《计算机信息技术》第一章-信息技术概述ppt课件

1、.,1,欢迎来南京大学学习 ,诸如此类，至今争论不休。 所以弄清楚信息是什么？应从不同的角度来认识。,但这里的“信息”是消息（message），并非本课程中所讲的信息（information）。,信息是什么？,.,13, 控制论观点,控制论创始人 N . Wiener 对什么是信息有一个著名的定义：,指出了信息是一种新的资源。,信息就是信息，它既不是物质也不是能量。,.,14,因此，构成客观世界有3大要素：,信息,物质,能量,据此，哈佛大学的一个研究小组得出了著名的资源三角形结论： 没有物质，什么也不存在； 没有能量，什么也不会发生； 没有信息，任何事物都没有意义。,.,15, 本体论观点,唯

2、物论与唯心论都认为世界是物质与精神组成的二元世界。其争论仅在物质决定精神还是精神决定物质。但也都认为：,信息是事物运动的状态及状态变化的方式,说明了信息既非物质也非精神，只是事物的一种属性。,.,16, 认识论观点,信息是认识主体所感知的事物运动及其变化方式的形式、内容和效用。,强调了信息是知识。因知识是对事物变化规律的认识和经验的总和。知识可表示为：,认识论者认为：,.,17,相同点：,都关注事物运动的状态,不同点：,信息显示事物运动状态的变化方式， 而变化方式是个别、具体的。知识显示事物运动状态的变化规律，是普遍、抽象的。,关系：,知识来源于信息，因为规律是从大量的具体现象归纳出来的，对信

3、息作必要的处理可以达到认知的目的。,知识与信息的区别、关系,.,18, ISO定义,是经过加工后的数据，能对接受者的行为和决策产生影响，是对人有用的数据。,强调了信息与数据的区别,是对事实、概念或指令的一种特殊表达形式，这种特殊的表达形式可以用人工或自动化的装置对其进行通信, 翻译转换或加工处理。,信息,数据,.,19,信息反映事物的属性，是经过加工后的数据，作必要的处理可达到认知目的，是人们认识世界、改造世界的一种基本资源。,综上所述：,.,20,信息的性质（补充内容）, 事实性,信息的第一和基本性质。 破坏信息的事实性现象普遍存在：谎报产量、做假等。不符合事实的信息既害别人也害自己。 维护

4、信息的事实性就是保证信息的真实性、准确性、客观性，而达到可信性。,.,21, 等级性,战略级,策略级,执行级,全局性信息(长远规划、五年计划等),管理性信息(月度计划、成本信息等),运行/操作类信息 (考勤、领料单等),.,22, 可压缩性,信息可以集中、概括、综合。如：,企业信息,各种图表,程序,框图,.,压缩过程中会丢失一些信息，但是一些无用的信息(干扰、冗余信息,如滤除收音机中的杂音)，而不丢失信息的本质。,.,23, 扩散性,扩散是信息本性。信息可通过各种渠道和手段传播。浓度越大处理，扩散力越强；越离奇、耸人听闻的新闻传播越快,扩散面越大。,有利于知识传播，要通过各种宣传机构、手段加快

5、信息的扩散；,危害国家(如泄漏国家机密)、使信息所有者受到损失(如软件盗版)、 泄漏个人隐私等信息的扩散要加以限制。,信息扩散存在两面性：,.,24, 传输性,信息是可以传输的（电话, 电报 , 卫星，书报），传输成本远远低于物质传输和能源传输。所以社会生活中应尽可能用信息传输来代替物质传输（宁可用10倍的信息传输换取一倍的物质传输）。,.,25, 共享性,信息只能共享，不能交换。我告诉你一个消息，我并没有失去什么，也不会从大脑中消除。而物质的交换是0和的 (你的所得必为我之所失，所得所失之和为零)。,信息共享没有直接损失，但可能会有间接损失。告诉你某药品的配方，就会造成与我方的竞争，影响我方

6、的销路。,信息只有充分的共享才能真正成为资源。,.,26, 增值性/再生性,用于某种目的的信息, 随时间的推移可能无价值了，但对另一种用途, 又可能再现其价值。如天气预报信息, 预报期一过就不再有用,但对每年同期天气比较，总结变化规律, 验证模型，却极有价值，变废为宝。 ( 气象学家正是根据这点预测天气的 )。,在量变的基础上可能产生质变；在积累的基础上可能产生飞跃。,.,27, 转换性,有物质必存在运动的能量，也必存在运动状态的信息。没有能源不能开工，没有知识就不能成功生产。这说明信息、能源、物质是可以相互转化的。,不言而喻, 物质和能源能换取信息。大量的事实说明信息能够转化为物质和能源。如

