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大学计算机基础0101第第1章章 计算机基算机基础知知识l了解计算机的历史，掌握计算机发展的四个阶段及计算机的特征、分类与应用l掌握计算机的硬件系统和软件系统的组成及功能l掌握计算机中信息的表示方法和不同进制数间的转换方法l了解多媒体技术l了解计算机病毒的产生、危害及其防范l具备基本的信息安全防范知识与技能知识与技能目标计算机的发展第1章 计算机基础知识计算机系统信息的表示多媒体技术简介目录1.11.11.41.41.31.31.21.2信息安全基础1.51.5计算机的发展1.11.1本节介绍计算机的诞生、世界计算机史上发展的四个阶段、我国计算机的发展、计算机的主要特征、计算机的多种分类方法、计算机的应用领域和未来计算机的发展趋势。1.11.1计算机的算机的发展展计算机的特征计算机发展趋势计算机的诞生计算机的发展历程1.1.11.1.31.1.41.1.2计算机的算机的诞生生n人类第一台通用数字式电子计算机ENIAC（简称“埃尼阿克”）的诞生1.1.1ENIAC长30.48米，宽6米，高2.4米，占地面积约170平方米，重达30吨，耗电150千瓦，包含了17468根真空管（电子管），7200根晶体二极管，70000个电阻器，10000个电容器，1500个继电器，6000多个开关。每秒执行5000次加法或400次乘法。时间：1946年2月15日地点：美国宾夕法尼亚大学莫尔学院主要任务和单位：约翰莫克利美国陆军弹道研究所美国陆军阿伯丁弹道实验室图1-1 ENIAC计算机的算机的发展展按照通常的标准，根据计算机所采用的物理器件不同，把计算机的发展划分为4个阶段，如表1-1所示。1.1.2表1-1计算机发展的四个阶段年代部件第一阶段（1946-1959）第二阶段（1959-1964）第三阶段（1964-1972）第四阶段（1972年至今）物理器件电子管晶体管中小规模集成电路大规模、超大规模集成电路内存汞延迟线磁芯存储器半导体存储器半导体存储器外存储器穿孔卡片、纸带磁带磁带、磁盘磁盘、磁带、光盘等大容量存储器软件机器语言、汇编语言高级语言、简单的操作系统多种功能较强的操作系统、会话式语言可视化操作系统、数据库、多媒体、网络软件处理速度（每秒指令数）5千至几万条几万至几十万条几十万至几百万条上千万至万亿条应用领域科学计算科学计算、数据处理、事务管理实现标准化系列化，应用于各个领域广泛应用于各个领域代表机器UNIVAC-I、EDVACIBM-7000IBM-360、CDC-6000IBM4300系列、3080系列、3090系列和9000系列计算机的算机的发展展计算机采用的主要物理器件如下图1-2所示：1.1.2图1-2 电子管（左）、晶体管（中）、集成电路（右）1956周恩来总理亲自提议、主持并制定我国十二年科学技术发展规划，启动了我国计算机科研、生产、教育发展计划。19571958196419711974中国第一台计算机103型通用数字电子计算机研制成功，运行速度为每秒1500次。第三代集成电路计算机研制成功。第一台微机DJS-130面世。第二代晶体管计算机研制成功。哈尔滨工业大学研制成功中国第一台模拟式电子计算机。计算机的算机的发展展1.1.2l中国计算机的发展史1983中国第一台被命名为“银河”的亿次巨型电子计算机在国防科技大学诞生，“银河”的运算速度超过1亿次/秒。19841987199319952000第一台国产的286微机长城286正式推出。北京市曙光计算机公司又推出了曙光1000，其与美国Intel公司1990年推出的大规模并行机体系结构与实现技术相近，这标志着我国的计算机技术水平与国外的差距缩小到5年左右。国家并行计算机工程技术研究中心牵头研制高性能计算机“神威一号”，其主要技术指标和性能达到国际先进水平。国家智能计算机研究开发中心（后成立北京市曙光计算机公司）研制成功曙光一号全对称共享存储多处理机。联想集团的前身新技术发展公司成立，中国出现第一次微机热。计算机的算机的发展展1.1.2l中国计算机的发展史2009国防科技大学研制的首台千万亿次“天河一号”超级计算机问世。“天河一号”以每秒2570万亿次的实测运算速度成为世界运算速度最快的超级计算机。201320162018“神威太湖之光”研制成功，它成为世界上第一台突破10亿亿次/秒运算速度的超级计算机，创造了速度、持续性、功耗比三项指标世界第一。