单元1 计算机基础知识

1单元

1计算机基础知识

计算机是一种用于高速计算的电子设备，既可以进行数值计算，又可以进行逻辑计算，还具有存储功能，是能够按照程序运行，自动、高速处理海量数据的现代化智能电子设备。电子计算机是20世纪最先进的科学技术发明之一，对人类的生产活动和社会活动产生了极其重要的影响，并以强大的生命力飞速发展。1．计算机与微型计算机有区别吗？2．微型计算机与电脑是一回事吗？3．区分计算机的硬件系统与软件系统22概述1.1计算机中数据的表示与编码1.21.3目录计算机多媒体基础计算机微型计算机计算机是一种能够按照事先存储的程序，自动、高速运算大量数值和处理数据的智能电子设备，是一种存储和处理数据的工具。按照计算机规模，并考虑其运算速度、存储能力等因素，将计算机分为：①巨型计算机；②大型计算机；③小型计算机；④微型计算机。微型计算机是以微处理器（Microprocessor）为基础，由大规模集成电路组成的、体积较小的电子计算机。人们日常工作、生活中常用的计算机，是实现办公自动化、提高工作效率必不可少的工具。微型计算机简称：微型机、微机。微型计算机的俗称如下：①个人计算机或PC（PersonalComputer）；②微机或电脑。1．计算机与微型计算机有区别吗？2．微型计算机与电脑是一回事吗？“电脑”是微型计算机的俗称。由于具有体积小、价格低、功能全和可靠性高等特点，目前，电脑在政府机关、企事业单位、学校、商场、超市、银行等场合的行政管理、人事管理、财务管理、生产管理、物资管理等诸多方面起着重要的作用。本书中所说的“计算机”，若没有特别说明，都是指微型计算机，其具备人脑的某些功能，因此也俗称为“电脑”。由于习惯叫法，本书许多场合也将其称为电脑，等同于微型计算机。3硬件系统软件系统硬件系统是指看得到、摸得着的物理设备，即由机械、电子元件构成的具有输入、存储、计算、控制和输出功能的实物部件。软件系统广义上是指系统中的程序以及开发、使用和维护程序所需的所有文件的集合，用来管理和控制硬件设备。硬件系统主要由主机和外部设备组成，其中主机从外观上看是一个整体，是由多个独立部分组合而成的，这些部件安装在主机内部，它们相互配合完成主机的工作。软件系统分为系统软件和应用软件两类。系统软件是支持应用软件开发和运行的软件。应用软件是指计算机用户为某一特定应用而开发的软件。3．区分计算机的硬件系统与软件系统？41.

1概述

计算机从诞生到现在不过半个多世纪，但是它的发展速度是惊人的，它把人类的计算速度提高了很多倍。计算机的发展先后经历了以电子管、晶体管、集成电路、大规模集成电路和超大规模集成电路为主要器件的4个发展时期。预计在不久的将来，将诞生以超导器件、电子仿真、集成光路等技术支撑的第5代计算机。1.1.1计算机的概念

