第一章信息技能概念 1.1 信息与信息技能 （1）什么是信息？ 信息是指事物运动的状况及状况改变的办法， 是知道主体所感知或所表述的事物 运动及其改变办法的办法、内容和功效。 （2）什么是数据？ 数据： 是表征客观事物的一组文字、 数字和符号， 它是用来载荷信息的物理符号。 数据可分为数值型数据和非数值型数据两大类。 （3）信息处理与信息技能 获取信息并对它进行加工处理，使之成为有用信息并发布出去的进程，称为 信息处理。信息处理的进程首要包括信息的获取、贮存、加工、发布和标明。信 息处理现已融入了咱们的日常作业和日子中。 信息技能（Information Technology，简称 IT），是首要用于办理和处理 信息所选用的各种技能的总称。 它首要是运用核算机科学和通讯技能来规划、开 发、装置和施行信息体系及运用软件。它也常被称为信息和通讯技能 （Information and Communications Technology, ICT）。首要包括传感技能、 核算机技能和通讯技能 处理信息是获取信息并对它进行加工处理， 使之成为有用信息并发布出去的 进程，称为信息处理。信息处理的进程首要包括信息的获取、贮存、加工、发布 和标明。 （4）信息处理体系 信息处理体系，指以核算机为根底的处理体系。由输入、输出、处理三部分 组成（见图），或许说由硬件（包括中心处理机、存储器、输入输出设备等）、 体系软件（包括操作体系、有用程序、数据库办理体系等）、运用程序和数据库 所组成。一个信息处理体系是一个信息转化组织，有一组转化规矩。 1.2 微电子技能简介 （1）微电子技能与集成电路 微电子技能是树立在以集成电路为中心的各种半导体器材根底上的高新电 子技能，特色是体积小、重量轻、可靠性高、作业速度快，微电子技能对信息时 代具有巨大的影响。 集成电路 （integrated circuit） 是一种微型电子器材或部件。 选用必定的工艺， 把一个电路中所需的晶体管、 二极管、 电阻、 电容和电感等元件及布线互连一同， 制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为 具有所需电路功用的微型结构； 其间一切元件在结构上已组成一个全体，使电子 元件向着微小型化、低功耗、智能化和和高可靠性方面迈进了一大步。它在电路 顶用字母“IC”标明。集成电路发明者为杰克·基尔比（依据锗的集成电路）和 罗伯特·诺伊思（依据硅的集成电路）。当今半导体工业大多数运用的是依据硅 的集成电路。 （2）集成电路的制作 集成电路（integrated circuit）是一种微型电子器材或部件。选用必定的 工艺，把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互 连一同， 制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳 内， 成为具有所需电路功用的微型结构； 其间一切元件在结构上已组成一个全体， 使电子元件向着微小型化、低功耗、智能化和和高可靠性方面迈进了一大步。它 在电路顶用字母“IC”标明。集成电路发明者为杰克·基尔比（依据锗的集成电 路）和罗伯特·诺伊思（依据硅的集成电路）。当今半导体工业大多数运用的是 依据硅的集成电路。 集成电路工艺（integrated circuit technique ）是把电路所需求的晶体 管、二极管、电阻器和电容器等元件用必定工艺办法制作在一小块硅片、玻璃或 陶瓷衬底上，再用恰当的工艺进行互连，然后封装在一个管壳内，使整个电路的 体积大大缩小，引出线和焊接点的数目也大为削减。集成的想象呈现在 50 时代 末和 60 时代初，是选用硅平面技能和薄膜与厚膜技能来完成的。电子集成技能 按工艺办法分为以硅平面工艺为根底的单片集成电路、 以薄膜技能为根底的薄膜 集成电路和以丝网印刷技能为根底的厚膜集成电路。 