7、利用新技术节约能源、成本等。“ 知识就是力量,知识就是生产力 ” 的说法也说明了这种转换。,.,28,信息处理的本质：,数据处理,信息处理的目标：,获取有用的信息,信息处理的过程：,为了更好地利用信息，而对信息本身所施加的各种操作：收集、加工、存储、传输、维护及使用，统称为信息处理。,信息处理,.,29,.,30, 信息的收集,输入等,信息需求,信息采集,采集方法,广泛收集、,专项收集、,随机累积,采集维数,阶段、,层次、,来源,信息表达,文字表达,数字表达,图形、声音表达,有需求才会去收集信息,采集手段,感知、,测量、,识别、,获取、,.,31, 信息的加工,分类、分析、综合、转换、检索、管

8、理等都属于信息加工的范畴。,注: 信息加工的每一步都需时间，因此加工后的信息不可能反映现实的最新状态。(滞后性),信息加工的过程：,.,32, 信息的存储,存储介质：,纸、胶卷、磁盘、磁带等。,存储方式：,集中存放可减少冗余。,分散存放有冗余、难于共享、 但方便使用。,保存周期：,保存多长时间,存储内容：,要存储什么样的数据,.,33, 信息的传输,信息传输理论最早是在通信中研究的，一般遵守香农模型(Shannon)：,传输信息量计算：,.,34,例：假定A地共有8种可能状态，则发生每种状态的概率是相等的，即1/8 。如果A地想告诉B地现在A地处于第i个状态，则A传递给B地的信息量是：,这里结

9、果3的含义是表示8种状态的二进制位数。即在本例中，只要在信道上传递 3 位二进制位的信息量，即可告诉B “A地现在所处状态”。,.,35, 信息的维护,全部数据的管理工作。,信息维护的目的,经常更新存储的数据，保持信息的 最新状态。,保证信息的准确、及时、安全、保密。,信息维护概念,广义:,狭义:,.,36, 信息的使用,如何高速、高质量提供信息,信息使用效率、信息使用时机,技术方面,价值转换方面,.,37,现代信息技术的主要特征,以数字技术为基础； 以计算机及其软件为核心； 电子技术(包括光技术)为关键技术。,( information technology IT 或Information

10、& Communication TechnologyICT,1.1.2 信息技术与信息产业,信息技术,.,38,应用现代信息技术的主要领域,通信 广播 计算机 微电子,自动控制 遥感遥测 机器人 ,.,39,人的信息器官,信息技术的主要内容,信息技术是用来扩展人类的信息器官功能、协助人类进行有效信息处理的一类技术。,.,40,因此，需要扩展人类的信息器官功能，对应的信息技术包含如下主要内容：,人类信息器官的信息处理处理能力有限：,算不快 记不住 传不远 看不见 听不清,.,41, 信息感知技术,解决是否有信息存在的问题。提高人的感知范围、感知精度、灵敏度。主要有： 红外线技术 紫外线技术 次声

11、波技术 超生波技术 传感器技术,.,42, 信息识别技术,解决存在的信息是哪一类信息问题。识别是在信息感知的基础上与特定的“模板”进行比较，识别模型如下：,常用的信息识别技术,模式识别方法,人工神经网络方法,.,43, 信息的通信技术,解决人类交流信息的空间与时间障碍、信息的传递和转移问题。,通信只关心信息的形式，而不关心信息的内容及价值；,通信的有效性,通信注重考虑的问题,传输的可靠性,信息的安全性,通信的实质是使事物运动的状态方式脱离开源事物而附着另一事物(载体)，将这种状态方式在从一点传到另一点。,.,44, 信息的计算(处理)、加工与再生技术,是对信息的去粗取精、去伪存真、从原始信息中

12、抽象出具有普遍意义的规律，成为可用的知识，其实质是认知过程。,表层信息处理技术,信息变换、记录、共享、检索,压缩、编码、差错处理、安全,深层信息处理技术,就“信息处理”而言分为：,.,45, 信息的控制与显示技术,一切形式的控制归根到底就是改变控制对象的状态和方式。,信息控制就是信息的施效过程。,.,46,信息技术的发展与成就,语言的形成,第1次信息技术革命（3.55千年之前）,文字的创造,第2次信息技术革命（约3500年之前）,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,.,47,信息技术对社会和经济的影响,提高了传统产业的劳动生产率,催生了许多新

13、兴产业,推动了社会信息化,加快了社会经济的发展,.,48,信息产业（Information Technology Industry）,指信息设备生产制造，以及利用这些设备 进行信息处理与服务的所有行业的总和,信息产业,.,49,信息产业已是全球第一大产业,.,50,我国的信息产业情况,信息产业规模居世界前二位,自2003年，信息产业规模已超日本, 仅次于美 国连续5年位列世界第二，08年跃居世界首位。,2009年电子信息产品产量占全球产品比例：,09年电子信息产品贸易额占全球的15%以上,.,51,2009年世界IT产业竞争力排名,.,52,IT产业在我国国民经济中的地位,IT产业占GDP比例