计算机是一种能够按照事先存储的程序，自动、高速运算大量数值和处理数据的智能电子设备。计算机是一种存储和处理数据的工具，如今已被广泛应用于日常生活、教育文化、工农业生产、商贸流通、科学研究、军事技术、金融证券等各个领域，计算机技术的高速发展极大地推动了经济的增长乃至整个社会的进步。微型计算机是实现办公自动化、提高工作效率必不可少的工具。51.1.2计算机的发展简史计算机发展简史1946年，世界首台通用电子数字计算机“埃尼阿克”于美国宾夕法尼亚大学研制成功，开启计算机发展新纪元。计算机发展分4代：第1代（1946-1959年）：电子管计算机，逻辑元件为真空电子管，内存外存多样，软件从机器语言到汇编语言，特点是体积大等，应用于军事与科学计算，代表IBM650。第2代（1959-1965年）：晶体管计算机，逻辑元件换为晶体管，内存磁芯外存磁盘，软件有操作系统与高级语言，性能提升，应用拓展，代表CDC6600。第3代（1965-1971年）：集成电路计算机，逻辑元件为中、小规模集成电路，内存半导体存储器，软件更完善，通用化等发展，应用领域更广，代表IBM360。第4代（1971年至今）：大规模和超大规模集成电路计算机，逻辑元件先进，内存改进，体系结构发展，软件丰富，广泛应用于多领域，1971年Intel4004芯片与微处理器诞生推动微型计算机发展。6第五代计算机展望与现状20世纪80年代起，多国计划研制第5代计算机，目标是打破传统体系结构，实现智能化，具备类人思维与多种能力，如理解语言文字图形等，靠语音指令操作，是智能计算机系统。但因多种因素制约，目标未完全达成，目前仍主要使用第4代计算机，不过相关基础性研究促进了人工智能理论与智能机器人技术发展。71.1.3计算机的发展趋势发展方向多极化：不同类型计算机各有应用，如个人追求便携，企业等重运算能力。巨型化：速度快、存储大、功能强，用于科研等领域，是科技工业水平标志。微型化：笔记本、PDA等大量涌现，性能多样且价格低。网络化：连接各地计算机成网络，实现资源共享，全球普及。智能化：模拟人类感觉思维，包括多领域研究，智能机器人已部分应用。多媒体化：融合多种媒体技术，改善人机界面。8未来新一代计算机预测量子计算机：遵循量子力学，存储与运算远超普通计算机。神经网络计算机：模仿人脑构建，并行处理，信息处理能力强且可重组防泄密。生物计算机：利用分子计算，体积小耗能低但提取信息难。光计算机：光子代替电子，信息传输佳，运算快耗能低。纳米计算机：用纳米技术，纳米管元件性能优可代硅芯片。91.1.4计算机与现代计算机特点运算速度快：大型计算机达每秒万亿次，微型计算机每秒亿次以上，可解决复杂科学计算，如卫星轨道、水坝计算、天气预报等。计算精度高：有十几位到几十位有效数字，精度远超普通计算工具，对导弹精准打击等至关重要。存储容量大：存储器可存大量数据与程序信息。逻辑运算与判断能力强：能进行比较判断，自动决定后续步骤，可求解复杂问题、进行过程控制与数据处理，人工智能还将提升其推理等能力。自动控制能力强：凭借存储记忆与逻辑判断能力，依程序自动连续工作，无需人工干预。可靠性高：电子器件可靠性提升，设计结构优化使其更可靠。101.1.5计算机的分类个人计算机：适合个人使用，涵盖台式、笔记本、平板等。工作站是高端通用微型机，单用户使用，图形与并行任务处理能力强，配高分辨率屏、大容量内存外存。服务器：网络高性能计算机，侦听并响应客户端服务请求。运算、运行、吞吐能力强，处理、稳定、可靠等性能优于个人计算机。大型计算机：体积大、价格高，可同时服务多用户。可靠性、安全性、兼容性优，数据输入输出高效，用于金融交易、人口普查等关键数据处理。超级计算机：功能最强、运算最快、存储最大。组件类似个人计算机但规模更大，速度与容量优势显著，如“神威・太湖之光”。嵌入式计算机：嵌入产品执行特定功能，如汽车中的微处理器用于控制防抱死、点火、多媒体播放等。移动设备：具备计算机特性，如iPhone等。平板设备因操作系统等因素分属移动设备或个人计算机。智能手表等新兴可穿戴设备也应运而生。111.1.6计算机应用领域计算机被广泛应用于工作、生活等各个领域，其应用领域可以概括为以下几个方面科学计算数据处理过程控制辅助设计（CAD）辅助制造（CAM）12辅助教学（CAI）人工智能（AI）网络通信多媒体应用电子商务1.1.7计算机硬件系统基本组成13计算机由控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备5个基本部分组成（五大部件）运算器、控制器和内存合称为计算机主机。运算器、控制器集成在大规模集成电路块上，称为中央处理器（CPU），微型计算机的CPU即微处理器，是核心。图1-1计算机硬件系统的基本组成1.1.8计算机的基本工作原理以计算“6+4”为例说明微型计算机的工作原理。如果我们用心算，其计算过程描述如下。①将数字“6”通过眼睛存入“大脑”。②将运算符“+”通过眼睛存入“大脑”。③将数字“4”通过眼睛存入“大脑”。④大脑完成“6+4”的计算，将最终结果“10”暂存“大脑”。⑤将最终计算结果“10”通过“嘴”说出来，通过“手”写在纸上。整个计算过程可简述为“数据存储”→“数据运算”→“结果输出”3个阶段。1415冯・诺依曼机基本特点计算机组成：由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5部分组成。运算器执行算术和逻辑运算，如计算“6+4”；控制器指挥协调各部件；存储器存储程序与数据；输入设备（如键盘）输入信息；输出设备（如显示器）输出结果。存储程序方式：程序和数据存于存储器，指令可像数据一样送运算器运算，程序能修改。例如，可修改加法程序为乘法程序。数据表示：数据以二进制数表示，如“6”在二进制中为“0110”，“4”为“0100”，便于计算机处理与存储。指令结构：指令由操作码和地址码组成。操作码确定操作类型（如加法对应特定操作码），地址码指定操作数或指令存储位置。指令存储与执行：指令在存储器按顺序存放，指令计数器指明执行指令地址，通常顺序递增，也可依运算结果或外界条件改变，如根据条件判断决定是否跳过某些指令。16图1-2微型计算机工作原理1.

