大学计算机基础第一章概 论

第一章概论

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大学计算机基础

大学计算机基础Fundamentalsof

Computers

第一节信息技术概述

第二节计算机基础知识

第三节计算机与信息处理

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Computers

第一节信息技术概述

信息的定义

1928年，哈特莱(RalphVLHartley)《贝尔系统技术杂志》

《信息传输》

1948年，香农(C.E.Shannon)《贝尔系统技术杂志》《通信的数

学理论》

维纳(N.Wiener)《控制论》一书中指出“信息就是信息，既不是

物质也不是能量”

信息管理和信息系统学科认为信息是“事物之间相互联系、相互作

用的状态描述”，是“客观世界各种事物变化和特征的反映”。

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Computers

V

信息的几个具有代表性的定义

信息是有一定含义的数据，是用来描述客观世界的知识。

信息是对决策或行为有现实或潜在价值的数据。

信息是经过加工后的数据，是事物存在或运动状态的表达。

信息是数据的含义，数据是信息的载体。

从广义上讲，信息是一组被加工成特定形式的数据；而数据是

可以记录、通信和识别的符号。

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Computers

信息具有的特性

时效性

相对性

共享性

传递性

压缩性

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Computers

信息技术

信息技术(informationtechnology,IT)是指在

信息的识别、收集、存储、处理、传递、检索、分

析和利用过程中所使用的技术。

包括计算机技术、通信技术、微电子技术、多

媒体技术、自动控制技术、视频技术、遥感技术等。

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Computers

信息技术的应用

信息高速公路

远程教育

远程医疗

电子商务

电子政务

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Computers

信息安全

，数据安全

信息安W（机密性、完整性、可用性）

〔信息系统安全

（信息基础设施、信息资源和信息管理安全）

（用户身份的验证、授权、审计和保证）

我们所讲的信息安全是指计算机网络安全，计算机网络安全

是对在分布式的网络环境中进行传输、存储、处理的信息提

供安全保护，防止信息被窃取、篡改及非法操作。

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Computers

计算机网络安全是计算机安全在网络环境下的扩展和延伸。

而所谓计算机安全，是指为数据（信息）处理系统而建立

和采取的技术与安全管理措施，以保护计算机硬件、软件

和数据不因偶然和恶意的原因而遭到破坏、更改和泄露。

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Computers

信息安全标准

我国的信息安全标准

1999年我国正式颁布了《计算机信息系统安全保护等级

划分准则》，即国标GB17895—1999,并于2001年1月1

日起实施。

该准则将网络信息系统安全分为五个等级：自主保护、

系统审计保护、安全标记保护、结构化保护和访问验证保

护。

安全考核指标有：身份认证、自主访问控制、数据完整

性、审计、隐蔽信道分析、客体重用、强制访问控制、安

全标记、可信路径和可信恢复等。

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Computers

信息安全标准

TCSEC标准

1985年美国公布了《可信任计算机标准评估准则TCSEC,Trusted

ComputerSystemEvaluationCriteria》。

r安全政策

TCSECJ可说明性

安全保障

＜文档

计算机系统的可信程度划分为7个安全级别，从低到高依次为D1、

C1、C2、B1、B2、B3和A1级。

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Computers

j一

计算机病毒及其防治

计算机病毒是一段人为编制的、寄生于计算机合法程序或

系统文件中的、可自我执行、具有传染性、以自我表现或

破坏计算机系统正常工作为目的的程序，其工作过程由引

导、传染和表现（攻击）三个阶段组成。

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Computers

防火墙技术

防火墙是建立在内外网络边界上的一种过

滤封锁机制，是本地网络与外界网络之间

