第一章信息技術(shù)概述

第一章信息技術(shù)概述第1頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1.4.1信息的基本單位

——比特(bit)（1）什么是比特（2）比特的運(yùn)算（3）比特的存儲(chǔ)（4）比特的傳輸?shù)?頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一比特（bit,binarydigit縮寫(xiě)）：是計(jì)算機(jī)和其他數(shù)字系統(tǒng)處理、存儲(chǔ)和傳輸信息的最小單位。用小寫(xiě)的“b”表示。比特只有兩種狀態(tài)：0，或1。數(shù)值、文字、符號(hào)、圖像、聲音、命令······都可以使用比特來(lái)表示，其具體的表示方法就稱(chēng)為“編碼”或“代碼”第3頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一用比特表示圖像第4頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一字節(jié)（byte，binaryterm的縮寫(xiě)）,用大寫(xiě)字母“B”表示，每個(gè)字節(jié)包含8個(gè)比特。

1byte=8bits（1B=8b）第5頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一比特的運(yùn)算

需要使用邏輯代數(shù)。英國(guó)數(shù)學(xué)家喬治·布爾提出，也稱(chēng)為布爾代數(shù)。第6頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

邏輯乘（“與”運(yùn)算，AND、∧、

?

）

0∧0=0；0∧1=0；1∧0=0；1∧1=1

邏輯加（“或”運(yùn)算，OR、∨、+）

0∨0=0；0∨1=1；1∨0=1；1∨1=1

取反（“非”運(yùn)算，NOT、ˉ）

0=11=0第7頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一多位二進(jìn)制信息進(jìn)行邏輯運(yùn)算時(shí)，按位獨(dú)立進(jìn)行，每一位不受同一信息的其他位影響。例：

01010101

∨1100∧110011010100

用于完成上述基本邏輯運(yùn)算的電路稱(chēng)為“門(mén)”電路。第8頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一比特在計(jì)算機(jī)中如何表示？在計(jì)算機(jī)中表示二進(jìn)位的方法：電路的高電平狀態(tài)或低電平狀態(tài)(CPU)電容的充電狀態(tài)或放電狀態(tài)(RAM)兩種不同的磁化狀態(tài)(磁盤(pán))光盤(pán)面上的凹凸?fàn)顟B(tài)(光盤(pán))···第9頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一CPU內(nèi)部通常使用高電平表示1，低電平表示00.0V0.5V2.8V3.3V010V+3v010第10頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

觸發(fā)器：在計(jì)算機(jī)等數(shù)字系統(tǒng)中，使用觸發(fā)器（雙穩(wěn)態(tài)電路）來(lái)表示。

--一個(gè)觸發(fā)器可以存儲(chǔ)1個(gè)比特，一組觸發(fā)器可以存儲(chǔ)1組比特，稱(chēng)為“寄存器”。

--

易失性存儲(chǔ)器，斷電后信息不再保持！第11頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

電容器：電容的兩極被加上電壓，電容被充電；電壓撤銷(xiāo)后，充電狀態(tài)仍會(huì)保持一段時(shí)間。電容的充電和放電狀態(tài)分別表示1和0。

--集成了數(shù)以?xún)|計(jì)微小電容的一塊半導(dǎo)體芯片，構(gòu)成了可存儲(chǔ)大量二進(jìn)位信息的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。

--

易失性存儲(chǔ)器，斷電后信息不再保持！第12頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

磁盤(pán)利用磁介質(zhì)表面區(qū)域的磁化狀態(tài)來(lái)存儲(chǔ)二進(jìn)位信息；

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非易失性存儲(chǔ)器，斷電后信息可以保持！磁盤(pán)表面磁性材料粒子第13頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

光盤(pán)通過(guò)“刻”在盤(pán)片表面上的微小凹坑的凹、凸?fàn)顟B(tài)來(lái)記錄二進(jìn)位信息。

--

非易失性存儲(chǔ)器，斷電后信息可以保持！第14頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一存儲(chǔ)容量?jī)?nèi)存儲(chǔ)器容量使用2的冪次作為單位，有助于存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)。經(jīng)常使用的單位有：