世界超算组织对全世界的最快的十台超级计算机进行统计，中国的“神威太湖之光”和“天河二号”分别位于第三名、第四名。“天河二号”研制成功，其峰值运算速度达到亿亿次/秒。“天河二号”超级计算机位列世界TOP500第一名。计算机的算机的发展展1.1.2l中国计算机的发展史1.计算机的特点2.计算机的分类3.计算机的应用领域计算机的特征算机的特征1.1.3计算机的特征算机的特征（1）自动化程度高（2）运算速度快（3）计算精度高（4）存储容量大（5）具有准确的逻辑判断能力（6）通用性强（7）具有网络与通信功能1.1.31.计算机的特点计算机的特征算机的特征可以从不同的角度对其进行分类。（1）按照处理数据信息的形式分类l数字计算机l模拟计算机l数字模拟混合计算机1.1.32.计算机的分类计算机的特征算机的特征（2）按照计算机规模分类l巨型机，又称为超级计算机、高性能计算机l大型机l小型机l工作站，介于小型机和个人计算机之间的一种高档微型计算机l个人计算机，也称为微型计算机，简称微机l服务器，“服务器”一词更多意义上是描述计算机在应用中的角色，而不是计算机的档次。1.1.32.计算机的分类计算机的特征算机的特征（3）按照计算机使用用途分类l通用计算机，市场上销售的计算机大多属于通用计算机l专用计算机，一般专机专用1.1.32.计算机的分类计算机的特征算机的特征（1）科学计算（2）数据处理（3）实时控制（4）计算机辅助l计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）l计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing，CAM）l计算机辅助教育（Computer Aided Education，CAE），包括计算机辅助教学（Computer Aided Instruction，CAI）和计算机辅助管理教学（Computer Managed Instruction，CMI）l计算机辅助测试（Computer Aided Testing，CAT）1.1.33.计算机的应用领域计算机的特征算机的特征（5）人工智能，Artificial Intelligence，AI（6）办公自动化，Office Automation，OA（7）网络与通信（8）数字娱乐（9）多媒体应用（10）嵌入式系统1.1.33.计算机的应用领域1.电子计算机的发展方向2.未来新一代的计算机计算机算机发展展趋势1.1.4巨型化计算机算机发展展趋势1.1.4智能化微型化网络化多媒体化1.电子计算机的发展方向模糊计算机计算机算机发展展趋势1.1.4超导计算机生物计算机光子计算机量子计算机2.未来新一代的计算机计算机系统1.21.2本节介绍计算机系统的组成，包括硬件系统和软件系统，算法的概念。1.21.2计算机系算机系统计算机系统的组成如图1-3所示：图1-3 计算机系统1.21.2计算机系算机系统计算机的硬件系统计算机的软件系统1.2.11.2.2计算机的硬件系算机的硬件系统计算机的硬件结构方面，一直遵循冯诺依曼体系结构。冯诺依曼计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成，各部件之间通过总线实现连接，并与外部其他设备实现数据传送。以存储器为中心的计算机结构如图1-4所示。1.2.1图1-4以存储器为中心的计算机结构图计算机的硬件系算机的硬件系统计算机的工作原理是：程序设计人员根据用户的要求编制计算机程序代码，用户将程序和原始数据通过输入设备输入到计算机，计算机将程序和数据转换为可识别的二进制代码存入存储器中，运行程序按照程序既定的指令顺序依次由控制器发出相应的控制命令，取出存储器中的数据送至运算器中进行运算，运算结束后再由运算器送回存储器中保存。如果需要显示或打印结果，则由控制器发出控制命令，从存储器中取出结果，经输出设备将计算机内的二进制代码转换成人们习惯的十进制数值、文字、图形、图像、音频、视频等信息输出。1.2.1计算机的硬件系算机的硬件系统 运算器是执行算术运算和逻辑运算的部件。它是计算机能够完成各种复杂操作的关键部件，由算术逻辑单元（Arithmetic Logical Unit，ALU）、累加器、状态寄存器和通用寄存器等组成。ALU是运算器中实现四种算术运算和各种逻辑运算（等）的核心部件。运算器能执行多少种操作及运算器的执行速度，标志着运算器能力的强弱，甚至标志着计算机本身的能力。