计算机专升本考试

第1章计算机与信息技术基础 1 1计算机文化的概念1 2计算机的发展与应用1 3计算机的特点和分类1 4计算机的计数制及数制转换1 5计算机中数据的存储与编码1 6计算机的安全操作及病毒防治1 7试题解析习题1 1 1计算机文化的概念1 1 1信息和信息技术1 信息信息就是新的 有用的事实和知识 它具有实效性 有用性和知识性 是客观世界的反映 信息对于人类社会的发展有重要意义 它可以提高人们对事物的认识 减少人们活动的盲目性 信息是社会机体进行活动的纽带 社会的各个组织通过信息网相互了解并协同工作 使整个社会协调发展 社会越发展 信息的作用就越突出 信息又是管理活动的核心 要想把事物管理好 就需要掌握更多的信息 并利用信息进行工作 2 信息技术信息技术 InformationTechnology 简称IT 就是进行信息存储 加工 传输与使用的理论和方法 同时也包括对相关设备在设计 制造等方面的研究 信息技术包括以下几个方面 1 信息的获取信息获取技术是信息运动全过程中的第一个基本环节 如果没有好的信息获取技术 后续的各个过程就成为无源之水 无本之木 2 信息的传递信息传递技术的功能是要实现信息从空间一点到另一点的有效和安全的转移 它是整个信息过程中的基础环节 因为信息资源最重要的意义就在于它的大范围 多用户共享性 如果没有良好的信息传递技术 大范围 多用户信息共享是很难实现的 而如果没有良好的信息传递技术 那么信息获取 信息处理与再生以及信息利用等这些局域性技术就只能成为一些支离破碎的信息孤岛 3 信息处理在一些简单场合 获取的信息可以不加任何处理直接利用 而在复杂的场合 未经处理的信息往往不便利用 例如 为了有效地利用有限的资金购置电脑 需要对电脑配件价格的走势做出分析 还需要根据购买电脑的主要目的选择合适的配件 这就是信息处理的过程 信息处理的目的是为了使信息更有效 更可靠 更安全 更便于利用 以及更便于从中提炼知识 发现规律和产生新的信息 4 信息的利用就一个基本的信息过程来说 信息利用是最终环节 是利用信息来指导改造世界活动的最终体现 对信息的正确认识和决策方案 只有通过对信息的实施和利用才能在实践中发挥真正的效用 3 信息意识信息作为一种社会资源自古就有 只是当时的利用能力和水平很低 今天 人类学会了如何充分而有效地利用信息资源 由此进入了以信息资源利用占主导地位的信息时代 在现代社会 能源 材料与信息是社会发展的三大支柱 由于能源与材料资源的有限以及它们所提供的产品与服务有限 人们将目光转向了信息 这个几乎不依赖自然资源的资源 信息技术的无限渗透 使它几乎可以应用到人类的一切活动中 如生产 流通 消费 娱乐 研究开发 建设 教育等 进而提高了人类的生活水平和生活质量 极大地改变着社会的面貌 1 1 2计算机文化的内涵1 人类文化发展的4个阶段在信息化社会前 人类长期靠语言 文字和印刷术作为传播信息的主要手段 语言是思维的工具 也是人类交流和传播信息最早使用的工具 后来出现了文字 它能够保存信息 而且使信息的传播可以冲破时空限制 对人类文化的发展起到了重大的推动作用 信息传播的第三次突破是印刷术 它的特点是能够大量复制信息 从而在更大范围内以更快的速度传播人类文明 直至今天 报刊和书籍仍然是信息和文化的重要传媒 有人把语言的产生 文字的使用与印刷术的发明合称为人类文化发展史上的三个里程碑 也有人将它们称做信息社会出现前的三次信息革命 总之 它们帮助人类产生和传播信息 为人类创造了不同时期的文化 推动着社会文明的进步 今天 新的信息革命已经到来 它是以计算机为中心 以计算机技术与通信技术相结合为标志的一次革命 与前三次革命相比 这一次的内容更深刻 影响更广泛 从而成为人类文化发展过程中第四个伟大的里程碑 2 计算机文化文化是一种历史现象 也是一定社会阶段政治和经济的反映 在信息社会前 人类已经经历了狩猎社会 农业社会 工业社会等阶段 每个阶段都有与之相适应的文化 大体上说 狩猎文化和农业文化反映的是人对大自然的斗争 记录了人类谋求生存的奋斗过程 工业文化反映的是人对大自然的开发 记录了人类谋求发展的斗争 计算机文化所反映的是人对自身智力的开发 通过人脑和电脑的高度融合 为人类创造出更加辉煌灿烂的文明 今天 计算机文化正在走进我们生活的各个方面 微机的普及加快了我们工作和生活的节奏 网络的运行大大缩短了世界的距离 多媒体技术的应用使人们的生活更加丰富多彩 随着国家信息基础设施 NationalInformationInfrastructure 简称NII 进入政府 企业 学校 医院和家庭 计算机文化已经渗透到了工作 学习 医疗 购物 娱乐 新闻等一切领域 在计算机文化的影响下 人类的生活正在经历着前所未有的巨大变化 适者生存 不了解计算机文化的人将不能适应未来的社会 1 2计算机的发展与应用1 2 1计算机的发展阶段1946年2月 世界上第一台电子计算机在美国宾夕法尼亚大学研制成功 它被取名为ENIAC ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator 即电子数字积分计算机 它采用电子管作为计算机的基本部件 共使用了18800只电子管 10000只电容器和7000只电阻 它每秒可进行5000次加减运算 这台计算机占地面积170m2 重30t 