2概述计算机中数据的表示与编码数据表示的演变：最初用于数值计算，仅处理数字信息。如今涵盖数字、文字、图像、声音和视频等多种形式。但内部仍以数字形式存储与处理。数字化编码：定义：用少量基本符号依规则编译信息，使其易于计算机识别。要素：基本符号种类，如二进制的“0”和“1”。组合规则。计算机内部编码：采用二进制符号进行信息编码，为计算机处理各类信息奠定基础171.2.1数制及其转换1.计数制基本概念定义：用固定符号与统一规则表示数值的方法，生活中有多种进制，如十进制（10角为1元）、二进制（计算机常用）等。计算机：采用二进制，虽易于表示与存储，但不便阅读、书写与记忆，常转换为十进制、八进制、十六进制便于操作。2.数位、基数和位权要素（1）数位

指数码符号在数中的位置，如十进制的个位、十位等。（2）基数

定义：某种计数制中每个数位上可使用的数码符号个数。示例：二进制基数为2（数码0、1），十进制基数为10（数码0-9），且N进制数逢N进1。（3）位权

定义：多位数中每个数位上数码符号所代表数值大小等于该数码乘以固定数值，此固定数值即位权。示例：二进制整数第1位位权为20，第2位为21……；十进制小数点左边第1位位权为100

等，一般N进制整数第i位位权为N

i-1，小数第j

位位权为N

-j。183.不同计数制对比及转换（1）十进制：数码符号：0-9十个数字。示例：“1011”可表示1×1000＋0×100＋1×10＋1×1＝1×103＋0×102＋1×101＋1×100，基数为10，逢10

进1。（2）八进制：数码符号：0-7八个数字。示例：

(1011)8＝1×83＋0×82＋1×81＋1×80＝(521)10，基数为8，逢8

进1。（3）十六进制：数码符号：0-9、A-F十六个符号。示例：

(1011)16＝1×163＋0×162＋1×161＋1×160＝(4113)10，基数为16，逢16进1。（4）二进制：数码符号：0、1两个数字。示例：

(1101)2＝1×23＋1×22＋0×21＋1×20＝8＋4＋0＋1＝(13)10，基数为2，逢2

进1。1920二进制十进制八进制十六进制00000000001111001022200113330100444010155501106660111777100081081001911910101012A10111113B11001214C11011315D11101416E11111517F表1-14位二进制数与其他数制数的对照（1）十进制转二进制（整数）方法：“除以2取余法”示例：将(25)₁₀转换为二进制25÷2=12余112÷2=6余06÷2=3余03÷2=1余11÷2=0余1从末位读起余数为11001，所以(25)10＝(11001)2十进制整数转换成八进制整数的方法是“除以8取余法”，十进制整数转换成十六进制整数的方法是“除以16取余法”21数制转换方法（2）十进制转换成二进制（小数）方法：“乘2取整法”示例：(0.6875)₁₀转二进制0.6875×2=1.3750，整数=10.3750×2=0.7500，整数=00.7500×2=1.5000，整数=10.5000×2=1.0000，整数=1从末位读起余数为11001，所以(25)10＝(11001)2十进制小数转换成八进制小数的方法是“乘8取整法”，十进制小数转换成十六进制小数的方法是“乘16取整法”22数制转换方法（3）二进制数转十进制数方法：将二进制数按权展开求和。示例：

(10110011.101)₂转十进制数整数部分：1×2⁷=1280×2⁶=01×2⁵=321×2⁴=160×2³=00×2²=01×2¹=21×2⁰=123数制转换方法