1.2.11.运算器计算机的硬件系算机的硬件系统 控制器是计算机的神经中枢，它指挥各个部件自动、协调地工作。计算机的自动计算过程就是执行已存入存储器的程序的过程，而执行程序的过程就是执行一条条指令的过程，即周而复始地按一定的顺序取指令、分析指令和执行指令的过程。对控制器而言，真正的作用在于对机器指令执行过程的控制。1.2.12.控制器计算机的硬件系算机的硬件系统 运算器和控制器被集成在一块芯片上，称为中央处理器或微处理器（Central Processing Unit，CPU）如图1-5所示。CPU是计算机的总指挥和运算中心，负责整个计算机系统的协调、控制及运算。1.2.1CPU图1-5Intel公司生产的CPUCPU的性能一定意义上决定了计算机的性能，能够处理数据的位数是CPU的一个主要性能标志。此外，时钟主频是指CPU的时钟频率，是微型计算机性能的一个重要指标，它的高低一定程度上决定了计算机运行的快慢。计算机的硬件系算机的硬件系统 存储器是计算机存储程序和数据的部件。计算机中的大量操作是往存储器中读取或者写入数据。一般而言，存储容量越大，存储速度越快越好。而存储器的工作速度相对于CPU的运算速度要低很多，因此存储器的工作速度往往会制约计算机的运算速度。计算机的存储器一般分为内存（又称为内部存储器或主存）和外存（又称为外部存储器或辅存）两大类。1.2.13.存储器计算机的硬件系算机的硬件系统（1）内存 内存是安装在主板上的存储部件，可以直接被CPU访问。内存用来存储当前正在执行的数据、程序和结果，具有容量小，存取速度快的特点，但一旦断电，其中保存的数据全部丢失。按照功能可以分为随机存储器、只读存储器和高速缓冲存储器。1.2.13.存储器图1-6随机存储器RAM（左）和只读存储器ROM（右）计算机的硬件系算机的硬件系统（1）内存l随机存储器RAMl只读存储器ROMl高速缓冲存储器Cache1.2.13.存储器计算机的硬件系算机的硬件系统内存储器的主要性能指标有两个：存储容量和存取速度。存储容量是指一个存储器包含的存储单元总数。常用的存储单位有字节B、千字节KB、兆字节MB、吉字节GB（又称“千兆字节”）、万亿字节TB（又称“太字节”）、千万亿字节PB等。它们之间的换算关系如下：1KB=1024B=210B 1MB=1024KB=220B 1GB=1024MB=230B1TB=1024GB=240B 1PB=1024TB=250B 存取速度一般用存储周期来表示，也就是CPU从内存储器中读取或写入数据所需的时间。1.2.13.存储器计算机的硬件系算机的硬件系统（2）外存 外存可以存放大量的程序和数据，而且断电后信息不会丢失。大部分外存可以移动，便于不同计算机之间进行信息交流。常见的外存有硬盘、U盘和光盘。1.2.13.存储器计算机的硬件系算机的硬件系统（2）外存n硬盘 硬盘是微型计算机上主要的外部存储设备。如果从存储数据的介质上来区分，硬盘可以分为机械硬盘（Hard Disk Drive，HDD）和固态硬盘（Solid State Disk，SSD）。机械硬盘采用磁性盘片来存储数据，固态硬盘通过闪存颗粒来存储数据。1.2.13.存储器计算机的硬件系算机的硬件系统（2）外存p机械硬盘 它是由磁盘片、磁头、读写控制电路和驱动机构封装组成的，具有容量大、可靠性高、防尘性好的特点。1.2.13.存储器图1-7 HDD上的磁道、扇区和簇在HDD内部通常包含多个磁盘片，这些磁盘片被安装在一个同心轴上，每个磁盘片有两个磁表面（磁面，又称为盘面），每个磁面由若干个同心圆组成，每个同心圆叫做磁道，由外向里分别为0磁道、1磁道、n磁道。计算机的硬件系算机的硬件系统（2）外存p固态硬盘 固态硬盘和传统的机械硬盘最大的区别在于不再采用盘片进行数据存储，而采用存储芯片进行数据存储。SSD在接口的规范和定义、功能及使用方法上与HDD完全相同，在产品外形和尺寸上也和HDD一致。SSD与HDD相比，具有读写速度快、能耗低、无噪声、抗震动、体积小的优点，只是价格比HDD要高，而且使用寿命有限。1.2.13.存储器计算机的硬件系算机的硬件系统（2）外存机械硬盘HDD和固态硬盘SSD的外观如图1-8所示。1.2.13.存储器图1-8机械硬盘HDD（左）和固态硬盘SSD（右）计算机的硬件系算机的硬件系统（2）外存机械硬盘HDD和固态硬盘SSD的内部结构图如图1-9所示。1.2.13.