大学计算机信息技术教案第1章 概述

第1章概述

本章学习目标与要求

●●●了解什么是信息，什么是信息处理，什么是信息技术；

●●●了解什么是微电子技术及集成电路技术，它的作用和意义；

●●●了解通信技术的分类和通信技术的发展前景；

●●●理解什么是比特和比特的运算；

●●●掌握二进制数与十进制数、八进制数的关系，熟悉整数和实数在计算机内的

表示方法；

●●●掌握信息编码技术。

1.1信息技术

1.1.1 信息及其处理

信息是物质运动规律总和。是各种事物的变化和特征的反映。它既不是物质也不是能量。通常以客观事物立场来看，信息是指“事物运动的状态及状态变化的方式”。以认识主体立场来看，信息是“认识主体所感知或所表述的事物运动及其变化方武的形式、内容和效用”。

世间一切事物都在运动，都具有一定的运动状态，这些运动状态都按某种方式发生变化。因而都在产生信息。哪里有运动的事物，哪里就存在信息。信息是极其普遍和广泛的，它作为人们认识世界、改造世界的一种基本资源。与人类的生存和发展有着密切的关系。

人们如何获取信息、传递信息、加工(处理)信息的结果，通过手、脚等效应器官作用于事物客体的一个过程，如图 1-1所示：

图 l-1人工进行信息处理的过程

由图 l-1可以看出，信息处理是与下列内容相关的行为和活动：

●●●信息的收集，例如信息的感知、测量、识别、获取、输入等。

●●●信息的加工，例如分类、计算、分析、综合、转换、检索、管理等。

●●●信息的存储。

●●●信息的传递。

●●●信息的施用，例如控制、显示等。

1.1.2 信息技术

信息与人类认识物质世界和自身成长的历史息息相关。人类社会之所以如此丰富多彩，都是因为信息和信息技术一直持续进步的必然结果。信息技术是研究信息的获取、传输和处理的技术，由计算机技术、通信技术、微电子技术结合而成，有时也叫做“现代信息技术”。也就是说，信息技术是利用计算机进行信息处理，利用现代电子通信技术从事信息采集、存储、加工、利用以及相关产品制造、技术开发、信息服务的新学科。

信息科学是以信息为主要研究对象，以信息的运动规律和应用方法为主要研究内容，以计算机等技术为主要研究工具，以扩展人类的信息功能为主要目标的一门新兴的综合性学科。

随着科学技术的发展，现代信息技术在扩展人的信息器官功能方面已经取得了许多杰出的成就，大大地提高了人们信息功能的水平。例如雷达、卫星遥感等感测与识别技术使人们的感知范围、感知精度和灵敏度大为提高；电话、电视、因特网(Internet)等通信技术与光、电、磁等信息存储技术几乎消除了人们交流信息的空间和时间障碍；计算机、机器人等信息处理和控制技术大大增强了人们的信息加工处理和控制能力。毫无疑问，信息息技术已经成为当今社会最有活力、最有效益的生产力之一。

1.1.3 信息处理系统

信息处理系统就是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。它能为人们更多更好地获得和使用信息服务。

信息处理系统一般具有的结构如图1-2所示：

图 1-2 信息处理系统示意图

信息处理系统一般指以计算机为基础的处理系统。由输入、输出、处理三部分组成，或者说由硬件（包括中央处理机、存储器、输入输出设备等）、系统软件（包括操作系统、实用程序、数据库管理系统等）、应用程序和数据库所组成。一个信息处理系统是一个信息转换机构，有一组转换规则。系统根据输入内容和数据库内容决定输出内容，或根据输入内容修改数据库内容。系统必须能识别输入信息。对于以计算机为核心的信息处理系统，如果输入信息是数值数据，则系统可以直接接收，不需要任何转换；如果输入信息是非数值信息（包括图像、报告、文献、消息、语音和文字等），则必须转换为数值数据后才能予以处理。对应于系统输出，则有一个相应的逆过程。

现代信息处理系统多种多样。从自动化程度来看，有人工的、半自动的和全自动的；从技术手段来看，有机械的、电子的和光学的；从适用范围来看，有专用的和通用的；从应用领域来看更是品种繁多。如管理信息系统、机票预订系统、医院信息系统等；也可按系统的结构和处理方式区分,如批处理系统、随机处理系统、交互式处理系统、实时处理系统等

1.2 微电子技术

1.2.1 微电子技术

在信息技术领域中，微电子技术是发展电子信息产业和各项高技术的基础，是关键性的技术。微电子技术的飞跃发展，为电子信息技术的广泛应用开辟了广阔的前景。

早期的电子技术以真空电子管为基础元件，在这个阶段产生了广播、电视、无线电通信、电子仪表、自动控制和第一代电子计算机。美国贝尔研究所的三位科学家因研制成功第一个结晶体三极管，获得1956年诺贝尔物理学奖。随着晶体管的发明，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大大的迈进了一步。晶体管成为集成电路技术发展的基础，现代微电子技术就是建立在以集成电路为核心的各种半导体器件基础上的高新电子技术。

电子管、晶体管如图1-3所示：

图 1-3电子管、晶体管集成电路

1.2.2 集成电路

集成电路的生产始于1959年，其特点是体积小、重量轻、可靠性高、工作速度快。衡量微电子技术进步的标志要在三个方面：一是缩小芯片中器件结构的尺寸，即缩小加工线条的宽度；二是增加芯片中所包含的元器件的数量，即扩大集成规模；三是开拓有针对性的设计应用。

集成电路是采用半导体制作工艺，在一块较小的单晶硅片上制作上许多晶体管及电阻器、电容器等元器件，并按照多层布线或遂道布线的方法将元器件组合成完整的电子电路。

图 1-4 集成电路

集成电路根据它所包含的电子元件如晶体管、电阻等，数目可以分为小规模、中规模、大规模、超大规模和极大规模集成电路。通常集成度小于100的集成电路称为小规模集成电路(SSI)；集成度在100～3000个电子元件之间的集成电路称为中规模集成电路(MSI)；集成度在3000～10万个电子元件的集成电路称为大规模集成电路(ISI)；集成度达10万～100万个电子元件的集成电路称为超大规模集成电路(VLSI)；集成度超过100万个电子元件的集成电路称为极大规模集成电路(ULSI)，通常并不严格区分VLSI和ULSI,而是统称为VLSI。中、小规模集成电路一般以简单的门电路或单级放大器为集成对象，大规模集成电路则以功能部件、子系统为集成对象。现在PC机中使用的微处理器、芯片组、图形加速芯片等都是超大规模和极大规模集成电路。

集成电路芯片是微电子技术的结晶，它是计算机和通信设备的硬件核心，是现代信息产业的基础。

1.2.3集成电路类型

1）按功能结构分类

集成电路按其功能、结构的不同，可以分为模拟集成电路和数字集成电路两大类。

模拟集成电路用来产生、放大和处理各种模拟信号（指幅度随时间边疆变化的信号。例如半导体收音机的音频信号、录放机的磁带信号等），而数字集成电路用来产生、放大和处理各种数字信号（指在时间上和幅度上离散取值的信号。例如VCD、DVD重放的音频信号和视频信号）。

