作者：吴刚山 田崇峰
出版社：人民邮电出版社有限公司
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
大学计算机基础(微课版)试读：
前言
随着经济和科技的飞速发展，计算机在人们的工作和生活中变得越来越重要，它已成为一种必不可少的工具。当今，计算机技术在信息社会中的应用是全方位的，已广泛应用到军事、科研、经济和文化等各个领域，其作用和意义已超出了科学和技术层面，达到了社会文化的层面。因此，能够运用计算机进行信息处理已成为每位大学生必备的基本能力。
大学计算机基础作为一门普通高校的公共基础必修课程，其学习的意义很大，对学生今后的工作也会有较大的帮助。从目前大多数学校对这门课程的学习和应用的调查情况来看，由于这是公共基础课，加上有一部分理论知识，所以学生学习起来有点枯燥。本书在写作时综合考虑了目前大学计算机基础教育的实际情况和计算机技术本身发展的状况，采用任务式讲解方式，以任务形式来带动知识点的学习，从而激发学生的学习兴趣，并符合计算机等级考试一级MS Office的操作要求。
本书具有以下特色。（1）任务驱动，目标明确。每个项目分为几个不同的任务来完成，每个任务讲解时先结合情景式教学模式给出“任务要求”，便于学生了解实际工作需求并明确学习目的，然后列出完成任务需要具备的相关知识，再将操作实施过程分为几个具体的操作阶段来学习。（2）讲解深入浅出，实用性强。本书在注重系统性和科学性的基础上，突出了实用性及可操作性，对重点概念和操作技能进行详细讲解，语言流畅、内容丰富、深入浅出，符合计算机基础教学的规律，并满足院校人才培养的要求。
在讲解过程中，还通过各种“提示”和“注意”为学生提供了更多解决问题的方法和更为全面的知识，并引导读者尝试如何更好、更快地完成工作任务以及类似工作任务的方法等。（3）配有微课视频。读者只需扫描书中提供的各个二维码，便可以随扫随看，轻松掌握相关知识。编者2017年5月项目一计算机基础知识
电子计算机简称计算机，俗称电脑（Computer），是20世纪人类最伟大的发明之一，它的出现使人类迅速进入了信息社会。计算机是一门科学，同时也是一种能够按照指令，对各种数据和信息进行自动加工和处理的电子设备。因此，掌握以计算机为核心信息技术的一般应用，已成为国民生产各行业对从业人员的基本素质要求之一。本项目将通过5个任务，介绍计算机的基础知识，包括计算机的发展、计算机中信息的表示和存储，计算机的软硬件系统以及多媒体技术的相关基础知识等，为后面的学习打下了基础。
课堂学习目标
●认识计算机的发展
●了解计算机中信息的表示和存储
●认识计算机硬件系统
●认识计算机软件系统
●认识多媒体技术任务一 认识计算机的发展任务要求
小李是一名刚刚入学的大一新生，学习的是与计算机相关的专业。他打算在专业学习前自己先做一些准备，了解一些计算机的基本知识。首先他迫切地想了解计算机是如何诞生与发展的，有哪些功能和分类，计算机在信息技术中充当着怎样的角色，计算机的未来发展又会是怎样的。
本任务要求了解计算机的诞生及发展过程，认识计算机的特点、应用和分类，了解计算机的发展趋势，并熟悉信息技术的相关概念。任务实现（一）了解计算机的诞生及发展过程
人类历史上，有几件事对现代计算机的发明有重要意义：一是1642年法国物理学家帕斯卡（1623～1662年）发明了齿轮式加减法器；二是1673年德国数学家莱布尼兹（1646～1716年）制成了机械式计算器，可以进行乘除运算；三是英国数学家查尔斯·巴贝奇（1791～1871年）提出了差分机和分析机的构想，具有输入、处理、存储、输出及控制5个基本装置，而这些正是现代意义上的计算机所必备的；四是美国人口普查局的统计学家霍列瑞斯（H.Hollerith）受到提花织机的启发，想到用穿孔卡片来表示数据，制造出了制表机。制表机的发明是机械计算机向电气技术转化的一个里程碑。
20世纪初，电子技术飞速发展，其代表产物有真空二极管和真空三极管，这些都促成了真正的电子计算机的产生。
1943年正值第二次世界大战，由于军事上的需要，宾夕法尼亚大学电子工程系的教授莫克利和他的研究生埃克特设计的世界上第一台计算机——电子数字积分计算机（Electronic Numerical Integrator And Computer，ENIAC）诞生了，如图1-1所示。图1-1 世界上第一台计算机ENIAC
ENIAC的主要元件是电子管，每秒可完成5000次加法运算，300多次乘法运算，比当时最快的计算工具要快300倍。ENIAC重30多吨，占地170平方米，采用了18000多个电子管、1500多个继电器、70000多个电阻和10000多个电容，耗电150千瓦。虽然ENIAC的体积庞大、性能差，但它的出现具有跨时代的意义，它开创了电子技术发展的新时代——计算机时代。
