第1章信息技术概述优秀课件.ppt

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1、第1章信息技术概述第1页，本讲稿共95页 内容安排第一章 信息技术概述第二章 计算机组成原理第三章 计算机软件第四章 计算机网络与因特网第五章 数字媒体与应用第六章 信息系统与数据库第2页，本讲稿共95页第一章 信息技术概述第3页，本讲稿共95页本章学习目标与要求1.了解计算机发展2.了解什么是信息，什么是信息处理，什么是信息技术3.描述计算机信息处理的特点4.了解什么是二进制，为什么计算机使用二进制5.掌握二进制、八进制、十进制、十六进制之间换算6.掌握定点数及浮点数的表示方法以及原、反、补码之间的换算关系7.了解什么是微电子技术，它的作用和意义第4页，本讲稿共95页1.1 计算机技术第5页

2、，本讲稿共95页计算机的诞生与发展公元前5世纪 中国的算盘1642年，Blaise Pascal设计了自动进位加法器1694年，德国数学家Gottfried Wilhemvon Leibniz改进了Pascal的加法器，使之可以计算乘法 法国人Colmar发明了可以进行四则运算的计算器。1812年英国数学家C巴贝奇开始研究差分机，并描绘出程序控制方式的计算机的雏型基本原理为IPOS 加法器第6页，本讲稿共95页计算机的诞生与发展1935年IBM公司推出IBM 601机，它是一台有算术部件且能在1秒钟内算出乘法的穿孔卡片计算机电驱动计算机 COLOSSUS：二次大战时英国人为破译德国的密码而设计

3、，英国数学家Turing协助设计，1934年开始使用。由于属于军事秘密，三十年后才公开。图为Alan Turing第7页，本讲稿共95页计算机的诞生与发展对计算机的诞生和发展做出重大贡献的两个人：阿伦图灵（Alan Turing)冯诺依曼（John Von Neumman）第8页，本讲稿共95页计算机的诞生与发展阿伦.图灵 英国数学家、哲学家、密码破译家 30年代初，发表了一篇著名的论文论数字计算在决断难题中的应用，他提出了一种十分简单但运算能力极强的理想计算装置，用它来计算所有能想象得到的可计算函数。图灵的思想奠定了现代计算机科学的理论基础。图灵机有限状态自动机第9页，本讲稿共95页计算机的

4、诞生与发展u1945年Von Neuuman、H.H.Goldstin、A.W.Burks发表了一篇论文电子计算机装置逻辑结构初探提出了两个主要论点:*使用二进制*存储程序和程序控制奠定了当代计算机硬件由控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备等组成的结构体系冯诺依曼教授（John Von Neumman）和他设计的“存储程序式”计算机EDVAC（埃德瓦克）第10页，本讲稿共95页计算机的诞生与发展第一台电子计算机诞生ENIAC：电子数字积分机与计算机（Electronic Numerical Integrator And Computer）时 间：1946年2月地 点：美国宾夕法尼亚大学用

5、 途：军事计算运算速度：5000次/秒体积价格：170平方米，30吨，140千瓦，40万美元1943年由 John Brainered领导ENIAC开始研究。图为 John Mauchly 及J.Presper Eckert负责这计划的执行者第11页，本讲稿共95页计算机的诞生与发展此后，计算机速度提高、功能增加、体积缩小、成本降低、应用扩大，其发展之快，不断改写预测。早期，810年其运算速度就提高十倍，而成本和体积却是原来的1/10。1980s开始，几乎每三年计算机的性能就提高近四倍，成本却下降一半。推动力：微电子技术的进展和计算机应用需求为计算机划代：按主机所使用的元器件 第12页，本讲稿

6、共95页计算机的诞生与发展uu以计算机使用的基本电子元件作为划分依据，计以计算机使用的基本电子元件作为划分依据，计算机的发展经历了四个阶段。算机的发展经历了四个阶段。uu基本电子元件的演变：基本电子元件的演变：uu集成电路（集成电路（ICIC）电子管电子管电子管电子管晶体管晶体管晶体管晶体管中小规模集成电路芯片中小规模集成电路芯片中小规模集成电路芯片中小规模集成电路芯片大规模超大规模集成电路芯片大规模超大规模集成电路芯片大规模超大规模集成电路芯片大规模超大规模集成电路芯片第13页，本讲稿共95页计算机的诞生与发展按主要元器件分代按主要元器件分代uu第一代（约第一代（约1946-19571946