存储器图1-9HDD内部结构图（左）和SSD内部结构图（右）计算机的硬件系算机的硬件系统（2）外存nU盘 U盘全称为USB（Universal Serial Bus）闪存驱动器，也可称为“优盘”。U盘集磁盘存储技术、闪存技术及通用串行总线技术于一体。其与硬盘最大不同是，不需要物理驱动器即可实现插即用、可带电插拨，便于携带，存取速度快，可靠性高，可擦写达100万次。USB接口的传输率有USB1.0为1.5Mb/s，USB1.1为12Mb/s，USB2.0为480Mb/s，USB3.0为5.0Gb/s。采用USB2.0接口的设备较多，不过由于NAND闪存技术的限制，其实际读写速度无法达到标准所支持的理论最高传输速度。目前常用的有8GB、16GB、32GB、64GB等。1.2.13.存储器计算机的硬件系算机的硬件系统（2）外存n光盘 光盘存储器简称光盘，是以光信息作为存储信息的载体来存储数据。光盘通常分为三类，一是只读型光盘，用户只能读取光盘上已有的信息，不能写入信息；二是只写一次型光盘，用户可以向光盘中写入一次信息，写入完成之后就只能读取光盘上的内容了；三是可重写型光盘，用户可以多次读取或写入光盘上的内容。衡量光盘驱动器传输速率的指标是倍速。光驱的读取速度以150KB/s的单倍速为基准，CD-ROM的速率标准有2倍速、4倍速、8倍速等，目前可达到50倍速。1.2.13.存储器计算机的硬件系算机的硬件系统（2）外存1.2.13.存储器图1-10 U盘图1-11 光盘计算机的硬件系算机的硬件系统 输入设备（Input Devices）是外界向计算机输入数据和信息的设备，通过输入设备可以把程序、数据、图像、语音等内容送入到计算机中，是计算机与用户进行交流的入口。（1）键盘 键盘（Key Board）是最常见的计算机输入设备，它广泛应用于微型计算机和各种终端设备上。用户通过键盘将字母、数字、符号、汉字等输入到计算机之中，同时也可以通过键盘向计算机发出指令。1.2.14.输入设备计算机的硬件系算机的硬件系统（1）键盘 常见的键盘有101键、104键、手写键盘、人体工程学键盘、无线键盘等。常见的键盘接口标准有PS/2、USB两种。目前市面上键盘都采用“QWERTY”的按键排列布局，图1-12为标准104键盘。1.2.14.输入设备图1-12 104键盘计算机的硬件系算机的硬件系统（1）键盘 键盘一般分为主键盘区、功能键区、控制键区、数字键区和状态指示区，如图1-13所示。1.2.14.输入设备图1-13 键盘功能分区图计算机的硬件系算机的硬件系统（1）键盘 主键盘区的定位键是“F”键和“J”键，键盘中的“A”、“S”、“D”、“F”、“J”、“K”、“L”、“;”这八个按键又称为基准键，准备打字时，双手拇指放在空格键，左手食指和右手食指分为位于“F”键和“J”键。其余手指分别向左、向右自然散开在基准键上。图1-15为手指分工图。1.2.14.输入设备图1-15 手指分工图计算机的硬件系算机的硬件系统（2）鼠标器 简称为鼠标（Mouse），是计算机显示系统纵横坐标定位的指示器，因形似老鼠而得名“鼠标”。在图形化的操作系统中，鼠标可以完成键盘能完成的大部分工作，而且更加直观、方便和快捷。按其工作原理的不同可以分为机械鼠标和光电鼠标，机械鼠标目前已经被市场所淘汰。光电鼠标中有线鼠标和无线鼠标如图1-16所示。1.2.14.输入设备图1-16 有线鼠标（左）和无线鼠标（右）计算机的硬件系算机的硬件系统（3）其他输入设备 输入设备除了最常用的键盘、鼠标外，还有扫描仪、条形码阅读器、触摸屏、手写笔、语音输入设备（麦克风）、图像输入设备（数码相机、摄像头）等。其他常见的输入设备如图1-17所示。1.2.14.输入设备图1-17 常见的输入设备计算机的硬件系算机的硬件系统 输出设备（Output Devices）可以将计算机内各种计算结果数据或信息以数字、字符、图形、图像、声音等形式显示或打印出来，是计算机与用户进行沟通的窗口。常用的输出设备有显示器、打印机、绘图仪、语音输出、影像输出等。（1）显示器 通常也称为监视器，是计算机最主要的输出设备之一，是人们和计算机进行交互的主要工具。1.2.15.输出设备计算机的硬件系算机的硬件系统（1）显示器 按其采用的显示器件可分为阴极射线管（Cathode Ray Tube，CRT）显示器、液晶显示器（Liquid Crystal Display，LCD）和等离子显示器（Plasma Display Panel，PDP）等。阴极射线管显示器和液晶显示器如图1-18所示。1.2.15.