ENIAC项目组的一个美籍匈牙利研究人员冯·诺依曼开始研制他自己的离散变量自动电子计算机（Electronic Discrete Variable Automatic Computer，EDVAC），该计算机是当时最快的计算机，其主要设计理论是采用二进制和存储程序方式。因此人们把冯·诺依曼的这个理论称为冯·诺依曼体系结构，并沿用至今，冯·诺依曼也被誉为“现代电子计算机之父”。微课：了解计算机的诞生及发展过程
从第一台计算机ENIAC诞生到至今的几十年时间里，计算机技术成为发展最快的现代技术之一，根据计算机所采用的物理器件，可以将计算机的发展划分为4个阶段，如表1-1所示。表1-1 计算机发展的4个阶段（二）认识计算机的特点、应用和分类
随着科学技术的发展，计算机已被广泛应用于各个领域，在人们的生活和工作中起着重要的作用。下面介绍计算机的特点、应用和分类。
1.计算机的特点
计算机主要有以下6个主要特点。
●运算速度快。计算机的运算速度指的是单位时间内所能执行指令的条数，一般以每秒能执行多少条指令来描述。早期的计算机由于技术的原因，工作频率较低，现在以大规模集成电路为元器件的计算机的运算速度得到飞速提升，目前世界上已经有超过每秒亿亿次速度的计算机，这使得大量复杂的科学计算问题得以解决。
●计算精度高。计算机的运算精度取决于采用机器码的字长（二进制码），即常说的8位、16位、32位和64位等，字长越长，有效位数就越多，精度就越高。如果将10位十进制数转换成机器码，便可以轻而易举的取得几百亿分之一的精度。
●准确的逻辑判断能力。除了计算功能外，计算机还具备数据分析和逻辑判断能力，高级计算机还具有推理、诊断和联想等模拟人类思维的能力，因此计算机俗称为“电脑”。而具有准确、可靠的逻辑判断能力是计算机能够实现信息处理自动化的重要原因之一。
●强大的存储能力。计算机具有许多存储记忆载体，可以将运行的数据、指令程序和运算的结果存储起来，供计算机本身或用户使用，还可即时输出为文字、图像、声音和视频等各种信息。例如，要在一个大型图书馆使用人工查阅书目可能会犹如大海捞针，而采用计算机管理后，所有的图书目录及索引都存储在计算机中，这时查找一本图书只需要几秒钟。
●自动化程度高。计算机内具有运算单元、控制单元、存储单元和输入输出单元，计算机可以按照编写的程序（一组指令）实现工作自动化，不需要人的干预，而且还可反复执行。例如，企业生产车间及流水线管理中的各种自动化生产设备，正是因为植入了计算机控制系统才使工厂生产自动化成为可能。
●具有网络与通信功能。通过计算机网络技术可以将不同城市、不同国家的计算机连在一起形成一个计算机网，在网上的所有计算机用户可以共享资料和交流信息，从而改变了人类的交流方式和信息获取方式。提示除此之外，计算机还具有可靠性高和通用性强等特点。
2.计算机的应用
在计算机诞生的初期，计算机主要应用于科研和军事等领域。目前，计算机的应用已经渗透到人类社会的各个方面，从国民经济各部门到家庭生活，从生产领域到消费娱乐。计算机的应用可以概括为以下7个方面。
●科学计算。科学计算即通常所说的数值计算，是指利用计算机来完成科学研究和工程设计中提出的一系列复杂的数学问题的计算。计算机不仅能进行数字运算，还可以解答微积分方程以及不等式。由于计算机具有较高的运算速度，对于以往人工难以完成甚至无法完成的数值计算，计算机都可以完成，如气象资料分析和卫星轨道的测算等。目前，基于互联网的云计算，甚至可以体验每秒10万亿次的超强运算能力。
●数据处理和信息管理。数据和信息处理也称为非数值计算，它是指用计算机对大量的数据进行收集、加工、存储和传递等工作，其目的是为人们提供有价值的信息，作为管理和决策的依据。如企业的财务管理、事务管理、资料和人事档案的文字处理等。这些数据不仅包括“数”，还包括文字、图像和声音等数据形式。
●过程控制。过程控制也称为实时控制，它是指利用计算机对生产过程和其他过程进行自动监测以及自动控制设备工作状态的一种控制方式，被广泛应用于各种工业环境中，并替代人在危险、有害的环境中作业，不受疲劳等因素的影响，并可完成人类所不能完成的有高精度和高速度要求的操作，从而节省了大量的人力物力，并大大提高了经济效益。
●人工智能。人工智能（Artificial Intelligence，AI）是指设计有智能型的计算机系统，让计算机具有人才具有的智能特性，让计算机模拟人类的某些智力活动，如“学习”“识别图形和声音”“推理过程”和“适应环境”等。目前，人工智能主要应用在智能机器人、机器翻译、医疗诊断、故障诊断、案件侦破和经营管理等方面。