2）按制作工艺分类

集成电路按制作工艺可分为半导体集成电路和膜集成电路。

膜集成电路又分类厚膜集成电路和薄膜集成电路。

3）按导电类型不同分类

集成电路按导电类型可分为双极型集成电路和单极型集成电路。

双极型集成电路的制作工艺复杂，功耗较大，代表集成电路有TTL、ECL、HTL、LST-TL、STTL等类型。单极型集成电路的制作工艺简单，功耗也较低，易于制成大规模集成电路，代表集成电路有CMOS、NMOS、PMOS等类型。

4）按用途分类

集成电路按用途可分为电视机用集成电路、音响用集成电路、影碟机用集成电路、录像机用集成电路、电脑（微机）用集成电路、电子琴用集成电路、通信用集成电路、照相机用集成电路、遥控集成电路、语言集成电路、报警器用集成电路及各种专用集成电路。

电视机用集成电路包括行、场扫描集成电路、中放集成电路、伴音集成电路、彩色解码集成电路、A V/TV转换集成电路、开关电源集成电路、遥控集成电路、丽音解码集成电路、画中画处理集成电路、微处理器（CPU）集成电路、存储器集成电路等。

音响用集成电路包括AM/FM高中频电路、立体声解码电路、音频前置放大电路、音频运算放大集成电路、音频功率放大集成电路、环绕声处理集成电路、电平驱动集成电路，电子音量控制集成电路、延时混响集成电路、电子开关集成电路等。

影碟机用集成电路有系统控制集成电路、视频编码集成电路、MPEG解码集成电路、音频信号处理集成电路、音响效果集成电路、数字信号处理集成电路、伺服集成电路、电动机驱动集成电路等。

录像机用集成电路有系统控制集成电路、伺服集成电路、驱动集成电路、音频处理集成电路、视频处理集成电路。

1.2.4 集成电路及其发展趋势

集成电路的技术进步日新月异。世界上集成电路大生产的主流技术已经达到12～14英寸晶圆、0.09μm(微米)的工艺水平。根据美国半导体协会预测到2010年将能达到18英寸晶圆和0.07～0.05μm的工艺水平。在未来的时间里集成电路的技术还将得到进一步的发

展。

从集成电路技术发展趋势的预测，不用几年，人们就有可能制造出比线宽很小的新一代芯片。然而，当线宽进一步缩小、线路相互间的距离越来越窄以后，干扰将日益严重。为了减少这种干扰，可以采取减小电流的方法来解决。但是，当晶体管的基本线条小到纳米(lnm=l0-9 m) 级、线路的电流微弱到仅有几十个甚至几个电子流动时，晶体管己逼近其物理极限，它将无法正常工作。在纳米尺寸下，纳米结构会表现出一些新的量子现象和效应。人们正在研究如何利用这些量子效应研制具有新功能的量子器件，从而把芯片的研制推向量子世界的新阶段纳米芯片技术。同时，人们还在研究将自然界传播速度最快的光作为信息的载体，发展光子学，研制集成光路，或把电子与光子并用，实现光电子集成。因此有理由相信，纳米芯片技术和许多其他新的微电子技术的发展，必将在电子学领域中引起一次新的革命。

1.2.5 集成电路的制造过程

集成电路是在硅衬底上制作而成的。硅衬底是将单晶硅链经切割、研磨和抛光后制成的像镜面一样光滑的圆形薄片。它的厚度不足1mm，其直径可以是6英寸、8英寸、12英寸甚至更大，这种硅片称为硅抛光片。硅抛光片经过严格清洗先后即可直接用于集成电路的制备。

制备集成电路所用的工艺技术称为硅平面工艺，它包括氧化、光刻、掺杂和互连等多项工序。把这些工序反复交叉使用，最终在硅片上制成包含多层电路及电子元件(如晶体管、电阻、电容、逻辑开关等)的集成电路。视硅片大小和集成电路的复杂程度，每一硅抛光片上可制作出成百上千个独立的集成电路，这种整整齐齐排满了集成电路的硅片称作“晶圆”。

晶圆制成后，用集成电路检测仪对每一个独立的集成电路逐个进行检测，将不合格的集成电路用磁浆点上记号。然后将晶圆切开，分割成一个个单独的集成电路小片，通过电磁法把点了磁浆的废品剔除，将合格的集成电路按其电气特性进行分类。这些集成电路小片就称为芯片 (chip)。因为晶圆上布满了这种芯片，所以也有人把晶圆称为大圆芯片或者直称其为芯片。

将每个芯片固定在塑胶或陶瓷的基座上，并把芯片上蚀刻出来的引线与基座底部伸出的插脚进行连接，然后盖上盖板进行封焊，以保护芯片免受机械刮伤或环境污染。常见的封集成电路制造的最后一道工序是成品测试。经测试后按照它们的性能参数分为不同等级。

1.2.6 集成电路卡

集成电路卡在当今社会使用的非常广泛，也称为IC卡。它把集成电路芯片密封在塑料卡基片内部，使其成为能存储、处理和传递数据的载体。比磁卡技术先进很多，能可靠地存储数据，并且不受磁场影响.

1）IC卡按卡中所镶嵌的集成电路芯片可分为存储器卡和智能卡：

⑴存储器卡。这种卡封装的集成电路为存储器，其容量大约为几KB到几十KB，信息可长期保存，也可通过读卡器改写。存储卡结构简单，使用方便，读卡器不需要联网就可工作。主要用于安全性要求不高的场合，如电话卡、水电费卡、公交卡、医疗卡等。还有一种带加密逻辑的存储器卡,这种IC卡除了存储器外，还专设有加密电路，安全性能好，因此用于安全性要求高的场合。

⑵智能卡，也称为CPU卡。卡上集成了中央处理器(CPU)、程序存储器和数据存储器，还配有操作系统。这种卡处理能力强，保密性好，常用于作为证件和信用卡使用的重要场合。手机中使用的SIM卡就是一种特殊的CPU卡,它不但存储了用户的身份信息，而且可将电话号码、短消息等也存储在卡上。

2）IC卡按使用方式可分为两种接触式IC卡和非接触式IC卡：

⑴接触式IC卡(如电话IC卡)，其表面有一个方型镀金接口。使用时必须将IC卡插入读卡机卡口内，通过金属触点传输数据。这种IC卡多用于存储信息量大、读写操作比较复杂的场合。接触式IC卡易磨损、怕油污，寿命不长。

⑵非接触式IC卡又称为射频卡、感应卡,它采用电磁感应方式无线传输数据，操作方便、快捷。这种IC卡记录的信息简单，读写要求不高，常用于身份验证等场合。此卡采用全密封胶固化，防水、防污，使用寿命长。