小数部分：1×2⁻¹=0.50×2⁻²=01×2⁻³=0.125

同理，非十进制数转换成十进制数的方法是把各个非十进制数按权展开求和即可。例如，把二进制数（或八进制数或十六进制数）写成2（或8或16）的各次幂之和的形式，然后计算其结果即可。（4）二进制数转八进制数转换原理：因8¹=2³，八进制数1位对应二进制数3位。转换方法：以小数点为界，整数部分从右向左、小数部分从左向右以3位为一组，不足3位用0补足（整数左侧补0，小数右侧补0）。示例：将(10110101110.11011)₂转换为八进制。分组：010110101110.110110转换：↓↓↓↓↓↓

2656.66结果：(10110101110.11011)₂=(2656.66)₈24数制转换方法（5）八进制数转二进制数转换方法：以小数点为界，向左或向右将每1位八进制数用3位二进制数取代，然后连在一起。示例：将(6237.431)₈转换为二进制替换：6237.431↓↓↓↓↓↓↓110010011111.10001100125数制转换方法（6）二进制数转十六进制数转换方法：以小数点为界，整数部分从右向左、小数部分从左向右以4位为一组，不足4位用0补足（整数左侧补0，小数右侧补0），每组对应转换为一位十六进制数示例1：将二进制数(101001010111.110110101)₂转换。分组：101001010111.110110101000转换：↓↓↓↓↓↓A57.DA8结果：(101001010111.110110101)₂=(A57.DA8)₁₆26数制转换方法示例2：将二进制数(100101101011111)₂转换。分组：0100101101011111转换：↓↓↓↓4B5F结果：(100101101011111)₂=(4B5F)₁₆（7）十六进制数转二进制数转换方法：以小数点为界，向左或向右将每1

位十六进制数转换为4

位二进制数，然后将其对应连在一起。示例：将十六进制数(3AB.11)₁₆转换。替换：3AB.11↓↓↓↓↓

001110101011.00010001结果：(3AB.11)₁₆=(1110101011.00010001)₂27数制转换方法1.2.2数据单位1.位（bit）是数据容量最小单位，英文缩写为BinaryDigit。在二进制数里，每个数位仅有“0”和“1”两个数字符号，即“数位”或“位”。2.字节（Byte）计算机存储数据基本单位，8个二进制位构成1字节，符号为B。是信息组织和存储基础，可容纳1个英文字符，1个汉字需2字节存储空间。1024字节为1千字节（KB）。3.字长计算机一次可并行处理的位数，是重要性能指标，影响计算能力与精度。字长越长，数据处理速度越快。计算机处理数据时，一次存取、传送、处理的数据长度为“字”（Word），字中二进制位数即字长。字可为1字节或多字节，常用字长有8位、16位、32位、64位等，如8字节组成的字，字长64位，相应计算机为64位计算机。四、存储容量常用单位包括KB、MB、GB、TB、PB、EB、ZB、YB、BB、NB、DB等。284.存储容量的常用单位1B=8bit千字节（KB）：1024个字节为1KB，即1KB=1024B=2¹⁰B。兆字节（MB）：1024KB为1MB，即1MB=1024KB=2²⁰B。吉字节（GB）：1024MB为1GB，即1GB=1024MB=2³⁰B。太字节（TB）：1024GB为1TB，即1TB=1024GB=2⁴⁰B。拍字节（PB）：1024TB为1PB，即1PB=1024TB=2⁵⁰B。艾字节（EB）：1024PB为1EB，即1EB=1024PB=2⁶⁰B。泽字节（ZB）：1024EB为1ZB，即1ZB=1024EB=2⁷⁰B。尧字节（YB）：1024ZB为1YB，即1YB=1024ZB=2⁸⁰B。珀字节（BB）：1024YB为1BB，即1BB=1024YB=2⁹⁰B。诺字节（NB）：1024BB为1NB，即1NB=1024BB=2¹⁰⁰B。刀字节（DB）：1024NB为1DB，即1DB=1024NB=2¹¹⁰B。295.数据传输单位计算机（含网络）中最小传输单位是bit/s（位每秒）。常见数据传输单位有：B/s（字节每秒，即Byte/s）。KB/s（千字节每秒）。MB/s（兆字节每秒）。GB/s（吉字节每秒）。1.2.3计算机中数值型数据的表示方法