●计算机辅助。计算机辅助也称为计算机辅助工程应用，是指利用计算机协助人们完成各种设计工作。计算机的辅助功能是目前正在迅速发展并不断取得成果的重要应用领域，主要包括计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）、计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing，CAM）、计算机辅助教育（CAE）、计算机辅助教学（Computer Assisted Instruction，CAI）和计算机辅助测试（Computer Aided Testing，CAT）等。
●网络通信。网络通信是计算机技术与现代通信技术相结合的产物。网络通信是指利用计算机网络实现信息的传递功能，随着Internet技术的快速发展，人们可以在不同地区和国家间进行数据的传递，并可通过计算机网络进行各种商务活动。
●多媒体技术。多媒体技术（Multimedia Technology）是指通过计算机对文字、数据、图形、图像、动画和声音等多种媒体信息进行综合处理和管理，使用户可以通过多种感官与计算机进行实时信息交互的技术。多媒体技术拓宽了计算机的应用领域，使计算机广泛应用于教育、广告宣传、视频会议、服务业和文化娱乐业等领域。提示计算机辅助设计（CAD）是指利用计算机来帮助设计人员完成具体设计任务、提高设计工作的自动化程度和质量的一门技术。目前，CAD技术广泛应用于机械、电子、汽车、纺织、服装、建筑和工程建设等各个领域；计算机辅助制造（CAM）是指利用计算机进行生产规划、管理和控制产品制造的过程，随着生产技术的发展，CAD和CAM功能可以融为一体；计算机辅助教学（CAI）是指利用计算机实现教学功能的一种现代化教育形式，计算机可代替教师帮助学生学习，并能不断改善学习效果，提高教学水平和教学质量，学生可通过与计算机的交互活动达到教学目的。
3.计算机的分类
计算机的种类非常多，划分的方法也有很多种。一种是按计算机的用途可将其分为专用计算机和通用计算机两种。另一种是按其内部逻辑结构进行分类，如16位机、32位机或64位机。
还有一种是按计算机的性能、规模和处理能力，可以将计算机分为巨型机、大型机、微型机和服务器4类，具体介绍如下。微课：计算机的分类
●巨型机。巨型机（见图1-2）也称超级计算机或高性能计算机，是速度最快、处理能力最强的计算机，是为少数部门的特殊需要而设计的。通常，巨型机多用于国家高科技领域和尖端技术研究，是一个国家科研实力的体现，现有的超级计算机运算速度大多可以达到每秒一太（Trillion，万亿）次以上。2014年6月，在德国莱比锡市发布的世界超级计算机500强排行榜上，中国超级计算机系统“天河二号”位居榜首，其浮点运算速度达到每秒33.86千万亿次。图1-2 天河2号巨型机图1-3 IBM System z10大型机
●大型机。大型机（见图1-3）或称大型主机，是指运算速度快、存储容量大、通信连网功能完善、可靠性很高、安全性能好、有丰富的系统软件和应用软件的计算机，通常含有几十个甚至更多个CPU。它采用虚拟化技术同时运行多个操作系统，因此不像是一台计算机，更像是多台不同的虚拟计算机，因而可以替代数以百计的普通服务器，用于为企业或政府的海量数据提供集中的存储、管理和处理，承担主服务器的功能，在信息系统中起着核心作用。它同时为大量终端设备执行信息处理任务，即使同时有成千上万个终端提出处理请求，其响应速度快得能让每个终端用户感觉好像只有他一个人在使用计算机一样。其目前主要使用于银行、政府部门和大型企业等。目前，生产大型主机的公司主要有IBM等。
●微型机。微型计算机简称微机，它是应用最普及的机型，占了计算机总数中的绝大部分，而且价格便宜、功能齐全，被广泛应用于机关、学校、企事业单位和家庭中。微型机按结构和性能可以划分为单片机、单板机、个人计算机（PC）、工作站等，其中个人计算机又可分为台式计算机和便携式计算机（如笔记本电脑）两类，分别如图1-4和图1-5所示。图1-4 台式计算机图1-5 笔记本电脑
●服务器。服务器原本只是一个逻辑上的概念，指的是网络中专门为其他计算机提供资源和服务的那些计算机和相关软件，各种计算机原理上都可以作为服务器使用。但由于服务器往往需要具有较强的计算能力、高速的网络通信和良好的多任务处理能力。因此计算机生产厂商专门开发了用作服务器的一类计算机。提示工作站是一种高端的通用微型计算机，它可以提供比个人计算机更强大的性能，通常配有高分辨率的大屏、多屏显示器及容量很大的内存储器和外部存储器，并具有极强的信息和高性能的图形、图像处理功能，主要用于图像处理和计算机辅助设计领域。服务器是提供计算服务的设备，它可以是大型机、小型机或高档微机，在网络环境下，根据服务器提供的服务类型不同，可分为文件服务器、数据库服务器、应用程序服务器和Web服务器等。（三）了解计算机的发展趋势