耗电量150kW 是一个名符其实的 庞然大物 ENIAC的问世具有划时代的意义 表明了电子计算机时代的到来 在以后的60多年里 计算机技术发展异常迅速 在人类科技史上还没有哪一个领域的发展速度可以与计算机的发展速度相提并论 60多年来 计算机科学已成为发展最快的一门学科 根据电子计算机采用的物理器件 一般把电子计算机的发展划分为以下四个时代 1 第一代电子计算机第一代电子计算机 1946 1958年 的基本特征是采用电子管作为计算机的逻辑元件 主要用定点数表示数据 用机器语言或汇编语言编写程序 受当时电子技术的限制 运算速度每秒仅几千次 内存容量仅几KB 第一代电子计算机体积庞大 造价很高 仅限于军事和科学研究 2 第二代电子计算机第二代电子计算机 1958 1964年 的基本特征是采用晶体管作为计算机的逻辑元件 内存以磁芯存储器为主 外存开始使用磁盘 磁带 体积大大缩小 外设种类也有所增加 其运算速度大大提高 达每秒几十万次 内存容量扩大到几十KB 计算机软件也有了较大发展 出现了高级程序设计语言 如FORTRAN ALGOL COBOL等 其应用除科学计算外 还用于数据处理和事务处理 3 第三代电子计算机第三代电子计算机 1964 1970年 采用小规模集成电路和中规模集成电路 这种集成电路工艺可以把几十至几百个电子元件集中在一块几平方毫米的单晶硅片上 因此体积变小 耗电量减少 性能和稳定性提高 运算速度加快 达每秒几十万次到几百万次 内存开始使用半导体存储器 容量增大 为快速处理大容量信息提供了先决条件 软件逐渐完善 出现了操作系统和会话式语言 高级程序设计语言得到了很大发展 这一时期 计算机同时向标准化 多样化 通用化 系列化发展 计算机开始广泛应用到各个领域 4 第四代电子计算机第四代电子计算机 1971年至今 采用大规模或超大规模集成电路 这种工艺可在硅半导体上集成几千至几百万个电子元器件 内存采用集成度很高的半导体存储器代替了磁芯存储器 运算速度大幅度提高 操作系统不断完善 应用软件实现了现代工业化生产 计算机的发展进入了网络时代 1 2 2计算机的发展方向1 巨型化巨型化并不是指计算机的体积庞大 而是指其运算速度更高 存储容量更大 功能更强 发展巨型化机的目的是为了满足宇航 气象 核物理 天文等科学技术发展的需要 以及利用计算机模拟人脑进行学习 推理等功能所必需的大量信息记忆的需要 2 微型化超大规模集成电路为计算机的微型化创造了有利的条件 微型计算机具有体积小 重量轻 功耗小 可靠性高 使用环境要求不严格 价格低廉 易于成批生产等特点 所以微型计算机一出现 就显示出强大的生命力 为计算机的应用普及做出了巨大的贡献 随着电子技术的进一步发展 个人计算机将发展得更加迅速 其中笔记本电脑 掌上电脑等微型计算机将更加受到人们的喜爱 3 网络化计算机网络是现代通信技术与计算机技术相结合的产物 随着计算机网络技术的发展 网络在社会 科学 文化等领域中发挥着越来越重要的作用 如银行 交通 军事等都离不开数据传输 离不开计算机网络 4 智能化智能化计算机可使计算机具有人工智能 可像人一样能看 能听 能说 能思考 并具有学习和自动进行逻辑判断等功能 1 2 3计算机的应用1 科学计算在自然科学中 诸如数学 物理 化学 天文 地理等领域 在工程技术中 诸如航天 汽车 造船 建筑等领域 计算工作量是非常大的 传统的计算工具是难以完成的 现在无一不利用计算机进行复杂的计算 使很多幻想变成现实 例如 建筑设计中为了确定构件尺寸 通过弹性力学导出一系列复杂方程 长期以来由于计算方法跟不上而一直无法求解 使用计算机不但求解出了这类方程 而且还引起了弹性理论上的一次突破 出现了 有限单元法 2 信息处理现代社会是信息社会 目前 计算机信息处理已广泛地应用于办公室自动化 企事业计算机辅助管理与决策 情报检索 电影电视动画设计 会计电算化 图书管理 医疗诊断等领域 3 计算机辅助设计 制造 教学1 计算机辅助设计 CAD CAD即利用计算机辅助人们进行设计工作 使设计过程实现半自动化或自动化 2 计算机辅助制造 CAM CAM即利用计算机直接控制零件的加工 实现无图纸加工 早在20世纪60年代 许多西方国家就开始了计算机辅助设计与制造的研究 应用计算机图形方法学 对建筑工程 机械结构和部件进行设计 如飞机 船舶 汽车 建筑 印制电路板等 通过CAD和CAM的结合 就可直接把CAD设计的产品加工出来 3 计算机辅助教学 CAI CAI即利用计算机辅助进行教学 例如 把课程内容编成计算机软件 不同的学生可以根据自己的需要选择不同的内容和进度 从而改变了传统的教学模式 4 实时控制实时控制也称系统控制 是指利用计算机对生产过程和其他过程做出控制处理 这种控制处理就是电脑对不断变化着的过程进行分析判断 进而采取相应的措施 对整个过程进行调整 以保证过程的正常进行 实时控制在机械 冶金 石油化工 电力 建筑 轻工等领域都得到了广泛的应用 在卫星 导弹发射等国防尖端科学技术领域 更是发挥着巨大的作用 5 系统仿真系统仿真是利用模型来模仿真实系统的技术 通过仿真模型可以了解实际系统或过程在各种因素变化的条件下 其性能的变化规律 例如 利用计算机进行驾驶模拟训练 发电厂供电系统模拟训练等 6 人工智能人工智能又称智能模拟 是指如何设计有智能性的计算机系统 