输出设备图1-18 阴极射线管显示器（左）和液晶显示器（右）计算机的硬件系算机的硬件系统（2）打印机 打印机也是计算机系统中常用的输出设备之一，它能将计算机里的文字或图形输出在纸上。通常我们按照其工作方式进行分类。如图1-19至1-21所示为常见打印机类型。1.2.15.输出设备图1-19 点阵式打印机图1-20 喷墨打印机图1-21 激光打印机计算机的硬件系算机的硬件系统 计算机硬件系统的五大部件并不是孤立存在的，它们在处理信息的过程中需要相互连接和传输信号。计算机的结构反映了计算机各个组成部件之间的连接方式。现代计算机普遍采用总线结构，也就是系统各部件分别连接在一条公共通道上，这条公共通道并称为总线（Bus），总线可以传递数据和控制信号。1.2.16.计算机的结构图1-22 基于总线结构的计算机示意图计算机的算机的软件系件系统软件系统是为运行、管理和维护计算机正常运行所编制的各种程序、数据和文档的总称。没有安装软件的计算机称为“裸机”，裸机只能识别由“0”和“1”组成的机器代码。而计算机要正常运转并发挥出其应有的作用，还需要完善的软件系统。如图1-23所示为计算机系统层次结构图。1.2.2图1-23 基于总线结构的计算机示意图计算机的算机的软件系件系统（1）程序（2）程序设计语言l机器语言l汇编语言l高级语言（3）程序开发集成环境1.2.21.程序和程序设计语言计算机的算机的软件系件系统 系统软件是计算机系统必备的软件，它的主要功能是控制和协调计算机及外部设备，支持应用软件开发和运行的软件。系统软件可以看作是用户与硬件系统的接口，为用户和应用软件提供了控制和访问硬件的手段。系统软件中最主要的是操作系统，它提供了一个其他软件运行的环境。如图1-25所示为软件系统的层次结构。1.2.22.系统软件图1-25 软件系统层次结构图计算机的算机的软件系件系统 应用软件是用户可以使用的各种程序设计语言，以及用各种程序设计语言编制的应用程序的集合。它们具有很强的实用性，可以分为用户程序和应用软件包。（1）用户程序 用户为解决具体问题而开发的软件称为用户程序。（2）应用软件包 应用软件包是利用计算机解决某类问题而设计的程序的集合，可以供多用户使用。1.2.23.应用软件计算机的算机的软件系件系统（1）什么是算法？一切解决或处理某一问题及事件的方法都可称之为算法。计算机算法是计算机软件技术的灵魂,是用来详细描述计算机如何解决问题的处理步骤。算法往往采用自然语言、流程图或伪代码方式表示,以保持移植性,而不受限于具体语言。1.2.24.计算机算法计算机的算机的软件系件系统（2）算法的意义 算法思想渗透在我们生活中的方方面面，人们平时旅游或出差的出行问题就会用到最优或最短路径算法,不同的选择会造就不同的出行路径。面对大数据时代的到来,针对海量数据,如何设计高效的算法获取需要的信息显得尤为重要和迫切。1.2.24.计算机算法信息的表示1.31.3本节介绍计算机中信息的表示方法，计算机中采用的数制及其相互转换，西文字符和中文字符的编码方式。1.31.3信息的表示信息的表示 在计算机中，各种信息都是以二进制的形式表示的，这是由计算机电路所采用的元器件决定的。计算机中采用了具有两个稳定状态的二值电路，用低电位表示“0”，高电位表示“1”。相对十进制而言，采用二进制的表示方法运算简单、易于物理实现、通用性强、成本低。1.31.3信息的表示信息的表示数据与信息数制及其转换1.3.11.3.2字符的编码1.3.3数据与信息数据与信息数据（Data）是对客观事物的符号表示。数值、文字、语言、图形、图像等都是不同形式的数据。信息（Information）是指数据经过加工处理后所获取的有用知识，是以某种数据形式表现的。数据和信息是两个相互联系但又相互区别的概念，数据是信息的具体表现形式，信息是数据的有意义的表现。计算机内部采用二进制来表示各种信息，但计算机与外部进行交互是采用人们熟悉和便于阅读的形式，如十进制数据、文字显示以及图形描述等。其间的转换由计算机系统的硬件和软件来实现。1.3.1数制及其数制及其转换 按进位的原则进行的计数方法称为进位计数制，数的进位计数制简称为数制。日常生活中，人们使用的数据一般是十进制表示的，十进制计数时逢十进一，十进制就是一种进位计数制。而计算机中所有的数据都是使用二进制表示的，但由于二进制书写较为冗长、易出错，而十进制和二进制之间的转换比较复杂，因此引进了十六进制和八进制。它们可统一称为R进制。1.3.21.