1KB=210字節(jié)=1024B（千字節(jié)）

1MB=220字節(jié)=1024KB（兆字節(jié)）

1GB=230字節(jié)=1024MB（吉字節(jié)、千兆字節(jié)）

1TB=240字節(jié)=1024GB（太字節(jié)）第15頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一外存儲(chǔ)器容量使用10的冪次作為單位：

1KB=103

B=1000B1MB=103KB=1000KB1GB=103MB=106KB1TB=103GB第16頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一現(xiàn)象

160GB的移動(dòng)硬盤(pán)電腦中實(shí)際容量/＝160GB為什么？第17頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一前綴名稱(chēng)前綴符號(hào)十進(jìn)制前綴二進(jìn)制前綴比值kilok/K103210=1,0240.976megaM106220=1,048,5760.954gigaG109230=1,073,741,8240.931teraT1012240=1,099,511,627,7760.909petaP1015250=1,125,899,906,842,6240.888exaE1018260=1,152,921,504,606,846,9760.867zettaZ1021270=1,180,591,620,717,411,303,4240.847yottaY1024280=

1,208,925,819,614,629,174,706,1760.827因?yàn)橄嗤姆?hào)，有兩種不同的含義！第18頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一不同進(jìn)位制前綴的使用場(chǎng)合內(nèi)存、cache、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器芯片的容量均使用二進(jìn)制前綴：512MB的內(nèi)存條（1M＝220

）256KB的cache（1K＝210

）文件和文件夾的大小使用二進(jìn)制前綴頻率、傳輸速率等使用十進(jìn)制前綴：主頻1GHz（1G＝109）傳輸速率100Mbps（1M＝106）外存儲(chǔ)器（硬盤(pán)、DVD光盤(pán)、U盤(pán)、存儲(chǔ)卡等）容量：廠商標(biāo)注的容量使用十進(jìn)制前綴操作系統(tǒng)顯示的容量使用二進(jìn)制前綴第19頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一解決方案：使用兩種不同的前綴符號(hào)已經(jīng)采用IEC建議符號(hào)的有：MozillaFirefox，BitTornado，Linux，以及其他一些GNU自由軟件尚未采用IEC建議符號(hào)的有：微軟公司前綴名稱(chēng)前綴符號(hào)十進(jìn)制值二進(jìn)制值比值IEC建議二進(jìn)制前綴符號(hào)kilok/K103210=1,0240.976kibi-KimegaM106220=1,048,5760.954mebi-MigigaG109230=1,073,741,8240.931gibi-GiteraT1012240=1,099,511,627,7760.909tebi-TipetaP1015250=1,125,899,906,842,6240.888pebi-PiexaE1018260=0.867exbi-EizettaZ1021270=0.847zebi-ZiyottaY1024280=

0.827yobi-Yi第20頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一比特的傳輸

經(jīng)常使用的傳輸速率單位如下：

1kb/s=103比特/秒=1000b/s1Mb/s=106比特/秒=1000kb/s1Gb/s=109比特/秒=1000Mb/s1Tb/s=1012比特/秒=1000Gb/s第21頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1.4.2比特與二進(jìn)制數(shù)（1）不同進(jìn)位制數(shù)的表示和含義（2）不同進(jìn)位制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換（3）二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算第22頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

十進(jìn)制數(shù)（D）十種符號(hào)，(0,1,2,3,4,5,6,7,8,9)

逢十進(jìn)一各位的權(quán)值是10的整數(shù)次冪（基數(shù)是10）標(biāo)志：尾部加“D”或數(shù)字10或缺省

十進(jìn)制數(shù)可以表示為Dn-1Dn-2…D1D0.