让计算机具有人类的智能特性 如识别图形 声音 学习过程 探索过程 推理过程以及对环境的适应过程等 人工智能是近年来计算机应用的一个新领域 目前已应用于机器人设计 医疗诊断专家系统 推理证明 自动翻译 战术研究等方面 7 网络应用把具有独立功能的多个计算机系统 通过通信设备和通信线路连接起来 在网络软件的支持下实现彼此之间的数据通信和资源共享的系统 称为 计算机网络 计算机网络像电话系统连接电话那样把计算机和计算机资源连接到一起 从而实现资源共享和数据传输 目前 已有越来越多的各类院校 科研部门 企事业单位 个人将其计算机连入Internet 来发布电子新闻 检索信息 收发电子邮件等 8 电子商务电子商务是指在Internet上进行的商务活动 它可以改善企业组织的操作流程 降低成本 加快商务处理的效率 提高客户的满意程度 它是涉及企业和个人各种形式的 基于数字化信息处理和传输的商业交易 其中的数字化信息包括文字 语音和图像等 从广义上讲 电子商务既包括电子邮件 E mail 电子数据交换 EDI 电子资金转账 EFT 快速响应 QR 系统 电子表单和信用卡交易等电子商务的一系列应用 又包括支持电子商务的信息基础设施 从狭义上讲 电子商务仅指企业与企业 企业与消费者 消费者与消费者之间的电子交易 电子商务的主要功能包括网上广告和宣传 订货 付款 货物递交 客户服务等 另外还包括市场调查分析 财务核算及生产安排等 1 3计算机的特点和分类1 3 1计算机的特点1 运算速度快很多场合下 运算速度起决定作用 例如 计算机控制导航 要求 运算速度要比飞机飞得快 再如 气象 水情预报要分析大量资料 用手工计算需10天甚至半个月才能完成 失去了预报的意义 现在利用计算机的快速运算能力 几分钟就能做出一个地区的气象和水情预报 2 计算精度高在计算机内部采用二进制数字进行运算 表示二进制数值的位数越多 精度就越高 因此 可以用增加表示数字的设备和运用计算技巧 使数值计算的精度越来越高 电子计算机的计算精度在理论上不受限制 通过技术处理可以满足任何精度要求 3 记忆能力强计算机可以存储大量的数据 资料 这是人脑所无法比拟的 在计算机中有一个承担记忆职能的部件 即存储器 现代的计算机 存储器的容量可以做得非常大 能记忆大量信息 既能记忆各类数据信息 又能记忆处理加工这些数据信息的程序 程序是人安排的 它反映了人的思维方法 记住程序就等于记住了人的思维 研究表明 人的大脑皮层约有140亿个神经细胞 每个神经细胞就是一个记忆信息的单元 然而随着脑细胞的老化 记忆能力会逐渐衰退 记忆的东西会逐渐被遗忘 与此相比 计算机的记忆能力是超强的 4 复杂的逻辑判断能力计算机具有逻辑判断能力 可以根据判断结果自动决定以后执行的命令 例如 1997年5月在美国纽约举行的 人机大战 中 国际象棋世界冠军卡斯帕罗夫以2 5比3 5的总比分负于IBM公司的超级计算机 深蓝 深蓝 的运算速度算不上最快 但具有强大的计算能力 能快速读取所存储的10亿个棋谱 每秒能模拟2亿步棋 它的快速分析和判断能力是取胜的关键 当然这种能力是通过编制程序 由人赋予计算机的 5 具有执行程序的能力计算机是个自动化程度极高的电子装置 在工作过程中不需人工干预 能自动执行存放在存储器中的程序 程序是人经过周密设计事先安排好的 一旦设计好程序并将其输入计算机后 只要向计算机发出执行命令 它便成为人的替身不知疲劳地工作起来 我们可以利用计算机的这个特点 去完成那些枯燥乏味 令人厌烦的重复性劳动 也可让计算机控制机器深入到那些人类躯体所难以胜任的 有毒的 有害的作业场所 所谓的机器人 自动化机床 无人驾驶飞机等都是利用计算机来完成的 1 3 2计算机的类型1 巨型机巨型机运算速度快 存储容量大 结构复杂 价格昂贵 研制这类巨型机是现代科学技术 尤其是国防尖端技术发展的需要 核武器 反导弹武器 空间技术 大范围天气预报 石油勘探等都要求计算机具有很高的速度 很大的容量 一般的计算机远远不能满足要求 2 大型机大型机的特点在于其通用性 有极强的综合处理能力 主要应用于大银行 政府部门 大型制造厂家或公司 计算机中心和计算机网络中 所以人们通常称大型机为 企业级 计算机 3 小型机小型机的特点是规模较小 结构简单 成本较低 操作简便 维护容易 既可用于科学计算与数据处理 又可用于生产过程的自动控制和数据采集及分析处理 4 微型机微型机体积更小 价格更低 通用性更强 灵活性更好 可靠性更高 使用更加方便 是目前应用最广泛的机型 5 工作站工作站实际上就是一台高档微机 但它有其独到之处 即运算速度快 主存储容量大 易于联网 特别适合于CAD CAM和办公室自动化 1 4计算机的计数制及数制转换1 4 1数制的特点不论哪一种数制 它们都有共同的计数和运算的规律 其共同的规律和特点如下 1 逢N进一N是指数制中所需要的数字字符的总个数 称为基数 例如 十进制数用0 1 2 3 4 5 6 7 8 9这10个不同的符号来表示数值 数字字符的总个数10 就是十进制的基数 表示 逢十进一 二进制数用0 1这两个不同的符号来表示数值 数字字符的总个数2就是二进制的基数 表示 逢二进一 2 位权表示法位权是指一个数字在某个固定位置上所代表的值 处在不同位置上的数字符号所代表的值是不同的 每个数字的位置决定了它的值或者位权 位权与基数的关系是 