数制数制及其数制及其转换表1-2 计算机中常用的几种进制数的表示1.3.21.数制进位制基数数码进位规则位权标识符号二进制20,1二进一2iB八进制80,1,2,3,4,5,6,7八进一8iO或Q十进制100,1,2,3,4,5,6,7,8,9十进一10iD十六进制160,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F十六进一16iH数制及其数制及其转换表1-3计算机中常用进制数的对照表1.3.21.数制十进制二进制八进制十六进制00000001000111200102230011334010044501015560110667011177十进制二进制八进制十六进制810001089100111910101012A11101113B12110014C13110115D14111016E15111117F数制及其数制及其转换（1）R进制转换为十进制在人们熟悉的十进制表示中，4165.23可以表示成如下形式：4165.23D=4103+1102+6101+5100+210-1+310-2 上式中的103、102、101、100、10-1、10-2是4165.23这个十进制数各位数码的权，可以看出，个位、十位、百位等上的数字只有乘上它们的权值，才能真正表示该位的实际数值。1.3.22.进制之间的转换数制及其数制及其转换（1）R进制转换为十进制将R进制数按权展开求和即可得到相应的十进制数，这也是R进制转换为十进制的方法。例如：1101.01B=12312202112002-112-2=13.25D533Q=582381380=347D16BH=1162616111160=363D1.3.22.进制之间的转换数制及其数制及其转换（2）十进制转换为R进制 将十进制转换为R进制时，可将该数分成整数和小数两部分分别进行转换，然后再拼接起来就可以了。l整数部分：采用“除R（基数）取余后反向取”，即转换中除以基数（2、8或者16）取余数，直到商为0，最后得到的余数倒序排列，即为转换后的整数部分。l小数部分：采用“乘R（基数）取整正向取”，即转换中乘以基数（2、8或者16）取整数，直到小数部分的位数达到要求的精度时为止，即为转换后的小数部分。1.3.22.进制之间的转换数制及其数制及其转换（2）十进制转换为R进制【例1-1】将十进制数253.125转换为二进制数。1.3.22.进制之间的转换转换结果：253.125D=11111101.001B数制及其数制及其转换（2）十进制转换为R进制【例1-2】将十进制数225.15转换成八进制数，要求结果精确到小数点后3位。1.3.22.进制之间的转换转换结果：225.15D=341.114Q数制及其数制及其转换（3）二进制数、八进制数和十六进制数的相互转换 由于二进制、八进制和十六进制之间存在特殊关系：81=23、161=24，即一位八进制数可以转换为三位二进制数，三位二进制数可以转换为一位八进制数，一位十六进制数可以转换为四位二进制数，四位二进制数可以转换为一位十六进制数。因此转换方法比较容易。1.3.22.进制之间的转换数制及其数制及其转换（3）二进制数、八进制数和十六进制数的相互转换1.3.22.进制之间的转换表1-4八进制数与二进制数、十六进制数之间的关系八进制数对应二进制数十六进制数对应二进制数十六进制数对应二进制数01234567000001010011100101110111012345670000000100100011010001010110011189ABCDEF10001001101010111100110111101111数制及其数制及其转换 根据这种对应关系，二进制数转换八进制数时，以小数点为中心向左右两边分组，每3位一组，两头不足3位补0即可。同样二进制数转换十六进制数时，按照4位为一组进行分组对照即可。1.3.22.进制之间的转换【例1-3】将二进制数10111011.100101转换成八进制数。010111011100101 2 7 3 4 5转换结果：10101011.110101B=273.45Q数制及其数制及其转换【例1-4】将二进制数11101011.1101011转换成十六进制数。11101011.11010110 E B D 6转换结果：10101011.110101B=EB.D6H1.3.22.进制之间的转换【例1-5】将八进制数713.76转换成二进制数。