的一道防御系统，也是对这一类防范措施

的总称。

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Computers

从应用体系结构上看，防火墙可以分为：

分组过滤型：采用一台过滤路由器实现

双宿主主机型（双穴主机型）：由一台双宿主主机组成。

屏蔽主机型：由包过滤路由器和堡垒主机组成。

屏蔽子网型：由两个包过滤路由器和一个堡垒主机构成。

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Computers

V

15

堡垒主机(BastionHost)指的是对网络安全至关

重要的且运行防火墙系统的任何一台主机。

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Computers

屏蔽子网型防火墙

内部路由器玄。〕DMZ区

内部网

外部网和内部网都仅能访问到DZM中的有效资源,…要严格禁止通过DMZ

直接进行内外网信息传输。

屏蔽子网型防火墙是几种安全体系结构中最好的一种。

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Computers

V

数据加密技术

被动入侵者仅仅监听主动入侵者可以改变内容

加密密钥Kft解密密钥Ka

C=E(P,KJP=D(C,Kd)

图1-4数据加密的基本过程

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Computers

数据加密技术

根据加密技术的原理，加密技术可分为：

传统加密技术：1949年之前，替代加密法和换位加密法

对称式加密：加密密钥和解密密钥相同，如1977年美国

政府颁布的DES（DataEncryptionStandard数据力口

密标准）

非对称式加密：公钥密码体制RSA（Rivest-Shamir-

Adleman加密算法）

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Computers

计算机犯罪

广义的计算机犯罪

相关说是指行为人实施的在主观或客观上涉及到计算机

的犯罪。

滥用说是指在使用计算机过程中任何不当的行为。

狭义的计算机犯罪

狭义的计算机犯罪定义从计算机犯罪范围缩小到受害人

的单一权益（如财产权或个人隐私权或计算机资产本

身或计算机内存数据等）受到伤害从发而考虑的。

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Computers

第二节计算机基础知识

计算技术的发展

算筹——算盘、计算尺——机械式计算机

——电子计算机

电子计算机的发展

电子管——晶体管——集成电路

——大规模集成电路

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Computers

电子计算机(ElectronicComputer)一般简

称由计算机(Computer),是一种能够自动、

高速、精确地存储和加工信息的电子设备。

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Computers

计算工具的进化

1642年Pascal加法器

手工到机械自动

史前时期，采用石块和贝壳记数;

唐代时期，开始使用算盘；

17世纪，出现了计算尺；

1642年，法国数学家Pascal创造了第一台能完成加、减

运算的机械计算器，计算税收；

1822年，英国数学家巴贝奇提出了自动计算机的基本概

念，并设计出差分机和分析机；

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Computers

机械计算到电动计算

1884年，美国工程师霍雷斯创造了第一台电动计算机，用

于人口普查；

1944年，美国哈佛大学数学教授霍华德•阿肯提出设计思

想，由旧M承建，设计出“马克1号”计算机。

机电全自动到电子数字

1946年，第一台数字式计算机ENIAC诞生在美国，从此

人类社会进入以计算机为主导的信息时代。

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Computers

第一代一电子管计算机（46年―50年代末）

硬件特点采用电子管作为运

算和逻辑元件，主存储器采

用汞延迟线、磁鼓、磁芯；

外存储器采用磁带；

软件用机器语言和汇编

语言编写程序。

主要目的用于科学和工程计

算。

典型代表机型IAS

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Computers

v

第二代——晶体管计算机（50年代中期一60年代末）

硬件特点计算机运算和逻辑元件由

电子管改为晶体管，主存储器采用铁

渔氧磁芯器，外存储器采用先进的

磁盘。

软件出现了各种各样的高级语言

如FORTRAN、ALGOL、COBIL

及编译程序语言,开始用“操作系统”