从计算机的历史发展来看，计算机的体积越来越小、耗电量越来越小、速度越来越快、性能越来越好、价格越来越便宜、操作越来越容易。
1.计算机的发展方向
未来计算机的发展呈现出巨型化、微型化、网络化和智能化4个趋势。
●巨型化。巨型化是指计算机的计算速度更快、存储容量更大、功能更强大、可靠性更高。巨型化计算机的应用范围主要包括天文、天气预报、军事、生物仿真等，这些领域需进行大量的数据处理和运算，需要性能强劲的计算机才能完成。
●微型化。随着超大规模集成电路的进一步发展，个人计算机将更加微型化。膝上型、书本型、笔记本型、掌上型等微型化计算机将不断涌现，并受到越来越多的用户的喜爱。
●网络化。随着计算机的普及，计算机网络也逐步深入到人们工作和生活的各个部分。通过计算机网络可以连接地球上分散的计算机，然后共享各种分散的计算机资源。现在计算机网络也是人们工作和生活中不可或缺的事物，计算机网络化可以让人们足不出户就能获得大量的信息以及与世界各地的亲友进行通信、网上贸易等。
●智能化。早期，计算机只能按照人的意愿和指令去处理数据，而智能化的计算机能够代替人的脑力劳动，具有类似人的智能，如能听懂人类的语言，能看懂各种图形，可以自己学习等，即计算机可以进行知识的处理，从而代替人的部分工作。未来的智能型计算机将会代替甚至超越人类某些方面的脑力劳动。
2.未来新一代计算机芯片技术
由于计算机中最重要的核心部件是芯片，因此计算机芯片技术的不断发展也是推动计算机未来发展的动力。Intel公司的创始人之一戈登·摩尔在1965年曾预言了计算机集成技术的发展规律，那就是每18个月在同样面积的芯片中集成的晶体管数量将翻一番，而成本将下降一半，这就是著名的摩尔定律。
几十年来，计算机芯片的集成度严格按照摩尔定律进行发展，不过该技术的发展并不是无限的。因为计算机采用电流作为数据传输的信号，而电流主要靠电子的迁移而产生，电子最基本的通路是原子，一个原子的直径大约等于1nm，目前芯片的制造工艺已经达到了90nm甚至更小，也就是说一条传输电流的导线的直径即为90个原子并排的长度，那么最终晶体管的尺寸将接近纳米级，即达到一个原子的直径长度，但是这样的电路是极不稳定的，因为电流极易造成原子迁移，那么电路也就断路了。
由于晶体管计算机存在上述物理极限，因而世界上许多国家在很早的时候就开始了各种非晶体管计算机的研究，如超导计算机、生物计算机、光子计算机和量子计算机等，这类计算机也被称为第五代计算机或新一代计算机，它们能在更大程度上仿真人的智能，这类技术也是目前世界各国计算机发展技术研究的重点。（四）熟悉信息技术的相关概念
以计算机技术、通信技术和网络技术为核心的信息技术深入影响了人类社会的各个领域，对人类的生活和工作方式产生了巨大的影响，半个多世纪以来，人类社会正在由工业社会进入信息社会，而随着科学技术的不断进步，信息技术将得到更深、更广和更快的发展。
1.信息与信息技术
信息在不同的领域有不同的定义，一般来说，信息是对客观世界中各种事物的运动状态和及状态变化的反映，简单地说，信息是经过加工的数据，或者说信息是数据处理的结果，泛指人类社会传播的一切内容，如音信、消息、通信系统传输和处理的对象等。在信息化社会中，信息已成为科技发展的日益重要的资源。
信息技术（Information Technology，IT）是一门综合的技术，是指用来扩展人们信息器官功能、协助人们更有效地进行信息处理的一类技术。具体的来说，信息技术是指对信息进行采集、传输、存储、加工和表达的各种技术的总称。
信息技术主要是应用计算机科学和通信技术来设计、开发、安装和实施信息系统及应用软件，主要包括传感技术、通信技术、计算机技术和缩微技术。
●传感技术。传感技术是关于从自然信源获取信息，并对之进行处理（变换）和识别的一门多学科交叉的现代科学与工程技术，它涉及传感器、信息处理和识别的规划设计、开发、建造、测试、应用及评价改进等活动，传感技术、计算机技术和通信技术一起被称为信息技术的三大支柱，其主要任务是延长和扩展人类收集信息的功能。目前，传感技术已经发展了一大批敏感元件，例如，通过照相机、红外、紫外等光波波段的敏感元件来帮助人们提取肉眼所见不到的重要信息，也可通过超声和次声传感器来帮助人们获得人耳听不到的信息。
●通信技术。通信技术又称通信工程，主要研究的是通信过程中的信息传输和信号处理的原理和应用。目前，通信技术得到了飞速发展，从传统的电话、电报、收音机、电视到如今的移动电话（手机）、传真、卫星通信、光纤通信和无线技术等现代通信方式，从而使数据和信息的传递效率得到大大提高，通信技术已成为办公自动化的支撑技术。