计算机内数值型数据分整数、实数两大类，以二进制形式存储运算，数正负用字节最高位（符号位）表示，“0”为正，“1”为负，可表示为N=S・2E，E是阶码，S是尾数。1.整数的表示（1）整数定义无小数部分的整型数字，如123、4、－56、0等。（2）分类及表示无符号整数：不区分正负的正整数，所有二进制位表数大小，1字节表示时取值范围0～255（28－1）。有符号整数：最高位表正负，其他位表数大小。1字节表示时取值范围-128～+127（

－27～27－1

），最大正整数01111111（最高位为符号位），即最大为127，数值＞|127|会“溢出”，计算机地址常用无符号整数表示。301.实数表示（1）实数定义带有整数部分和小数部分的数字，如1.23、3.4、0.56等。（2）浮点数表示实数一般用浮点数表示，小数点位置不固定。如：57.625＝(0.57625)×102；－1984.045＝(－0.1984045)×104；0.00456＝(0.456)×10-2其中括号内的尾数部分是一个纯小数，阶码部分用来指出实数中小数点的位置。二进制实数同理，如110.101可表示为110.101＝1.10101×2+10＝11010.1×2-10＝0.110101×2+11在计算机中，浮点数由指数（阶码）和尾数两部分组成，阶码指示尾数小数点移动位数，尾数表有效数字，尾数符号和阶码符号各占一位，阶码值随浮点数大小定，尾数位数依精度要求定。311.2.4计算机中字符型数据的表示方法计算机大量工作是处理非数值型数据，如语言文字、逻辑语言、视频图像等。需合适方法用计算机表示这些信息。编码定义：人和计算机间信息转换系统，用少量符号表达复杂信息。字符编码：用二进制表示字母、数字、专门符号，按组合原则处理字符型数据。输入时自动转二进制存，输出时转回可识别格式。常用编码方式：ASCII、BCD码、Unicode、UTF-8等。321.ASCII编码重要性：字符是普遍非数值型数据，用于编程等与计算机交流。需对字符、数字、标点等按规则二进制编码，保证每个字母唯一编码。版本及构成：7位版：标准字符集7位编码，组合成128个字符（2⁷=128）。含34个控制字符、10个数字、52个英文字母、32个标点及运算符号。8位版：实际用8位表示字符，最高位“0”。例如，数字0的ASCII为48，字母A为65，空格为32。十六进制表示时，数字0为30H，字母A为41H。扩展ASCII：将7位标准集扩为8位,即00000000至11111111（0～FF，0～255），扩展位是10000000至11111111（80～FF，128～255），可表达256个字符。332.BCD码二进制编码的十进制（BinaryCodedDecimal，BCD）码是用若干个二进制数表示一个十进制数的编码，BCD码有多种编码方法，使用较广泛的BCD码是8421码。表1-2所示为十进制数0～19的8421码34十进制数8421码十进制数8421码000001000010000100011100010001200101200010010300111300010011401001400010100501011500010101601101600010110701111700010111810001800011000910011900011001表1-2

十进制数0～19的8421码

8421码是将十进制数0～9中的每个数分别用4位二进制数表示，从左至右每一位对应的位权分别是8、4、2、1，这种编码方法比较直观、简便。对于多位数，只需将它的每一位数字按表1-2中所列的对应关系用8421码直接列出即可。例如，十进制数1209.56转换成BCD码的结果如下。(1209.56)10＝(0001001000001001.01010110)BCDBCD码与二进制数之间的转换不是直接的，要先将8421码表示的数转换成十进制数，再将十进制数转换成二进制数。例如：(100100100011.0101)BCD＝(923.5)10＝(1110011011.1)2353.Unicode乱码现象：存在多种编码方式，用错误编码解读文本文件会出现乱码，如电子邮件常因发收信人编码不同而乱码。统一码设想：若有一种编码涵盖世界所有符号，每个符号有唯一编码，乱码问题可解决，这就是Unicode。Unicode的发展历程起源：曾有ISO的ISO10646项目与Unicode协会的Unicode项目分别试图独立设计。合并：1991年前后，双方认识到不需两个不兼容字符集，开始合并成果，从Unicode2.0起采用与ISO10646-1相同字库和字码。现状：两个项目仍存在，分别公布标准，且Unicode协会和相关组织同意保持码表兼容并共同调整未来扩展。36