7、-1957）电子管计算机电子管计算机 几十次几十次/秒秒几万次几万次/秒，秒，水银延迟线内存，千字水银延迟线内存，千字 外设：磁鼓、纸带、卡片、磁带外设：磁鼓、纸带、卡片、磁带 机器语言编程机器语言编程uu第二代（约第二代（约1957-19641957-1964）晶体管计算机晶体管计算机 几十万次几十万次/秒，秒，汇编语言或高级语言编程汇编语言或高级语言编程 19481948年年BellBell发明晶体管，磁芯十万字，磁盘发明晶体管，磁芯十万字，磁盘图为美国于20世纪50年代生产的IBM704型采用电子管的第一代电子计算机图为在第一代电子计算机中使用的磁鼓图为晶体管图为第一代电子计算机第14页

8、，本讲稿共95页计算机的诞生与发展第三代（约1965-1972）中小规模集成电路计算机(SSI,MSI-Medium Scale Integration)几十万次/秒几百万次/秒 半导体存储器 汇编语言或高级语言编程第四代（1971年起）是大规模(LSI)和超大规模集成电路计算机(Very Large Scale Integration)几百万次/秒亿次/秒 汇编语言或高级语言编程第15页，本讲稿共95页计算机的诞生与发展过去很长时间人们都按照计算机主机所使用的元器件，为计算机划代。代 别年 代主要元器件配置的软件主要应用第1代20世纪40年代中期50年代末期CPU：电子管内存：磁鼓 使用机器

9、语言和汇编语言编写程序科学计算和工程计算第2代50年代中后期60年代中期CPU：晶体管内存：磁芯 使 用 FORTRAN等 高级程序设计语言开始广泛应用于数据处理领域第3代60年代中期70年代初期CPU：SSI，MSI内存：SSI，MSI半导体存储器 操作系统，数据库管理系统等开始使用在科学计算、数据处理、工业控制等领域得到广泛应用第4代20世纪70年代中期以来CPU：LSI、VLSI内存：LSI、VLSI的半导体存储器 软件工程、分布式计算、网络软件等开始广泛使用深入到各行各业，家庭和个人开始使用计算机第16页，本讲稿共95页计算机信息处理的特点（1）通用性强、速度高（2）提供友善的使用方式

10、和多种多样的信息输出形式（3）具有庞大的信息存储能力和极快的信息存取速度（4）打破时空限制，实现信息的共享与交流（5）计算机在辅助开发新的信息处理应用方面能提供有力的支持第17页，本讲稿共95页计算机的巨大作用（1）开拓了人类认识自然、改造自然的新资源（2）增添了人类发展科学技术的新手段（3）提高了人类物质生产水平和社会生产率，促进了经济的飞跃（4）提供了人类创造文化的新工具（5）引起了人类的工作与生活方式的变化 第18页，本讲稿共95页国际计算机界的重要奖项ACM 图灵奖 1966年由ACM（美国计算机学会）创建，该奖有计算机界的诺贝尔奖之称。IEEE 计算机先驱奖 1980年由IEEE-C

11、S(美国电气与电子工程师学会-计算机学会)创建，是世界范围内计算机科学技术领域另一个最重要的奖项，和图灵奖是互为补充的。第19页，本讲稿共95页1.2 信息与信息技术第20页，本讲稿共95页1.2.1 信息与信息处理第21页，本讲稿共95页信息定义信息就是信息，它既不是物质也不是能量。N.Wiener（控制论创始人）事物运动的状态及状态变化的方式。客观事物立场认识主体所感知或所表述的事物运动及其变化方式的形式、内容和效用。认识主体立场 第22页，本讲稿共95页 “信信息息”和“数数据据”，这2个术语的概念在计算机信息处理中是既有区别又有联系的。计算机是一种基于二进制运算的信息处理机器，任何需要

12、由计算机进行处理的信息，都必须进行一定程度的形式化，并表示成二进制编码的形式。这就引进了数据的概念。第23页，本讲稿共95页国际标准化组织ISO：“数据是计算机中对事实、概念或指令进行描述的一种特殊格式，这种（特殊）格式适合于使用计算机及其相关设备自动地进行传输、翻译（转换）或加工处理。”在这个定义中，首先强调的是数据表达了一定的内容，即“事实、概念或指令”，这就是数据的语义；其次，数据具有一定的格式（即数据的语法），其目的是使计算机能自动进行加工处理、通信传递以及翻译转换。数据的定义第24页，本讲稿共95页信息处理过程信息施效（效应器官）信息获取（感觉器官）信息传递（神经系统）信息加工（大脑