●计算机技术。计算机技术是信息技术的核心内容，其主要研究任务是延长人的思维器官处理信息和决策的功能，计算机技术作为一个完整系统所运用的技术，主要包括系统结构技术、系统管理技术、系统维护技术和系统应用技术等。近年，计算机技术同样取得了飞速的发展，尤其是随着多媒体技术的发展，计算机的体积越来越小，但应用功能却越来越强大。
●缩微技术。缩微技术是一种涉及多学科、多部门、综合性强且技术成熟的现代化信息处理技术，其主要研究任务是延长人的记忆器官存储信息的功能。例如，在金融系统、卫生系统、保险系统、工业系统均采用缩微技术复制了纸质载体的文件，从而改变了过去传统管理方法，提高了档案文件、文献资料的管理水平，提高了经济效益。
总的来说，现代信息技术是一个内容十分广泛的技术群，它包括微电子技术、光电子技术、通信技术、计算机技术、网络技术、感测技术、控制技术和显示技术等，此外，物联网和云计算作为信息技术新的高度和形态被提出，并得到了发展，根据中国物联网校企联盟的定义，物联网为当下大多数技术与计算机互联网技术的结合，它能更快、更准地收集、传递、处理和执行信息，是科技的最新呈现形式与应用。
2.信息化社会
信息化社会也称信息社会，是脱离工业化社会以后，信息将起主要作用的社会。一般认为，信息化是指以计算机信息技术和传播手段为基础的信息技术和信息产业在经济和社会发展中的作用日益加强，并发挥主导作用的动态发展过程。信息化社会是指以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和信息基础设施建设水平为主要标志的社会。
社会学和经济学学者认为，从生产力和产业结构演进的角度看，人类社会正从工业社会向信息社会转型。信息社会中，信息将借助材料和能源的力量产生重要价值而成为社会进步的基本要素，以开发和利用信息资源为目的的信息经济活动迅速扩大，信息产业将成为重要的工业领域，信息技术在生产、科研、教育、医疗保健、企业和社会管理及家庭生活中的广泛应用对经济和社会的发展将产生巨大而深刻的影响，从根本上改变人们的生活方式、行为习惯和价值观念。提示信息高速公路就是把信息的快速传输比喻为“高速公路”，它的实质就是一个高速度、大容量、多媒体的信息传输网络。信息高速公路在全世界的建设与实施，标志着人类正在走向信息社会化。
3.信息安全
现代信息技术给人类带来了高效、方便的信息服务，同时也使人类信息环境面临许多前所未有的难题，如隐私权受侵问题、知识产权问题、竞争问题和信息安全问题等。这就需要我们在理解信息技术带来的实际的和潜在的不良影响后，加强信息道德教育和规范网络行为，这样才能真正地对其不利方面进行抵制。
信息安全包括信息本身的安全和信息系统的安全，可以从以下4个方面来理解信息安全和加强信息安全意识。
●数据安全。在输入、处理和统计数据过程中，由于计算机硬件出现故障，或是人为的误操作，以及计算机病毒和黑客的入侵等造成数据损坏和丢失现象，应通过确保数据存储的安全、加密数据技术和安装杀毒软件等方式来避免这类危害。
●计算机安全。国际标准化委员会对计算机安全的定义是“为数据处理系统和采取的技术的和管理的安全保护，保护计算机硬件、软件、数据不因偶然的或恶意的原因而遭到破坏、更改、显露”。计算机安全中最重要的是存储数据的安全，其面临的主要威胁包括计算机病毒、非法访问、计算机电磁辐射和硬件损坏等。
●信息系统安全。信息系统安全是指信息网络中的硬件、软件和系统数据要受到保护，不能遭到破坏或泄露，以确保信息系统能够持续、可靠地运行，信息服务不中断。
●法律保护。为了加强对计算机信息系统的安全保护和安全管理，我国先后制定了多部关于信息安全的法律法规，包括《中华人民共和国计算机信息系统安全保护条例》《计算机信息网络国际联网安全保护管理办法》《互联网信息服务管理办法》和《信息网络传播权保护条例》等。任务二 了解计算机中信息的表示和存储任务要求
小李知道利用计算机技术可以采集、存储和处理各种用户信息，也可将这些用户信息转换成用户可以识别的文字、声音或音视频进行输出，然而让小李疑惑的是，这些信息在计算机内部又是如何表示的呢？该如何对信息进行量化呢？小李认为，学习好这方面的知识，才能更好地使用计算机。
本任务要求认识计算机中的数据及其单位，了解数制及其转换，认识二进制数的运算，并了解计算机中字符的编码规则。任务实现（一）认识计算机中的数据及其单位
信息（information）是人们表示一定意义的符号的集合，即信号。信息本身并不是实体，必须通过载体才能体现，且不随载体的物理形式而变化。报刊上刊载的文字、图片是信息的载体，电视中播放的声音、图像也是信息的载体。
数据（data）是指人们看到的影像和听到的事实，是信息的具体表现形式，是各种各样的物理符号及其组合，它反映了信息的内容。数据的形式可以随着物理设备的改变而改变。