薄膜集成电路工艺是把整个电路的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元 件及其间的互连线 微米以下的金属、半导体、金属氧化物、多 种金属混合相、合金或绝缘介质薄膜，并经过真空蒸发工艺、溅射工艺和电镀等 工艺堆叠构成。用这种工艺制成的集成电路称薄膜集成电路。 薄膜集成电路中的晶体管选用薄膜工艺制作, 它的资料结构有两种办法： ① 薄膜场效应硫化镉和硒化镉晶体管，还可选用碲、铟、砷、氧化镍等资料制作晶 体管；②薄膜热电子扩展器。薄膜晶体管的可靠性差，无法与硅平面工艺制作的 晶体管比较，因而完全由薄膜构成的电路尚无遍及的有用价值。 实践运用的薄膜集成电路均选用混合工艺，也便是用薄膜技能在玻璃、微晶 玻璃、 镀釉或抛光氧化铝陶瓷基片上制备无源元件和电路元件间的互连线，再将 集成电路、 晶体管、 二极管等有源器材的芯片和不便运用薄膜工艺制作的功率电阻、 大电容值的电容器、电感等元件用热压焊接、超声焊接、梁式引线或凸点倒装焊 接等办法拼装成一块完好电路。 厚膜集成电路工艺是用丝网印刷工艺将电阻、介质和导体涂料淀积在氧化 铝、氧化铍陶瓷或碳化硅衬底上。淀积进程是运用一细目丝网，制作各种膜的图 案。这种图画用照相办法制成，但凡不淀积涂料的当地，均用乳胶阻住网孔。氧 化铝基片经过清洗后印刷导电涂料，制成内衔接线、电阻终端焊接区、芯片粘附 区、电容器的底电极和导体膜。制件经枯燥后，在 750～950℃间的温度焙烧成 形，蒸发掉胶合剂，烧结导体资料，随后用印刷和烧成工艺制出电阻、电容、跨 接、绝缘体和色封层。有源器材用低共熔焊、再流焊、低熔点凸点倒装焊或梁式 引线等工艺制作，然后装在烧好的基片上，焊上引线便制成厚膜电路。厚膜电路 的膜层厚度一般为 7～40 微米。用厚膜工艺制备多层布线的工艺比较便利，多 层工艺相容性好，能够大大提高二次集成的拼装密度。此外，等离子喷涂、火焰 喷涂、印贴工艺等都是新的厚膜工艺技能。与薄膜集成电路相仿，厚膜集成电路 因为厚膜晶体管尚不能有用，实践上也是选用混合工艺。 单片集成电路和薄膜与厚膜集成电路这三种工艺办法各有特色， 能够彼此补 充。通用电路和规范电路的数量大，可选用单片集成电路。需求量少的或对错标 准电路，一般选用混合工艺办法，也便是选用规范化的单片集成电路，加上有源 和无源元件的混合集成电路。厚膜、薄膜集成电路在某些运用中是彼此穿插的。 厚膜工艺所用工艺设备比较简易，电路规划灵敏，出产周期短，散热杰出，所以 在高压、大功率和无源元件公役要求不太严苛的电路中运用较为广泛。别的，由 于厚膜电路在工艺制作上简略完成多层布线， 在超出单片集成电路才干所及的较 杂乱的运用方面， 可将大规划集成电路芯片拼装成超大规划集成电路，也可将单 功用或多功用单片集成电路芯片拼装成多功用的部件乃至小的整机。 （3）集成电路的展开趋势 从横向看，集成电路与其它学科和技能相结合，构成新的方向，新的学科或 专业，不断改变着传统专业分工的格式。这种技能结合交融的趋势，对集成电路 来说，便是越来越杂乱的片上体系(SOC，Sys—tem on Chip)。SOC 的概念在不 断展开。 ITRS2002 年修订版标明： 2000 年从前现已完成了逻辑电路、 SRAM、 FLASH、 E-DRAM、CMOS RF 的 SOC；2001 年，完成了 FPGA 与 FeRAM(铁电存储器)的 SOC； 接着完成了 MEMS、化学传感器和集成光电器材的 SoC；估计到 2006 年，将完成 集成生物电子器材的 SOC。SOC 的展开在国表里引起高度注重，正在展开树立针 对各种运用的 SOC 技能渠道的研讨，尽力推动 sOc 的展开和运用。如面向通讯的 归纳信息处理 SOC 渠道，第三代移动通讯 sOc 渠道；高速的信息安全 SOc 渠道， 高清晰度电视 SOC 渠道及家庭网络 SOC 渠道等[2]。这一宽广的展开方向有着十 分重要的含义和运用远景。 MEMS 的展开十分敏捷。1988 年，美国一批闻名科学家提出“小机器、大机 遇”，并呼吁美国应当在这一严峻范畴展开中走在国际的前列；1993 年，美国 ADI 公司将加速度计与 IC 集成在一同，成功地将 MEMS 加速度计产品化，并大批 量运用于轿车防撞气囊，标志着 MEMS 技能走向产品化。