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计算机科学概论-数据存储1.1 门和触发器门是指⼀种设备，给出⼀种布尔运算输⼊值时，可以得出该布尔运算的输出值。
1.与门与就是同时的意思,A和B或者更多的条件,同时具备时,才能有结果,只要有⼀个条件不具备,就没有结果输⼊ 输出0 0 01 0 00 1 01 1 12.或门或就是或者的意思,许多条件A,B,C等,其中⾄少有⼀个条件具备时,就有结果,只有所有条件都不具备时,才没有结果。
输⼊ 输出0 0 01 0 10 1 11 1 13.异或门异或就是不⼀样的意思，如果两个条件都相等没有结果，如果两个值不等，就有结果。
输⼊ 输出0 0 01 0 10 1 11 1 04.⾮门⾮就是相反的意思,具备条件A,没有结果,不具备条件A,则有结果。
输⼊ 输出1 00 15.与⾮门输⼊ 输出0 0 11 0 10 1 11 1 06.或⾮门或⾮门⽐或门前⾯多了个圆圈输⼊ 输出0 0 11 0 00 1 01 1 0运算符表1.2 16进制编码系统1.2 主存储器（内存）为了存储数据，计算器包含⼤量的电路，每⼀个电路能够存储单独的⼀个位，这种位存储器被称为计算机的主存。
1.2.1 存储器结构（硬盘）主存储器是以称为存储单元的课管理单位组织起来的，⼀个典型的存储单元容量是8位（⼀个8位的串称为⼀个字节，因此⼀个典型的存储单元容量是⼀个字节），通常假设存储单元的位是排成⼀⾏的，该⾏的左端称为⾼位端，右端称为低位端。
⾼位端最左⼀位是⾼位数，低位端的最右⼀位是低位并且每⼀个存储单元都被赋予⼀个唯⼀的地址。
把所有的存储单元都看作是排成⼀⾏的，并且按照这个顺序从0开始编号，这样系统不仅为我们提供了唯⼀标识每个存储单元的⽅法，并且也给存储单元赋予了顺序的概念1.2.2 存储器容量的度量早期计算机存储器的⼤⼩通常以1024（2的10次⽅）个存储单元为度量单位，因此1024接近1000，所以计算机⾏业的许多⼈采⽤kilo标识，术语叫KB表⽰1024个字节。
三数据存储3.1 数据类型如今，数据以不同的形式出现，如: 数字、文本、音频、图像和视频.人们需要能够处理许多不同的数据类型:•工程程序使用计算机的主要是目的是处理数字:进行算术运算、求解代数或三角方程、找出微分方程的根等。
•文字处理程序使用计算机的主要目的是处理文本: 调整对齐、移动、删除等。
•计算机同样也处理音频数据。
我们可以使用计算机播放音乐，并且可以把声音作为数据输入到计算机中。
•图像处理程序使用计算机的主要目的是处理图像:创建、收缩、放大、旋转等。
•最后，计算机不仅能用来播放电影，还能创建我们在电影中所看到的特技效果。
计算机行业中使用术语多媒体来定义包含数字、文本、图像、音频和视频的信息。
计算机内部的数据格式•位(bit): 是存储在计算中的最小单位，0或1，代表设备的某一种状态•位模式(位流): 表示数据的不同类型，长度为8的位模式称为一个字节(byte)属于不同数据类型的数据可以以同样的位模式存储于内存中•字: 通常用于代表更长的位模式3.2 存储数字整数是完整的数字(即没有小数部分)。
整数可以被当作小数点位置固定的数字: 小数点固定在最右边。
因此，定点表示法用于存储整数，在这种表示法中，小数点是假定的，但并不存储。
整数通常使用定点表示法存储在内存中。
3.2.1 无符号整数无符号整数是指非负整数。
它的范围在$[0,+\infy)$。
计算机通常会定义一个2n−1表示最大的整数；其中n表示用于存储整数的二进制位数。
无符号整数的存储过程1.输入无符号整数2.将输入的无符号整数转为二进制表示，•如果二进制位数不足n，则在其最左端用0补齐•如果二进制位数超过n，则其不能存储在计算机中，出现溢出现象。
无符号整数存储溢出现象因为大小(即存储单元的位的数量)的限制，可以表达的整数范围是有限的。
在n位储单元中,我们可以存储的无符号整数仅为0到2n−1之间。
如果发生溢出现象则计算机丢掉最左边的位,并保留最右边无符号整数的应用无符号整数表示法可以提高存储的效率，因为不必存储整数的符号。
数据存储After reading this chapter, the reader should be able to :了解计算机内部不同类型数据的不同表示方法理解整数的不同编码表示形式理解浮点数3.2存储数字3.2.1INTEGERREPRESENTATION INTEGER：整数无符号整数格式---没有符号的整数，它的范围介于0到正无穷之间。