IC卡不但可以作为电子证件，用来记录持卡人的数据，作为身份识别之用，也可以作为电子钱包使用，具有广泛的应用前景。

1.2.7 非接触式IC卡的原理及应用

非接触式IC卡的工作原理是：读卡器发出一组固定频率的电磁波，当射频卡靠近时，

射频卡内的一个LC串联谐振电路(其谐振频率与读卡器发射的频率相同)便产生电磁共振，使电容充电，为卡内其他电路提供2V左右的工作电压，然后通过辐射电磁信号将卡内数据发射出去或接收读卡器送来的数据。使用时，IC卡只需在读卡器有效距离(一般为5cm)之内，不论什么方向，均可与读卡器交换数据，实现预先设计的功能。

我国第二代居民身份证就是采用非接触式IC卡制成的。与第一代证的区别在于，第二代证内部嵌入了一枚指甲盖大小的非接触式集成电路芯片，实现了"电子防伪"和"数字管理"两大功能。

第二代居民身份证在“防伪”方面有多种措施。以往的身份证主要通过眼睛来判断证上的一系列可视防伪标志以辨别其真伪，而第二代证除证件表面采用防伪膜和印刷防伪技术之外，还内藏集成电路芯片，将个人数据和图像经过编码、加密后存储在芯片中，需要时可通过非接触式读卡器读取卡内存储的信息进行验证。这样，不但提高了防伪性能，而且验证也更加方便快捷。今后甚至还可以将人体生物特征如指纹等保存在芯片中，进一步改善防伪性能。第二代证的芯片是由公安部监制的专用芯片，大大的杜绝了伪造的可能性。

第二代居民身份证更大的应用价值还在于居民身份信息的数字化。证件信息的存储和证件查询采用了数据库和网络技术，既可实现全国联网快速查询和身份识别，也可进行公安机关与政府其他行政管理部门的网络互查，实现信息共享，使第二代证在公共安全、社会管理、电子政务、电子商务等方面发挥重要作用。

1.3 通信技术

1.3.1 概述

现代通信指的是使用电波或光波传递信息的技术，通常称为电信(telecommunication),如电报、电话、传真等。通常人们利用书、报、杂志、磁带、光盘等传递信息均不属于现代通信的范围。广播和电视也使用电波传递信息，不过它们是一种单点向多点发送信息的单向通信。

通信的任务就是传递信息，通常至少需要由三个要素组成，信息的发送者(称为信源)、信息的接收者(称为信宿)及信息的传输通道(称为信道)。以有线电话系统为例，发话人(及其使用的电话机)和受话人(及其使用的电话机)相当于信源和信宿，说话人的话音经电话机转换得到的强度随时间而变化的电流就是携带了信息的信号，信号在电话线和中继器等设备中传输，电话线和中继器等构成了传输信号的信道。信源和信宿中使用的发信和收信设备(电话机)，也称为通信终端。

最简单的通信系统如图 1-4所示：

图 1-4 简单的通信系统

通信系统中被传输的信息都必须以某种电(或光)信号的形式才能通过传输介质进行传输。电(或光)信号强度的变化有连续形式和离散形式。连续形式的信号也叫模拟信号,它通过连续变化的物理量(如信号的幅度)来表示信息。例如人们打电话转换得到的电信号。离散形式的信号也叫数字信号,它使用有限个状态(一般是两个状态)来表示信息,例如电报机、传真机和计算机发出的信号都是数字信号。

连续信号与离散信号如图1-5所示：

(a) 连续信号 (b) 离散信号

图 1-5连续信号与离散信号

将信号迅速而又准确地从信源传输到信宿是信道的任务。信道所采用的传输技术是模拟传输技术和数字传输技术。

1.3.2 模拟通信

模拟传输技术是模拟通信的基础。模拟传输技术指的是直接用连续信号来传输信息或者通过用连续信号对载波进行调制来传输信息的技术。由于导体存在电阻，电信号直接传输的距离有限。高频振荡的正弦波信号在长距离通信中能够比其他信号传送得更远。因此可以把这种正弦波信号作为携带信息的“载波”，在信息传输时，利用信源信号去调整载波的参数(幅度、频率或相位)，称为“调制”，所使用的设备称为“调制器”。经过调制后的载波携带着被传输的信号在信道中进行长距离传输，到达目的地时，接收方再把载波所携带的信号检测出来恢复为原始信号的形式，称为“解调”，所使用的设备称为“解调器”。在多数情况下通信总是双向进行的，所以调制器与解调器需要同时使用，通常就把实现调制和解调功能的设备称为“调制解调器”(MODEM)，俗称“猫”。

传统的有线载波电话以及目前还在广泛使用的无线电广播和模拟电视采用的都是模拟通信技术。

模拟通信与调制解调器如图 1-6所示：

图 1-6 模拟通信与调制解调器

模拟通信的的主要优点是结构比较简单、成本低。但是在信号的调制和传输过程中不可避免地会受到噪声信号的干扰，传输质量不稳定，目前已经越来越多地被数字通信所取代。

1.3.3 数字通信

1）数字传输技术

数字传输技术数是数字通信的基础。数字传输技术指的是直接用数字信号来传输信息或者通过用数字信号对载波进行调制来传输信息的技术。数字传输技术比模拟传输技术有诸多的优点：

●●●抗干扰能力强，差错可控制，没有噪声积累，可以实现长距离、高质量

的传输。

●●●灵活性好。适应范围广，无论是电话、图像、数据均可以转换为统一的

二进制数字信号在信道上进行传输，并实现综合处理。

●●●传输的是数字信号，可放便地由计算机进行存储及管理。

●●●对数字信号加密技术好，通信的安全性易得到保证。

●●●数字通信中多数使用的是数字电路，易用超大规模集成电路实现，有利

于通信设备的小型化、微型化，也降低了功耗。

2）基带传输与频带传输

数字设备互相通信时，需要传输的是来自计算机或数据终端输出的数字信号，这些信号具有高的低频成分，它们在计算机内部或者在相邻设备之间近距离传输时，可以不经过调制就在信道上直接进行，称为“基带传输”。

在需要远距离传输或无线传输的情况下，数字信号必须采用频带传输技术进行传输，即先用数字信号对特定频率的载波进行调制(称为数字调制)，使其变为适合于传送的信号，然后再进行传输。由于二进制数字信号只有两个不同的状态(高电平和低电平)，因此对载波信号的调制比较简单，载波信号的幅度(或频率、相位)变化也只有两种状态，好像使用按键的“按下”和“放开”在控制着载波的变化，因此称为幅移键控(或频移键控、相移键控)。

数字调制如图1-7所示：

图 1-7 数字调制

3）多路复用技术

为了提高传输线路的利用率，采用一条传输线路同时传输多路信号，称为多路复用技术。数字传输采用的多路复用技术有两种。“时分多路复用”(TDM)和“频分多路复用”(FDM)。