D-1…D-m

(D)10=Dn-1×10n-1+Dn-2×10n-2+…+D1×101+

D0×100+D-1×10-1+…+D-m×10-m第23頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

二進(jìn)制數(shù)

2種狀態(tài)，僅有0，1

逢2進(jìn)一各位的權(quán)值是2的整數(shù)次冪（基數(shù)為2）標(biāo)志：尾部加B或數(shù)字2

特點(diǎn)：容易實(shí)現(xiàn)，運(yùn)算簡(jiǎn)單，運(yùn)算速度快。

(B)2=Bn-1×2n-1+Bn-2×2n-2+…+B1×21+B0×20+B-1×2-1+…+B-m×2-m第24頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一八進(jìn)制數(shù)八種符號(hào)，（0、1、2、3、4、5、6、7）逢8進(jìn)1

各位的權(quán)值是8的整數(shù)次冪（基數(shù)是8）標(biāo)志：尾部加Q、O或數(shù)字8

例：

365.2Q=3×82+6×81+5×80+2×8－1=245.25第25頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一十六進(jìn)制數(shù)十六種符號(hào)，（0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F）逢16進(jìn)1

各位的權(quán)值是16的整數(shù)次冪（基數(shù)是16）標(biāo)志：尾部加H或數(shù)字16例：

F5.4H=15×161+5×160+4×16－1=245.25第26頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一不同進(jìn)位制數(shù)的比較十進(jìn)制二進(jìn)制八進(jìn)制十六進(jìn)制零0000000壹1000111貳2001022叁3001133肆4010044伍5010155陸6011066柒7011177捌81000108玖91001119拾10101012A拾壹11101113B拾貳12110014C拾叁13110115D拾肆14111016E拾伍15111117F第27頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算1位二進(jìn)制數(shù)的加、減法運(yùn)算規(guī)則：被加數(shù)加數(shù)和進(jìn)位

0000011010101101（a）加法規(guī)則被減數(shù)減數(shù)差借位

0000011110101100（b）減法規(guī)則第28頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算

2個(gè)多位二進(jìn)制數(shù)的加、減法運(yùn)算舉例：01011001+0100－010010010101由低位到高位逐位進(jìn)行！第29頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一不同進(jìn)制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換

熟練掌握不同進(jìn)制數(shù)相互之間的轉(zhuǎn)換，在編寫(xiě)程序和設(shè)計(jì)數(shù)字邏輯電路時(shí)很有用。第30頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

十進(jìn)制數(shù)與二進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)

只要把二進(jìn)制的數(shù)按位權(quán)展開(kāi)相加即可。例如：

(101.1)2=1×22+0×21+1×20+1×2-1

=(5.5)10第31頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)整數(shù)部分除2取余,逆序，第一個(gè)余數(shù)為最低位。

例：

29.6875

11101.1011B129371421222200111余數(shù)低位高位整數(shù)部分第32頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)小數(shù)部分“乘2取整”,正序，第一個(gè)乘積的整數(shù)為二進(jìn)制小數(shù)的最高位例：29.6875

11101.1011B小數(shù)部分0.6875×21.37500.75001.50001.0000×2×2×2高位低位第33頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)把每個(gè)八進(jìn)制數(shù)字改寫(xiě)成等值的3位二進(jìn)制數(shù)即可，且保持高、低位次序不變。

16.327O=001

110.011

010

111

B八進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)八進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)

00004100100151012010611030117111第34頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制數(shù)

整數(shù)部分從低位到高位每3位用一個(gè)等值的八進(jìn)制數(shù)替換，最后不足3位在高位用0補(bǔ)足；小數(shù)部分從高位到低位每3位用一個(gè)等值的八進(jìn)制數(shù)替換，最后不足3位在低位用0補(bǔ)足。

11101.01B=

.B=11101010035.2O第35頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一十六進(jìn)制數(shù)與二進(jìn)制數(shù)間的轉(zhuǎn)換方法同八進(jìn)制數(shù)與二進(jìn)制數(shù)間的轉(zhuǎn)換方法類(lèi)似。區(qū)別在于——二進(jìn)制數(shù)要用4位。

4C.2EH=？B11101.01B=？H=0100

1100.0010

1110B0001

1101.0100B1D.4H第36頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1.4.3整數(shù)(定點(diǎn)數(shù))的表示（1）計(jì)算機(jī)中數(shù)的類(lèi)型（2）無(wú)符號(hào)整數(shù)的表示（3）帶符號(hào)整數(shù)的表示第37頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