13、）信息传递（神经系统）事物客体第25页，本讲稿共95页与信息处理相关的行为和活动信息收集感知、测量、识别、获取、输入等信息加工分类、计算、分析、综合、转换、检索、管理等信息存储信息传递信息施用控制、显示等第26页，本讲稿共95页1.2.2 信息技术第27页，本讲稿共95页信息技术信息技术：用来扩展人的信息器官功能、协助人们进行信息处理的一类技术。人的信息器官及功能：感觉器官（眼耳鼻舌身）获取信息 神经网络传递信息 思维器官（大脑）处理信息并再生信息 效应器官（手脚）施用信息第28页，本讲稿共95页基本信息技术感知与识别技术扩展感觉器官功能,提高人们的感知范围、感知精度和灵敏度通信技术与存储技术

14、扩展神经网络功能,消除人们交流信息的空间和时间障碍计算处理技术扩展思维器官功能,增强人们的信息加工处理能力控制与显示技术扩展效应器官功能，增强人们的信息控制能力第29页，本讲稿共95页1.2.3 信息处理系统第30页，本讲稿共95页信息处理系统用于辅助人们进行信息获取、传递、存储、加工处理、控制及显示的综合使用各种信息技术的系统。信息加工通信/存储控制与显示通信/存储感知与识别信息处理系信息处理系统结构统结构第31页，本讲稿共95页信息处理系统分类依据自动化程度人工的、半自动的、全自动的依据技术手段机械的、电子的、光学的依据通用性专用的、通用的第32页，本讲稿共95页信息处理系统实例雷达是一种

15、以感知与识别为主要目的的系统电视/广播系统是一种单向的、点到多点（面）的以信息传递为主要目的的系统电话是一种双向的、点到点的以信息交互为主要目的的系统银行是一种以处理金融业务为主的系统图书馆是一种以信息收藏和检索为主的系统Internet是一种跨越全球的多功能信息处理系统 第33页，本讲稿共95页1.2.4 电子信息技术简介第34页，本讲稿共95页概述现代信息技术的特点：采用电(光)子技术：进行信息的收集、传递、加工、存储、显示与控制以数字技术为基础（computer_based）以计算机及其软件为核心（software_centric）现代信息技术领域：微电子、通信、广播、计算机、遥感遥测、

16、自动控制、机器人等第35页，本讲稿共95页1.3 数字技术基础第36页，本讲稿共95页1.3.1 二进制第37页，本讲稿共95页二进制信息的计量单位（一）比特(bit)字节(byte)字(word)第38页，本讲稿共95页二进制数的运算（一）对二进制数可以进行两种不同类型的基本运算：算术运算和逻辑运算算术运算：两个一位数的加法和减法的基本运算规则是：加法减法 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 10 0 1 1 0 （向高位进1）（向高位借1）两个多位二进制数的加、减法可以从低位到高位按上述规则进行，但必须考虑进位和借位的处理第39页，本讲稿共95页二进

17、制数的运算（二）最基本的逻辑运算有三种：逻辑加（也称“或”运算，用符号“OR”、“”或“”表示）逻辑乘（也称“与”运算，用符号“AND”、“”或“”表示）取反（也称“非”运算，用符号“NOT”或“”表示）异或（两个值不同时为真，相同时为假，用符号“XOR”表示）运算规则如下：逻辑加 逻辑乘 取反 异或 0 0 1 1 0 0 1 10 1 0 0 1 10 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0两个多位二进制数进行逻辑运算时，按位独立进行，相邻位之间不发生关系第40页，本讲稿共95页二进制信息的计量单位（二）在计算机信息处理系统中，使

18、用各种不同类型的存储器来存储二进制信息时，存储容量的度量单位要比字节或字大得多，经常使用的单位有：“千字节”(KB)，1KB=210字节=1024B“兆字节”(MB)，1MB=220字节=1024KB“吉字节”(GB)，1GB=230字节=1024MB（千兆字节）“太字节”(TB)，1TB=240字节=1024GB（兆兆字节）第41页，本讲稿共95页二进制信息的计量单位（三）在计算机网络中传输二进制信息时，由于是一位一位串行传输的,传输速率的度量单位与上述有所不同，且使用的是十进制。经常使用的速率单位：“比 特 秒”(b/s)，也 称“bps”。如：9600bps(9600b/s)、56 kb