在计算机中，各种信息都是以数据的形式出现的，对数据进行处理后产生的结果为信息，因此数据是计算机中信息的载体，数据本身没有意义，只有经过处理和描述，才能赋予其实际意义，如单独一个数据“32℃”并没有什么实际意义，但如果表示为“今天的气温是32℃”时，这条信息就有意义了。
计算机中处理的数据可分为数值数据和非数值数据（如字母、汉字和图形等）两大类，无论什么类型的数据，在计算机内部都是以二进制的形式存储和运算的。计算机在与外部交流时会采用人们熟悉和便于阅读的形式表示，如十进制数据、文字表达和图形显示等，这之间的转换则由计算机系统来完成。
在计算机内存储和运算数据时，通常要涉及的数据单位有以下3种。
●位（bit）。计算机中的数据都是以二进制来表示的，它是计算1机存储数据的最小单位。一个二进制位只能表示2=2种状态，即只有“0”“1”两个数码。要想表示更多的信息，就采用多个数码（0和1的组合）来表示一个数，其中的每一个数码称为一位。
●字节（Byte）。在对二进制数据进行存储时，以8位二进制代码为一个单元存放在一起，称为一个字节，即1Byte=8bit。字节是计算机中信息组织和存储的基本单位，也是计算机体系结构的基本单位。通常1个字节可存放一个ASCII码，2个字节存放一个汉字国标码。存储器（如内存、硬盘、U盘等）的存储容量或文件的大小是以字节数来度量的，度量单位有B（字节）、KB（千字节）、MB（兆字节）或GB（吉字节），换算关系如下。10
1KB（千字节）=1024B（字节）=2B（字节）20
1MB（兆字节）=1024KB（千字节）=2B（字节）30
1GB（吉字节）=1024MB（兆字节）=2B（字节）40
1TB（太字节）=1024GB（吉字节）=2B（字节）
●字长。计算机处理数据时，CPU通过数据总线一次存取、加工和传送的二进制代码的位数，称为字长。字长是衡量计算机性能的一个重要指标，字长越长，数据所包含的位数越多，计算机的数据处理速度越快。计算机的字长通常是字节的整倍数，如8位、16位、32位、64位和128位等。（二）了解数制及其转换
数制是指用一组固定的符号和统一的规则来表示数值的方法。其中，按照进位方式计数的数制称为进位计数制。在日常生活中，人们习惯用的进位计数制是十进制，而计算机则使用二进制，除此以外，还包括八进制和十六进制等。二进制顾名思义，就是逢二进一的数字表示方法；依此类推，十进制就是逢十进一，八进制就是逢八进一等。
1.数制的基数和数码
进位计数制中每个数码的数值不仅取决于数码本身，其数值的大小还取决于该数码在数中的位置，如十进制数628.41，整数部分的第1个数码“6”处在百位，表示600，第2个数码“2”处在十位，表示20，第3个数码“8“处在个位，表示8，小数点后第1个数码“4”处在十分位，表示0.4，小数点后第2个数码“1”处在百分位，表示0.01。也就是说，处在不同位置数码它们所代表的数值不相同，分别具有不同的位权值，数制中数码的个数称为数制的基数，十进制数有0、1、2、3、4、5、6、7、8、9共10个数码，其基数为10。二进制数有0、1两个数码，其基数为2。同理，八进制数有0、1、2、3、4、5、6、7共8个数码，其基数为8。十六进制数有0、1、2、3、4、5、6、7、9、A、B、C、D、E、F共16个数码，其基数为16。
无论在何种进位计数制中，数都可写成按位权展开的形式，如十进制数628.41可写成：210-1-2
628.41=6×10+2×10+8×10+4×10+1×10
二进制数1110.01按权展开，可写成：3210-1-2
1101.01=1×2+1×2+0×2+1×2+0×2+1×2i
设R表示基数，则称为R进制，使用R个基本的数码，R就是位权，其加法运算规则是“逢R进一”，则任意一个R进制数D均可以展开表示为。i
上式中的K为第i位的系数，可以为0,1,2,…，R-1中的任何一个数，iR表示第i位的权。表1-2所示为计算机中常用的几种进位计数制的表示。表1-2 计算机中常用的几种进位数制的表示
通过表1-2可知，对于数据4A9E，从使用的数码可以判断出其为十六进制，而对于数据492来说，如何判断属于哪种数制呢？在计算机中，为了区分不同进制的数，可以用括号加数制基数下标的方式来表示不同数制的数，例如，（492）表示十进制数，（1001.1）则表102示二进制数，（4A9E）则表示十六进制数，也可以分别表示为16（492）、（1001.1）、（4A9E）带有字母的形式。在程序设计中，DBH为了区分不同进制数，常在数字后直接加英文字母后缀来区别，如492D、1001.1B等。