14、,IT产业对GDP增长率的贡献,08年占GDP的4.95%,08年占GDP增长率的0.8个百分点,.,53,2009年电子信息产业收入占：,全国进出口外贸比重 35.0%,全部工业收入的 10.0%,全部工业利润的 6.0%,全部工业税金的 8.4%,占全部工业从业人员的 9.0% (755万),.,54,我国信息产业存在的问题, 核心技术、关键设备和元器件受制于人, 产业结构亟需优化,加工组装的比重高，经济效益低,产业位于价值链低端。,关键设备和元器件无知识产权, 信息技术应用水平不高, 体制有待完善,.,55,下面是$190的30GB视频iPod产品的收入分配：,.,56,对存在的问题已经

15、并将采取的对策,电子信息产业调整和振兴规划（2009-2011）, 实现产业稳定增长，保持二倍的GDP增速的增长速度，力争完成“十一五”规划产业规模发展目标；, 结构优化取得成效，软件和信息服务比重提高到 15%，加工贸易在出口总额中的比重降至75%，初步 赢得核心产业发展主动权；, 不断增强创新能力；, 对GDP增速的贡献不低于0.7，保持出口稳定，占全国出口比例保持在1/3以上,四项目标：,.,57,六大重点工程：, 集成电路产业技术水平和产能提升 平板产业升级和彩电工业转型 新一代移动通信（TD-SCDMA）产业完善 数字电视推广应用和产业链建设 计算机和下一代互联网应用 软件及信息服务

16、培育,.,58,1.1.3 信息化与信息社会,信息化,所谓信息化，就是利用现代信息技术对人 类社会的信息和知识的生产与传播进行全面的 改造，使人类社会生产体系的组织结构发生全 面改革的一个过程。,信息化概念,信息化是由信息技术驱动的经济和社会的变革,2000年“全球信息社会冲绳宪章”明确提出：,.,59,信息化的本质,是利用信息技术、知识，充分发挥人的潜力，实现信息社会。,信息化的内容,信息的生产,即信息产业化，发展一系列信息技术及产业,.,60,信息应用,利用信息技术改造传统产业，提高物质和能量资源的利用率，促进人类生活方式、社会体系、社会文化的深刻变革。,信息保障,保障信息传输的基础设施和

17、安全机制，提 升获取信息的能力.,.,61,信息化标志,信息产业在国民经济中的比重,信息技术在传统产业中的应用程度,信息基础设施建设水平,.,62,各国信息化发展战略,美国：,IT2计划（1999）,美国竞争力计划（2006 ）,日本：,i-Japan战略,21世纪信息技术计划,网络与信息技术研究开发计划,网络空间安全国家战略,focus21计划,.,63,欧盟研究与技术开发框架计划,欧盟：,e-Europe（i2010 ),韩国：,IT韩国未来战略,IT839战略,中国：,20062020国家信息化发展战略,.,64,中国信息化发展战略要点, 以信息化带动工业化,以工业化促进信息化, 扩展信

18、息产业内涵：,增加了“信息内容产业”, 信息化环境建设,包括体制、法律法规、标 准化、信息安全、知识产权、对外交流等。, 提出了贯穿15年的战略行动计划，共6项：,.,65, 电子商务计划 国民信息技能教育培训计划 电子政务计划 网络媒体信息资源开发利用计划 缩小数字鸿沟计划 关键信息技术自主创新计划,.,66,国家信息化发展战略的总目标, 综合信息基础设施基本普及 信息技术自主创新能力显著增强，信息产业结构全面优化 国民经济和社会信息化取得明显成效，新型工业化发展模式初步确立 国家信息化发展的制度环境和政策体系基本完善，国民信息能力显著提高,.,67,我国信息化建设的历程,19561966

19、：“艰苦创业” 阶段 1958年研制成第1台电子计算机 1964年人造地球卫星上天 1965年第1块集成电路问世 19661978：“曲折发展” 阶段 研制成集成电路计算机 彩色电视剧 通信卫星,.,68,19781999：“改革开放开创新局” 阶段 研制成巨型计算机 推广汉字信息处理应用 建设“金桥”、“金卡”、“金关”等重大 信息系统 2000年起：“全方位高效益推进” 阶段 信息化建设进入全方位、高效益、深层 次发展的新时代 2006年发布“国家信息化发展战略”,.,69,信息社会,人类社会形态从生产力的角度看可以分为:,信息社会是脱离工业社会以后，信息将起主要作用的社会。,物质和能源是

20、主要资源，从事大规模的物质生产。,信息是比物质和能源更重要的资源，以开发和利用信息资源为目的的信 息经济,农业社会,工业社会,信息社会,.,70,蒸汽机的发明引发了第1次工业革命,电动机和发电机的发明引发了第2次工业革命,蒸汽机的发明，在很短时间内，改变了整个世界的面貌(马克思) (机械化),以美国为代表的工业化国家利用这次变革，实现了百年的持续快速发展(电气化),信息技术引发了第3次工业革命,上世纪70s美国面临日本等国家的激烈竞争，出现 了被动局面。但从80s起，美国利用信息技术实现 了近30年的快速发展，保持了领先地位 (信息化),工业社会经历了3次工业革命：,.,71,2006年第60