⑴“时分多路复用”(TDM)技术中各终端设备(计算机)以事先规定的顺序轮流使用同一传输线路进行数据传输。多路复用器将轮转一周的时间划分为若干时间片(图中分为4个时间片)，每个终端分配固定的一片时间用来传输一组数据，依次轮流进行传输。

时分多路复用如图1-8所示：

图 1-8 时分多路复用原理

⑵“频分多路复用”(FDM)，它将每个数据终端发送的信号(或经过时分多路复用后的复合信号)调制在不同频率的载波上，通过频分多路复用器将它们复合成为一个信号，然后在同一传输线路上进行传输。到达接收端后，借助分路器把不同频率的信号送到不同的接收设备，从而实现了传输线路的复用。

4) 数字通信的应用

⑴电话通信

模拟信号在远距离传输时信号存在衰减及失真，人们在使用长途电话时声音品质受到影响。现在使用了数字技术品质得到了改善。模拟声音信号在需要通过中继线和长途线进行远距离传输之前，先变换为数字形式(此过程称为“数字化”或“PCM编码”)，然后经过时分多路复用和数字调制(需要时)，再在中继线和长途线路上进行传输，到达接收方所在地区的交换局之后再使用分路器把不同的话路分开，经解码器还原成模拟声音信号后，由用户线

传输至接听方的电话机。

数字传输技术在电话通信中的应用如图1-9所示：

图 1-9数字传输技术在电话通信中的应用

现在许多家庭计算机用户通过电话线上网时必须使用MODEM才能接入计算机网络。那是由于从电话机到电信局的线路(称为用户线)采用的还是模拟传输技术，

⑵电视应用

现在卫星电视也采用了数字传输技术。电视台的节目在发送到卫星传输之前，先要把图像和伴音信号进行数字化，并且进行数据压缩，然后经数字调制后由卫星传输到目的地的地面接收站，地面站对接收到的信号进行解调、解码后恢复为模拟信号，然后经由有线电视电缆送到电视用户。

数字有线电视是数字调制后的信号不是通过卫星而是通过同轴电缆进行传输的，目的是使得有线电视能传输更多质量更好的电视节目，并且可开展视频点播及数据广播等业务。

广播电视近几年的发展趋势是，"数字广播" 和 "数字电视"。

5) 数字通信系统的性能指标

数字通信系统的性能主要用以下几个指标来衡量：

(1) 信道带宽。一条物理传输线路可以承载一个或多个通信信道。在模拟传输系统中，带宽指的是可以几乎无失真地传输的模拟信号的频率变化范围，通常由信号的最高频率减去最低频率而得到，单位为赫兹(Hz)。而在数字通信系统中，一个信道允许的最大数据传输速率称为该信道的带宽，也称为信道容量。信道带宽与采用的传输介质、传输距离、多路复用方法、调制解调方法等密切相关，是数字通信系统的主要性能参数之一。

(2) 数据传输速率，简称数据速率。指实际进行数据传输时单位时间内传送的二进位数目，通常使用“千位/秒”(Kbps)、“兆位/秒”(Mbps)或“千兆位/秒”(Gbps)等作为计量单位。

(3) 误码率。指数据传输中规定时间内，出错数据占被传输数据总数的比例。

(4) 端一端延迟。指数据从信源传送到信宿所花费的时间。

数字通信系统的信道带宽、误码率、端一端延迟时间等性能参数与传输介质、传输技术和传输设备等密切相关，通常总是根据具体的应用需求，选择合理的方案，以最好或者较好的性能价格比来实现各种不同的通信系统。

1.3.4 传输介质

在通信线路中使用的传输介质通常有：

●●●金属导体：它利用电流传输信息；

●●●光导纤维：它通过光波来传输信息；

●●●无线电波：它不需要物理连接，而是使用电磁波来传输信息。

不同的传输介质具有不同的传输特性，连接的设备不一样，成本也有很大差别，因而适用的范围也不同。

1) 金属导体

常用的金属导体主要有：双绞线和同轴电缆。

⑴双绞线是相互绞合成均匀螺纹状的导线所组成的一条传输线路。多根这样的双绞线捆在一起，外面包上护套，就构成双绞线电缆。双绞线可以用于传输模拟信号，数字信号的基带传输。双绞线有屏蔽双绞线(STP)和无屏蔽双绞线(UTP)两种，前者在双绞线外面加上了

用金属丝编织成的屏蔽层，可以用于较远距离的数据传送，误码率低，但价格稍高，后者使用在计算机局域网中，距离大约100m左右。

根据种类与与传输速率可分为，三类线：10Mb/s，质量更高些的五类线：100Mb/s，六类线：200Mb/s。双绞线价格便宜且安装方便。双绞线容易受到外部高频电磁波的干扰，线路本身也会产生一定的噪声，误码率较高，因此每隔一定距离就要使用中继器将信号进行放大、整形，通常只在建筑物内部使用。

双绞线如图1-10所示：

图 1-10双绞线

⑵同轴电缆是一组同心圆，最外圈是绝缘保护层，紧贴着的是一圈起屏蔽作用的金属编织层，再里面是绝缘填料，用来分隔编织的外导体与内导体，内导体可以用单股实心线，或者多股绞合线。目前广泛使用的同轴电缆有基带同轴电缆(特征阻抗50Ω)和宽带同轴电缆(特征阻抗75Ω)两种。前者在计算机局域网中用于以基带传输方式传输数字信号，距离约为200～500m.传输速率可达50Mb/s，后者即常用的有线电视电缆，带宽可达300～400MHz,主要用于传输电视信号，最大传输距离可达几km甚至几十km。

同轴电缆如图 1-11所示：

图 1-11 同轴电缆

2) 光导纤维

⑴光导纤维的结构与分类

光导纤维也为称光纤，由折射率较高的纤芯和折射率略低的包层组成，包层外有涂覆层，为光纤提供物理保护，屏蔽外部光源的干扰。光纤具有把光封闭在纤芯中并沿纤芯轴向进行传播的功能。纤芯是直径大约为10～100μm的细石英玻璃丝，透明、纤细。为了保护光纤，包层外通常还覆盖保护层和绝缘层等。单芯光缆只有1根光纤，多芯光缆包含有多根光纤。根据激光在光纤中的传输模式，光纤分为单模与多模两大类，前者传输距离远、速率高(例如100km距离时速率可达1OGbps)，适合远程通信使用，后者传输距离近、速率低(例如1km 距离内速率为lGbps)一般在局域网中使用。