软件开始对整个计算机资源进行管

理。

目的除了科学计算之外，还应用于

工业控制、工程设计及数据处理。

典型代表机型：旧M/7090

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Computers

第三代——集成电路计算机（60年代中期一70年代初期）

硬件特点计算机逻辑元件采用中、小

规模集成电路,集成电路代替了原

来独立的物理元件，半导体存储器

代替了磁芯存储器。

软件出现了分时操作系统及交互式

高级语言，实现了多道程序（内存

中同时可以有多个程序）的运行，

如当其中一个等待输入/输出时，

另一个可以进行计算，大大提高了

运行速度。

目的大规模的计算

典型代表机型旧M/360

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Computers

第四代一一大规模/超大规模集成电路计算机(从80年代开始)

计算机的逻辑元件和主存储器

采用了大规模集成电路LSI

(LargeScaleIntegrationof

Circuits)。

超大规模集成电路应用的直接

结果是微型计算机的诞生。1971

年末，世界上第一台微处理器和微

型计算机在美国旧金山南部的硅谷

应运而生，它的诞生开创了微型计

算机的新时代。

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Computers

v

中国计算机的发展

大型机及巨型机银河、曙光、神威

微型机长城、联想、方正

中央处理器“龙芯片(2001)、曙光推出具有中国知识产权“龙腾”服

务器(2002)o

软件YH0S、CCDOS、WPS、LinuxOS、C0SIX64、OpenBASE

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Computers

V

计算机的未来

未来电子计算机的发展方向

巨型化、微型化、网络化、智能化

应用其他技术的计算机

光计算机、生物计算机、分子计算机、量子计算机、

DNA计算机

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Computers

计算机系统的组成

主机相显示器

CD-ROM

耳机、麦克风

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Computers

硬件系统是计算机

系统中所有实际物理计算机系统的组成

装置的总称。

软件系统是控制

计算机工作流程及具

体操作计算机工作的

核心，只有通过软件

才能实现人们的不同

工作意图，软件系统

包括了计算机系统运

行时所需要的各种程

序、数据及相关文档

32

中央处理器光驱

Ulin.

CPU插座

—刀1推冰曹

串彳亍接口.

C0M1,COM2连接

串行鼠标和

Modem等设备

AGP扩展槽片组（变拉I

加速图形接口V北桥）

PCI扩展槽.

BIOS芯片

存放与主板匹

CMOS电池-配的基本输入

为CMOS电路/输出程序。

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Computers

管理、监控和维护计算机资

直接面对用源。包括了操作系统和各种

系统应用程序。

户应用为用用户

户解决不同

领域中的特包括微处理器、寄存

应用软件个

器、存储器，以及各

定实际应用软件层

问题。系统软件种I/O设施和设备等,

是整个计算机系统运

机器语言

行的物理基础。其指

硬件系统硬件层令系统组成了对外界

f面，系统软件通过执

计算机系统的层次结构行机器指令来访问和

控制各种计算机硬件

析

系统中的每一层都具特定的功能并提供相应

的接口界面，接口屏蔽了层内的实现细节，并对

X上提供了使用约定。34

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Computers

V

计算机的分类

按照其规模、性能和价格的综合性能指标分类：

巨型机(supercomputer)也称超级计算机：速度最快、处理能力最强。

例如：曙光4000L644GB内存，浮点运算达每秒3万亿次

小巨型机(minisupercomputer)也叫小超级机：是巨型机的微型化，

性价比较高。如美国的Convex公司的C系列机如C4、02、C-3等。

主机(mainframe)全名为大型主机，包括通常所说的大型机和中型机。

作“客户机/服务器”的服务器，作“终端/主机”的主机。如旧M360、

IBM9000。

小型机(minicomputer)：规模小，结构简单，设计试制周期短，工艺先

进、使用维护简单。如DEC公司的VAX」1系列、旧M公司的AS/400,以

及我国自己制造生产的“太极”系列计算机。

工作站(workstation)：介于PC与小型机之间，高分辨率、大容量内外

存，交互式的用户界面和功能齐全的图形及各种专业软件。形成了专用

于处理某类特殊事务的一种独立的计算机系统。

个人计算机PC(PersonalComputer)也称为个人电脑或微型计算机：

设计先进、功能齐全、价格能、可靠性高、使用方便、应用软件丰富。

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Computers

计算机的应用领域

科学计算

数据处理

过程控制

计算机辅助系统

人工智能(ArtificialIntelligence)