MEMS 的展开将对人类生 产和日子办法产生革命性的影响，已引起了广泛的注重。 集成电路以 Si／CMoS 为干流高速展开的一同，新资料、新结构、新器材不 断呈现。如绝缘体上硅(SOI)，Ge／Si 异质结和应变 Si 器材及 FeRAM 等。因为 SOI 具有无闩锁、高速、低耗、抗辐射的优秀功用，不但在军事上，并且在民用 方面也很有远景，已成为研发高功用电路(如 CPU)的重要技能，并被以为会成为 0．1 肚 m CMOS 的首要技能。Ge／Si 异质结器材因为其高速特性，已成为在射频 范畴及在 Si 和 GaAs 之间性／价比最合适的运用。Fe 一图 LM 上(2002 年修订 版)．2003．RAM 因其快速、低功耗、非蒸发、长寿命、耐辐射等优势而发 展敏捷。宽禁带的 SiC、GaN 和 AlN 等，因为其宽禁带、高击穿电压、抗辐射性 能好等特色，其异质结器材在高频、高温、大功率方面具有很好的运用远景，已 引起广泛注重，成为研讨热门，尽管构成工业尚待时日，但仍是值得注意的展开 方向。 （4）IC 卡 IC 卡 (Integrated Circuit Card，集成电路卡)，也称智能卡(Smart card)、 才智卡(Intelligent card)、微电路卡(Microcircuit card)或微芯片卡等。它 是将一个微电子芯片嵌入契合 ISO 7816 规范的卡基中，做成卡片办法。IC 卡与 读写器之间的通讯办法能够是触摸式，也能够对错触摸式。依据通讯接口把 IC 卡分红触摸式 IC 卡、 非触摸式 IC 和双界面卡（一同具有触摸式与非触摸式通讯 接口）。 IC 卡因为其固有的信息安全、便于带着、比较完善的规范化等长处，在身 份认证、银行、电信、公共交通、车场办理等范畴正得到越来越多的运用，例如 二代身份证， 银行的电子钱包， 电信的手机 SIM 卡， 公共交通的公交卡、 地铁卡， 用于收取泊车费的泊车卡等，都在人们日常日子中扮演重要人物。 1.3 通讯技能入门 1.3.1 通讯的根本原理 核算机通讯的根本原理是将电信号转化为逻辑信号， 其转化办法是将凹凸电 平标明为二进制数中的 1 和 0, 再经过不同的二进制序列来标明一切的信息。也 便是将数据以二进制中的 0 和 1 的比特流的电的电压做为标明， 产生的脉冲经过 前言（通讯设备）来传输数据，到达通讯的功用，这个是 osl 的物理层，也便是 通讯的作业原理。 OSI 参阅模型将整个协议垂直地分为 7 个层次 7、运用层 与用户运用进程 的接口 6、标明层 数据格式的转化 5、会话层 会话办理与数据传输的同步 4、 传输层 端到端经网络通明地传送报文 3、网络层 分组传送，路由挑选和流量控 制 2、 数据链路层 在链路上无差错地传送帧 1、物理层 经物理媒体通明传送比 特流。 1.3.2 模仿通讯与数字通讯 运用正弦波的起伏、频率或相位的改变，或许运用脉冲的起伏、宽度或方位 改变来模仿原始信号，以到达通讯的意图，称为模仿通讯。 模仿信号指起伏的取值是接连的（幅值可由无限个数值标明）。时刻上接连 的模仿信号接连改变的图画（电视、传真）信号等，时刻上离散的模仿信号是一 种抽样信号， 模仿通讯是一种以模仿信号传输信息的通讯办法。 非电的信号 （如声、 光等） 输入到变换器（如送话器、光电管），使其输出接连的电信号，使电信号的频率 或振幅等随输入的非电信号而改变。一般电话所传输的信号为模仿信号。电话通 信是最常用的一种模仿通讯。 模仿通讯体系首要由用户设备、终端设备和传输设 备等部分组成。其作业进程是：在发送端，先由用户设备将用户送出的非电信号 转化成模仿电信号， 再经终端设备将它调制成合适信道传输的模仿电信号，然后 送往信道传输。到了接纳端，经终端设备解调，然后由用户设备将模仿电信号还 原成非电信号，送至用户。 模仿通讯的首要特色 模仿通讯 与数字通讯比较，模仿通讯体系设备简略，占用频带窄，但通讯质量、抗搅扰能 力和保密功用等不及数字通讯。 从久远观念看，模仿通讯将逐渐被数字通讯所替 代。 