光导纤维如图1-12所示：

图 1-12光导纤维

⑵光导纤维工作原理

需要传输的数字信号(电信号)在发信端去驱动一个光源(半导体激光器或发光二极管)，并对发出的光信号进行调制。经过调制后的光信号通过光纤传送到接收端，信号经放大后由

光检测器(半导体光电管)进行检测、解调，转换成电信号之后输出。在传输时光纤线路有损耗，并伴有信号失真和噪声干扰，为此每隔一定的距离要接入中继器对信号进行修正。

光纤主要用于传输数字信号。数字信号直接对光进行调制，即通过信号中的O或1来控制激光的通或断。光波的频率为1014～1015Hz.波长为微米级，因此通信容量很大。目前一束光每秒能携带2.5G或10G的二进位信号。

光导纤维是绝缘体，它除了具有大容量、数字传输的优点之外，还不会受高压线和雷电电磁感应的影响，抗核辐射的能力强。光纤几乎可以做到不漏光，因此保密性强。光纤的重量轻，便于运输和铺设，它的传输损耗很小，所以元中继通信的距离很长。

光纤通信具有很多种优点，因此从20世纪80年代起，各国开始大规模铺设光纤通信线路，光纤传输网已经成为几乎所有现代通信的基础平台。

3) 无线电波

无线信道，使电波通过自由空间去传播信息，可省去线路的架设，也允许终端设备在一定范围内随意移动，因此非常适合那些难于铺设传输线的边远山区和沿海岛屿使用，也为大量的个人通信设备和便携式计算机联网提供了条件。

无线电波可以按频率(或波长)分成中波、短波、超短波和微波。由于不同波段电磁波的传播特性不同，因此可以应用于不同的通信系统。例如，中波主要沿地面传播，绕射能力强，适用于广播和海上通信，短波具有较强的电离层反射能力，适用于环球通信，超短波和微波的绕射能力较差，只能作为视距或超视距中继通信。

但电波通过自由空间时能量较分散，传输效率低。另外，无线传输存在着易被窃听、易受干扰等缺点。

微波的波长很短，它具有极高频率(通常为300MHz～30OGHz)的电磁波，通常为lm至1mm。微波具有类似光波的特性，在空间主要是直线传播,也可以从物体上得到反射。它不能像无线电的中波那样沿地球表面传播，因为地面会很快把它吸收掉。微波也不像短波那样，可以经电离层反射传播到地面上很远的地方，因为它会穿透电离层，进入宇宙空间而不再返回地面。

利用微波进行远距离通信的方式主要有:

(1) 地面微波接力通信。如终端站A通过中继站C.D.E.F.……与另一终端站B进行通信。中继站之间的距离一般为50km左右。

(2) 卫星通信。地球站G经通信卫星与另一地球站H进行通信。

(3) 对流层散射通信。终端站X发出的微波信号经对流层散射传到另一终端站Y进行通信。

地面微波接力通信现发展快，成为长距离、大容量地面元线通信的主要手段，因为它具有容量大、建设费用省(约为电缆投资的五分之一左右)、抗灾能力强等优点。采用模拟调频传输技术时，可传输几千路电话，还可同时传输高质量的彩色电视。对移动通信和全数字高清晰度电视(HDTV)传输等将起重要作用。

微波通信如图1-13所示：

图 1-13微波通信

卫星通信是利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电信号所实现的通信。卫星通信使用的频段也属于微波的范围，它是微波接力通信技术和空间技术相结合的产物。通信卫星利用设在太空的无人值守的微波通信中继站，只要在其覆盖照射区以内，不论距离远近都可以

通信。通过它可以转发电报、电视、广播和数据等。

1.3.5 移动通信

移动通信指的是处于移动状态的对象之间的通信，它包括蜂窝移动、集群调度、无绳电话、寻呼系统和卫星系统。最有代表性的是手机,它属于蜂窝移动系统。与固定通信相比，移动通信能克服通信终端位置对用户的限制，快速和及时地传递信息。

移动通信的发展至今已经历了多个阶段：20世纪20年代初到50年代末，移动通信主要用于船舶、飞机、汽车等专用或军用通信，采用短波频段及电子管技术：50年代末到60年代，频段扩展到450MHz，公安、消防、新闻等部门的专用移动无线电话系统大量出现，到了70年代至80年代，集成电路和微处理器的快速发展，使移动通信系统开始进入了个人领域。

第1代个人移动通信采用的是模拟技术，使用频段为800/90OMHz.称之为蜂窝式模拟移动通信系统。随着数字传输、时分多址或码分多址(CDMA)等技术的采用，很快便进入了第2代移动通信阶段，使用的频段也扩至900MHz到1800MHz。

第2代移动通信系统在提供话音和低速数据业务方面已取得了很大的成功，而且技术还在发展。例如，GSM提供了分组交换和分组传输方式的新的数据业务(称为GPRS)，它可以在移动网内部或GPRS网与因特网之间进行数据传送，提供如浏览网页、收发电子邮件等服务。

第3代移动通信系统(3G)正在迅速兴起，它将实现高质量的多媒体通信。包括话音通信、数据通信和图像通信等。是将无线通信与互联网等多媒体通信相结合的新一代移动通信技术，其规范由国际电联(ITU)提出，称为IMT-2000意指在2000年左右开始商用并工作在200OMHz(2GHz)频段上的国际移动通信系统。其目标有：

●●●全球漫游，用户不再限制于一个地区和一个网络。

●●●适应多种环境，将地面移动通信系统和卫星移动通信系统结合在一起。

●●●提供高质量的多媒体业务，高质量的话音通信、数据通信和高分辨率的

图像通信等。

●●●提供足够的系统容量，具有高保密性和优质的服务。

3G技术的频谱利用率比2G高得多，频谱带宽成倍增长(1885MHz～2025MHL，211OMHz～2200MHz)，数据传输能力将大幅度提高。其数据传输速度的要求是：室内环境达到2Mb/s，步行环境达到384kb/s，快速移动环境达到114kb/s。这样，用户通过手机就能像使用电脑宽带上网一样，轻松实现网页浏览、网络游戏、观看在线视频、进行电子商务活动等。这些业务在现有的2G网络上是根本无法想像的。3G的话音质量优势突出，而成本只是2G的50%左右。

经国际电信联盟(ITU)批准的3G技术标准有3种：WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA。前2种分别以欧、日和美、韩为主，第3种标准由我国独自制定。TD-SCDMA的中文含义为时分一同步码分多址接入，它的无线传输方案灵活地综合了FDMA、TDMA和CDMA等多种传输方法的优点，在传输容量方面表现突出。通过资源的最佳自适应分配和频谱效率最优化，它可支持所有的3G业务，实现与因特网直接相连。

目前，我国已初步形成了TD-SCDMA核心网、基站、终端以及各种芯片的配套产品体系，打造了一条完整的产业链，TD-SCDMA正在走向成熟和产业化。

1.4 电子数字技术基础

数字技术是采用有O和1两个数字来表示、处理、存储和传输信息的技术。采用数字技术实现信息系统，这是电子信息技术的发展趋势。电子计算机从一开始就采用了数字技术，通信和信息存储领域也已经大量采用数字技术，数字电视和数字广播已深入我们的生活领域。