网络通信

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Computers

计算疝与信息处理

计算机最主要的功能就是处理信息，而信息在计算

机中如何表示、存放、传递？这是首先要解决的问题。基

本要求是：信息的表示、存放和传递要方便、可靠、易处

理。显然，在计算机内部，信息只有经过数字化编码后才

能表示、存放和传递。

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Computers

信息的表示及采集

编码：用少量的基本符号，根据简单的组合规则，以表

示大量复杂的信息。

二进制：是一种最简单的编码系统。

多媒体信息的表示与采集

基于计算机的信息处理

信息的组织

信息的传输

信息的检索

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Computers

计算机为什么选用二进制

计算机中的信息采用二进制编码来表示。

二进制表示数字容易实现（只有0、1）。

二进制运算规则简单（逢二进一）。

二进制编码在物理上最容易实现；自然界中具有两个固

定状态的物理量很多，例如：电流的有无、电压的高

低等。

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Computers

计算机中的数制

数制：人们利用符号来计数的科学方法。

进位计数制：按一定进位规则进行计数的方法。

基数：是指该进制中允许使用的基本数码的个数。

十进制的基数为10,数码为0,1,2,…，9十个。

二进制的基数为2,数码为0,1两个。

八进制的基数为8,数码为0,1,…，7八个。

十六进制的基数为16,数码为0〜9,A〜F十六个。

位权：数制每一位所具有的值。

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Computers

678.34=6xl02

CM权

按权展开式：234.32=2*102+3*101+4*100+3*10-1+2*10-2

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Computers

十进制表示法

在按位定制的计数制中，十进制数可以表示成下列形式（用D代

表）：

/=-m

do=ED.X101

1

=Dn_jX1旷1+Dn_2X1H+…+D0XlCP+D^Xla+...+D』X10』

举例：

210-1-2

519.02=5X10+1X10+9X10+0X10+2X10

特点：有0-9十个数字符号，基数为10,是逢十进一的计数制,

数位的权是以10为底的累。

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Computers

二进制表示法

一个二进制数可以表示成下列形式(用B代表)：

n-1n_2-m

(8)2=%X2+Bn_2X2+...+B0X2°+且1X2」+…且mX2

举例：

1101.01=1X^+1X^+0X^+1X^+OX2!+1X22

特点：数值用31表示，基数为2,是逢二进一的计数制，各

数位的权是以2为底的事。

表示：表示.01B或(1101.01)2

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Computers

八进制表示法

一个八进制数可以表示成下列形式（用Q代表）：

n1n-2-m

(、B)/o8=Brni-11X8_+Bn-z9X8+...+BunX8°+B-1.X8-mX8

举例：,,

3765.02=3X8^+7Xy+6xU+5xg+0X81+2X82

特点：数值用0—7表示，基数为8,是逢八进一的计数制，各数位的权

是以8为底的黑。

表示：452.16Q或(1101.01)8

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Computers

十六进制表示法

一个十六进制数可以表示成（用H代表）：

n21

（H）16=Hn-X16向+乩.2乂l6-+...+H0X2°+H1Xl6-+...HmX16*

举例：

A3F.3B=10X+3X16+15X1^+3X161+11X162

特点：有0-9及A-F共16个数字符号，基数为16,是逢十六

进一的计数制，各数位的权是以16为底的幕。

表示：3EFH或（20）16

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Computers

二八、十六进制转换成十进制

(11001.101)2=1X24+1X23+0X22+0X21+1X2°+1X2-1+0X2-2+

3

1X2-=(25.625)10

211

(16A.B)16=(1X16+6X16+10X160+11X16)10

=(256+96+10+0.69)10

=(362.69)10

(34.6)8=?

