第一章信息技术概述

第一章信息技术概述第一页，共五十四页，2022年，8月28日1.4.1信息的基本单位

——比特(bit)（1）什么是比特（2）比特的运算（3）比特的存储（4）比特的传输第二页，共五十四页，2022年，8月28日比特（bit,binarydigit缩写）：是计算机和其他数字系统处理、存储和传输信息的最小单位。用小写的“b”表示。比特只有两种状态：0，或1。数值、文字、符号、图像、声音、命令······都可以使用比特来表示，其具体的表示方法就称为“编码”或“代码”第三页，共五十四页，2022年，8月28日用比特表示图像第四页，共五十四页，2022年，8月28日字节（byte，binaryterm的缩写）,用大写字母“B”表示，每个字节包含8个比特。

1byte=8bits（1B=8b）第五页，共五十四页，2022年，8月28日比特的运算

需要使用逻辑代数。英国数学家乔治·布尔提出，也称为布尔代数。第六页，共五十四页，2022年，8月28日

逻辑乘（“与”运算，AND、∧、

•

）

0∧0=0；0∧1=0；1∧0=0；1∧1=1

逻辑加（“或”运算，OR、∨、+）

0∨0=0；0∨1=1；1∨0=1；1∨1=1

取反（“非”运算，NOT、¯）

0=11=0第七页，共五十四页，2022年，8月28日多位二进制信息进行逻辑运算时，按位独立进行，每一位不受同一信息的其他位影响。例：

01010101

∨1100∧110011010100

用于完成上述基本逻辑运算的电路称为“门”电路。第八页，共五十四页，2022年，8月28日比特在计算机中如何表示？在计算机中表示二进位的方法：电路的高电平状态或低电平状态(CPU)电容的充电状态或放电状态(RAM)两种不同的磁化状态(磁盘)光盘面上的凹凸状态(光盘)···第九页，共五十四页，2022年，8月28日CPU内部通常使用高电平表示1，低电平表示00.0V0.5V2.8V3.3V010V+3v010第十页，共五十四页，2022年，8月28日

触发器：在计算机等数字系统中，使用触发器（双稳态电路）来表示。

--一个触发器可以存储1个比特，一组触发器可以存储1组比特，称为“寄存器”。

--

易失性存储器，断电后信息不再保持！第十一页，共五十四页，2022年，8月28日

电容器：电容的两极被加上电压，电容被充电；电压撤销后，充电状态仍会保持一段时间。电容的充电和放电状态分别表示1和0。

--集成了数以亿计微小电容的一块半导体芯片，构成了可存储大量二进位信息的半导体存储器。

--

易失性存储器，断电后信息不再保持！第十二页，共五十四页，2022年，8月28日

磁盘利用磁介质表面区域的磁化状态来存储二进位信息；

--

非易失性存储器，断电后信息可以保持！磁盘表面磁性材料粒子第十三页，共五十四页，2022年，8月28日

光盘通过“刻”在盘片表面上的微小凹坑的凹、凸状态来记录二进位信息。

--

非易失性存储器，断电后信息可以保持！第十四页，共五十四页，2022年，8月28日存储容量内存储器容量使用2的幂次作为单位，有助于存储器的设计。经常使用的单位有：

1KB=210字节=1024B（千字节）

1MB=220字节=1024KB（兆字节）

1GB=230字节=1024MB（吉字节、千兆字节）

1TB=240字节=1024GB（太字节）第十五页，共五十四页，2022年，8月28日外存储器容量使用10的幂次作为单位：

1KB=103

B=1000B1MB=103KB=1000KB1GB=103MB=106KB1TB=103GB第十六页，共五十四页，2022年，8月28日现象

160GB的移动硬盘电脑中实际容量/＝160GB为什么？第十七页，共五十四页，2022年，8月28日前缀名称前缀符号十进制前缀二进制前缀比值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因为相同的符号，有两种不同的含义！第十八页，共五十四页，2022年，8月28日不同进位制前缀的使用场合内存、cache、半导体存储器芯片的容量均使用二进制前缀：512MB的内存条（1M＝220