整數(shù)不使用小數(shù)點(diǎn)，或者說(shuō)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“定點(diǎn)數(shù)”。整數(shù)分為兩類(lèi)：無(wú)符號(hào)整數(shù)和帶符號(hào)整數(shù)。第38頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一--無(wú)符號(hào)整數(shù)一定是正整數(shù)，可以是8位、16位、32位甚至更多（8的整數(shù)倍）--n位二進(jìn)制表示的正整數(shù)取值范圍是0~2n-1。無(wú)符號(hào)整數(shù)的表示十進(jìn)制數(shù)8位無(wú)符號(hào)整數(shù)

00000000010000000120000001030000001140000010050000010125211111100253111111012541111111025511111111······第39頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一帶符號(hào)整數(shù)的表示（1），原碼表示：

--

用最高位作為符號(hào)位，“0”表示“+”，“1”

表示“-”--其余各位表示數(shù)值的大小。

--n個(gè)二進(jìn)制原碼表示的帶符號(hào)整數(shù)的取值范圍是——-2n-1+1~+2n-1-1第40頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

負(fù)整數(shù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)部采用“補(bǔ)碼”進(jìn)行表示：符號(hào)位仍是“1”，絕對(duì)值部分是對(duì)原碼的每一位取反后再在末位加“1”。例：

(-43)原=10101011，絕對(duì)值部分每一位取反后為：11010100，末位加“1”得到：(-43)補(bǔ)

=11010101n位補(bǔ)碼可表示的整數(shù)范圍：-2n-1～2n-1-1帶符號(hào)整數(shù)的表示（2），補(bǔ)碼表示反碼第41頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一注意：正整數(shù)無(wú)論采用原碼還是補(bǔ)碼，其編碼都相同。采用補(bǔ)碼表示負(fù)數(shù)后，加法減法運(yùn)算就可以統(tǒng)一用加法器來(lái)完成。負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼如何變回原碼？第42頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一注意：相同位數(shù)的二進(jìn)制補(bǔ)碼可表示的數(shù)的個(gè)數(shù)比原碼多一個(gè)！8位二進(jìn)制代碼無(wú)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)0000000000000000001111……………………0111111112712712710000000128-0-12810000001129-1-127……………………11111111255-127-1第43頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一補(bǔ)碼如何還原為原碼？--符號(hào)位仍是“1”，--其余部分對(duì)反碼的每一位取反后再在末位加“1”。第44頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一故——計(jì)算機(jī)中整數(shù)有多種，同一個(gè)二進(jìn)制代碼表示不同類(lèi)型的整數(shù)時(shí)，其含義（數(shù)值）可能不同一個(gè)代碼它到底代表哪種整數(shù)（或其它東西），是由指令決定的第45頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1.4.4實(shí)數(shù)(浮點(diǎn)數(shù))的表示

（選講）第46頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一任意一個(gè)實(shí)數(shù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)部都可以用“指數(shù)”（稱(chēng)為“階碼”，是一個(gè)整數(shù)）和“尾數(shù)”（是一個(gè)“純小數(shù)”）來(lái)表示，這種用指數(shù)和尾數(shù)來(lái)表示實(shí)數(shù)的方法叫“浮點(diǎn)表示法”。

1001.011=2100×（0.1001011）

-0.0010101=2-10×（-0.10101）

-111001010=21001×（-0.111001010）第47頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

例：-111001010=21001×（-0.111001010）32位的單精度浮點(diǎn)數(shù)在計(jì)算機(jī)中可表示為：

尾數(shù)符號(hào)位8位23位階碼111001010000010000000…0001001第48頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1、在下列關(guān)于集成電路的敘述中，錯(cuò)誤的是

。A.現(xiàn)代集成電路使用的半導(dǎo)體材料主要是硅（Si）B.Moore定律指出單塊IC的集成度平均每半年翻一番C.我國(guó)第