19、ps(56kb/s)“千比特秒”(kb/s)，1Kb/s=103 比特秒=1000 b/s“兆比特秒”(Mb/s)，1Mb/s=106 比特秒=1000 Kb/s“吉比特秒”(Gb/s)，1Gb/s=109 比特秒=1000 Mb/s“太比特秒”(Tb/s)，1Tb/s=1012比特秒=1000 Gb/s第42页，本讲稿共95页任意（R）进制数每种进位制都有固定的数码基数按基数进位或借位逢R进一用位权值来计数 位权值：在任何进位计数制中，数码所处的位置不同，代表的数值大小也不同。对每一个数位赋予的位值，在数学上叫做“权”。位权与基数的关系：位权的值等于基数的若干次幂。（KnKn1.K1K0 K

20、1K2.Km）R KnRnKn1Rn1.K1R1K0R0 K1R1K2R2+KmRm人们用字母B、Q、D、H分别表示二、八、十、十六进制第43页，本讲稿共95页任意（R）进制数表示法：1.并列表示（位置计数法）（34567854）102.多项式表示法（权展开法）（345）10=3102+4101+5100第44页，本讲稿共95页十进制数（Decimal）十进制的基数是“10”，使用09这十个数字符号，逢十进一205.4921020101310041019102一般地说，一个十进制数：SKnKn1.K1K0.K1K2.Km所代表的实际数值是：SKn10nKn110n1.K1101K0 100 K

21、1101K2 102+Km 10m第45页，本讲稿共95页二进制数二进制的基数是“2”，使用0和1两个不同的数字符号，逢二进一(101.01)2122021120021122 (5.25)10一般地说，一个二进制数SKnKn1.K1K0.K1K2.Km所代表的实际数值是：S=Kn2n Kn12n1 K121 K0 20 K1 21 K2 22Km 2m第46页，本讲稿共95页八进制数和十六进制数八进制数使用0、1、2、3、4、5、6、7八个符号，逢八进一(365.2)8=382681580 281=(245.25)10十六进制数使用0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F

22、十六个符号，其中A、B、C、D、E、F分别代表十进制的10、11、12、13、14、15。逢十六进一(F5.4)16=1516151604161=(245.25)10第47页，本讲稿共95页(1)(1)二进制转换成十进制二进制转换成十进制 按照二进制数的一般表示方法，按照二进制数的一般表示方法，将二进将二进 制数按位权展开即可。制数按位权展开即可。例例1.将二进制数将二进制数(1010101)2转换成十进制数。转换成十进制数。（1010101)2=126025124023 122 0 21120 =641641(85)101.1.二进制与十进制间的转换二进制与十进制间的转换第48页，本讲稿共9

23、5页(1)二进制转换成十进制（续）例例2.将二进制数将二进制数(11010.101)2转换成十转换成十进制数。进制数。(11010.101)2=124123+121+12-112-3 =16820.50.125 =(26.625)10 第49页，本讲稿共95页(2)十进制数转换成二进制数 纯整数部分的转换纯整数部分的转换 十十进进制制数数整整数数部部分分转转换换为为二二进进制制数数，采采用用“除除2取取余余”的的方方 法法.例例1.将将(307)10转换为二进制数。转换为二进制数。30721532762382192924222120余余1余余1余余1余余0余余0余余1余余0余余0余余1（高位）

24、（高位）（低位）（低位）故：故：(307)10(100110011)2第50页，本讲稿共95页(2)(2)十进制数转换成二进制数（续）十进制数转换成二进制数（续）纯小数部分的转换纯小数部分的转换 十进制小数转换为二进制小数，采用十进制小数转换为二进制小数，采用“乘乘2取整取整”的方法的方法。例例2.将将(0.8125)10转换为二进制数。转换为二进制数。0.8125 （高位）（高位）2 1.250020.500021.0000（低位）（低位）故：故：(0.8125)10(0.1101)21.625 2第51页，本讲稿共95页(2)(2)十进制数转换为二进制数十进制数转换为二进制数(续续)例例3