范围：0~（2N-1）无符号整数的表示范围# of Bits ---------816Range-------------------------------------0 ~ 255 0 ~ 65,535表示法：（1）首先将整数变成二进制数；（2）如果二进制位数不足N位，则在二进制数的左边补0，使它的总位数为N位。
Example 3.1将7存储在8位存储单元中。
Solution首先将数据转换为二进制---111。
在高位加5个0让数据变成8位---00000111。
最后将数据存入存储单元。
Example 3.2将285存储在16位存储单元中。
00000001 00011110无符号整数的存储示例：在8位机和16位机中Decimal ------------7234258 24,760 1,245,6788-bit allocation------------0000011111101010overflowoverflowoverflow16-bit allocation------------------------------0000000000000111000000001110101000000001000000100110000010111000overflow译解（计算机如何读取并输出无符号整数）：将N位二进制数从二制数系统转换到十进制系统。
Example内存中的无符号整数位串00101011 在输出设备上将显示为什么？43应用：（1）计数；（2）寻址。
第一章 计算机基础知识一、计算机的基本概念1．计算机的发展与分类发展阶段：4 代按使用的电子器件或构成元件划分第一代：电子管 1946－1957 第一台计算机：1946 年、ENIAC第二代：晶体管 1958－1964 第三代：小规模集成电路 1965－1970第四代：大规模和超大规模集成电路 1971－ 至今典型代表：微型计算机分类： ① 分为数字电子计算机数字电子计算机分类： 用途：科学计算工程、工业控制、数据计算机大小：巨型、小型、微型 ② 模拟电子计算机2．计算机的主要用途科学计算、数据处理、自动控制、计算机辅助系统、人工智能其中,科学计算是最早的应用领域,计算机早期主要用于军事要点：理解每个应用领域的适用范围3．计算机的主要特点自动控制能力、高速运算能力、记忆能力、计算精度高、逻辑判断能力、通用性强其中自动控制能力的基础是存储程序另,计算机的可编程性要点：重在理解4．信息的基本概念信息和数据信息是人们由客观事物得到的,使人们能够认知客观事物的各种消息、情报、数字、信号、图形、图像、语音等所包括的内容;数据是客观事物的属性的表示,可以是数值数据和各种非数值数据;对计算机而言,数据是指能够为其处理的经过数字化的信息;二、计算机系统的组成1．计算机系统的基本组成计算机系统由计算机硬件系统和计算机软件系统两大部分组成图 1-1 计算机系统的组成中央处理器 CPU ：运算器＋控制器主机：中央处理器＋内存储器外部设备：输入设备、输出设备、外存储器注：CPU 只能直接读写内存,不能直接读写外存,存储在外存上的数据和程序需先读到 ENIAC 大型向量计算机757内存,才能进行处理2．硬件系统的组成及各个部件的主要功能冯·诺依曼提出了存储程序原理,奠定了计算机的基本结构和工作原理,我们今天所使用的计算机都是属于冯·诺依曼结构计算机冯·诺依曼结构计算机包括运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部分： 运算器：算术运算和逻辑运算的主要部件 控制器：指挥中心存储器：用来保存程序和数据 内部存储器内存或主存储器外部存储器外存或辅助存储器 输入设备键盘、鼠标、扫描仪、磁盘驱动器、触摸屏 输出设备显示器、打印机、绘图仪、磁盘驱动器 冯·诺依曼结构的主要特点：● 存储程序控制● 程序由指令构成● 指令由操作码和地址码构成● 机器以 CPU 为中心图 1-2 冯·诺依曼结构计算机3．计算机数据存储的基本概念存储器分为内存储器内存和外存储器外存;内存速度快,但容量有限,CPU 可直接访问;外存存储容量大,存取速度比内存低,外存中存放的程序或数据必须调入内存后,才能被计算机执行和处理;存储单位： 位bit,比特：计算机中最小存储单位,即一个二进制位0或1,通常用“b ”表示;字节Byte ：8位组成一个字节,常用 B 表示,计算机中用来表示内存储器容量大小的基本单位;字Word ：由若干个字节组成,通常把计算机一次所能处理的数据的最大位数称为该机器的字长;字长越长,一次所处理的信息越多,计算精度越高;1B ＝ 8b1KB 千字节＝ 1024B1MB 兆字节＝ 1024KB1GB 吉字节＝ 1024MB4．