1.4.1 信息的基本单位一比特

1) 什么是比特

“比特”是数字技术的处理对象,其英文为“bit”,(binary digit)，中文意译为“二进位数字”或“二进位”，简称为“位”。比特只有两种取值状态：数字0,或者是数字1。

比特是组成数字信息的最小单位。许多情况下比特只是一种符号而没有数量的概念。比特在不同场合有不同的含义，有时候使用它表示数值，有时候用它表示文字和符号，有时候则表示图像，有时候还可以表示声音。我们用开关的开、关，继电器的接通、断开，灯泡

的亮、暗，电平的高、低，电流的有、无等来表示一个比特的两个状态。一个状态表示1,另一个状态表示0。在数字电路中，电位的高或低、脉冲的有或无经常用来表示“1"”或“0”。比特的取值只有“0”和“l”，这两个值不是数量上的概念，而是表示两种不同的状态。

比特是计算机和其他数字系统处理、存储和传输信息的最小单位，一般用小写的字母“b”表示。每个西文字符用8个比特来表示，每个汉字用16个比特来表示，而图像和声音则需更多比特才能表示。因此，另一种稍大些的数字信息的计量单位是“字节”(byte),一般用大写字母“B”表示，每个字节包含8个比特。

2) 比特的运算

比特的运算需要使用逻辑代数，也称为布尔代数。逻辑代数中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)以及取反(也称“非”运算，用符号“NOT”或“一”表示)运算。它们的运算规则如下：

(逻辑加)

(逻辑乘)

取反运算最简单，“0”取反后是“1”，“1”取反后是“0”

当两个多位的二进制信息进行逻辑运算时，按位独立进行，即每一位不受同一信息的其他位影响。例如，两个4位的二进制信息1100和0110进行逻辑加和逻辑乘的结果分别为：

它们取反之后的结果分别为0011和1001。用于完成基本逻辑运算的电路称为“门”电路。

3) 比特的存储

存储(记忆)1个比特需要使用具有两种稳定状态的设备，例如开关、继电器、灯泡等。在计算机等数字系统中，比特的存储经常使用一种称为触发器的双稳态电路来完成。触发器有两个稳定状态，可分别用来表示O和1，在输入信号的作用下，它可以记录1个比特。使用集成电路制成的触发器工作速度极快，其工作频率可达到GHz的水平。

一个触发器可以存储1个比特，一组(例如8个或16个)触发器可以存储1组比特，它们称为“寄存器”。计算机的中央处理器中就有几十个甚至上百个寄存器。

另一种存储二进位信息的方法是使用电容器。当电容的两极被加上电压。电容将被充电，电压撤消以后，充电状态仍会保持一段时间。这样，电容的充电和未充电状态就可以分别表示O和1。现代微电子技术已经可以在一块半导体芯片上集成以亿计的微小的电容，它们构成了可存储大量二进位信息的半导体存储器。

磁盘是利用磁介质表面区域的磁化状态来存储二进位信息的，光盘则通过“刻”在盘片光滑表面上的微小凹坑来记录二进位信息。

寄存器和半导体存储器在电源切断以后所存储的信息会改变，它们称为易失性存储器。而磁盘和光盘即使断电以后也能保持所存储的信息不变，属于非易失性存储器，可用来长期存储信息。

存储容量是一项很重要的性能指标。经常使用的单位有：

千字节(Kilobyte.简写为 KB),1KB=210字节=1024B

兆字节(megabyte.简写为 MB),1MB=220字节=1024KB

吉字节(gigabyte.简写为 GB),1GB=230字节=1024MB(千兆字节)

太字节(terabyte.简写为 TB),1TB =240字节=1024GB(兆兆字节)

然而,由于kilo、mega、giga等单位在其他领域(如距离、频率的度量)中是以10的幕次来计算的，因此有些计算机设备(如磁盘)制造商也采用1MB=100OKB，1GB=10000OOKB。这种差异已经带来了误解和混淆，这是需要引起注意的。

4) 比特的传输

近距离传输比特时可以直接传输(基带传输)，远距离或者无线传输时就需要用数字数号(O、1)对载波进行数字调制后进行传输(频带传输)。

在数据通信和计算机网络中传输二进位信息时,是一位一位串行传输，传输速率的度量单位是每秒多少比特,且kilo、mega、giga等也作为10的幕次计算。经常使用的传输速率单位如下:

比特/秒(b/s).也称“bps”，如：2600bps(2600b/s)、8500bps(8500b/s)等。

千比特/秒(kb/s),1kb/s=103比特/秒 =100Ob/s(小写k表示1000)

兆比特/秒(Mb/s),1Mb/s=106比特/秒 =1000kb/s

吉比特/秒(Gb/s),1Gb/s=109比特/秒 =1000Mb/s

太比特/秒(Tb/s),1Tb/s=IO12比特/秒 =100OGb/s

1.4 2 计算机中信息的表示

1) 数的表示

在计算机中用数字来表示数的正、负。用“0”表示正号，用“1”表示负号。例如，在机器中用8位二进制表示一个数+85，其格式为：

符号位，0表示正

而用8位二进制表示一个数-85，其格式为：

符号位，1表示负

我们可以看出，数值和符号都用二进制码表示。连同符号位在一起表示的数，称为机器数，而将这个数本身称为真值。

计算机中运算的数，有整数，也有小数，规定小数点的位置固定不变的，这时机器数称为定点数。另一种是小数点的位置可以浮动的，这时的机器数称为浮点数。微型机多选用定点数。

⑴定点数

数的定点表示是指数据字中的小数点的位置是固定不变的。小数点位置可以固定在符号位之后，这时，数据字就表示一个纯小数。假定机器字长为16位，符号位占１位，数值部分占15位，故下面机器数其等效的十进制数为：-2-15。

符号位↑小数点数值部分

如果把小数点位置固定在数据字的最后，这时，数据字就表示一个纯整数。假设机器字长为16位，符号占一位，数值部分占15位，故下面机器数其等效的十进制数为+32767。

·

符号位数值部分↑小数点

定点表示法所能表示的数值范围很有限，为了扩大定点数的表示范围，可以通过编程技术，采用多个字节来表示一个定点数，例如，采用4个字节或8个字节等。

(2) 浮点数

浮点表示法就是小数点在数中的位置是浮动的。在以数值计算为主要任务的计算机中，由于定点表示法所能表示的数的范围小，不能满足计算问题的需要，因此就要采用浮点表示法。在同样字长的情况下，浮点表示法能表示的数的范围扩大了。

计算机中的浮点表示法包括两个部分：一部分是阶码（表示指数，记作E）；另一部分是尾数（表示有效数字，记作M）。设任意一数N可以表示为：N=2E M

其中2为基数，E为阶码，M为尾数。浮点数在机器中的表示方法如下：

由尾数部分隐含的小数点位置可知，尾数总是小于1的数字，它给出该浮点数的有效数字。尾数部分的符号位确定该浮点数的正负。阶码给出的总是整数，它确定小数点浮动的位数，若阶符为正，则向右移动；若阶符为负，则向左移动。