(2)Unicode的特点编码集合：是很大的编码集合，目前字符分17组编排（0x0000至0x10FFFF），每组是平面，每平面有码位65536个，共1114112个。跨语言支持：克服传统编码局限，几乎支持所有语言编码，为每种语言每个字符设统一且唯一二进制编码，满足跨语言、跨平台文本处理要求，如U+0041表示英文A，U+4E00表示汉字“一”。(3)与ASCII关系扩展自ASCII：使用16位编码（可扩展到32位），每个字符占2个字节，兼容ASCII，前128个Unicode同ASCII字节值，部分等同7位ASCII。编码位置变化：ASCII中，英文字符单字节，中文双字节；Unicode中，英、中文都占双字节，英文编码从单字节变双字节只需高字节填0。编码扩展性：可对每个字符进行16位值编码设置，能表示几万个字符，如Unicode2.0含38885个字符，UTF-16可组合出更多字符，对中文，UTF-16已含GB18030-2000所有汉字。374.UTF-8定义：UTF-8（UnicodeTransformationFormat8-bit）是基于Unicode标准的可变长度字符编码，由肯・汤普森于1992年创建，又称万国码。兼容性：其编码字节与ASCII兼容，处理ASCII字符的软件只需少许或无需修改就能继续使用，所以在很多应用中被优先采用，如电子邮件、网页等存储或传送文字的应用。与其他UTF实现方式对比UTF-16和UTF-32：UTF-8是Unicode在互联网上广泛使用的实现方式，而UTF-16（字符用2个字节或4个字节表示）和UTF-32（字符用4个字节表示）在互联网上基本不用。(2)UTF-8编码规则单字节符号：对于单字节的符号，字节的第1位设为0，后面7位为该符号的Unicode，所以英文字母的UTF-8编码和ASCII相同。多字节符号（n>1）：对于n字节的符号，第1个字节的前n位都设为1，第（n+1）位设为0，后面字节的前两位一律设为10，剩下未提及的二进制位则全部为该符号的Unicode。UTF-8最多可用到6个字节来表示一个符号，会根据不同符号变化字节长度。381.2.5计算机中汉字的表示方法

汉字也是字符，与西文字符相比，汉字数量大，字形复杂，同音字多，这就给汉字在计算机内部的存储、传输、交换、输入、输出等带来了一系列的问题。为了能直接使用西文标准键盘输入汉字，必须为汉字设计相应的编码，以满足计算机处理汉字的需求。（1）国标汉字字符集颁布情况：1981年我国国家标准局颁布《信息交换用汉字编码字符集基本集》，代号GB2312—80，简称国标汉字字符集，是汉字信息处理的代码依据。收录内容：共收录6763个常用汉字和682个非汉字字符（图形、符号），其中一级汉字3755个按汉语拼音顺序排列，二级汉字3008个按偏旁部首顺序排列。39（2）区位码编码表构成：GB2312—80规定国标汉字与符号组成94×94矩阵，每行是“区”（区号1～94），每列是“位”（位号1～94），形成汉字字符编码表，每个汉字或符号有由区号和位号组成的4位区位码。输入特点：用区位码输入汉字需先查表找对应区位码，优点是无重码且输入码与内部编码转换方便。分区情况：第1区至第9区为字符。

第16区至第55区为一级汉字。

第56区至第87区为二级汉字。

第10区至第15区以及第88区至第94区为空区，用于扩展汉字和扩展字符。区位码组成：汉字区位码由区号和位号共2个字节组成，区位码高字节＝区号，区位码低字节＝位号，区号和位号有效范围：十进制1～94，十六进制1～5E，二进制00000001～01011110。示例：“中”区号54、位号48，区位码为54—48；“国”区号25、位号90，区位码为25—90。40（3）汉字国标码汉字国标码由2个字节组成，即国标码低字节和国标码高字节。它与区位码密切相关，为了与ASCII对应，将区位码表示成十六进制数后，给区位码的区号和位号分别加上十进制的32（十六进制的20H），从而得到国标码。国标码与区位码的换算关系公式：国标码高字节＝区位码高字节+20H

国标码低字节＝区位码低字节+20H41示例：汉字“中”已知“中”的区位码十进制数为54—48，十六进制数为3630H。计算国标码：国标码高字节：国标码高字节＝区位码高字节+20H

