提問(wèn)：一個(gè)3232點(diǎn)陣的字形碼需要多少字節(jié)存儲(chǔ)空間？,2019/12/3,55,(5)漢字地址碼 漢字地址碼是指漢字庫(kù)（這里主要指整字形的點(diǎn)陣式字模 庫(kù)）中存儲(chǔ)漢字字形信息的邏輯地址碼。 (6)各種漢字代碼之間的關(guān)系,2019/12/3,56,1.3 計(jì)算機(jī)指令、程序和程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言,1. 計(jì)算機(jī)指令 指令就是指揮計(jì)算機(jī)工作的命令，它告訴計(jì)算機(jī)每一步要做 什么操作、參與此項(xiàng)操作的數(shù)據(jù)來(lái)自何處、操作結(jié)果又將送往 哪里。 2. 程序 程序就是為解決某一問(wèn)題而編制、設(shè)計(jì)的指令序列。 3. 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言 程序就是為解決某一問(wèn)題而編制、設(shè)計(jì)的指令序列，這種指 令序列是要用某種計(jì)算機(jī)語(yǔ)言來(lái)設(shè)計(jì)和編制的，我們把用來(lái)編 制程序的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言稱為程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。,2019/12/3,57,(1)機(jī)器語(yǔ)言 指令系統(tǒng)也稱機(jī)器語(yǔ)言。每條指令都對(duì)應(yīng)一串二進(jìn)制代碼。 機(jī)器語(yǔ)言是計(jì)算機(jī)唯一能直接識(shí)別并執(zhí)行的語(yǔ)言。 優(yōu)點(diǎn)：計(jì)算機(jī)能直接識(shí)別并執(zhí)行；程序占用內(nèi)存少，執(zhí)行速度快；能充分發(fā)揮和利用計(jì)算機(jī)的硬件特性。 缺點(diǎn)：用機(jī)器語(yǔ)言編寫程序枯燥、繁瑣、費(fèi)時(shí)、易出錯(cuò)；機(jī)器語(yǔ)言本身難識(shí)記；設(shè)計(jì)的程序難懂、可讀性差、不通用。 (2)匯編語(yǔ)言 匯編語(yǔ)言稱作符號(hào)語(yǔ)言，即符號(hào)化了的機(jī)器語(yǔ)言。是一種用 符號(hào)表示的低級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。 優(yōu)點(diǎn)：比機(jī)器語(yǔ)言易懂、易寫、易記；程序執(zhí)行效率高、占用內(nèi)存少。 缺點(diǎn)：它仍然面向機(jī)器，因機(jī)器而異，不通用；因涉及到機(jī)器的硬件結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，較難掌握。,2019/12/3,58,(3)高級(jí)語(yǔ)言 是一種用表達(dá)各種意義的“詞”和“數(shù)學(xué)公式”按照一定的“語(yǔ)法 規(guī)則”編寫程序的語(yǔ)言，又稱高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言或算法語(yǔ)言。 這里的“高級(jí)”，是指這種語(yǔ)言接近于人的思維的自然語(yǔ)言。 例如：Fortran、Pascal、C、Basic、Lisp、C＋＋、Visual C＋＋、Visual Basic、Visual Foxpro等。 優(yōu)點(diǎn)：易學(xué)易用、通用性強(qiáng)、可靠性好、易維護(hù)、程序設(shè)計(jì)效率高。,圖1.4 匯編過(guò)程,,2019/12/3,59,用高級(jí)語(yǔ)言寫的程序稱為高級(jí)語(yǔ)言源程序，它也要經(jīng)過(guò)語(yǔ)言 處理程序把它轉(zhuǎn)換成目標(biāo)程序，計(jì)算機(jī)才能執(zhí)行。轉(zhuǎn)換方式有 兩種： “編譯”方式：,“解釋”方式：,