假设机器字长为32位，阶码8位，尾数24位：

1位 7位 1位 23位

其中左边1位表示阶码的符号，符号位后的7位表示阶码的大小。后24位中，有一位表示尾数的符号，其余23位表示尾数的大小。浮点数表示法对尾数有如下规定：1/2≤M<1 即要求尾数中第1位数不为零，这样的浮点数称为规格化数。

当浮点数的尾数为零或者阶码为最小值时，机器通常规定，把该数看作零，称为”机器零”在浮点数表示和运算中，当一个数的阶码大于机器所能表示的最大码时，产生“上溢”。上溢时机器一般不再继续运算而转入“溢出”处理。当一个数的阶码小于机器所能代表的最小阶码时产生“下溢”，下溢时一般当作机器零来处理。

2) 数制

数制也称计数制，是指用一组固定的符号和统一的规则来表示数值的方法。计算机是信息处理的工具，任何信息必须转换成二进制形式数据后才能由计算机进行处理、存储和传输。

⑴二进制数

通常习惯使用的十进制数由0、1、2、3、4、5、6、7、8、9十个不同的符号组成，每一个符号处于十进制数中不同的位置时，它所代表的实际数值是不一样的。例如9999可表示成：

9×1000＋9×100＋9×10＋9×1＝9×103＋9×102＋9×101＋9×100

式中每个数字符号的位置不同，它所代表的数值也不同，这就是经常所说的个位、十位、百位、千位、……的意思。

二进制数和十进制数一样，也是一种进位计数制，但它的基数是2。数中0和1的位置不同，它所代表的数值也不同。例如二进制数11 0 1表示十进制数13，如下所示：(1101)2＝1×23＋1×22＋0×21＋1×20＝8＋4＋0＋1＝13

一个二进制数具有下列两个基本特点：

①两个不同的数字符号，即0和1。

②逢二进一。

一般用括是号加下标的形式表示不同进制的数。例如：十进制用( )10表示，二进制数用( )2表示。在微机中，一般在数字的后面，用特定字母表示该数的进制。

例如：B—二进制、D—十进制(D可省略)、O—八进制、H—十六进制

(2) 二进制与其它数制

在进位计数制中有数位，基数和位权三个要素。数位是指数码在一个数中所处的位置；基数是指在某种进位计数制中，每个数位上所能使用的数码的个数。

例如：二进制数基数是每个数位上所能使用的数码为0和1两个数码。在数制中有一个规则，如果是N进制数，必须是逢N进1。对于多位数，处在某一位上的“1”所表示的数值的大小，称为该位的位权。例如，二进制第2位的位权为2，第3位的位权为4。一般情况下，对于N进制数，整数部分第i位的位权为N i-1，而小数部分第j位的位权为N-j。

计算机的几种进位计数制。

①十进制(十进位计数制)

具有十个不同的数码符号0、1、2、3、4、5、6、7、8、9，其基数为10；十进制数的特点是逢十进一，

例如：(1011)10＝1×103＋0×102＋1×101＋1×100

②八进制(八进位计数制)

具有八个不同的数码符号0、1、2、3、4、5、6、7，其基数为8；八进制数的特点是逢八进一，

例如：(1011)8＝1×83＋0×82＋1×81＋1×80

③十六进制(十六进位计数制)

具有十六个不同的数码符号0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F，其基数为16.十六进制数的特点是逢十六进一，

例如：(1011)16＝1×163＋0×162＋1×161＋1×160

四位二进制数与其它数制的对照表如表1-1所示：

表1-1二进制、十进制、十六进制、八进制数对照表

⑴十进制数与二进制数之间的转换

①十进制整数转换成二进制整数

把一个十进制整数转换为二进制整数的方法如下：

把被转换的十进制整数反复地除以2，直到商为0，所得的余数(从末位读起)就是这个数的二进制表示。简单地说，就是“除2取余法”。

例如，将十进制整数(38)10转换成二进制整数的方法如下：

即（38）10 =(100110)2

22238 ……余数为0 K0=0 最低位

2 19 ……余数为1 K1=1

2 9 ……余数为1 K2=1

2 4 ……余数为0 K3=0

2 2 ……余数为0 K4=0

2 1 ……余数为1 K5=1 最高位

十进制整数转换成八进制整数的方法是“除8取余法”，十进制整数转换成十六进制整数的方法是“除16取余法”。

②十进制小数转换成二进制小数

十进制小数转换成二进制小数是将十进制小数连续乘以2，选取进位整数，直到满足精度要求为止。简称“乘2取整法”。

例如，将十进制小数(0.625)10转换成二进制小数的方法如下：

0 . 6 2 5

× 2

1 .

2 5 0 整数＝1 高位

0 . 2 5 0

× 2

0 . 5 0 0 整数＝0

× 2

1 . 0 0 0 整数＝1 低位

将十进制小数0.625连续乘以2，把每次所进位的整数，按从上往下的顺序写出。

于是，(0.625)10＝(0.101)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”。

③二进制数转换成十进制数把二进制数转换为十进制数的方法是，将二进制数按权展开求和。

例如，将(1010.101)2转换成十进制数的方法如下：

(1010.101)2＝1×23＋0×22＋1×21＋0×20＋1×2－1＋0×2－2＋1×2－3

＝8＋0＋2＋0＋0.5＋0＋0.125

＝(10.625)10

于是，(1010.101)2＝(10.625)10

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。

⑵二进制数与八进制数之间的转换

①二进制数转换成八进制数

由于二进制数和八进制数之间存在特殊关系，即81＝23，具体转换方法是，将二进制数从小数点开始，整数部分从右向左3位一组，小数部分从左向右3位一组，不足三位用0

补足即可。

例如，将(1110101111010 .110011)2化为八进制数的方法如下：

0 0 1,1 1 0, 1 0 1, 1 1 1 ,0 1 0. 1 1 0 0 1 1

↓↓↓↓↓↓↓↓

1 6 5 7

2 . 6 3

于是，(1110101111010.110011)2＝(16572.63)8

②八进制数转换成二进制数

方法为，以小数点为界，向左或向右每一位八进制数用相应的三位二进制数取代，然后将其连在一起即可。

例如，将(315.67)8转换为二进制数的方法如下：

3 1 5 . 6 7

↓↓↓↓↓↓

0 1 1 0 0 1 1 0 1 . 1 1 0 1 1 1

于是，(315.67)8＝(011001101.110111)2

⑶二进制数与十六进制数之间的转换

①二进制数转换成十六进制数

二进制数的每四位，刚好对应于十六进制数的一位(161＝24)，其转换方法是，将二进制数从小数点开始，整数部分从右向左4位一组，小数部分从左向右4位一组，不足四位用0补足，每组对应一位十六进制数即可得到十六进制数。