模仿通讯的长处是直观且简略完成，但存在两个首要缺陷。 保密性差 模仿通讯， 尤其是微波通讯和有线明线通讯， 很简略被偷听。 只需收到模仿信号， 就简略得到通讯内容。 抗搅扰才干弱 电信号在沿线路的传输进程中会遭到外界的和通讯体系内部的各种噪声搅扰， 噪 声和信号混合后难以分隔，然后使得通讯质量下降。线路越长，噪声的堆集也就 越多。 模仿信号 不同的数据有必要转化为相应的信号才干进行传输：模仿数据一般选用模仿信号 (AnalogSignal)，例如用一系列接连改变的电磁波(如无线电与电视播送中的电磁 波)， 或电压信号(如电话传输中的音频电压信号)来标明；数字数据则选用数字信 号(DigitalSignal)，例如用一系列断续改变的电压脉冲(如咱们可用稳定的正电压 标明二进制数 1，用稳定的负电压标明二进制数 0)，或光脉冲来标明。当模仿信 号选用接连改变的电磁波来标明时，电磁波自身既是信号载体，一同作为传输介 质； 而当模仿信号选用接连改变的信号电压来标明时，它一般经过传统的模仿信 号传输线路(例如电话网、有线电视网)来传输。当数字信号选用断续改变的电压 或光脉冲来标明时， 一般则需求用双绞线、 电缆或光纤介质将通讯两边衔接起来， 才干将信号从一个节点传到另一个节点。 模仿信号(Analog signal)首要是与离散的数字信号相对的接连信号。模仿信号分 布于自然界的各个旮旯， 如每天温度的改变。而数字信号是人为笼统出来的在时 间上的不接连信号。电学上的模仿信号是首要是指振幅和相位都接连的电信号， 此信号能够以类比电路进行各种运算，如扩展、相加、相乘等。 数字通讯是用数字信号作为载体来传输音讯， 或用数字信号对载波进行数字 调制后再传输的通讯办法。它可传输电报、数字数据等数字信号，也可传输经过 数字化处理的语声和图画等模仿信号。 数字通讯的特色： 数字信号（Digital signal）是离散时刻信号（discrete-time signal）的数字化表 示，一般可由模仿信号（analog signal）取得。 数字信号指起伏的取值是离散的，幅值标明被约束在有限个数值之内。二进制码 便是一种数字信号。二进制码受噪声的影响小。易于有数字电路进行处理，所以 得到了广泛的运用。 数字信号与模仿信号的差异不在于该信号运用哪个波段（ C、KU）进行转 发，而在于信号选用何种规范进行传输。如：亚卫 2 号 C 波段转发器上是我国 省区卫星数字电视节目，它所选用的规范是 MPEG-2-DVBS。 设备不易大规划集成化。 不适于飞速展开的核算机通讯要求。 1.3.3 光纤通讯和无线通讯 光纤通讯是运用光作为信息载体、以光纤作为传输的通讯办法。在光纤通讯 体系中， 作为载波的光波频率比电波的频率高得多，而作为传输介质的光纤又比 同轴电缆或导波管的损耗低得多，所以说光纤通讯的容量要比微波通讯大几十 倍。光纤是用玻璃资料结构的，它是电气绝缘体，因而不需求忧虑接地回路，光 纤之间的串绕十分小； 光波在光纤中传输，不会因为光信号走漏而忧虑传输的信 息被人偷听；光纤的芯很细，由多芯组成光缆的直径也很小，所以用光缆作为传 输信道，使传输体系所占空间小，处理了地下管道拥堵的问题。 光纤通讯在技能功用构成上首要分为： (1)信号的发射； (2)信号的合波； (3) 信号的传输和扩展；(4)信号的别离；(5)信号的接纳。 光纤通讯技能的特色 (1) 频带极宽，通讯容量大。光纤比铜线或电缆有大得多的传输带宽，光纤 通讯体系的于光源的调制特性、 调制办法和光纤的色散特性。关于单波长光纤通 信体系， 因为终端设备的电子瓶颈效应而不能发挥光纤带广大的优势。一般选用 各种杂乱技能来添加传输的容量， 特别是现在的密布波分复用技能极大地添加了 光纤的传输容量。现在，单波长光纤通讯体系的传输速率一般在 2.5Gbps 到 1OGbps。 (2) 损耗低，中继距离长。现在，产品石英光纤损耗可低于 0～20dB/km， 这样的传输损耗比其它任何传输介质的损耗都低； 若将来选用非石英体系极低损 耗光纤， 其理论剖析损耗可下降的更低。