25、.将（将（307.8125)10转换成二进制数。转换成二进制数。该该十十进进制制数数中中的的整整数数部部分分和和小小数数部部分分前前面面已已转换过，只需将两部分连接起来即可。转换过，只需将两部分连接起来即可。（307)10（100110011）2 （0.8125)10（0.1101）2 故：（故：（307.8125）10=（100110011.1101）2第52页，本讲稿共95页注意注意：并并非非所所有有的的十十进进制制小小数数都都能能用用有有限限位位的的二二进进制制小小数数来来表表示示。例例4.将将(0.63)10转换为二进制。转换为二进制。0.6321.2620.5221.0420.08（

26、高位）（高位）（低位）（低位）因为，小数部分乘以因为，小数部分乘以2会无限循环下去，故：取近似值会无限循环下去，故：取近似值.（0.63)10(0.1010)2 舍去舍去第53页，本讲稿共95页2.八进制数与二进制数的转换(1)(1)二进制与八进制之间的转换二进制与八进制之间的转换二进制与八进制之间的转换二进制与八进制之间的转换 一位八进制数相当一位八进制数相当于三位二进制数于三位二进制数于三位二进制数于三位二进制数,八八进制数转换为二进制数时，只需将进制数转换为二进制数时，只需将每一位八进每一位八进制数用三位等值的二进制数表示制数用三位等值的二进制数表示；同理，二进制；同理，二进制数转换为八

27、进制数时，只需将三位二进制数用一数转换为八进制数时，只需将三位二进制数用一位等值的八进制数表示即可。位等值的八进制数表示即可。第54页，本讲稿共95页转换表八进制数 二进制数 八进制数 二进制数 0 000 4 100 1 001 5 101 2 010 6 110 3 011 7 111八进制数与二进制数的转换第55页，本讲稿共95页二进制与八进制之间的转换（续）二进制与八进制之间的转换（续）例例1.将将(011110111.100010101)2转换为八进转换为八进 制数制数。(011 110 111.100 010 101)2(367.425)8 3 6 7 .4 2 5 注注意意：二二

28、进进制制转转换换为为八八进进制制时时，要要以以小小数数点点为为中中心心，整整数数部部分分从从低低位位向向高高位位(即即从从右右向向左左)每每三三位位用用一一个个八八进进制制数数来来表表示示，最最后后一一组组不不足足三三位位时时，用用0补补齐齐；小小数数部部分分从从高高位位向向低低位位（即即从从左左向向右右）每每三三位位用用一一个个八八进进制数来表示，最后不足三制数来表示，最后不足三 位时，用位时，用0补齐。补齐。第56页，本讲稿共95页二进制与八进制之间的转换（续）二进制与八进制之间的转换（续）例例2.将将(16.327)8转换为二进制数。转换为二进制数。(16.327)8(001 110 .

29、011 010 111)2 1 6 .3 2 7 (1110.011010111)2 第57页，本讲稿共95页2.二进制与十六进制间的转换二进制与十六进制间的转换 一位十六进制数相当一位十六进制数相当于四位二进制数于四位二进制数，十六进制数转换为二进制数时，只需将每十六进制数转换为二进制数时，只需将每一位十六进制数用四位等值的二进制数一位十六进制数用四位等值的二进制数表表示；反之，亦然。示；反之，亦然。例例1.将将(111001011010.10111001)2转换转换为十六进制数。为十六进制数。(1110 0101 1010 .1011 1001)2 E 5 A .B 9 （E5A.B9）1

30、6第58页，本讲稿共95页十六进制数与二进制数的转换转换表十六进制数 二进制数 十六进制数 二进制数0 0000 8 1000 1 0001 9 10012 0010 A 10103 0011 B 10114 0100 C 11005 0101 D 11016 0110 E 11107 0111 F 1111第59页，本讲稿共95页二进制与十六进制间的转换（续）二进制与十六进制间的转换（续）注意注意：二进制转换为十六进制时，要以小数点中心，整数二进制转换为十六进制时，要以小数点中心，整数分分从低位向高位从低位向高位（即从右向左）每四位用一个十六进制数（即从右向左）每四位用一个十六进制数来表示，