21、届联合国大会通过第252号决议，确 定每年5月17日为“世界信息社会日”，标志着人 类社会的信息化进入了一个新阶段。,.,72,信息社会与知识社会的区别,信息社会也常被称为知识社会，但两个概 念的侧重略有不同。,知识社会:,信息社会:,知识、创新成为社 会的核心；,包括着更加广泛的 社会、伦理和政治 方面的内容。,建立在信息技术进 步的基础上,信息社会仅仅是实 现知识社会的手段,.,73,从生产关系、历史发展的角度看，人类社会则分为:,原始社会,奴隶社会,封建社会,资本主义社会/社会主义社会,共产主义社会,农业社会,工业社会,当今的信息社会相对应的是什么社会?,.,74,在一个较长的历史时期信

22、息社会仍将是资 本主义和社会主义社会，可看作后工业社会。,但资本主义将再次有新的突破，而社会主义的生产力水平有所提高，有可能实现跨越式发展。,我国是在工业化水平较低的基础上（工业 社会中期）推进信息化的，不可能也不应该走 发达国家“先工业化，后信息化”的发展道路， 只能是把工业化与信息化结合起来，优先发展 信息产业，以信息化带动工业化，以工业化促 进信息化。,.,75,信息社会的特点,(1) 社会经济的主体由制造业转向以高新科 技为核心的信息产业； (2) 劳动主体不再是机械的操作者，而是信 息的生产者和传播者； (3) 交易结算不再依靠现金，而主要依靠信用； (4) 跨国贸易和全球贸易将成为

23、主流。,.,76,1.2 数字技术基础,数字技术即是用0和1两个数字表示、处理、存储和传输一切信息的技术。,全面采用数字技术实现信息处理( 数字化 的含义),是电子信息技术的发展趋势。,数字技术,微电子与光纤技术,电子信息技术基础,.,77,1.2.1 信息的基本单位比特,比特的基本概念,比特(bit、binary digit）是一个二进位。,是计算机中处理数据的基本单位(记为b)。 比特的组合表示各种数值、文字和符号、 图像、声音,只有2种状态：0、1。可表示电位的高或 低、脉冲的有或无、命题的真与假等。,只是一种符号，没有数量的概念。,.,78,字节(byte binary term),是

24、一种稍大些的数字信息的计量单位(记 为B)。一个字节包含8个比特。,b7是字节的最高位，b0是其最低位。,字(word),由2个字节(16位)组成；或由4个字节(32位)组成；或由8个字节(64位)组成。,.,79,比特的存储,在计算机中存储比特常用方法：, 利用电路的高电平和低电平状态,如CPU内部通常使用高电平表示1，低电平表示0。,.,80, 利用电容的充电状态或放电状态,当电容的两极被加上电压，它就被充电( 充电状态表示1)，去掉电压(放电状态表示0)， 因而1个电容可用来存储1个比特,如PC中的内存（RAM） 就是利用集成电路技术在 芯片上制作出数以亿计的微型电容器，而构成的可存储大

25、量信息的存储器,.,81, 利用两种不同的磁化状态,如计算机中的硬盘就是采用这种原理存储信息的。,当电流从不同方向流过磁性材料粒子时会 使磁性材料产生两种不同的磁化方向，分别表 示0和1，而记住一个二进位。,.,82, 利用物体表面上的凹凸状态,例如CD光盘用凹坑的边缘表示“1”，而凹坑和非凹坑的平坦部分表示“0”,.,83,总之，一个比特需要用具有两种稳定状态的器件(如开关、继电器等）存储。,触发器是具有2种稳定状态的电路，在任一 时刻触发器只处于一种稳定状态，在接收到触 发信号时可由一个状态翻转到另一个状态，无 论哪种状态都能保持到发生状态变化时为止。 触发器的速度极快，工作频率可达GHz

26、的数级。,在计算机等数字系统中一般使用触发器来 存储1个比特。,.,84,一个触发器可以存储1个比特，一组触发器则可存储一组比特，它们称为“寄存器”。,最简单的触发器由2个“或非门”电路组成：,.,85,存储容量计量单位,比特(简记为b),字节(简记为B),千(kilo , 简记为K) ，1K=210=1024,兆(mega，简记为M)，1M=220=1024K,吉(giga，简记为G)， 1G=230=1024M,太(tera，简记为T), 1T=240=1024G,用于计算机内存储器容量的计量单位,主存、cache、存储器芯片、文件、文件夹的大小,注：为区别10的幂次计量单位，IEC建议使

27、用 如下的计量单位: Ki、Mi、Gi、Ti。,.,86,用于计算机外存储器容量的计量单位,硬盘、DVD光盘、U盘、存储卡等,外存储器容量以10的 幂次为计量单位：,比特(简记为b),字节(简记为B),千(kilo , 简记为K)， 1K=103=1000,兆(mega，简记为M)，1M=106=1000K,吉(giga，简记为G)， 1G=109=1000M,太(tera，简记为T), 1T=1012=1000G,注：厂商总是以10的幂次为计量单位标注外存储器容量，但操作系统以2的幂次显示容量,.,87,例如：厂商标注的一个U盘的容量为8GB ，但在系统中显示为：,厂商标注,系统显示,.,8