这意味着经过光纤通讯体系能够跨过更 大的无中继距离；关于一个远程传输线路，因为中继站数意图削减，体系本钱和 杂乱性可大大下降。 (3) 抗电磁搅扰才干强。 光纤原资料是由石英制成的绝缘体资料，不易被腐 蚀，并且绝缘性好。与之相联络的一个重要特性是光波导对电磁搅扰的免疫力， 它不受自然界的雷电搅扰、 电离层的改变和太阳黑子活动的搅扰，也不受人为释 放的电磁搅扰，还可用它与高压输电线平行架起或与电力导体复合构成复合光 缆。这一点关于强电范畴(如电力传输线路和电气化铁道)的通讯体系特别有利。 因为能革除电磁脉冲效应，光纤传输系还特别合适于军事运用。 (4)无串音搅扰，保密性好。在电波传输的进程中，电磁波的走漏会形成各 传输通道的串扰，而简略被偷听，保密性差。光波在光纤中传输，因为光信号被 完善地约束在光波导结构中， 而任何走漏的射线都被盘绕光纤的不通明包皮所吸 收，即便在转弯处，漏出的光波也十分弱小，即便光缆内光纤总数许多，相邻信 道也不会呈现串音搅扰，一同在光缆外面，也无法偷听到光纤中传输的信息。 除以上特色之外，还有光纤径细、重量轻、柔软、易于铺设；光纤的原资料 资源丰富， 本钱低； 温度稳定性好、 寿命长。 因为光纤通讯具有以上的共同长处， 其不只能够运用在通讯的骨干线路中，还能够运用在电力通讯操控体系中，进行 工业监测、操控，并且在军事范畴的用处也越来越为广泛。 1.3.4 移动通讯 移动通讯：是指通讯两边或至少一方能够在运动中进行信 息交流的通讯方 式。 移动通讯的“移动”蕴涵三个方面的内容： ★ 终端的移动性：如手机、车 载台； ★ 个人的移动性：如 SIM/UIM 卡办法支撑的事务； ★ 事务的移动性： 通讯交流网的智能化和无线化使这三个方面的内容一致同来。 移动通讯的“通讯”包括移动体（车辆、船只、飞机或行人）和移动体之间 的通讯，移动体和固定点（固定有线电台或有线用户）之间的通讯。 移动通讯体系由两部分组成： (1) 空间体系； (2) 地上体系：①卫星移动无线电台和天线；②关口站、基站。 移动通讯体系从 20 世纪 80 时代诞生以来，到 2020 年将大体经过 5 代的发 展进程，并且到 2010 年，将从第 3 代过渡到第 4 代(4G)。到 4G，除蜂窝电话系 统外， 宽带无线接入体系、 毫米波 LAN、 智能传输体系(ITS)和同温层渠道(HAPS) 体系将投入运用。 未来几代移动通讯体系最显着的趋势是要求高数据速率、高机 动性和无缝隙周游。完成这些要求在技能大将面对更大的应战。此外，体系功用 (如蜂窝规划和传输速率)在很大程度大将取决于频率的凹凸。 考虑到这些技能问 题， 有的体系将偏重供给高数据速率，有的体系将偏重增强机动性或扩展掩盖范 围。 从用户视点看，能够运用的接入技能包括：蜂窝移动无线G；无 绳体系， 如 DECT； 近距离通讯体系， 如蓝牙和 DECT 数据体系； 无线局域网(WLAN) 体系；固定无线接入或无线本地环体系；卫星体系；播送体系，如 DAB 和 DVB-T； ADSL 和 Cable Modem。 移动通讯的品种繁复。按运用要求和作业场合不同能够分为： (1)集群移动通讯，也称大区制移动通讯。它的特色是只需一个基站，天线 高度为几十米至百余米，掩盖半径为 30 公里，发射机功率可高达 200 瓦。用户 数约为几十至几百，能够是车载台，也可是以手持台。它们能够与基站通讯，也 可经过基站与其它移动台及市话用户通讯，基站与市站有线)蜂窝移动通讯，也称小区制移动通讯。它的特色是把整个大规模的服务 区划分红许多小区， 每个小区设置一个基站，担任本小区各个移动台的联络与控 制，各个基站经过移动交流中心彼此联络，并与市话局衔接。运用超短波电波传 播距离有限的特色， 脱离必定距离的小区能够重复运用频率，使频率资源能够充 分运用。 每个小区的用户在 1000 以上，悉数掩盖区终究的容量可达 100 万用户。 (3)卫星移动通讯。运用卫星转发信号也可完成移动通讯，关于车载移动通 信可选用赤道固定卫星， 而对手持终端， 选用中低轨迹的多颗星座卫星较为有利。 (4)无绳电话。