31、来表示，最后组不足四位时，用最后组不足四位时，用0补齐；小数部分从高位补齐；小数部分从高位向低位向低位(即从左向右）每四位用一个十六进制数来表示，最后即从左向右）每四位用一个十六进制数来表示，最后不足四不足四 位时，用位时，用0补齐。补齐。例例2.将将(4C.2E)16转换为二进制数转换为二进制数。(4C.2E)16(0100 1100 .0010 1110)2 4 C 2 E4 C 2 E(1001100.0010111)2第60页，本讲稿共95页3.十进制与八进制或十六进制间的转换十进制与八进制或十六进制间的转换(1)(1)八进制或十六进制转换为十进制八进制或十六进制转换为十进制 与与二二

32、进进制制转转换换为为十十进进制制类类似似，八八进进制制或或十十六六制制转转换换为为十十进进制制时时，只只需需按按其其一一般般表表示示形形式式，按按位权展位权展 开即可。开即可。例例1.将将(16A.B)16转换为十进制数。转换为十进制数。(16A.B)16(11626161101601116-1)10 (25696100.69)10 (362.69)10第61页，本讲稿共95页(2)(2)十进制转换为八进制或十六进制十进制转换为八进制或十六进制十进制整数转换为八进制或十六进制数时，可采用十进制整数转换为八进制或十六进制数时，可采用“除八取余除八取余”或或“除十六取余除十六取余”的方法；十进制小

33、的方法；十进制小数转换为八进制或十六进制数时，可采用数转换为八进制或十六进制数时，可采用“乘乘8取取整整”或或“乘乘 十六取整十六取整”的方法。的方法。例例1.将将(273)10转换为八进制数。转换为八进制数。（余数）（余数）(低位低位)8|273_?8|34_-1 8|4_-2 0 -4 故：故：(273)(273)1010(421)(421)8 8 (高位高位)第62页，本讲稿共95页(2)(2)十进制转换为八进制或十六进制十进制转换为八进制或十六进制(续）续）例例2.将十进制数将十进制数(0.71875)8转换为八进制数转换为八进制数。(高位高位)0.71875 8 5.75000 8

34、6.00000 故：故：(0.71875)10(0.56)8 (低位低位)第63页，本讲稿共95页二进制十进制十六进制八进制四进制0000000000011111001022220011333301004441001015551101106661201117771310008810201001991121101010A1222101111B1323110012C1430110113D1531111014E1632111115F1733第64页，本讲稿共95页使用不同进制的原因计算机中只使用二进制一种计数制的原因：二进制中只有0和1两个符号，使用有两个稳定状态的电子器件就可以分别表示它们，而制造

35、有两个稳定状态的电子器件要比制造有多个稳定状态的电子器件容易得多二进制数的运算规则简单，易于进行高速运算数理逻辑中的“真”和“假”可以分别用“1”和“0”来表示，这样就把非数值信息的逻辑运算与数值信息的算术运算联系了起来使用八进制和十六进制的原因：二进制数太长，书写、阅读、记忆均不便八进制和十六进制与二进制之间的转换直观、方便第65页，本讲稿共95页1.3.2 数值信息的表示第66页，本讲稿共95页计算机中的数值信息分类整数和实数:它们都是用二进制表示的，但表示方法有很大差别。第67页，本讲稿共95页整数（定点数）的表示（一）整数的概念：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

36、以整数也叫做“定点数”整数的分类：不带符号的整数(unsigned integer)，一定是正整数取值范围：8位 0255(281)，16位 065535(2161)，32位 02321带符号的整数(signed integer)，既可表示正整数，又可表示负整数。使用最高位(最左面的一位)作为符号位，“0”表示“”(正数)，“1”表示“”(负数)，其余各位表示数的绝对值取值范围：8位 127127(27+1 271)例如：00101011=43,10101011=43第68页，本讲稿共95页原码、反码、补码 计算机中，数据均以补码存放在n位机器数中，最高位是符号位，0为正，1为负其余的n-1位

37、为数值位，可以为0，也可以为1当真值为正时，原码、反码、补码的数值位完全相同当真值为负时原码的数值位保持原样，反码的数值位是原码数值位的各位取反，补码则是反码的最低位加一。注意符号位不变。整数（定点数）的表示（二）第69页，本讲稿共95页整数（定点数）的表示（三）“原码”表示法：带符号整数的表示方法优点：简单、直观缺点：减法运算较繁，不便于CPU的运算处理有0(00000000)和0(100000000)补码表示法：在计算机中，负数使用补码表示，符号位也是“1”，但绝对值部分却是原码每一位取反后再在末位加“1”例如：(43)原=10101011绝对值部分每一位取反后为：(43)反=110101