28、8,比特的传输,在数字通信中，数据的传输是通过比特的传输来实现的。,直接传输表示“0/1”的电信号或光信号（称为基带传输），例如：计算机读出写 U盘中的文件。,远距离传输或无线传输：,近距离传输：,需要使用调制技术（在第4章第1节介绍）,.,89,传输速率,传输速率以每秒钟可传输多少二进位数目计量，单位 b/s 或 bps。,常用单位有：,千比特/秒(kb/s)，1K b/s=103 比特/秒=1000 b/s 兆比特/秒(Mb/s)，1M b/s=106 比特/秒=1000 kb/s 吉比特/秒(Gb/s)，1G b/s=109 比特/秒=1000 Mb/s 太比特/秒(Tb/s)，1T b

29、/s=1012比特/秒=1000 Gb/s,注：数据传输速率总是以10的幂次为计量单位,.,90,计算机中为什么要采用二进制 ?,二进制数的运算规则很简单, 易进行运算。,便于数据压缩,易于纠正传输或存储时的错误，可靠性好。,易表示文字、符号、图像、声音多种不同形 式的信息。,1.2.2 比特与二进制数,只有0和1两个符号，所以只要两个稳定状态 的电路就可以表示和存储二进位,容易实现。,.,91,十进制数(Decimal 记为D),十进制数的含义是: 逢10进1 使用十个不同的数字符号 (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9） 基数是10 十进制数各位的权值是10的整数次幂

30、,2004.96D 2103010201014100910 -1610-2,计数制概念,.,92,二进制数(Binary 记为B),101.01B 122021120 021122 5.25D,二进制数的含义是: 逢2进1 使用2个数字符号 (0 , 1) 基数是2 二进制数各位的权值是2的整数次幂,例如:,.,93,八进制数 (Octal记为Q ,以区别于字母o和数字0 ),365.2Q = 382 + 681 + 580 + 281 = 245.25D,八进制数的含义是: 逢8进1 使用8个不同的数字符号 (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7） 基数是8 八进制数各位的权值是8的

31、整数次幂,例如:,.,94,十六进制数 ( Hexdecimal 记为H ),例如:,F5.4H = 15161 + 5160 + 4161 = 245.25D,十六进制数的含义是: 逢16进1 使用16个不同的数字符号(0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ,9, A, B, C, D, E, F 或 a, b, c, d, e, f ） 基数是16 十六进制数各位的权值是16的整数次幂,.,95,任意（R）进制数,R进制数的含义是:,“逢R进1” 使用R个不同的数字,( 0 , , R ) 基数是 R R进制数各位的权值是R的整数次幂,一般地，一个R进制数:,（ Kn Kn1

32、 . K1 K0 K1 K2 . Km ）R ( KnRn Kn1Rn1 . K1R1 K0R0 K1R1 K2R2 + KmRm )D,.,96,不同计数制之间的关系及其转换,整数部分：除以2逆序取余； 小数部分：乘以2顺序取整。,二进制数、八进制和十六进制有简单的对 应关系，平时为方便书写、阅读和记忆，常用 八进制和十六进制表示二进制数。,.,97,把十进制小数（如0.63）转换成二进制时会出现二进制无穷小数，这时要按指定要求取指定的小数位数。,注意：,.,98,计算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,例如：,11101.1011B=124123122021

33、120 121022123124 = 29.6875D,.,99,1位八进制数与3位二进制数的对应关系：,.,100,例如：,整数部分从小数点开始往左3位一隔，最后不足3位时有几位取几位；小数部分从小数点开始往右3位一隔，最后不足3位补0。然后再把各个3 位二进制数写成八进制数字。,3 位分隔法：,.,101,把各位八进制数字分别写成等值的3位二进制数。,例如：,.,102,1位十六进制数与4位二进制数的对应关系：,.,103,整数部分从小数点往左4位一隔，最后不足4位的前面补0；小数部分从小数点往右4位一隔，不足4位的后面补0。然后再把各个4位二进制数写成十六进制数字。,补上的0,补上的0,

34、.,104,把各位十六进制数字分别写成4位二进制数。,例如：,.,105,二进制数的算术运算,运算规则与十进制数类似, 只是逢2进1, 借 位是2。,1011B+111B=10010B,10010B-111B=1011B,例如：,.,106,1.2.3 信息在计算机中的表示,在计算机中，各种各样的数据都以比特（二进位）的组合表示。,数值的表示（定点数与浮点数）,定点数不带小数点的数（即整数）； 浮点数带小数点的数，浮点数在机器内 是按指数形式表示的。 注意：整数与纯小数只是浮点数的特例,.,107,无符号整数 ( unsigned integer ),带符号整数 ( signed intege