各进位制中位权的值是基数的若干次幂 因此 用任何一种数制表示的数都可以写成按位权展开的多项式之和 我们可以用下面的式子表示 N j Nn 1 Jn 1 Nn 2 Jn 2 N1 J1 N0 J0 N 1 J 1 N m J m式中J为J进位制的基数 Jn 1 Jn 2 J m是J进制的位权数 例如 十进制数 12345 67 可以表示为 12345 67 10 1 104 2 103 3 102 4 101 5 100 6 10 1 7 10 2二进制数 1001 01 可以表示为 1001 01 2 1 23 0 22 0 21 1 20 0 2 1 1 2 2 1 4 2计算机中常用的数制在日常生活中使用的数制有很多种 但在计算机中通常采用二进制 这是因为电子元器件最容易实现的是电路的通断 电位的高低 电极的正负 而在逻辑学中也常常用到二值逻辑 这都是因为两状态的系统具有稳定性 非此即彼 以及抗干扰性等特性 为了保证在计算机中进行数据传送和运行中不产生差错 同时减少计算机硬件的成本 现在都采用二进制 由于二进制数与八进制数和十六进制数具有特殊的关系 因此在计算机应用中常常根据需要使用八进制数或十六进制数 1 十进制数十进制数按 逢十进一 的原则进行计数 即每位满10时向高位进1 对于任意一个十进制数 可用小数点把数分成整数和小数两部分 十进制数中数字的个数等于基数10 逢十进一 借一当十 最大数字是9 最小数字是0 有10个数字字符0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 在数的表示中 每个数字都要乘以基数10的幂次 如十进制数 987 654 按位权展开式为 987 654 10 9 102 8 101 7 100 6 10 1 5 10 2 4 10 3十进制数中小数点向右移一位 数值就扩大10倍 反之 小数点向左移一位 数值就缩小为原来的1 10 2 二进制数在二进制数中 基数为2 因此 在二进制数中出现的数字字符只有两个 即0和1 每一位计数的原则为 逢二进一 即每位满2时向高位进1 在二进制数的表示中 每个数字都要乘以基数2的幂次 如二进制数 1010 101 按位权展开式为 1010 101 2 1 23 0 22 1 21 0 20 1 2 1 0 2 2 1 2 3二进制数中 如果小数点每向右移一位 数就扩大2倍 小数点每向左移一位 数就缩小为原来的1 2 如把二进制数101 101的小数点向右移一位变为1011 01 比原来的数扩大了2倍 把101 101的小数点向左移一位 变为10 1101 缩小为原来的1 2 3 八进制数在八进制数中 基数为8 分别用符号0 1 2 3 4 5 6 7表示 计数时 逢八进一 如八进制数 543 21 按位权展开式为 543 21 8 5 82 4 81 3 80 2 8 1 1 8 24 十六进制数十六进制数的基数为16 所用的16个数字符号是0 9以及A B C D E F 其计数特点是 逢十六进一 其中符号A B C D E F分别代表十进制数10 11 12 13 14 15 与十进制数一样 在十六进制数中 每一个数字符号 0 9以及A B C D E F 在不同的位置上具有不同的值 各位上的权值是基数16的若干次幂 例如 1CB D8 16 1 162 12 161 11 160 13 16 1 8 16 2 5 常用数制的基数对照表常用十进制 二进制 八进制 十六进制数的基数对照表见表1 1 表1 1十进制 二进制 八进制 十六进制数的基数对照表 二进制数的英文是 Binary 所以有时也在二进制数后加上 B 或 b 来表示二进制数 如 11001 2 11001B 11001b 十进制数的英文是 Decimal 所以有时也在数字后加上 D 或 d 来表示十进制数 如 123 10 123D 123d 同样 八进制 Octal 数可以在数字后加上 O 或 o 来表示 如 456 8 456O 456o 十六进制 Hex 数可以在数字后加上 H 或 h 来表示 如 4FD 16 4FDH 4FDh 1 4 3不同数制间的转换数制间的转换就是将数从一种数制转换成另一种数制 由于计算机采用二进制 但用计算机解决实际问题时 对数值的输入输出通常使用十进制数 这就有一个十进制数向二进制数转换或由二进制数向十进制数转换的过程 也就是说 在使用计算机进行数据处理时 首先必须把输入的十进制数转换成计算机所能接受的二进制数 计算机在运行结束后 再把二进制数转换成为人们所习惯的十进制数输出 这两个转换过程完全由计算机系统自动完成 不需人工干预 1 二进制 八进制 十六进制数转换为十进制数把二进制数 八进制数 十六进制数转换为十进制数 通常采用按权展开相加的方法 即把二进制数 或八进制数 十六进制数 写成2 或8 16 的各次幂之和的形式 然后按十进制计算结果 例1 1 把二进制数 1011 101 2转换成十进制数 解析 1011 101 2 1 23 0 22 1 21 1 20 1 2 1 0 2 2 1 2 3 8 0 2 1 0 5 0 0 125 11 625 10 例1 2 把八进制数 123 45 8转换成十进制数 解析 123 45 8 1 82 2 81 3 80 4 8 1 5 8 2 83 