38、00末位加“1”得到：(43)补=11010101第70页，本讲稿共95页注意：-0与+0在补码表示法中相同，而在原码、反码表示却不同。相同位数的二进制补码，表示的范围比原码、反码多一个。正数的原码、反码、补码都相等，即表示方法只有一种。用一个字节表示二进制补码，表示的范围为：-128+127整数（定点数）的表示（四）第71页，本讲稿共95页整数（定点数）的表示（三）补码计算规则：XY 原码=X补码 Y补码 补码补码计算举例：5-2=3 2 5=-3 5补码 =00000101 2补码=00000010+-2补码=11111110 -5补码=11111011 3 补码=00000011 -3补

39、码=11111101补码表示法中“0”与“0”无区别，都表示为全“0”。相同位数的二进制补码，可表示的数的(个数)范围比原码多一个数，即最小负数（128）。第72页，本讲稿共95页整数（定点数）的表示（四）三种整数的比较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）0000 00000000000 00011110111 11111271271271000 000012801281000 000112911271111 11112551271第73页，本讲稿共95页整数（定点数）的表示（五）BCD整数（Binary Coded Decimal）称为“二进制编码的十进制

40、整数”，使用4个二进位表示1个十进制数字，最高位仍为符号位。例如：(43)BCD 1 0100 0011(59601)BCD 0 0101 1001 0110 0000 0001第74页，本讲稿共95页整数（定点数）的表示（六）JCY待续Pentium处理器的四种带符号整数整数类型数值范围精度格式16位整数3276832767二进制16位 16个二进位，补码表示短整数 2312311 二进制32位 32个二进位，补码表示长整数 2632631 二进制64位 64个二进位，补码表示BCD整数1018+110181十进制18位80个二进位，其中最左面l个字节的最高位是符号位，余7位无效；另外72位

41、是18位BCD码，原码表示第75页，本讲稿共95页实数（浮点数）的表示（一）实数：既有整数部分又有小数部分的数，整数和纯小数只是实数的特例。任何一个实数总可以表达成一个乘幂和一个纯小数之积，例如：56.725=102(0.56725)0.0034756=102(0.34756)指数部分指出实数中小数点的位置，括号里是一个纯小数。二进制数的情况完全类同，例如：1001.011=2100(0.1001011)0.0010101=210(0.10101)浮点表示法：计算机内部用“指数”(一个整数，称为“阶码”)和“尾数”(一个纯小数)表示实数的方法。实数=尾数*2指数 实数N可表示为：N=S 2P

42、（0 S 1)第76页，本讲稿共95页实数（浮点数）的表示（二）实数（浮点数）的表示16位机器数能够表示的实数的范围：（溢出离散）011111 1111111111 011111 0111111111（原码）最小值 最大值（12-9）225-1（12-9）225-1 阶阶码码符符号号位位尾尾数数符符号号位位阶码值的编码阶码值的编码尾数值的编码尾数值的编码15 14 10 9 8 015 14 10 9 8 0第77页，本讲稿共95页实数（浮点数）的表示（三）浮点数的长度可以是32位、64位或更长。一般说来，位数越多，可表示的数的范围越大（阶码），精度越高（尾数）浮点数(实数）分类：短浮点数、浮

43、点数、长浮点数、高精度浮点数第78页，本讲稿共95页1.4 微电子技术第79页，本讲稿共95页微电子技术与集成电路微电子技术：以集成电路为核心的电子技术 是在电子电路和系统的超小型化和微型化过程中逐渐形成和发展起来的。第80页，本讲稿共95页电子线路使用的基础元件的演变真空电子管 晶体管 中小规模集成电路 大规模超大规模集成电路第81页，本讲稿共95页电子线路使用基础元件的演变真空电子管 在这个阶段产生了广播、电视、无线电通信、仪器仪表、自动化技术和第一代电子计算机晶体管 1948年发明，再加上印制电路组装技术的使用，使电子电路在小型化方面前进了一大步，产生了第二代计算机第82页，本讲稿共95