35、r ),无符号整数（一定是正整数），用于表示字符编码、地址码、索引码等。因是正整数，所以表示时不需要考虑数符问题，所有的位都用于表示数值本身。,定点数表示,无符号整数表示,一个无符号整数可以用不同长度的二进位 数(8、16、32、64) 表示成不同长度的无符号 整数，其表示范围完全由二进位数决定。,.,108,表示范围 0255 ( 0281 )，即 00000000B （最小值） 11111111B （最大值）,表示范围 065535 ( 2161 ),表示范围 02n1,例如： 43D=101011B 则8位的无符号整数表示为:,16位：,n位：,8位：,.,109,无符号整数在运算过程中

36、其值超出了机器可表示的范围时将发生溢出。 溢出处理由机器自动进行，但溢出处理后存储的数值已经不是原来的数据。 例如： 若用8个比特位表示无符号整数，当计算“255+1”时就会发生溢出，丢掉了最高位的进位，其计算结果为0。,255:,255+1:,0 0 0 0 0 0 0 1,丢掉的进位,.,110, 原码表示法,带符号整数的表示,带符号整数用于表示某个物理量。,用最高位表示整数的符号( “0”代表正数， “1”代表负数)，剩余位表示二进制形式数据的绝对值。,.,111,原码表示例（以8位表示为例）,+43原码 = 00101011,-43原码 = 10101011,.,112,整数的原码表示

37、范围,-215 + 1 215 - 1（即 -3276732767）,一般而言，n 位原码的整数表示范围为,8位：,-27 + 1 27 - 1（即 -127127）,16位：,n位：,-2n-1 + 1 2n-1 - 1,.,113,原码表示的优缺点,原码表示简单； 但加减法运算烦琐 ,需要判别符号； 实现电路复杂，增加了成本； 数值0有正0 “00000000” 和负0 “10000000” 两种表示形式，表示不唯一。,.,114, 补码表示法,用最高位表示数的符号，正整数的补码与 其原码形式相同；负整数的补码等于其原码除 最高符号位保持不变外，其他各位取反，再在 末位加 “1”。,补码表

38、示例（以8位二进位表示为例）,+32补码 = +32原码 = 00100000 -43原码 = 10101011 -43反码 = 11010100 -43补码 = 11010101,编码方法,-43 的补码表示过程,（第2步）,（第3步）,（第1步）,.,115,整数的补码表示范围,8位：,-27 27 - 1（即 -128127）,16位：,-215 215 - 1（即 -3276832767）,n位：,一般而言，n 位补码的整数表示范围为,-2n-1 2n-1 - 1,.,116,补码表示整数的特点,0的原码有表示两种形式： 100000 （-0） 000000 （+0） 但0的补码表示只

39、有一种表示形式： 000000 而 “100000”这个编码在补码表示中则专 用于表示绝对值最大的负数： -2n-1,.,117,相同的数，在补码表示法中可表示整数的个数比原码多一个，即“100000” 用于表示绝对值最大的负数。,能统一加减法运算(运算时不需要考虑操作数的正负情况)，便于计算机作算术运算。,例如计算： 5 2 = 3 2 5 = -3,.,118,5补码 = 00000101 -5补码 = 11111011 2补码 = 00000010 -2补码 = 11111110 5补码 + -2补码 = 00000101 + 11111110,正数的补码与原码相同！,= 0000001

40、1补码,= 00000011原码,= 3D,符号位也参与运算,把补码转换成原码,转换成十进制,.,119,2补码 + -5补码 = 00000010 + 11111011,= 11111101补码,= 11111100反码,= 10000011原码,= -3D,符号位也参与运算,补码变反码先减1,除符号位各位取反,转换成十进制,.,120,常见的不同方法表示的整数的比较 （以8位为例）,在计算机中，同一个二进制代码可按不同的含义解释，当然其值也可能不同。一个代码究竟表示什么，是由指令决定的！,例如：,10000001,.,121,.,122,浮点数的表示,一个十进制数N用科学计数法可表示成：,

41、浮点数在计算机中是按科学计数法表示的。,N = 56.725 = 0 . 56725102 N =0.0034756 = - 0.3475610-2,指数部分指出小数点的位置,尾数部分决定有效数字,.,123,N=1001.011B = 0.1001011B2100 N=0.0010101B = 0.10101B210B,因此，按浮点数表示一个数，要考虑数的符号、小数部分、指数符号及指数4个部分。 如Pentium32位浮点数的表示格式如下：,同理，二进制数N也可以用记阶法表示成：,N = A10K,一般地：,N = S2P,（二进制数）,（十进制数）,.,124,其中:,符号位s =,0 正

42、数,1 负数,偏移阶码e是带有偏移量127的一个无符号整数，e=指数+127,尾数f，原码表示，绝对值在1与2之间,其中1和小数点都是隐含的，不直接表示出来。,.,125,Pentium32位浮点数表示例,则,0 . 5D = 0.1B = 1.0B2-1 D,例1,s = 0,e = 127D+ ( -1D ) = 126D = 01111110B,f = ( 1.) 000 0000 0000 0000 0000 0000B,这样 0.5D 的Pentium32位浮点数表示为：,.,126,例2,-1.0D = -1.0B = -1.0B20D,则,s = 1,e = 127D+0D =