表1-3所示为上述几种常用数制的对照关系表。表1-3 常用数制对照关系表提示通过表1-3可以看出，采用不同的数制表示同一个数时，基数越大，则使用的位数越少，如十进数12，需要4位二进制数来表示，需要2位八进制数来表示，只需1位十六制数来表示。所以，在一些C语言的程序书写中，常采用八进制和十六进制来表示数据。
2.不同数制的转换
下面将具体介绍4种常用数制之间的转换方法。（1）非十进制数转换为十进制数
将二进制数、八进制数和十六进制数转换十进制数时，只需用该数制的各位数乘以各自对应的位权数，然后将乘积相加。用按位权展开的方法即可得到对应的结果。【例1-1】将二进制数10110转换成十进制数。
先将二进制数101.10按位权展开，再对其乘积相加，转换过程如下所示。210-1-2（111.01）=（1×2+1×2+1×2+0×2+1×2）210
=（4+2+1+0+0.25）10
=（7.25）10【例1-2】将八进制数365.2转换成十进制数。
先将八进制数365.2按位权展开，再对其乘积相加，转换过程如下所示。210-1（365.2）=（3×8+6×8+5×8+2×8）810
=（3×64+6×8+5×1+2×1/8）10
=（245.25）10【例1-3】将十六进制数F5.4转换成十进制数。
先将十六进制数F5.4按位权展开，再对其乘积相加，转换过程如下所示。10-1（F5.4）=（15×16+5×16+4×16）1610
=（15×16+5×1+4×1/16）10
=（245.25）10（2）十进制数转换成其他进制数
将十进制数转换成二进制数、八进制数和十六进制数时，可将数字分成整数和小数分别转换，然后再拼接起来。
例如，将十进制数转换成二进制数时，整数部分采用“除2取余倒读”法，即将该十进制数除以2，得到一个商和余数（K），再将0商数除以2，又得到一个新的商和余数（K），如此反复，直到商是01时得到余数（K），然后将得到的各次余数，以最后余数为最高位，n−1最初余数为最低依次排列，即K…KK，这就是该十进制数对应的n−110二进制整数部分。
小数部分采用“乘2取整正读”法，即将十进制的小数乘2，取乘积中的整数部分作为相应二进制小数点后最高位K，取乘积中的−1小数部分反复乘2，逐次得到KK…K，直到乘积的小数部分为0−2−3−m或位数达到所需的精确度要求为止，然后把每次乘积所得的整数部分由上而下（即从小数点自左往右）依次排列起来（KK…K）即−1−2−m为所求的二进制数的小数部分。提示在进行小数部分的转换时，有些十进制小数不能转换为有限位的二进制小数，此时只有用近似值表示。例如，（0.57）不能10用有限位二进制表示，如果要求5位小数近似值，则得到（0.57）≈（0.10010）。102【例1-4】将十进制数225.625转换成二进制数。
用除2取余法进行整数部分转换，再用乘2取整法进行小数部分转换，具体转换过程如下所示。（57.625）=（111001.101）102
同理，将十进制数转换成八进制数时，整数部分除8取余；小数部分乘8取整；将十进制数转换成十六进制数时，整数部分除16取余，小数部分乘16取整。（3）二进制数转换成八进制数、十六进制数
二进制数转换成八进制数所采用的转换原则是“3位分一组”，即以小数点为界，整数部分从右向左每3位为一组，若最后一组不足3位，则在最高位前面添0补足3位，然后将每组中的二进制数按权相加得到对应的八进制数；小数部分从左向右每3位分为一组，最后一组不足3位时，尾部用0补足3位，然后按照顺序写出每组二进制数对应的八进制数即可。【例1-5】将二进制数101001.01转换为八进制数。
转换过程如下所示。
二进制数转换成十六进制数所采用的转换原则与上面的类似，采用的转换原则是“4位分一组”，即以小数点为界，整数部分从右向左、小数部分从左向右每4位一组，不足4位用0补齐即可。【例1-6】将二进制数101110011000111001转换为十六进制数。
转换过程如下所示。（4）八进制数、十六进制数转换成二进制数
八进制数转换成二进制数的转换原则是“一分为三”，即从八进制数的低位开始，将每一位上的八进制数写成对应的3位二进制数即可。如有小数部分，则从小数点开始，分别向左右两边按上述方法进行转换即可。【例1-7】将八进制数146.5转换为二进制数。
转换过程如下所示。
十六进制数转换成二进制数的转换原则是“一分为四”，即把每一位上的十六进制数写成对应的4位二进制数即可。【例1-8】将十六进制数3B7D转换为二进制数。
转换过程如下所示。（三）认识二进制数的运算
计算机内部采用二进制表示数据，其主要原因是电路容易实现、二进制运算法则简单、可以方便地利用逻辑代数分析和设计计算机的逻辑电路等。下面将对二进制的算术运算和逻辑运算进行简要介绍。