11

=(3X8+4X8°+6X8-)10

=(24+4+0.75)10=(28.75)10

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V

十进制整数转换成二进制整数

方法：除2反序取余法（低位）

2129

例：(29)IO=(?)2

2|14.…・・1

结果：(29)10=(11101)2

2|7.......0

2I3.......1

0.......1

(高位)

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十进制小数转换成二进制小数并非所有的十

进制小数都能

方法：乘2顺序取整法

例：(O.125)IO=(?)2用有限位的二

进侏!J4、数来表

0.125(高位)

X2示。例如将

0.250(0.63)工。转换为

£_______二进制。因为，

20.500小数部分乘以2

会无限循环下

（低位）

1.000去，故：只能

结果：（O.125）IO=（O.OO1）2

隼近似值。

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v

十进制转化成八、十六进制

100(D)=144(Q)=64(H)

八进制

十六进制

8100

16100

8124

16|64

84

06

01

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Computers

二进制与八进制之间的转换

八进制数转换为二进制数

只需将每一个八进制数字改写成等值的3位二进制数即可，

且要保持高、低位次序的不变。

(16.327)8=(001110.011010111)2

=(1110.011010111)2

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Computers

二进制数转换成八进制数

整数部分从低位向高位方向每3位用一个等值的八进制数

来替换，最后若不足3位的在高位处用。补够3位；小数部

分从高位向低位每3位用一个等值的八进制数来替换，不

足3位的在低位处用0补够3位。

(011110111.100010101)2=(367.425)8

367.425

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Computers

二进制与十六进制间的转换

十六进制数转换成二进制数

把每一个十六进制数字改写成等值的4位二进制数即一位

拆成四位，且要保持高、低位的次序不变。

1

(4C.2E)16=(01^01100・0旷^0)2

=(1001100.0010111)2

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Computers

二进制数转换为十六进制数

整数部分从低位向高位方向每4位用一个等值的十六进制数

来替换，即四位并为一位，最后不足4位时在高位处补0,

补够4位；小数部分从高位向低位方向每4位用一个等值的

十六进制数来替，最后不足4位时在低位处补0,补够4位。

(111001011010.10111001)2=(E5A.B9)16

E5A.B9

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Computers

编

计算机是美国人发明的,因此计算机的字符集中自然包

含了英文的26个字母。

计算机要在全世界通用,必须采用公认的标准格式对字

符、符号进行编码。

常用的字符编码有ASCH码、BCD码、西文字符编码和

EBCDIC码。

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Computers

BCD(BinaryCodedDecimal)码

十进制数的二进制编码(BCD)是指十进制数在计算机中用

二进制编码来表示。

二一十进制编码的方法很多，8421码是最常见的一

种，即每一位十进制数用四位二进制编码来表示。

例如，十进制数2816的8421码为：

十进制数2816

8421码0010100000010110

BCD码在形式上变成了0和1组成的二进制形

式，而实际上它表示的是十进制数，只不过是

X乐位十进制数是用4位二进制编码表示。55

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Computers

ASCII码

ASCII（AmericanStandardCodeforInformation

Interchange,美国标准信息交换码）

ASCH码有标准ASCH码和扩展ASCH码两种。

标准的ASCH码使用7位的二进制数来编码，即每一个

字符对应着一个7位的二进制数。所以用标准的ASCH码

可以表示27=128个字符，其中包含10个阿拉伯数字，52

个英文大小字母，33个符号及33个控制字符。

扩展的ASCH码用8位二进制数来表示，可以表示256

种不同的符号。

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Computers

西文字符处理起来比较简单，而中文信息处理起来就复杂