关于室表里慢速移动的手持终端的通讯，则选用小功率、通 信距离近的、 简便的无绳电话机。它们能够经过通讯点与市话用户进行单向或双 方向的通讯。 运用模仿辨认信号的移动通讯，称为模仿移动通讯。为了处理容量添加，提 高通讯质量和添加服务功用，现在大都运用数字辨认信号，即数字移动通讯。在 制式上则有时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)两种。前者在全国际有欧洲的 GSM 体系(全球移动通讯体系)、 北美的双模制式规范 IS 一 54 和日本的 JDC 规范。对 于码分多址， 则有美国 Qualcomnn 公司研发的 IS-95 规范的体系。总的趋势是数 字移动通讯将替代模仿移动通讯。而移动通讯将向个人通讯展开。进入 21 世纪 则成为全球信息高速公路的重要组成部分。移动通讯将有更为光辉的未来。 移动通讯特色：（1）移动通讯是有线、无线）电波传 播条件恶劣，存在严峻得多径式微。（3）强搅扰条 件下作业.(4)具有都普勒效应,当运动的物体到达必定速度时，固定点接纳 到的载波频段将随相对运动速度的不同产生不同的频率偏移， 一般把这种现象称 为多普勒效应。（5）存在阴影区（盲区）。（6）用户常常移动，与基站无固定 联络。 1.4 数字技能根底 1.4.1 比特 比特是核算机专业术语，是信息量单位，是由英文 BIT 音译而来。一同也是二进制数字中 的位，信息量的衡量单位，为信息量的最小单位。 1.4.2 比特与二进制数 比特是核算机专业术语，是信息量单位，是由英文 BIT 音译而来。一同也是 二进制数字中的位，信息量的衡量单位，为信息量的最小单位。 二进制数（binaries）是逢 2 进位的进位制，0、1 是根本算符；核算机运 算根底选用二进制。 电脑的根底是二进制。在前期规划的常用的进制首要是十进 制（因为咱们有十个手指，所以十进制是比较合理的挑选，用手指能够标明十个 数字，0 的概念直到好久今后才呈现，所所以 1－10 而不是 0－9）。电子核算机 呈现今后， 运用电子管来标明十种状况过于杂乱，所以一切的电子核算机中只需 两种根本的状况，开和关。也便是说，电子管的两种状况决议了以电子管为根底 的电子核算机选用二进制来标明数字和数据。 常用的进制还有 8 进制和 16 进制， 在电脑科学中，常常会用到 16 进制，而十进制的运用十分少，这是因为 16 进制 和二进制有天然的联络：4 个二进制位能够标明从 0 到 15 的数字，这刚好是 1 个 16 进制位能够标明的数据， 也便是说，将二进制转化成 16 进制只需每 4 位进 行转化就能够了。 二进制的“00101000”直接能够转化成 16 进制的“28”。字节是电脑中的 根本存储单位，依据核算机字长的不同，字具有不同的位数，现代电脑的字长一 般是 32 位的，也便是说，一个字的位数是 32。字节是 8 位的数据单元，一个字 节能够标明 0－255 的十进制数据。关于 32 位字长的现代电脑，一个字等于 4 个字节，关于前期的 16 位的电脑，一个字等于 2 个字节。 比特是核算机专业术语，是信息量单位，是由英文 BIT 音译而来。二进制数 的一位所包括的信息便是一比特，如二进制数 0100 便是 4 比特。 二进制数字中的位，信息量的衡量单位，为信息量的最小单位。数字化音响 顶用电脉冲表达音频信号，“1”代表有脉冲，“0”代表脉冲距离。假如波形上 每个点的信息用四位一组的代码标明，则称 4 比特，比特数越高，表达模仿信号 就越准确，对音频信号复原才干越强。 二进制是核算技能中广泛选用的一种数 制。 二进制数据是用 0 和 1 两个数码来标明的数。 它的基数为 2， 进位规矩是 “逢 二进一”，借位规矩是“借一当二”。 1.4.3 整数（定点数）的标明 核算机中选用的一种数的标明办法。参加运算的数的小数点方位固定不变。 1)无符号数 指整个机器字长的悉数二进制位均标明数值位，相当于数的绝对值。