7 1 3.7 6111001011.111110转换结果：713.76Q=111001011.11111B数制及其数制及其转换【例1-6】将十六进制数2F.C4转换为二进制数。2 F.C 400101111.11000100转换结果：2F.C4H=101111.110001B1.3.22.进制之间的转换【例1-7】将十六进制数16B.68转换为八进制数。八进制数和十六进制数之间通常借助二进制进行转换。1 6 B.6 8000101101011.01101000 101 101 011.011 010 5 5 3.3 2转换结果：16B.68H=553.32Q数制及其数制及其转换 计算机中的基本运算有两类：一是算术运算；二是逻辑运算。算术运算包括加、减、乘、除；逻辑运算包括逻辑与、逻辑或、逻辑非、逻辑异或。逻辑运算是按照位进行运算的。1.3.23.二进制数的运算数制及其数制及其转换1.3.23.二进制数的运算（1）算术运算二进制数的算术运算与十进制数的加、减、乘、除运算类似，下面是二进制的算术运算规则。加法：0+0=0、0+1=1、1+0=1、1+1=10减法：0-0=0、0-1=-1、1-0=1、1-1=0乘法：00=0、01=0、10=0、11=1除法：01=0、11=1数制及其数制及其转换【例1-8】求二进制1001与二进制0101的和。1.3.23.二进制数的运算计算结果：1001B+0101B=1110B数制及其数制及其转换【例1-9】求二进制1110与二进制1011的差。1.3.23.二进制数的运算计算结果：1110B-1011B=0011B数制及其数制及其转换【例1-10】求二进制1101与二进制1001的乘积。1.3.23.二进制数的运算计算结果：1101B1001B=1110101B数制及其数制及其转换【例1-11】求二进制1000001与二进制101的商。1.3.23.二进制数的运算计算结果：1000001B101B=1101B数制及其数制及其转换1.3.23.二进制数的运算（2）逻辑运算 逻辑运算是逻辑变量之间的运算，运算的结果不表示数值的大小，而表示逻辑概念，也就是成立或者不成立。通常用“1”表示逻辑真（成立），用“0”表示逻辑假（不成立）。逻辑与（用“”或“AND”表示）：00=0、01=0、10=0、11=1逻辑或（用“”或“OR”表示）：00=0、01=1、10=1、11=1逻辑非（用“”表示）：0=1、1=0逻辑异或（用“NOR”表示）：0 NOR 0=1、0 NOR 1=1、1 NOR 0=1、1 NOR 1=0数制及其数制及其转换【例1-12】设X=10101011，Y=00100110，求XY的结果。1.3.23.二进制数的运算运算结果：XY=1010101100100110=00100010101010110010011000100010数制及其数制及其转换【例1-13】设X=10101011，Y=00100110，求XY的结果。1.3.23.二进制数的运算运算结果：XY=1010101100100110=10101111101010110010011010101111数制及其数制及其转换【例1-14】设X=10101011，求X的结果。1.3.23.二进制数的运算运算结果：X=01010100数制及其数制及其转换【例1-15】设X=10101011，Y=11001100，求X NOR Y的结果。1.3.23.二进制数的运算运算结果：X NOR Y=10101011 NOR 11001100=0110011110101011NOR1100110001100111字符的字符的编码字符包括西文字符（字母、数字、各种符号）和中文字符，即所有非数值数据。由于计算机是以二进制的形式存储和处理数据的，因此字符也必须按规则转换为二进制代码才能被计算机识别和处理，这种二进制代码称为字符编码。字符编码的方式如下，首先确定需要编码的字符总数，然后将每一个字符按顺序确定具体的编码值，编码值作为识别和使用这些字符的依据。字符形式的多少涉及编码的位数。对西文字符和中文字符，由于形式的不同，采用了不同的编码方式。1.3.3字符的字符的编码（1）西文字符的编码计算机中最常用的西文字符编码是ASCII（American Standard Code for Information Interchange，美国标准信息交换码），这个编码标准被国际标准化组织（ISO）指定为国际标准。ASCII码有7位码和8位码两种版本。