44、页电子线路使用的基础元件的演变集成电路(Integrated Circuit，简称IC)20世纪50年代出现，以半导体单晶片作为材料，经平面工艺加工制造，将大量晶体管、电阻等元器件及互连线构成的电子线路集成在基片上，构成一个微型化的电路或系统。现代集成电路使用的半导体材料通常是硅(Si)，也可以是化合物半导体如砷化镓(GaAs)等 超大规模集成电路超大规模集成电路小规模集成电路小规模集成电路第83页，本讲稿共95页集成电路的规模根据所包含的晶体管数目分为：集成电路规模集成度（个电子元件）小规模集成电路（SSI）100中规模集成电路（MSI）1003000大规模集成电路（LSI）300010万超

45、大规模集成电路（VLSI）10万100万极大规模集成电路（ULSI）100万第84页，本讲稿共95页集成电路分类根据所用晶体管结构、电路和工艺分为：双极型（Bipolar）集成电路、金属-氧化物-半导体(MOS)集成电路 双极金属-氧化物-半导体集成电路（Bi-MOS）等第85页，本讲稿共95页集成电路分类根据集成电路的功能分为：数字集成电路（如逻辑电路、存储器、微处理器、微控制器、数字信号处理器等）模拟集成电路（又称为线性电路，如信号放大器、功率放大器等）第86页，本讲稿共95页集成电路分类根据用途分为：通用集成电路 专用集成电路（ASIC）第87页，本讲稿共95页微电子技术与集成电路集成电

46、路芯片是微电子技术的结晶，它们是计算机的核心。先进的微电子技术高集成度芯片高性能的计算机利用计算机进行集成电路的设计、生产过程控制及自动测试，又能制造出性能高、成本更低的集成电路芯片第88页，本讲稿共95页微电子技术与集成电路集成电路是现代信息产业和信息社会的基础集成电路是改造和提升传统产业的核心技术 2000年世界半导体产值达2000亿美元 电子信息产品市场总额超过1万亿美元据预测：未来十年内世界半导体的年平均增长率将达15%以 上，2010年 全 世 界 半 导 体 的 年 销 售 额 可 达 到60008000亿美元，将支持45万亿美元的电子装备市场。第89页，本讲稿共95页集成电路的制

47、造硅衬底硅衬底晶圆晶圆芯片芯片硅平面工艺硅平面工艺剔除、分类剔除、分类集成电路集成电路封装封装成品成品成品测试成品测试集成电路的制造：400多道工序第90页，本讲稿共95页集成电路的发展趋势集成电路的工作速度 主要取决于组成逻辑门电路的晶体管的尺寸，晶体管的尺寸越小，其极限工作频率越高，门电路的开关速度就越快。芯片上电路元件的线条越细，相同面积的晶片可容纳的晶体管就越多，功能就越强，速度也越快。第91页，本讲稿共95页集成电路的发展趋势提高集成度，关键在缩小门电路面积集成电路特点：体积小、重量轻、可靠性高Moore定律单块集成电路的集成度平均每1824个月翻一番 Gordon E.Moore,

48、1965年Intel公司创始人第92页，本讲稿共95页集成电路的发展趋势 Intel公司微处理器集成度的发展19701975198019851990199520001,00010,000100,0001,000,00010,000,000100,000,0004004800880808086802868038680486PentiumPentium IIPentium IIIPentium 4晶体管数第93页，本讲稿共95页集成电路的发展趋势1999199920012001200420042008200820142014工艺工艺(m)m)0.180.180.130.130.090.090.06

49、0.060.0140.014晶体管晶体管(M)M)23.823.847.647.613513553953935003500时钟频率时钟频率(GHz)GHz)1.21.21.61.62.02.02.6552.6551010面积面积(mmmm2 2)340340340340390390468468901901连线层数连线层数6 67 78 89 91010晶晶 圆圆 直直 径径（mmmm）300300300300350350400400450450引脚数目引脚数目70070095795733503350功耗（功耗（w w）9090130130183183第94页，本讲稿共95页作业1、进制转换(96.875)10=(?)2=(?)8=(?)16=(?)6=(?)BCD(101110)2=(?)10=(?)8=(?)16 =(?)BCD2、求下面几个数字中最大数和最小数(1)1100010B(2)225Q(3)500(4)1FEH(5)(10011000)BCD 3、设机器字长为6位，写出下列各数的原码、反码和补码：10101 11111 10000 10101 11111 100004、有一个16位的数值0100，0000，0110，0011，如果它是一个二进制数，和它等值的十进制数是多少？如果是BCD码，它表示的数是什么？第95页，本讲稿共95页