例如将(1101011110101.110010)2转换为十六进制数。

0 0 01, 1 0 1 0, 1 1 1 1, 0 1 0 1.1 1 0 0 ,1 0 0 0

↓↓↓↓↓↓↓

1 A F 5 . C 8

于是，(1101011110101.110010)2＝(1AF5.C8)16

②十六进制数转换成二进制数。方法为以小数点为界，向左或向右每一位十六进制数用相应的四位二进制数取代，然后将其连在一起即可。

例将 (3AB.15)16转换成二进制数。

3 A B . 1 5

↓↓↓↓↓

0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 . 0 0 0 1 0 1 0 1

于是，(3AB.15)16＝(1110101011.00010001)2

1.4.3 计算机定点数的表示方法

计算机内定点数有3种表示法：原码、反码和补码

原码就是前面所介绍的二进制定点表示法，即最高位为符号位，“0”表示正，“1”表示负，其余位表示数值的大小。

反码表示法规定：正数的反码与其原码相同；负数的反码是符号位除外，对其原码逐位取反而形成。

补码表示法规定：正数的补码与其原码相同；负数的补码是在其反码的末位加1。

1) 原码、反码和补码的表示方法

⑴原码的表示方法：在数值前直接加一符号位的表示法。

例如：符号位数值位

[+5]原= 0 0000101 B

[-5]原= 1 0000101 B

注意：①数0的原码有两种形式：

[+0]原=00000000B [-0]原=10000000B

②8位二进制原码的表示范围：-127～+127

⑵反码的表示方法：正数的反码与原码相同。负数的反码是符号位为“1”，数值部分按位取反。

例如：符号位数值位

[+5]反= 0 0000101 B

[-5]反= 1 1111010 B

注意：①. 数0的反码也有两种形式，即

[+0]反=00000000B

[- 0]反=11111111B

②. 8位二进制反码的表示范围：-127～+127

⑶补码的表示方法

模的概念：把一个计量单位称之为模或模数。例如，时钟是以12进制进行计数循环的，即以12为模。在时钟上，时针加上（顺时针）12的整数位或减去（逆时针）12的整数位，时针的位置不变。

15点钟在舍去模12后，成为（下午）3点钟（15=15-12=3）。从0点出发逆时针拨9格即减去9小时，也可看成从0点出发顺时针拨3格（加上3小时），即3点（0-9=-9=-9+12=3）。因此，在模12的前提下，-9可映射为+3。由此可见，对于一个模数为12的循环系统来说，加3和减9的效果是一样的；因此，在以12为模的系统中，凡是减9的运算都可以用加3来代替，这就把减法问题转化成加法问题了（注：计算机的硬件结构中只有加法器，所以大部分的运算都必须最终转换为加法）。9和3对模12而言互为补数。

补码：正数的补码和原码相同。负数的补码则是符号位为“1”，数值部分按位取反后再在末位（最低位）加1。也就是“反码+1”。

例如：符号位数值位

[+5]补= 0 0000101 B

[-5]补= 1 1111011 B

补码在微型机中是一种重要的编码形式，请注意：

①采用补码后，可以方便地将减法运算转化成加法运算，运算过程得到简化。正数的补码即是它所表示的数的真值，而负数的补码的数值部份却不是它所表示的数的真值。采用补码进行运算，所得结果仍为补码。

②与原码、反码不同，数值0的补码只有一个，即 [0]补=00000000B。

③若字长为8位，则补码所表示的范围为-128～+127；

④进行补码运算时，应注意所得结果不应超过补码所能表示数的范围。

⑷原码、反码和补码之间的转换

由于正数的原码、补码、反码表示方法均相同，不需要转换。仅以负数情况来进行分析。

①已知原码，求补码。

例：已知某数X的原码为10110100B，试求X的补码和反码。

解：由[X]原=10110100B知，X为负数。求其反码时，符号位不变，数值部分按位求反；求其补码时，再在其反码的末位加1。

1 0 1 1 0 1 0 0 原码

1 1 0 0 1 0 1 1 反码，符号位不变，数值位取反

+ 1

1 1 0 0 1 1 0 0 补码

故：[X]补=11001100B ，[X]反=11001011B 。

② 已知补码，求原码。

按照求负数补码的逆过程，数值部分应是最低位减1，然后取反。但是对二进制数来说，先减1后取反和先取反后加1得到的结果是一样的，故仍可采用取反加1的方法。

例：已知某数X 的补码11101110B ，试求其原码。

解：由[X]补=11101110B 知，X 为负数。求其原码表示时，符号位不变，数值部分按位求反，再在末位加1。

1 1 1 0 1 1 1 0 补码

1 0 0 1 0 0 0 1 符号位不变，数值位取反

+ 1

1 0 0 1 0 0 1 0 原码

故：[X]补=11101110B ，[X]反=10010010B 。

在n 位的机器数中，最高位为符号位，该位为0表示为正，为1表示为负；其余n-1位为数值位，各位的值可为0或1。当真值为正时，原码、反码、补码数值位完全相同；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。

1.4.4 信息编码与存储

编码是采用少量的基本符号，选用一定的组合原则，以表示大量复杂多样的信息的技术。

1) BCD 码(二－十进制编码)

BCD(Binary Code Decimal)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，常用的有8 4 2 1码。表1 - 2是十进制数0～9的8 4 2 1编码表。

十进制数与BCD 码的对照表如表1-2所示：

8421码是将十进制数码0～9中的每个数分别用4位二进制编码表示，从左至右每一位对应阶码尾数数符阶符的数是8、4、2、1，这种编码方法比较直观、简要，对于多位数，只须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。十进制数转换成BCD 码如下：

例如：(1209.56)10＝(0001001000001001.01010110)BCD

8421码与二进制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)2

2) ASCII 码

计算机中，对非数值的文字和其他符号进行处理时，要对文字和符号进行数字化处理，即用二进制编码来表示文字和符号。字符编码(Character Code)是用二进制编码来表示字母、数字以及专门符号。

目前计算机中普遍采用的是ASCII(American Standard Code for Information

Interchange)码，即美国信息交换标准代码。ASCII 码有7位版本和8位版本两种，国际上

通用

的是

7位

版

本，7

位版

本的

ASCI

I码

有

128

个元

素，

只需

用7

个二进制位(27＝128)表示，其中控制字符34个，阿拉伯数字10个，大小写英文字母52个，各种标点符号和运算符号32个。在计算机中实际用8位表示一个字符，最高位为“0”。附录A列出了全部128个符号的ASCII码。例如，数字0的ASCII码为48，大写英文字母A的ASCII码为65，空格的ASCII码为32等等。有的计算机教材中的ASCII码用16进制数表示，这样，数字0的ASCII码为30H，字母A的ASCII为41H。

ASCII（美国信息交换标准码）字符表如表1-3所示

表1-3ASCII（美国信息交换标准码）字符表