若机器 字长为 n+1 位，则数值标明为： X=X0X1X2...Xn 其 中 Xi={0,1},0=i=n 即 X0*2^n + X1*2^(n-1 ） + X2*2^(n-2） + ... + Xn-1*2 + Xn 数值规模是 0≤X≤2^(n+1） - 1 例如：1111 标明 15。 2)带符号数 最高位被用来标明符号位，而不再标明数值位。 例如：1111 是 -7 3)定点整数 小数点位固定在终究一位之后称为定点整数。 若机器字长为 n+1 位， 数值表 示为： X=X0X1X2...Xn ，其间 Xi={0,1},0 ≤ i ≤ n 即（ -1 ） ^X0 * (X1*2^(n-1 ） + X2*2^(n-2） + ... + Xn-1*2 + Xn) 数值规模是 -（2^n-1）≤X≤2^n-1 例如：1111 标明-7。 4)定点小数 小数点固定在最高位之后称为定点小数。 若机器字长为 n+1 位， 数值标明为： X=X0.X1X2...Xn，其间 Xi={0,1},0≤i≤n （这儿 X0 不标明数字，只标明符 号，若 X0=0，则代表 X=0.X1X2...Xn，X0=1，则代表-0.X1X2...Xn)。 即 X=X0.X1X2...Xn 代表的小数为 (-1)^X0 * ((X1*2^(-1） ）+ X2*2^(-2）+ ... + Xn-1*2^(-n+1） + Xn*2^(-n)) 数值规模是 -（1-2^(-n））≤X≤1-2^(-n) 例如：1111 标明-0.875 （定点小数也被用在浮点数的尾数(Mantissa）部分） 5)原码标明 原码是用机器数的最高一位代表符号，以下给出数值绝对值的标明办法。其 界说为： 整数： [X]原=0，X (0≤ x2^n)[1] [X]原=2^n-X (-2^nX≤0) 小数： [X]原=X (0≤X1） [X]原=1-X (-1X≤0) 这儿 X 是数的实践值（真值），[X]原为原码标明的机器数。 例如：线；线。 原码的性质： ⒈ 符号位+数的绝对值。 ⒉ 0 有两个编码。 ⒊ 加减运算规矩杂乱，乘除运算规矩简略。 ⒋ 标明简略，易于和真值之间进行转化。 原码的运算： 加法： 先判别符号位，若相同，绝对值相加，成果符号位不变；若不同，绝对值大 的数减去绝对值小的数，符号位和绝对值大的数相同。 [X]原=00010，[Y]原=01010，X+Y=00000+1010+0010=01100；[X]原=10010， [Y]原=01010，X+Y=00000+1010-10=101010。 减法： 将减数符号取反，然后将被减数和符号取反的减数相加。 [X]原=10010，[Y]原=01010，X-Y=10010+11010=10000+0010+1010=11100。 乘法（原码一位乘）： 是模仿竖式手算的办法。引进一个值为部分积（初值为 0）。符号位是被乘 数和乘数符号位的异或值。之后检视乘数（符号位以外）从低向高的每一位，若 为 1，部分积（对齐最高位）加被乘数（符号位以外），并右移一位；若为 0， 部分积加 0，右移一位。 例如：[X]原=11101，[Y]原=01011。X*Y：符号位 S=1⊕0=1 则 X*Y=110001111。 除法（替换加减法）：符号位为被除数和除数符号位异或取得。之后被除数 减除数（补码标明），当余数为正时，商“1”，余数左移一位减除数；当余数 为负时，商“0”，余数左移一位，加除数。 例如：[X]原 = 0.1001，[Y]补= 0.1011，X/Y： 除法 除法 余数 r00，商 0 商 0，r 和 q 左移一位 加y 余数 r10，商 1 商 1，r 和 q 左移一位 减y 余数 r20，商 1 商 1，r 和 q 左移一位 减y 余数 r30，商 0 商 0，r 和 q 左移一位 加y 余数 r40，商 1 X/Y 的商 [Q]原 = 0.1101，余数[R]原 = 0.0001。 6)补码标明 补码界说为： 整数： [X]补=X (0≤X2^n) [x]补=2^(n+1）+X (-2^nX≤0 mod 2^(n+1）（意味相对与 2^(n+1）做补）） 小数： [X]补=X (0≤X1） [x]补=2+X (-1X≤0 mod 2（意味相对与 2 做补）） 例如：线=10111；线。 