578125 10 例1 3 把十六进制数 3AF 4C 16转换成十进制数 解析 3AF 4C 16 3 162 10 161 15 160 4 16 1 12 16 2 943 296875 10 2 十进制数转换成二进制数1 十进制整数转换成二进制整数十进制整数转换成二进制整数采用 除2取余 法 具体方法为 将十进制数除以2 得到一个商数和一个余数 再将商数除以2 又得到一个商数和一个余数 继续该过程 直到商数等于零为止 每次得到的余数 必定是0或1 就是对应的二进制数的各位数字 但必须注意 第一次得到的余数为二进制数的最低位 最后一次得到的余数为二进制数的最高位 例1 4 将十进制数69转换成二进制数 解析 将十进制数69转换成二进制数的过程为 2 692 34余数为12 17余数为02 8余数为12 4余数为02 2余数为02 1余数为00余数为1 商为0 结束因此 69 10 1000101 2 2 十进制小数转换成二进制小数十进制小数转换成二进制小数采用 乘2取整 法 具体方法为 用2乘十进制小数 得到一个整数部分和一个小数部分 再用2乘小数部分 又得到一个整数部分和一个小数部分 继续该过程 直到余下的小数部分为0或满足精度要求为止 最后将每次得到的整数部分 必定是0或1 从左到右排列 即得到所对应的二进制小数 例1 5 将十进制小数0 6875转换成二进制小数 解析 将十进制小数0 6875转换成二进制小数的过程如下 0 6875 21 3750整数部分为10 3750余下的小数部分 20 7500整数部分为00 7500余下的小数部分 21 5000整数部分为10 5000余下的小数部分 21 0000整数部分为10 0000余下的小数部分为0 结束 最后结果为 0 6875 10 0 1011 2 必须指出 一个十进制小数不一定能完全准确地转换成二进制小数 例如 十进制小数0 1就不能完全准确地转换成二进制小数 在这种情况下 可以根据精度要求转换到小数点后某一位为止 3 一般十进制数转换成二进制数为了将一个既有整数部分又有小数部分的十进制数转换成二进制数 可以将其整数部分和小数部分分别转换 然后再组合起来 例如 69 10 1000101 2 0 6875 10 0 1011 2则有 69 6875 10 1000101 1011 2 3 十进制数转换成八进制数1 十进制整数转换成八进制整数十进制整数转换成八进制整数采用 除8取余 法 具体方法为 将十进制数除以8 得到一个商数和一个余数 再将商数除以8 又得到一个商数和一个余数 继续该过程 直到商数等于零为止 每次得到的余数 必定是0 7 就是对应的八进制数的各位数字 但是必须注意 第一次得到的余数为八进制数的最低位 最后一次得到的余数为八进制数的最高位 例1 6 将十进制数845转换成二进制数 将十进制数845转换成二进制数的过程为8 8458 105余数为58 13余数为18 1余数为50余数为1 商为0 结束因此 845 10 1515 8 2 十进制小数转换成八进制小数十进制小数转换成八进制小数采用 乘8取整 法 具体方法为 用8乘十进制小数 得到一个整数部分和一个小数部分 再用8乘小数部分 又得到一个整数部分和一个小数部分 继续该过程 直到余下的小数部分为0或满足精度要求为止 最后将每次得到的整数部分 必定是0 7 从左到右排列 即得到所对应的八进制小数 例1 7 将十进制小数0 3574转换成八进制小数 解析 将十进制小数0 3574转换成八进制小数的过程如下 0 3574 82 8592整数部分为20 8592余下的小数部分 86 8736整数部分为60 8736余下的小数部分 86 9888整数部分为60 9888余下的小数部分 87 9104整数部分为70 9104余下的小数部分 87 2832整数部分为70 2832余下的小数部分 最后结果为 0 3574 10 0 26677 8 必须指出 一个十进制小数不一定能完全准确地转换成八进制小数 这时可以根据精度要求转换到小数点后某一位为止 4 十进制数转换成十六进制数十进制整数转换成十六进制整数采用 除16取余法 十进制小数转换成十六进制小数采用 乘16取整法 在将一个十进制数转换成十六进制数时 需要将整数部分和小数部分分别进行转换 例1 8 将十进制数58 75转换成十六进制数 解析 十进制数58 75转换成十六进制数的过程如下 先转换整数部分16 5816 3余数为10 即A0余数为3 商为0 结束再转换小数部分0 75 1612 00整数部分为12 即C0 00余下的小数部分为0 结束最后结果为 58 75 10 3A C 16 需要指出的是 一个十进制小数也不一定能完全准确地转换成十六进制小数 例如 十进制小数0 1也不能完全准确地转换成十六进制小数 在这种情况下 可以根据精度要求只转换到小数点后某一位为止 5 二进制数与八进制数之间的转换二进制数转换为八进制数 可概括为 三位并一位 就是以小数点为基准 整数部分从右到左 每三位一组 最高位不足三位时添0补足 小数部分从左到右 每三位一组 最低有效位不足三位时添0补足 然后将各组的三位二进制数按22 21 20权展开后相加 得到一位八进制数 把全部得到的八进制数拼起来就是二进制数对应的八进制数 例1 9 将 1010111011 