1.二进制的算术运算
二进制的算术运算也就是通常所说的四则运算，包括加、减、乘、除，运算比较简单，其具体运算规则如下。
●加法运算。按“逢二进一”法，向高位进位，运算规则为0+0=0、0+1=1、1+0=1、1+1=10。例如，（10011.01）+（100011.11）=（110111.00）。222
●减法运算。减法实质上是加上一个负数，主要应用于补码运算，运算规则为0-0=0、1-0=1、0-1=1（向高位借位，结果本位为1）、1-1=0。例如，（110011）-（001101）=（100110）。222
●乘法运算。乘法运算与我们常见的十进制数对应的运算规则类似，规则为0×0=0、1×0=0、0×1=0、1×1=1。例如，（1110）×2（1101）=（10110110）。22
●除法运算。除法运算也与十进制数对应的运算规则类似，规则为0÷1=0、1÷1=1，而0÷0和1÷0是无意义的。例如，（1101.1）÷2（110）=（10.01）。22
2.二进制的逻辑运算
计算机所采用的二进制数1和0可以代表逻辑运算中的“真”与“假”“是”与“否”和“有”与“无”。二进制的逻辑运算包括“与”“或”“非”“异或”4种，具体介绍如下。
●“与”运算。“与”运算又称为逻辑乘，通常用符号“×”“∧”“·”来表示。其运算规则为0∧0=0、0∧1=0、1∧0=0、1∧1=1。通过上述规则可以看出，当两个参与运算的数中有一个数为0时，其结果也为0，此时是没有意义的，只有当数中的数值都为1时，结果为1，即只有当所有的条件都符合时，逻辑结果才为肯定值。例如，假定某一个公益组织规定加入成员的条件是女性与慈善家，那么只有既是女性又是慈善家的人才能加入该组织。
●“或”运算。“或”运算又称为逻辑加，通常用符号“+”或“∨”来表示。其运算规则为0∨0=0、0∨1=0、1∨0=1、1∨1=1。该法规表明只要有一个数为1。则结果就是1。例如，假定某一个公益组织规定加入成员的条件是女性或慈善家，那么只要符合其中任意一个条件或两个条件都可以加入该组织。
●“非”运算。“非”运算又称为逻辑否运算，通常是在逻辑变量上加上划线来表示，如变量为A，则其非运算结果用表示。其运算规则为：=1、=0。例如，假定A础变量表示男性，就表示非男性，即指女性。知识“异或”运算。
●“异或”运算通常用符号“”表示，其运算规则为00=0、01=1、10=1、11=0。该规则表明，当逻辑运算中变量的值不同时，结果为1，而变量的值相同时，结果为0。（四）了解计算机中字符的编码规则
计算机中将非数字的符号表示成二进制形式，叫字符编码。由于计算机是以二进制的形式存储和处理数据的，因此只能识别二进制编码信息，对于数字、字母、符号、汉字、语音、图形等非数值信息都要用特定规则进行二进制编码才能进入计算机。对于西文与中文字符，由于形式的不同，使用的编码也不同。
1.西文字符的编码
为了在世界范围内进行信息的处理与交换，必须遵循一种统一的编码标准，目前通常采用ASCII码和Unicode编码两种。
●ASCII码。美国标准信息交换标准代码（American Standard Code for Information Interchange，ASCII码）是基于拉丁字母的一套编码系统，主要用于显示现代英语和其他西欧语言，它被国际标准化组织指定为国际标准（ISO 646标准）。标准ASCII码是使用7位二进7制数来表示，共有2=128个不同的编码值，可以表示128个不同字符的编码，其中控制码33个，阿拉伯数字10个，大小写英文字母52个，各种标点符号、运算符号和空格共33个，如表1-4所示。例如，字母A的编码为二进制数1000001，对应于十进制数65或十六进制数41。在计算机中实际用8位表示一个字符，最高位为“0”。
●Unicode编码。Unicode码也是一种国际标准编码，采用二个字节编码，能够表示世界上所有的书写语言中可能用于计算机通信的文字和其他符号。目前，Unicode在网络、Windows操作系统和大型软件中得到应用。表1-4 标准7位ASCII码
2.汉字的编码
在计算机中，汉字信息的传播和交换也必须有统一的编码才不会造成混乱和差错，由于汉字的数量较多，故可以在计算机中处理的汉字是指包含在国家或国际组织制定的汉字字符集中的汉字，常用的汉字字符集包括GB2312、GB18030、GBK和CJK编码等。为了使每个汉字有一个全国统一的代码，我国颁布了汉字编码的国家标准，即GB2312-80《信息交换用汉字编码字符集》基本集，这个字符集是目前国内所有汉字系统的统一标准。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]