43、127D = 01111111B,f = ( 1. ) 000 0000 0000 0000 0000 0000B,这样 -1.0D 的Pentium32位浮点数表示为：,.,127,10000.0D = 10011100010000B = 1.0011100010000B213 D,则,s = 0,e = 127D+ 13D = 140D = 10001100B,f = ( 1.) 0011100010000B,这样,10000.0D 的Pentium32位浮点数表示为：,例3,.,128,例4,178.125D = 10110010.001B = 1.0110010001B27 D,则,s

44、 = 0,e = 127D+7D = 134D = 10000110B,f = (1.) 011 0010 0010 0000 0000 0000B,这样178.125D的Pentium32位浮点数表示为：,.,129,Pentium32位机内浮点数转换为十进制,C0A00000H=1 100 0000 1 010 0000 0000 0000 0000 0000B,则,s = 1 (负数),e = 10000001B = 129D,实际指数 = 129D-127D = 2D,f = (1.) 010 0000 0000 0000 0000 0000B = 1.01B = 1.25D,转换后的

45、十进制数 =,-1.25D 22 D,= -1.25D 4D,= - 5.0D,例5,.,130,文字符号的表示,字符(character),表示文字的各种符号（如字母、数字、标点、特殊符号等）统称为“字符”。,字符集,一组特定字符的集合，不同的国家和地区使用不同的字符集,字符的编码（字符在计算机中的表示）,.,131,计算机中存储、使用的字符并不是字符本身，而是字符的唯一代码（编码）一串二进位。, 西文字符的编码,目前计算机中使用最广泛的西文字符集及 其编码是ASCII（ American Standard Code for Information Interchange）美国标准 信息交换

46、码，即ISO-646标准。,注意：同一个字符集可以对应多种不同的编码。字符集相同，编码表可以不同！,.,132,ASCII字符集中的每个字符的编码用7位二进位表示， 因此一个字符的ASCII 码需要用一个字节（8位）来存储，最高位保持为0。,ASCII 字符集有“基本集”与“扩充集”之分。基本集包含96 个可打印字符（字母、数字、标点符号、特殊符号等）和32个控制字符（不可打印或显示）。,.,133,ASCII字符集及其码表,.,134,大写字母A的ASCII编码为：,A = b7b6b5b4b3b2b1b0 = 01000001B = 41H = 65D,需要记忆的几个特殊字符的编码：,A

47、= 41H = 65D a = 61H = 97D 0 = 30H = 48D,NULL = 00H = 0D,例如:,空格 = 20H = 32D,注意它们的区别,.,135, 汉字字符编码,为了适应计算机处理汉字的需要，我国颁 布了几个汉字字符集及其编码：, GB2312-80 汉字编码标准, GBK汉字编码, UCS/Unicode 多文种通用编码标准, GB18030-2000 汉字编码标准, BIG 5 ,（俗称“大五码”）台湾地区汉字字符集及编码标准,（1981年）,（详见第5章）,.,136,图像的表示,计算机中图像的表示方法与过程:,模拟图像,划分取样点 N行M列,黑白图像,分

48、解成像素点(图像单位),对每个像素 点进行量化,灰度图像,每个像素需要多个二进位表示,每个像素只要一个二进位表示,每个像素的三基色分量每个都需多个二进位表示,彩色图像,(现实图像),.,137,黑白图像的表示例,010101010101010101010110101101001001000111110000 011010101010101010101001011010010110010100000110 100101010101010101010110110001010000101001010100 10110110101101101011010110011001011010001000100

49、1 011010010110100101101010001001100100101101010010 100101101100101011010101110110011001010010101100 011010010011010110010010001001100110101010010001 010101101100101100100101110110011001010100100101 010101010101010011011010001001100010100001010100 101010101010101100010010110010001101001110100001 0101

50、01010101010001000101000101101000010000001101 110110101010010100110100011010010011100101101000 101001010100100010100101100101101100001010000010 101011010001001001001001011110101011010100101100 101010000100010010010111110101111100101001001001 010100101001000100101010101110101011010010010000 1010010000

51、10011001101111101011101010101000100101 010010010100100011011000011110111011010110101000 000100000001001100100111111111110110111000000010 101000101010010011011000010101011101000010101000 000010000100101101010011111111111111011101000101 001000101001101010100100011101111110100010010000 0100100101100010

52、01001001111011110101101100100101 100100100000111010010010010111111111011001001000,.,138,基本逻辑运算,逻辑运算是英国数学家乔治布尔(George Boole)发明的，因此也称“布尔代数”。,逻辑乘：“与”运算，用“AND”、“”、“”表示,取 反：“非”运算，用“NOT”、“”、“!” 表示,逻辑加：“或”运算，用“OR”、“”、“”表示,逻辑运算符,1.2.4 比特的运算,.,139,逻辑运算规则,.,140,逻辑运算例,对两个多位的二进制数进行逻辑运算时， 按位独立进行，每一位都不受其它位的影响。,A=