国际通用的是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。1.3.3字符的字符的编码表1-57位ASCII编码表1.3.3高三位低四位0000010100111001011101110000NULDLESP0Pp0001SOHDC1!1AQaq0010STXDC2“2BRbr0011ETXDC3#3CScs0100EOTDC4$4DTdt0101ENQNAK%5EUeu0110ACKSYN&6FVfv0111BELETB7GWgw1000BSCAN(8HXhx1001HTEM)9IYiy1010LFSUB*:JZjz1011VTESC+;Kk1100FFFS,Nn1111SIUS/?OoDEL字符的字符的编码在ASCII码表中的前32个和最后一个为控制码，是不可显示或打印的，主要用于控制计算机某些外围设备的工作特性和某些计算机软件的运行情况。比如，CR称为回车字符，是换行控制符。其余95个为可显示或打印字符（但空格是看不见的，因此实际可显示或打印的字符为94个），包括英文大小写字母52个，09共10个数字，标点符号、运算符号和其他符号共33个。另外从ASCII码表中可以看出，字符码值的分布是具有一定规律的：l09这十个阿拉伯数字的ASCII码值均小于大写字母的ASCII码值；lAZ这26个英文大写字母的ASCII码值均小于小写字母的ASCII码值；l09的ASCII码值、大小写英文字母的ASCII码值按其各自的顺序依次递增1；l相同字母的ASCII码值，小写字母的ASCII码值等于大写字母的ASCII码值加上32D（或20H）。1.3.3字符的字符的编码（2）中文字符的编码ASCII码只对英文字母、数字和标点符号作了编码。为了使计算机能够处理、显示、打印、交换汉字字符等，同样也需要对汉字进行编码。n汉字的国标码 我国于1980年发布了国家汉字编码标准信息交换用汉字编码字符集基本集（GB2312-1980简称GB码，也称汉字信息交换码，即国标码）。该标准收录了最常用的6763个汉字，这些汉字分成两级：一级汉字有3755个，按汉语拼音排列：二级汉字有3008个，按偏旁部首排列。由于一个字节只能表示256种编码，所以一个国标码是用两个字节来表示。1.3.3字符的字符的编码n汉字的国标码 为了与ASCII码兼容，汉字输入区位码和国标码之间有一个转换关系。具体方法是：将一个汉字的十进制区号和十进制位号分别转换成十六进制；然后再分别加上20H（十进制就是32，因是非图形字符码值），就成为汉字的国标码。1.3.3【例1-16】已知汉字“中”的区位码为5448D，求其国标码。如下所示：字符的字符的编码n汉字的机内码 汉字内码是为在计算机内部对汉字进行存储、处理的汉字代码，它的作用是统一了各种不同汉字输入码在计算机内的表示。一个汉字输入计算机后转换为内码，然后才能在机器内传输、处理。汉字的国标码和机内码转换的规则是：汉字机内码=汉字国标码+8080H。1.3.3【例1-17】已知汉字“啊”的区位码是1601D，求其机内码。再将其国标码转换为机内码，如下所示：3021H+8080H=B0A1H字符的字符的编码n汉字的输入码 将汉字输入到计算机而编制的代码称为汉字的输入码，也叫外码。汉字的的输入码有多种形式，如按照数字进行编码的有区位码、电报码等；按照字音进行编码的有全拼、双拼等；按照字形进行编码的有五笔字型码、郑码等；混合编码的有自然码、智能ABC等。汉字的输入码与机内码是不同的，对于不同的汉字输入方法，它们的输入编码是不同的，但存入计算机中的是汉字的机内码。1.3.3字符的字符的编码n汉字的字形码 经过计算机处理的汉字信息，如果要显示或打印出来阅读，则必须将汉字内码转换成人们可读的方块汉字。汉字字形码又称汉字字模、输出码，用于汉字在显示屏或打印机输出。汉字字形码通常有两种表示方式：点阵和矢量表示方式。1.3.3字符的字符的编码n汉字的字形码 汉字字形点阵码如图1-26所示。1.3.3图1-26汉字字形点阵机器编码示例字符的字符的编码n汉字的处理过程 从汉字编码的角度看，计算机对汉字信息的处理过程实际上是各种汉字编码间的转换过程。这些编码主要包括：汉字输入码、汉字内码、汉字地址码、汉字字形码等。这一系列的汉字编码及转换、汉字信息处理中的各编码及流程如图1-27所示。1.3.3图1-27汉字信息处理系统的模型多媒体技术简介1.41.4本节介绍多媒体技术的概念/特征和应用1.41.4多媒体技多媒体技术简介介多媒体概述