＝36H+20H

＝56H国标码低字节：国标码低字节＝区位码低字节+20H

＝30H+20H

＝50H所以汉字“中”的国标码为5650H，二进制数为0101011001010000。（4）汉字机内码汉字机内码是计算机系统内部对汉字进行存储、处理、传输统一使用的代码，也叫汉字内码。一般用2个字节存放，组成双字节字符集（DBCS），用于区分汉字与英文字符，避免混乱。英文字符机内码用1个字节存ASCII，占低7位，最高位为“0”。为与英文字符兼容且不与标准ASCII冲突，汉字机内码是变形的国标码，即将国标码2个字节的最高位均置为“1”，相当于在国标码高字节和低字节均加上十进制的128（十六进制的80H或二进制的10000000）。国标码与机内码关系公式：机内码高字节＝国标码高字节+80H；机内码低字节＝国标码低字节+80H。42示例：汉字“中”：已知“中”的国标码为十六进制的5650H（二进制的0101011001010000）。机内码高字节计算：机内码高字节＝国标码高字节+80H

＝56H+80H

＝D6H机内码低字节计算：机内码低字节＝国标码低字节+80H

＝50H+80H

＝D0H所以“中”的机内码为D6D0H（二进制的1101011011010000）。对比“中”的国标码和机内码，国标码两字节最高位为“0”，机内码两字节最高位为“1”43区位码、国标码、机内码对应关系公式：国标码＝区位码+2020H；机内码＝国标码+8080H；机内码＝区位码+A0A0H。示例：汉字“啊”：已知“啊”的区位码为十进制的16—01（十六进制的1001H），国标码为3021H，机内码为B0A1H，符合上述对应关系公式。44（5）汉字字形码每个汉字字形需预先存于计算机内，国标汉字字符集所有字符形状描述信息集合为字形信息库，简称字库。字库常分点阵字库和矢量字库，目前多以点阵方式产生汉字字形，其代码即点阵表示的汉字字形码（字模）。点阵越多，输出字体越好看，但占用存储空间越大。汉字字形点阵有多种，如16×16点阵、24×24点阵、32×32点阵、64×64点阵、128×128点阵等。点阵中每个点信息用一位二进制数表示，“1”表黑点，“0”表空白。不同点阵显示所需字节数不同。显示16×16点阵需32个字节（16×16÷8=32）。显示24×24点阵需72个字节（24×24÷8=72）。显示128×128点阵需2048个字节（128×128÷8=2048）。字库存储各汉字字形点阵代码，不同字体（宋体、仿宋、楷体、黑体等）对应不同字库。输出汉字时，计算机先到字库找对应字形描述信息，再输出字形。45（6）汉字输入编码汉字输入通常有键盘输入、语音输入、手写输入等方法，这些方法都有一定的优缺点。键盘输入方式：将每个汉字用一个或几个英文键表示，这种表示方法称为汉字的“输入编码”。汉字输入编码的种类如下。①数字编码：如电报码、区位码等。特点是无重码，但难于记忆，不易推广。②字音编码：如拼音码等。特点是简单易学，但重码多。③字形编码：如五笔字型、表形码等。特点是重码少，输入快，但不易掌握。④音形编码：如自然码、快速码等。特点是规则简单，重码少，但不易掌握。汉字的整个处理过程如图1-3所示。46图1-3汉字的整个处理过程1.2.6计算机中的静态图像