53、0110 ,B=1010,例如，若有：,则,F=AB=1110,F=AB=0010,.,141,逻辑运算实现,用开关电路实现,晶体管好像是一个电子开关， 它可以工 作在两种状态：导通状态/绝缘状态，效果相 当于A和B之间的接通或断开。,晶体管的两种状态由控制端G的电压决定,.,142,逻辑加： F = A B,逻辑乘： F = A B,.,143,用门电路实现,晶体管的组合（门电路）可实现逻辑运算,“非” 门,“或” 门,“与” 门,.,144,基本门电路的功能与标识,.,145,如两个一位二进制数的加法运算，只要使用2个门电路便可实现。,AB =,与 门,异或 门,“与”门、“或”门、“非”

54、门是三种基本逻辑 电路,任何复杂的逻辑运算都可以由这些基本门 电路的组合来实现。,.,146,1.3 微电子技术简介,微电子技术,以集成电路为核心，实现电子电路和电子系统超小型化及微型化的电子技术。,1.3.1 微电子技术与集成电路,在硅片上形成的大量晶体管、电阻、电容等元器件及互连线的微型化的电路或系统。芯片是集成电路的载体。,集成电路(Integrated CircuitIC )及其芯片,.,147,元器件,具有开关和放大作用的电子基础元件（ 真空电子管、晶体管、集成电路等）。,基础元器件的发展与演变过程,电子管 (1904),晶体管 (1948),中/小规模 集成电路 (1950s),大

55、/超大规模 集成电路 (1970s),基础元器件的发展与演变,.,148,1904年，英国电气工程师 弗莱明（John Ambrose Fleming） 发明了真空二极管,1906年，美国工程师德福雷斯特（Lee De Forest）发明了真空三极管,电子管是对处于玻璃真空管中的阴极灯丝加热发射出电子而工作。缺点是耗能多，寿命有限（因高温下的灯丝材料钨易断，使其无法工作）。,真空电子管,.,149,1948年肖克利、巴丁、布拉顿发明了晶体管。,晶体管是靠半导体中的电子和空穴的流动来工作的。其工作寿命无限，但这些元器件是通过焊接到印刷电路板上而连接，焊接的水平(虚焊、氧化)优劣是左右质量的因素。

56、,晶体管,.,150,1959.7 ， 美国仙童公司(Fairchild)的诺依(N.Noyce) 制成了集成电路,利用二氧化硅膜制成平面晶体管，并用和二氧化硅膜密接在一起的导电膜作为元器件间的连线制成的微型化电子电路。,.,151,半导体材料有很多种，为什么采用半导体硅(Si)作为集成电路的制作材料?, 集成电路的基础工艺是平面技术：首先将硅表面氧化，然后用腐蚀法在二氧化硅膜上形成各种平面的元器件。 实施的关键在于获得优质的二氧化硅膜。而在硅表面上较容易获得优质的二氧化硅膜。, 集成电路的制作材料,主要原因是：,.,152, 晶体管的特性在很大程度上受二氧化硅膜界面的缺陷的影响。而二氧化硅膜

57、界面只有10-5 的原子键形成缺陷，用其他人工方法很难获得这样优质的界面。, 二氧化硅是地球上存在数量占第一、第二位的氧和硅构成的，是一种储量多用之不尽的工业材料。,.,153, 集成电路的特点与优点,体积小,功耗低,电子器件的比例缩小法则：,尺寸和电源电压缩小为原来的1/K 时,速度将为原来的K倍；消耗的功率将为原来的 1/K2 倍；开关能量减小到原来的 1/K3 倍。,可靠性好(集成度大,焊点少,故障率低),速度快,规模生产、成本低、价格便宜,.,154, 集成电路分类,按集成度(单芯片中包含的元器件数目)分,.,155,按所用晶体管结构、电路和工艺分,双极型（Bipolar）集成电路,金

58、属-氧化物-半导体（MOS ）集成电路,以电子和空穴 （双极）为载流子的双极型晶体管组成。是以控制电流来达到放大、开关特性的电流控制器件，速度快。,以电子或空穴（单极）为载流子的 MOS（Metal Oxide Semiconductor）晶体管组成。是一种电压控制器件。,.,156,既有CMOS电路的低功耗, 又有双极型晶体管电路的高速度的特点。,以Comlementary MOS晶体管组成。工艺复杂，成本高，电流驱动能力差；但功耗低，允许噪声范围大。一般用作倒相器。,双极-金属-氧化物-半导体 (BiMOS)集成电路,互补-金属-氧化物-半导体 (CMOS)集成电路,双极-互补-金属-氧化物-半导体集成电路 （BiCMOS）,.,157,数字集成电路,模拟集成电路,按用途分,通用集成电路（存储器、微处理器）,专用集成