0010111 2转换为八进制数 解析 从小数点分别向左 右三位一组 写出对应的八进制数 001010111011 0010111001273 134因此 1010111011 0010111 2 1273 134 8 例1 10 将八进制数 7421 046 8转换成二进制数 解析 把八进制数转换为二进制数 用 一位拆三位 的办法 把每一位八进制数写成对应的三位二进制数 然后连接起来即可 7421 046 8111100010001 000100110因此 7421 046 8 111100010001 00010011 2 6 二进制数与十六进制数之间的转换类似二进制数与八进制数之间的转换 用 四位并一位 和 一位拆四位 的办法 可以实现二进制数与十六进制数之间的转换 例1 11 将二进制数 101111111010101 10111 2转换为十六进制数 解析 0101111111010101 10111000 25FD5 B8因此 101111111010101 10111 2 5FD5 B8 16 例1 12 将十六进制数 1ABC EF1 16转换为二进制数 解析 1ABC EF1 160001101010111100 111011110001因此 1ABC EF1 16 1101010111100 111011110001 2 1 5计算机中数据的存储与编码计算机是信息处理的工具 它不仅能够处理数值型数据 还能够对非数值的文字和其他符号进行处理 1 5 1计算机中数值型数据的表示数值型数据在计算机中有多种表示方法 1 机器数与真值在计算机中只能用数字化信息来表示数据 非二进制整数输入到计算机中都必须以二进制格式来存放 同时数值的正 负也必须以用二进制数来表示 规定用二进制数 0 表示正数 用二进制数 1 表示负数 且用最高位作为数值的符号位 每个数据占用一个或多个字节 这种连同符号与数字组合在一起的二进制数称为机器数 机器数所表示的实际值称为真值 例1 13 分别求十进制数 38 和 38 的真值和机器数 解析 由于 38 10 100110 2 所以 38 10的真值为 100110 机器数为00100110 38 10的真值为 100110 机器数为10100110 例1 14 分别求十进制数 158 和 158 的机器数 解析 由于十进制数 158 的二进制数为 10011110 二进制数本身已经占满8位 即真值占用了符号位 因此 要用二个字节表示该二进制数 由于 158 10 10011110 2 所以 158 10的机器数为0000000010011110 158 10的机器数为1000000010011110 2 原码 反码与补码在机器数中 数值和符号全部数字化 计算机在进行数值运算时 要把各种符号位和数值位一起编码 通常用原码 反码和补码三种方式表示 其主要目的是解决减法运算 任何正数的原码 反码和补码的形式完全相同 负数的表示形式则各不相同 1 原码原码是机器数的一种简单的表示法 其符号位用0表示正号 用1表示各种负号 数值一般用二进制形式表示 设有一数为X 则原码可记作 X 原 用原码表示数简单 直观 与真值之间的转换方便 但不能用它直接对两个同符号位的数相减或两个不同符号位的数相加 例1 15 求十进制数 38 与 38 的原码 解析 由于 38 10 100110 2 所以 38 原 00100110 38 原 10100110 2 反码机器数的反码可由原码得到 如果机器数是正数 则该机器数的反码与原码一样 如果机器数是负数 则该机器数的反码是对它的原码 符号位除外 各位取反 即 0 变为 1 1 变为 0 任何一个数的反码的反码就是原码本身 设有一数X 则X的反码可记作 X 反 例1 16 求十进制数 38 与 38 的反码 解析 由于正数的反码和原码相同 所以 38 反 38 原 00100110 38 原 10100110 38 反 11011001 3 补码如果机器数是正数 则该机器数的补码与原码一样 如果机器数是负数 则该机器数的补码是其反码加1 即对该数的原码除符号位外各位取反 然后加1 任何一个数的补码的补码就是原码本身 设有一数X 则X的补码可记作 X 补 例1 17 求十进制数 38 与 38 的补码 解析 由于正数的补码和原码相同 所以 38 补 38 原 00100110 38 原 10100110 38 反 11011001 38 补 11011010运用补码 则加减法运算都可以用加法来实现 并且两数的补码之 和 等于两数 和 的补码 目前 在计算机中加减法基本上都是采用补码进行运算的 补码表示数的范围与二进制位数有关 1 当采用8位二进制表示时 小数补码的表示范围 最大为0 1111111 其真值为 0 99 10 最小为1 0000000 其真值为 1 10 2 当采用8位二进制表示时 整数补码的表示范围 最大为01111111 其真值为 127 10 最小为10000000 其真值为 128 10 在补码表示法中 0只有一种表示形式 0 补 00000000 0 补 11111111 1 00000000 由于受设备字长的限制 最后的进位丢失 所以 0 补 0 补 00000000 3 整数的取值范围机器数所表示的数的范围受设备限制 在计算机中 一般用若干个二进制位表示一个数或一条指令 