静态图像是计算机大量使用的主要信息形式，其表示方式主要有位图和矢量图。因图像数据信息量大且有规律，一般采用压缩算法表示，图像数字化后还常压缩，常见图像文件扩展名有bmp、gif、jpg等。1.位图（1）位图概念：经“数字化”后的视觉图像，也叫光栅图、点阵图像等，保存为点阵存储方式，图像分成像素矩阵，像素大小取决于分辨率。（2）像素表示：像素是构成数码图像基本单位，如黑白图像可用1位模式表示像素（0表黑色、1表白色），8位可表256种颜色。（3）数据压缩为缩小图像文件内存占用空间，有两类数据压缩方案：无损压缩：压缩后信息表达质量不变，仅文件内存占用减小。有损压缩：在影响信息表达质量前提下，加大压缩效率，减小文件内存占用。47（4）分辨率与应用以每英寸像素数（ppi）表示分辨率，分辨率越高图像越清晰，位图适用于照片等需精细细节图像，但放大会失真。2.矢量图（1）矢量图概念用数学方法描述与存储的图像，也叫面向对象图像等，不存储位模式，将图像分解成曲线和直线组合，用数学公式表示。（2）图形表示由矢量数学对象定义线条组成，如用圆心坐标和半径可表示圆，可描述关键特征如直线、圆等要素及更复杂特征。（3）优点与应用主要优点是放大不会失真，适用于表示文字、商标等规则图形，显示或打印时输入尺寸，系统依公式重画图形，调整时重估绘图公式，可避免屏幕抖动。481.2.7计算机中动态数据及编码计算机使用的数据种类含静态与动态数据，动态数据按表达形式分音频数据和视频数据两类。自然界声音是模拟信息，可通过模数转换（ADC）数字化；视频由多幅连续变换图像构成，播放每秒需传输处理25幅以上图像，且数字化后存储空间大，需压缩。1.音频数据编码音频编码方式分非压缩编码和压缩编码两类，压缩编码又有有损压缩、无损压缩两种。基本音频编码是脉冲编码调制（PCM）。MP3（MPEGAudioLayer3）是普及的音频压缩编码格式，属MPEG-1衍生方案，可实现12∶1压缩比且音质基本可接受。2.视频数据编码视频是单幅图像在时间上连续表示，单幅图像称为帧，是典型动态数据。动态视频压缩基于单幅图像压缩并结合帧与帧之间相关性进一步压缩。较有影响的视频编码标准由运动图像专家组（MPEG）制定，主要有MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7及MPEG-21等。491.2.8计算机中二进制数的基本运算计算机中的数值数据都采用二进制数，二进制数计算是计算机采用的计算形式。计算机可以进行两种二进制数运算：算术运算和逻辑运算。由于二进制数只有0、1两个数字符号，运算规则非常简单，因此易于实现，可靠性好。二进制数的0、1既可以表示数值，进行算术运算；也可以表示逻辑假和逻辑真两种状态，进行逻辑运算，逻辑运算是没有进位的运算。1.二进制数的原码、反码与补码（1）原码:是计算机中二进制数定点表示法，最高位为符号位，正数为0，负数为1（0有+0和-0两种表示），其余位表数值大小。（2）反码:正数反码与原码相同，负数反码是在原码基础上，符号位不变，其余数位按位取反。（3）补码:正数补码与原码相同，负数补码是在反码基础上末位加1，即原码除符号位外取反后加1。示例（4位二进制数）见表1-3。5051表1-3二进制数的原码、反码与补码示例原码反码补码000101100001100111101111001001010010101011011110001101000011101111001101

在计算机中，数值一律采用补码形式存储，通过使用补码，可以将符号位和其他位统一处理，此外计算机中用加法的运算规则来实现减法运算。2.二进制数的算术运算（1）加法根据“逢2进1”规则，二进制数的加法法则为：0+0=0；0+1=1+0=1；1+1=10（进位为1）；1+1+1=11（进位为1）二进制数加法运算过程如图。（2）减法根据“借1当2”的规则，二进制数的减法法则为：0-0=0；1-1=0；1-0=1；0-1=1（借位为1）二进制数的减法运算过程如图522.二进制数的算术运算（3）乘法二进制数的乘法与十进制数的乘法相同，二进制数的乘法法则为：0×0=0；0×1=1×0=0；1×1=1。二进制数乘法运算过程如图。（4）除法二进制数的除法与十进制数的除法类似，从被除数的最高位开始，将被除数（或中间余数）与除数相比较，若被除数（或中间余数）大于除数，则用被除数（或中间余数）减去除数，商为1（移入商的末位），并得相减之后的中间余数，否则商为0（移入商的末位）再将被除数的下一位移入，补充到中间余数的末位，重复以上过程，直到被除数的末位参与完毕，就可得到所要求的各位商和最终的余数，注意，也会存在无法除尽的情况。533.二进制数的逻辑运算（1）逻辑“或”运算又称逻辑加法，可用多种符号表示，规则：0+0=0；0+1=1；1+1=1；1+0=1。只要有一个变量为1，结果就为1；仅当两变量都为0时，结果为0，注意与算术加法区别。（2）逻辑“与”运算又称逻辑乘法，常用多种符号表示，规则：0×0=0；0×1=0；1×0=0；1×1=1。只要有一个变量为0，结果就为0；仅当两变量都为1时，结果为1。（3）逻辑“非”运算用多种符号表示，将原逻辑变量状态求反，给定逻辑变量为0时，结果为1；为1时，结果为0。（4）逻辑“异或”运算常用多种符号表示，规则：0^0=0；0^1=1；1^0=1；1^1=0。两变量值相同，结果为0；不同，结果为1，且无进位。多位逻辑变量时，对应位按上述规则运算，逻辑运算