补码的性质： ⒈ 机器数和真值的联系为：[X]补=2*符号位+X ⒉ [X] 补和真值的联系： X=[X] 补 - 2*X0=X0.X1X2...Xn - 2*X0=-X0 + 0.X1X2...Xn ⒊ 0 有仅有的编码。 ⒋ 两数补码加法，把符号位和数值位同等处理，成果的符号位与数值位都 正确。 ⒌ 补码数的管用移位 把[X]补的符号位和数值位一同右移一位并坚持原符号位的值不变，可用来 完成除法功用（除以 2）。 变形补码，又称模 4 补码，把一般补码由模 2 改为模 4，其间双符号位 00 代表正，11 代表负，01 上溢，10 下溢。 7)反码标明 反码是用机器数的最高位代表符号，数值位是对负数各位取反的标明办法， 界说为： 整数： [X]反=X (0≤X2^n) [X]反=（2^(n+1）-1）+X (-2^nX≤0 mod （2^(n+1）-1）） 小数： [X]反=X (0≤X1） [X]反=（2-2^(-n))+X (-1X≤0 mod （2-2^(-n))) 例如：线 个编码。 核算机中，较少运用反码。 8)移码 移码定位为： [X]移=2^n+X (-2^(-n）≤X2^n) 当真值用补码标明时， 因为符号位和数值部分一同编码，与习惯上的标明法 不同，因而人们很难从补码的办法上直接判别其真值的巨细。 十进制数 X=31 ，对应的二进制数为 +11111 ，则 [X] 补 =011111 ；十进制数 X=-31， 对应的二进制数为-11111， 则[X]补=100001， 看上去如同 100001011111， 其实正好相反。假如咱们对每个线=111111；X=-11111 加上 2^5 可得-11111+100000=000001，这样就 能够直接经过二进制代码比较巨细。 移码的性质： ⒈ 最高位为符号位。 ⒉ 0 有仅有编码。 ⒊ 坚持了数据原有的巨细次序。 ⒋ 移码只用于浮点数的阶码部分，故只用于标明整数。 9)比较 数值的标明规模 ： 浮点标明法所能标明的数值规模将远远大于定点标明法。 精度 ：关于字长相同的定点数与浮点数来说，浮点数尽管扩展了数的标明 规模，但这是以下降精度为价值的，也便是数轴上各点的摆放更稀少了。 数的运算 ：浮点运算要比定点运算杂乱。 溢出处理 ：定点运算时，当运算成果超出数的标明规模，就产生溢出；而 在浮点运算时， 运算成果超出尾数的标明规模却并不必定溢出，只需当阶码也超 出所能标明的规模时，才产生溢出。 1.4.4 实数（浮点数）的标明 1.什么是浮点数 在核算机体系的展开进程中，从前提出过多种办法表达实数。典型的比方相 关于浮点数的定点数（Fixed Point Number）。在这种表达办法中，小数点固定 的坐落实数一切数字中心的某个方位。钱银的表达就能够运用这种办法，比 如 99.00 或许 00.99 能够用于表达具有四位精度（Precision），小数点后有 两位的钱银值。 因为小数点方位固定，所以能够直接用四位数值来表达相应的数 值。 SQL 中的 NUMBER 数据类型便是运用定点数来界说的。还有一种提议的表达 办法为有理数表达办法，即用两个整数的比值来表达实数。 定点数表达法的缺 点在于其办法过于生硬， 固定的小数点方位决议了固定位数的整数部分和小数部 分，不利于一同表达特别大的数或许特别小的数。终究，绝大多数现代的核算机 体系采用了所谓的浮点数表达办法。这种表达办法运用科学计数法来表达实数， 即用一个尾数（Mantissa，尾数有时也称为有用数字——Significand；尾数实 际上是有用数字的非正式说法），一个基数（Base），一个指数（Exponent）以 及一个标明正负的符号来表达实数。 比方 123.45 用十进制科学计数法能够表达 为 1.2345 × 102，其间 1.2345 为尾数，10 为基数，2 为指数。浮点数运用 指数到达了起浮小数点的作用，然后能够灵敏地表达更大规模的实数。 1.4.5 小结