把它们作为一个整体来处理 存储和传送 这种作为一个整体来处理的二进制位串 称为计算机字 计算机是以字为单位进行处理 存储和传送的 所以运算器中的加法器 累加器以及其他一些寄存器 都选择与字长相同的位数 字长一定 则计算机数据字所能表示的数的范围也就确定了 例如 一个数若不考虑它的符号 即无符号数 若用8位字长的计算机 简称8位机 即一个字节 表示无符号整数 可以表示的最大值为 255 10 11111111 2 则数的范围是0 255 运算时 若数值超出机器数所能表示的范围 就会停止运算和处理 这种现象称为 溢出 正整数原码的符号位用0表示 负整数原码的符号位用1表示 对8位机来讲 当数用原码表示时 表示的范围为 127 127 正整数的反码是它本身 负整数的反码为符号位取1 数制部分取反 对8位机来讲 当数用反码表示时 表示的范围为 127 127 正整数的补码是它本身 负整数的补码等于反码加1 对8位机来讲 当数用补码表示时 表示的范围为 128 127 4 定点数和浮点数计算机中运算的数有整数也有小数 通常有两种规定 一种是规定小数点的位置固定不变 这时的机器数称为定点数 另一种是小数点的位置可以浮动 这时的机器数称为浮点数 微型机多使用定点数 1 定点数定点数是指机器数中的小数点的位置固定不变 如果小数点隐含固定在整个数值的最右端 符号位右边所有的位数表示的是一个整数 即为定点整数 例如 对于16位机 如果符号位占1位 数值部分占15位 于是机器数为0111111111111111 的等效十进制数为 32767 其符号位 数值部分 小数点的位置示意如图1 1所示 图1 1定点整数的符号位 数值部分和小数点位置示意图 如果小数点隐含固定在数值的某一个位置上 即为定点小数 如果小数点固定在符号位之后 即为纯小数 假设机器字长为16位 符号位占1位 数值部分占15位 于是机器数1 000000000000001的等效的十进制数为 215 其符号位 数值部分 小数点的位置示意如图1 2所示 图1 2纯小数的符号位 数值部分和小数点的位置示意图 2 浮点数浮点数最大的特点是比定点数表示的数值范围大 浮点数是指小数位置不固定的数 它既有整数部分又有小数部分 在计算机中通常把浮点数分成阶码和尾数两部分来表示 其中阶码一般用补码定点整数表示 尾数一般用补码或原码定点小数表示 为保证不损失有效数字 对尾数进行规格化处理 也就是平时所说的科学计数法 即保证尾数的最高位为1 实际数值通过阶码进行调整 浮点数的格式多种多样 例如 某计算机用4个字节表示浮点数 阶码部分为8位补码定点整数 尾数部分为24位补码定点小数 如图1 3所示 图1 3浮点数的格式 其中 阶符表示指数的符号位 阶码表示幂次 数符表示尾数的符号位 尾数表示规格化后的小数值 例1 18 描述用4个字符存放十进制浮点数 136 5 的浮点格式 解析 由于 136 5 10 10001000 1 2 将二进制数 10001000 1 进行规格化 即10001000 1 0 100010001 28阶码28表示阶符为 阶码 8 的二进制数为 0001000 尾数中的数符为 小数值为 100010001 十进制小数 136 5 在计算机中的表示如图1 4所示 图1 4规格化后的浮点数 1 5 2计算机中数据的存储单位在计算机中 通常以B 字节 KB 千字节 MB 兆字节 GB 吉字节 为单位来表示存储器 内存 硬盘 软盘等 的存储容量或文件的大小 所谓存储容量是指存储器中能够包含的字节数 一个字节 Byte 包含8个二进制位 即1Byte 8bit 这里bit指二进制数的一位 又称比特 是计算机存储数据的最小单位 存储单位B KB MB GB和TB的换算关系如下 1KB 1024B1MB 1024KB 1024 1024B1GB 1024MB 1024 1024KB 1024 1024 1024B 1 5 3字符编码计算机中对非数值的文字和其他符号进行处理时 要对文字和符号进行数字化处理 即用二进制编码来表示文字和符号 字符编码就是规定用怎样的二进制编码来表示文字和符号 由于字符编码是一个涉及世界范围内有关信息的表示 交换 处理 存储的基本问题 因此都是以国家标准或国际标准的形式颁布施行的 如位数不等的二进制码 BCD码 ASCII码 汉字编码等 在输入过程中 系统自动将用户输入的各种数据按编码的类型转换成相应的二进制形式存入计算机存储单元中 在输出过程中 再由系统自动将二进制编码数据转换成用户可以识别的数据格式输出给用户 1 BCD码 二 十进制编码 通常人们习惯于使用十进制数 而计算机内部多采用二进制表示和处理数值数据 因此在计算机输入和输出数据时 就要进行由十进制到二进制和从二进制到十进制的转换处理 这是多数应用环境的实际情况 显然 如果这项事务性工作由人工完成 势必造成大量时间的浪费 因此 必须用一种编码的方法 由计算机自己来承担这种识别和转换 把十进制数的每一位分别写成二进制数形式的编码 称为二进制编码的十进制数 即二 十进制编码或BCD BinaryCodedDecimal 编码 BCD编码方法很多 通常采用8421编码 这种编码最直接 简单 其方法是用四位二进制数表示一位十进制数 自左到右每一位对应的权分别是23 22 21 20 即8 4 2 1 值得注意的是 