To汉字是图形文字，常用汉字就有3000〜6000个，形

状和笔画差异很大。这就决定了汉字字符的编码方案必

须完全不同于西文的编码方案。

在计算机系统中汉字的输入、内部处理、存储和输出过程

中不能使用同一代码

输入码

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Computers

输入码

输入码是解决汉字输入采用的编码，如“国标区位码”、

“全拼”、“双拼”、“五笔”、“智能ABC”等输入

编码。

每一种输入码之所以能存在，是因为各有其特点。如果

有人问，哪种输入码最好，回答是“你熟练掌握的那

种输入码就是最好的”。

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Computers

国标码

我国在1980年制定了《信息交换用汉字编码字符集・基本集》作为国家

标准GB2312-80编码字符集，称为国标码。GB2312-80中规定了信息

交换用的6763个汉字和682个非汉字图形符号（包括字母、数字和符

号，例如英文、俄文、日文平、片假名等）的代码。

在国家标准GB2312-80中，每个汉字采用双字节表示。每个字节只用

ASCH码中的低7位，最高位为0。

高位低位高位低位

b7b6b5b4b3b2blbUb7b6b5b4b3b2blbO

00

国标码采用十六进制表示。每个汉字的区位码同时对应一个国标码。

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Computers

区^^^编码

十六进制编码

212223242526・・.」1........7C7D7E7F

12345691929394

非汉字图形符号（常用符号、数字序号、俄文、

英文、法文、希腊字母、日文平、片假名等）

啊阿埃一级汉字

（3755个）

56〜87

二级汉字（3008个）

78〜88〜94

空白区域

7E

国4^石马编码

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Computers

由于低7位中只有94种状态可用于汉字编码（其它34位是控

制字符，不能用），所以两个字节的低7位共有94X94

二8836种不同的状态。

国标码将6763个汉字和682个非汉字字符（共7445个）划分

为94个区，每个区又分为94位，称其为区位表。每个汉

字在区位表中有唯一的一个区位码（四位十进制数，前

两位数是区号，后两位数是位号）与之对应，称之为

“区位码”。

例如，汉字“啊”在区位表中的编码是“1601”，既区号是

二“16”,位号是“01”。61

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机内码

GB2312-80统一规定了汉字的基本编码标准，但是要存储在

计算机中与西文编码在计算机中的表示有冲突。

例如,英文字符和“1”的ASCH码是“76”和"108”,而

汉字的“天”的区位码也是“76”和“108”。问题出在

ASCH码和汉字国标码都采用字节的低7位编码方式。为了

避免冲突，将国标码两个字节的最高位置“1”，形成汉字

的机内码。

例如，汉字“中国”，的机内码分别是十六进制的“D6D0”

#3“B9FA”。

62

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Computers

字形码

国标码和机内码解决了汉字的编码标准和存储表示，但还没有

解决汉字的显示和输出问题。

一套汉字（如GB2312）其所有字符形状的数字描述信息组合在

一起称之为字库（font）。

对汉字形状的数据描述，我们称为汉字字形码。

3计算机系统中有两种字形码：点阵式字形码和矢量字形码。

63

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Computers

字形码

以点阵方式来表示汉字。每个点用二进制的一位“0”或“1”来分别表

示汉字相应位置处的状态，如白、黑特征，从而体现出字的形和体。

点阵越大，点数越多，输出的字形就越清晰，越美观。常见的有

16X16、24X24、32X32、48X48和128X128。

通过一组直线和曲线的数学描述（端点及控制点的坐标），将汉字的

每个笔画都转化为数字特征值，组合在一起便得到了这个汉字的字

形矢量信息。

通过矢量法表示的汉字字形大小、方向可以任意变化，这种方式构

成的汉字精度高、美观、清晰，Windows环境中使用的

TrueType字库采用的就是典型的矢量字形表示法。

缺点是输出前必须通过复杂的运算处理。

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Computers

V

“大”字的区号为20,位号为83,区位码为：2083,用14位二进制表示

为:00101001010011

国标码：01101001110011

机内码：1011010011110011

字形码：0123456789101112131415十六进制码

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