）256KB的cache（1K＝210

）文件和文件夹的大小使用二进制前缀频率、传输速率等使用十进制前缀：主频1GHz（1G＝109）传输速率100Mbps（1M＝106）外存储器（硬盘、DVD光盘、U盘、存储卡等）容量：厂商标注的容量使用十进制前缀操作系统显示的容量使用二进制前缀第十九页，共五十四页，2022年，8月28日解决方案：使用两种不同的前缀符号已经采用IEC建议符号的有：MozillaFirefox，BitTornado，Linux，以及其他一些GNU自由软件尚未采用IEC建议符号的有：微软公司前缀名称前缀符号十进制值二进制值比值IEC建议二进制前缀符号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第二十页，共五十四页，2022年，8月28日比特的传输

经常使用的传输速率单位如下：

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第二十一页，共五十四页，2022年，8月28日1.4.2比特与二进制数（1）不同进位制数的表示和含义（2）不同进位制数的相互转换（3）二进制数的算术运算第二十二页，共五十四页，2022年，8月28日

十进制数（D）十种符号，(0,1,2,3,4,5,6,7,8,9)

逢十进一各位的权值是10的整数次幂（基数是10）标志：尾部加“D”或数字10或缺省

十进制数可以表示为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第二十三页，共五十四页，2022年，8月28日

二进制数

2种状态，仅有0，1

逢2进一各位的权值是2的整数次幂（基数为2）标志：尾部加B或数字2

特点：容易实现，运算简单，运算速度快。

(B)2=Bn-1×2n-1+Bn-2×2n-2+…+B1×21+B0×20+B-1×2-1+…+B-m×2-m第二十四页，共五十四页，2022年，8月28日八进制数八种符号，（0、1、2、3、4、5、6、7）逢8进1

各位的权值是8的整数次幂（基数是8）标志：尾部加Q、O或数字8

例：

365.2Q=3×82+6×81+5×80+2×8－1=245.25第二十五页，共五十四页，2022年，8月28日十六进制数十六种符号，（0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F）逢16进1

各位的权值是16的整数次幂（基数是16）标志：尾部加H或数字16例：

F5.4H=15×161+5×160+4×16－1=245.25第二十六页，共五十四页，2022年，8月28日不同进位制数的比较十进制二进制八进制十六进制零0000000壹1000111贰2001022叁3001133肆4010044伍5010155陆6011066柒7011177捌81000108玖91001119拾10101012A拾壹11101113B拾贰12110014C拾叁13110115D拾肆14111016E拾伍15111117F第二十七页，共五十四页，2022年，8月28日二进制数的算术运算1位二进制数的加、减法运算规则：被加数加数和进位

0000011010101101（a）加法规则被减数减数差借位

0000011110101100（b）减法规则第二十八页，共五十四页，2022年，8月28日二进制数的算术运算

2个多位二进制数的加、减法运算举例：01011001+0100－010010010101由低位到高位逐位进行！第二十九页，共五十四页，2022年，8月28日不同进制数的相互转换

熟练掌握不同进制数相互之间的转换，在编写程序和设计数字逻辑电路时很有用。第三十页，共五十四页，2022年，8月28日

十进制数与二进制数之间的转换二进制数转换成十进制数

只要把二进制的数按位权展开相加即可。例如：

(101.1)2=1×22+0×21+1×20+1×2-1

=(5.5)10第三十一页，共五十四页，2022年，8月28日十进制转换成二进制数整数部分除2取余,逆序，第一个余数为最低位。

例：

29.6875

11101.1011B129371421222200111余数低位高位整数部分第三十二页，共五十四页，2022年，8月28日十进制转换成二进制数小数部分“乘2取整”,正序，第一个乘积的整数为二进制小数的最高位例：29.6875

11101.1011B小数部分0.6875×21.37500.75001.50001.0000×2×2×2高位低位第三十三页，共五十四页，2022年，8月28日八进制数转换成二进制数把每个八进制数字改写成等值的3位二进制数即可，且保持高、低位次序不变。