四位二进制数有0000 1111共16种状态 这里只取了0000 1001这10种状态 而1010 1111的6种状态在这里没有意义 十进制数与8421码的对照表 见表1 2 其中十进制的0 9对应于0000 1001 对于十进制的10 则要用2个8421码来表示 表1 2十进制数与8421码的对照表 BCD码与二进制之间的转换不是直接进行的 当需要将BCD码转换成二进制时 要先将BCD码转换成十进制 然后再转换成二进制 当需要将二进制转换成BCD码时 要先将二进制转换成十进制 然后再转换成BCD码 例1 19 写出十进制数864的8421码 解析 先写出十进制数864每一位的二进制码 十进制数864的各位 864对应的二进制数 100001100100然后拼接在一起 即十进制数864的8421码为100001100100 2 ASCII码用汇编语言或各种高级语言编写的程序 将其输入到计算机中 这时 人与计算机通信所用的语言 已不再是一种纯数字语言了 而多为符号式语言 因此 需要对各种符号进行编码 以便计算机能识别 存储 传送和处理 最常见的符号信息是文字符号 所以字母 数字和各种符号都必须按约定的规则用二进制编码才能在机器中表示 在计算机系统中使用最广泛的是美国信息交换用标准码 AmericanStandardCodeforInformationInterchange 简称ASCII码 ASCII码虽然是美国国家标准 但它已被国际标准化组织 ISO 认定为国际标准 目前已为世界公认 并在世界范围内通用 1 标准ASCII码ASCII码有7位和8位码两种形式 因为1位二进制数可以表示两种状态 0或1 21 2 2位二进制数可以表示4种状态 00 01 10 11 22 4 依此类推 7位二进制数可以表示27 128种状态 每种状态都唯一对应一个7位的二进制码 对应一个字符 这些码可以排列成一个十进制序号0 127 所以7位ASCII码是用七位二进制数进行编码的 可以表示128个字符 7位ASCII码通常也称为标准ASCII码 如图1 5所示 图1 5标准ASCII码表 字符代码0 127 ASCII码表中的128个符号中 第0 32号及127号 共34个 为控制字符 主要包括换行 回车等功能字符 第33 126号 共94个 为字符 其中第48 57号为0 9十个数字符号 第65 90号为26个英文大写字母 第97 122号为26个英文小写字母 其余为一些标点符号 运算符号等 例如 大写字母A的ASCII码值为1000001 即十进制数65 小写字母a的ASCII码值为1100001 即十进制数97 为了使用方便 在计算机的存储单元中 一个ASCII码值占一个字节 8个二进制位 其最高位 b7 用作奇偶校验位 所谓奇偶校验 是指在代码传送过程中用来检验是否出现错误的一种方法 一般分奇校验和偶校验 奇校验 正确代码的一个字节中1的个数必须是奇数 若非奇数 则在最高位b7添1来补足 偶校验 正确代码的一个字节中1的个数必须是偶数 若非偶数 则在最高位b7添1来补足 例1 20 将 COPY 四个字符的ASCII码查出 存放在存储单元中 且最高位b7用作奇校验 解析 由于一个字节只能存放一个ASCII码 所以 COPY 要用四个字节表示 根据ASCII码规定和题目要求 将最高位b7用作奇校验 其余各位由ASCII码值得到 C的ASCII码值 67 10 1000011 2 该字节存储为 01000011 2 O的ASCII码值 79 10 1001111 2 该字节存储为 01001111 2 P的ASCII码值 80 10 1010000 2 该字节存储为 11010000 2 Y的ASCII码值 89 10 1011001 2 该字节存储为 11011001 2 例1 21 当ASCII码值为 1001001 时 它是什么字符 当采用偶校验时b7等于什么 解析 通过查ASCII码表得知 1001001 2 73 10代表大写字母 I 若将b7作为奇偶校验位且采用偶校验 根据偶校验规则传送时必须保证一个字节中1的个数是偶数 所以b7应等于1 即b7 1 2 扩充ASCII码8位ASCII码使用8位二进制数进行编码 当最高位为0时 称为基本ASCII码 编码与7位ASCII码相同 当最高位为1时 形成扩充的ASCII码 它表示数的范围为128 255 可表示128种字符 通常各国都把扩充的ASCII码作为自己国家语言文字的代码 扩充的ASCII码 字符代码128 255 如图1 6所示 图1 6扩充的ASCII码 128 255 1 5 4汉字编码我国用户在使用计算机进行信息处理时 一般都要用到汉字 因此 必须解决汉字的输入 输出以及汉字处理等一系列问题 当然 关键问题是要解决汉字编码的问题 由于汉字是象形文字 字的数目很多 常用汉字就有3000 5000个 加上汉字的形状和笔画数差异极大 因此 不可能用少数几个确定的符号将汉字完全表示出来 或像英文那样将汉字拼写出来 汉字必须有它自己独特的编码 1 国标码国标码是我国于1980年颁布的国家标准GB2312 80 即 中华人民共和国国家标准信息交换汉字编码 主要是作为汉字信息交换码使用 国标码与ASCII码属同一制式 可以认为它是扩充的ASCII码 在7位ASCII码中可以表示128个信息