指令、程序、软件的概念以及软件的分类指令：含有操作码和地址码的一串二进制代码程序：为解决某一问题而设计的一系列有序的指令或语句集合软件：程序、程序运行时所需的数据以及文档裸机：仅有硬件系统,没有安装任何软件软件的分类冯·诺依曼 鼠标内存系统软件包括：操作系统、各种语言处理程序、系统支持和服务程序、数据库管理系统 应用软件包括：用户程序、应用软件包程序设计语言的种类机器语言：二进制语言 能直接执行汇编语言：采用助记符源程序需翻译成机器语言 高级语言：面向程序三 信息编码 1．数值在计算机中的表示形式数值在计算机中以二进制表示,这是由计算机所使用的逻辑器件所决定,其好处是：运算简单、实现方便、成本低;十进制：“逢十进一”,使用 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 共 10 个数字二进制：“逢二进一”,使用 0,1 共 2 个数字八进制：“逢八进一”,使用 0,1,2,3,4,5,6,7 共 8 个数字十六进制：“逢十六进一”,使用 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F 共 16 个数字 二进制与十进制之间的转换尤其需要掌握 1 字节内二进制到十进制的换算：表 1-1 二进制与十进制的对应关系1 位 8 进制可以转换成3位二进制,1 位 16 进制可以转换成4位二进制2．理解字符编码计算机除了能处理数字数据外,还能处理非数值的各种字符数据：如英文字母、汉字、运算符等;但在计算机中数据是用二进制表示的,所以那些数据在输入计算机之前必须进行编码;编码有很多种方法,但采用相同的编码方式,才能使全国乃至全世界的计算机用户在信息的表示、交换、处理、传输和存储等基本问题上达成一致;1 字符编码ASCII 美国信息交换标准码,是常用的字符编码;采用 7 位二进制编码,可以表示 128 个字符27 =128,最高位为 0;表 1-2 ASCII 代码表0～9 对应 ASCII 码为 48～57 , A ～Z 为 65～90 , a ～z 为 97～122 ; 2 汉字编码针对汉字的计算机输入及机内表示内码,用连续的两个字节表示,每字节最高位为“1”;四、微型计算机的硬件组成Windows2000操作系统1．CPU 、内存、接口和总线的概念主板主板是固定在主机箱箱体上的一块电路板,是计算机各种部件相互连接的纽带和桥梁;CPU 中央处理器,是计算机的核心,所有的算术和逻辑运算都是由它完成的,是决定计算速度、处理能力、档次的关键部件;存储器：分内存和外存;内存：是计算机的主要工作存储器,内储速度快,但容量有限;内存又分RAM 和ROM; ROM 只读存储器,只读而不能写入信息,常固化在芯片上,不会因断电而消失; RAM 随机存储器,可以进行任意的计或写操作,断电内容消失,不能永久保存;外存：软盘、硬盘、光盘、磁带以及目前极为流行的 U 盘等都属于外存,是外部设备;外存的容量大,价格低廉,但存取速度慢,用于存放暂时不用的程序和数据;还有一种特殊的存储器是高速缓冲存储器Cache;接口：串行接口COM1、COM2、并行接口打印机接口LPT1、键盘接口、硬盘驱动器接口 总线：分芯片总线、系统总线ISA 、EISA 、PCI 、外总线SCSI 、IDE 、USB2．微处理器、微型计算机和微型计算机系统的概念微处理器：CPU微型计算机：CPU ＋存储器＋输入输出接口电路＋系统总线微型计算机系统：微型计算机＋外围设备＋电源＋辅助电路＋系统软件3．常用外部设备的性能指标键盘：101键、103键、105键;鼠标：机械式和光电式,左、中、右三键或左、右二键;显示器：分辨率： 800 × 600、 1024 × 768、 1028 × 1024 适配器显示卡： CGA 、 EGA 、 VGA 、 SVGA 、 TVGA 等打印机：点阵、喷墨、激光 4．微型计算机的主要性能指标及配置运算速度：是衡量 CPU 工作快慢的指标,一般以每秒完成多少次完成多少次运算来度量,常用主频来表示,如1GHz;字长：CPU 一次可处理二进制位数;字长主要影响计算机的精度和速度;字长有8、16、32和64位;字长越长,表示一次读写和处理的数的范围越大,处理数据的速度越快、计算精度越高;主存容量：64M 、128MCPU 显示器。