16.327O=001

110.011

010

111

B八进制数二进制数八进制数二进制数

00004100100151012010611030117111第三十四页，共五十四页，2022年，8月28日二进制数转换成八进制数

整数部分从低位到高位每3位用一个等值的八进制数替换，最后不足3位在高位用0补足；小数部分从高位到低位每3位用一个等值的八进制数替换，最后不足3位在低位用0补足。

11101.01B=

.B=11101010035.2O第三十五页，共五十四页，2022年，8月28日十六进制数与二进制数间的转换方法同八进制数与二进制数间的转换方法类似。区别在于——二进制数要用4位。

4C.2EH=？B11101.01B=？H=0100

1100.0010

1110B0001

1101.0100B1D.4H第三十六页，共五十四页，2022年，8月28日1.4.3整数(定点数)的表示（1）计算机中数的类型（2）无符号整数的表示（3）带符号整数的表示第三十七页，共五十四页，2022年，8月28日

整数不使用小数点，或者说小数点始终隐含在个位数的右面，所以整数也叫“定点数”。整数分为两类：无符号整数和带符号整数。第三十八页，共五十四页，2022年，8月28日--无符号整数一定是正整数，可以是8位、16位、32位甚至更多（8的整数倍）--n位二进制表示的正整数取值范围是0~2n-1。无符号整数的表示十进制数8位无符号整数

00000000010000000120000001030000001140000010050000010125211111100253111111012541111111025511111111······第三十九页，共五十四页，2022年，8月28日带符号整数的表示（1），原码表示：

--

用最高位作为符号位，“0”表示“+”，“1”

表示“-”--其余各位表示数值的大小。

--n个二进制原码表示的带符号整数的取值范围是——-2n-1+1~+2n-1-1第四十页，共五十四页，2022年，8月28日

负整数在计算机内部采用“补码”进行表示：符号位仍是“1”，绝对值部分是对原码的每一位取反后再在末位加“1”。例：

(-43)原=10101011，绝对值部分每一位取反后为：11010100，末位加“1”得到：(-43)补

=11010101n位补码可表示的整数范围：-2n-1～2n-1-1带符号整数的表示（2），补码表示反码第四十一页，共五十四页，2022年，8月28日注意：正整数无论采用原码还是补码，其编码都相同。采用补码表示负数后，加法减法运算就可以统一用加法器来完成。负数的补码如何变回原码？第四十二页，共五十四页，2022年，8月28日注意：相同位数的二进制补码可表示的数的个数比原码多一个！8位二进制代码无符号整数的值带符号整数的值(原码)带符号整数的值(补码)0000000000000000001111……………………0111111112712712710000000128-0-12810000001129-1-127……………………11111111255-127-1第四十三页，共五十四页，2022年，8月28日补码如何还原为原码？--符号位仍是“1”，--其余部分对反码的每一位取反后再在末位加“1”。第四十四页，共五十四页，2022年，8月28日故——计算机中整数有多种，同一个二进制代码表示不同类型的整数时，其含义（数值）可能不同一个代码它到底代表哪种整数（或其它东西），是由指令决定的第四十五页，共五十四页，2022年，8月28日1.4.4实数(浮点数)的表示

（选讲）第四十六页，共五十四页，2022年，8月28日任意一个实数在计算机内部都可以用“指数”（称为“阶码”，是一个整数）和“尾数”（是一个“纯小数”）来表示，这种用指数和尾数来表示实数的方法叫“浮点表示法”。

1001.011=2100×（0.1001011）

-0.0010101=2-10×（-0.10101）

-111001010=21001×（-0.111001010）第四十七页，共五十四页，2022年，8月28日

例：-111001010=21001×（-0.111001010）32位的单精度浮点数在计算机中可表示为：

尾数符号位8位23位阶码111001010000010000000…0001001第四十八页，共五十四页，2022年，8月28日1、在下列关于集成电路的叙述中，错误的是

。A.现代集成电路使用的半导体材料主要是硅（Si）B.Moore定律指出单块IC的集成度平均每半年翻一番C.我国第