大学计算机基础第二章数据表示和逻辑基础
大学计算机基础简答题
《大学计算机基础》简答题1、计算机的发展经历了哪几个阶段？各阶段的主要特点是什么？答：电子计算机的发展已经历了四代，正向第五代智能化的计算机发展。
前四代计算机是：第一代为电子管计算机;第二代机是晶体管计算机;第三代机是由中小规模集成电路组成的计算机;第四代机是由大规模或超大规模集成电路组成的计算机.各代电子计算机的特点是:(1)电子管计算机的主要特点是：体积庞大，运算速度低，成本高。
(2)晶体管计算机的主要特点是：体积小，寿命长，速度快，能耗少，可靠性高。
(3)中小规模集成电路计算机的主要特点是：体积更小、速度更快、能耗更小、可靠性更高。
(4)大规模和超大规模集成电路计算机的主要特点是：网络普及与应用。
2、什么是计算机病毒？计算机病毒的主要特点是什么？答：计算机病毒是具有破坏性作用的程序。
特点：传染性、潜伏性、破坏性和寄生性。
3、计算机硬件系统由哪几部份组成？简述各组成部分部份的基本功能？答：电子计算机硬件由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成，运算器和控制器集成在一起统称为中央处理器（CPU）。
计算机各部件通过总线连接形成有机整体，微机总线有三种：地址总线、控制总线和数据总线。
（1）、运算器的主要功能是：完成算术运算和逻辑运算；（2）、控制器的功能是：协调指挥计算机各部件工作；（3）、存储器的主要作用是：存储程序和数据，实现记忆的功能。
（4）、输入设备的功能是：输入数据并转换为机内信息存储；（5）、输出设备的作用是：将机内信息转换为便于识别、处理和使用的字符、图形，并输出显示。
4、什么是硬件？什么是软件？它们有何关系？答：计算机硬件是构成机器的电子、光电、电磁、机械等物理设备。
软件即是计算机中使用的各种各样的程序及其说明文档。
硬件与软件的关系是：硬件是软件运行的基础，软件扩充了硬件的功能。
5、什么是指令？计算机的指令由哪两部份组成？什么是程序？答：指令是计算机能实现的基本操作，指令均为二进制数形式，指令由操作码和地址码组成，操作码告诉计算机执行什么操作，地址码告诉计算机到哪个存储单元地址中读取参与操作的数据。
大学计算机-数据表示和逻辑基础
数值精确度：与处理能力相关
数据存储和处理所需要的硬件代价等
一般计算机中的数有两种常用表示格式：定点和浮点格式
定点数
*
*
计算机科学基础2011
01
定点格式数值范围有限：定长，16或32位
02
小数点固定在某一个位置
03
为了处理方便——定点纯小数和定点纯整数
定点纯小数
信息
信息特点
可传递性和共享性 信息必须依附于载体 信息的可处理性
信息技术
信息感测技术
电子计算机是信息处理机，是人脑功能的延伸，帮助人们更好地存储、检索、加工和再生信息，在计算机中，各种不同类型的数据全部是以“数字”表示，其形式可分为两类：数制和码制。
传感技术
测量技术
信息处理技术
2.2 数制(Number System) 数制：全称为记数（计数）体制 顺序记数，例如： 567. 1 多项式记数，例如：5102+6101+7100 +110-1 一般表达式： n：整数位；m：小数位； A：数码 0，1，...... N-1； R 为基数；Ri 权系数
八进制十进制（求幂相加法）
*
*
计算机科学基础2011
8=83+ 81+ 80=512+8+1=521
十六进制十进制（求幂相加法） 16=163+ 161+ 160=4096+16+1=4113
1
2
数制转换小结
*
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计算机科学基础2011
主要在十进制和二进制之间 二进制(八进制、十六进制)十进制 :求幂相加法 十进制二进制(八进制、十六进制) 整数部分: 除2(8、16)取余 小数部分: 乘2(8、16)取整 八进制二进制: 1位八进制对应3位二进制 十六进制二进制: 1位十六进制对应4位二进制 十六进制 二进制 八进制
第二章微型计算机基础知识
教学目标：
1.了解基本的逻辑电路和逻辑代数。 2. 掌握微机中基本部件的符号及性能。 3.掌握总线的基本概念、作用及使用。 4.掌握控制字的概念及用法。 5. 掌握依照控制字读写存储器的过程。 6.掌握微机系统的组成与分类 7.掌握微机的外部结构和基本工作原理
教学重点： 1. 掌握微机中基本部件的符号及性能。 2.掌握总线的基本概念、作用及使用。 3.掌握控制字的概念及用法。 4. 掌握依照控制字读写存储器的过程。 5.掌握微机的外部结构和基本工作原理 教学难点： 1.总线的基本概念、作用及使用 2.掌握控制字的概念及用法。 3.掌握依照控制字读写存储器的过程。
1.功能强 2.可靠性强 3.价格低 4.适应性强
5.周期短、见效快
6.体积小、重量轻、耗电省
7.维护方便
四、微型计算机的性能指标 衡量一台微机性能的优劣，主要由它的 系统结构、硬件组成、系统总线、外部设 备以及软件配置等因素来决定。具体体现 在以下几个主要技术指标上。 1.字长 微机的字长是指微处理器内部一次可以 并行处理二进制代码的位数。它与微处理 器内部寄存器以及CPU内部数据总线宽度 一致，字长越长，所表示的数据精度就越 高。
（2）第二个控制字是： CpEpLmEr =0001 即Er=1，令ROM放出数据。 也就是说，当Er为高电平，R0中的8位 数据就被送到W总线上去。这样的动作 不需等待 时钟脉冲的同步讯号。 （3）第三个控制字是： CpEpLmEr=1000 即Cp=1，这是命令PC加1,所以PC=0001 这是在取数周期完了时，要求PC进一步 ，以便为下一条指令准备条件。
六、存储器的符号
1.只读存储器(ROM) 只存储固定程序的存储器,一旦写入 后,一般不能改变。即不能再写入新的 字节，而只能从中“读”出其所存储的内 容。 (1)通用的写法是m×nROM
《计算机组成原理》课后题答案_清华大学出版_秦磊华_吴非··
1.l 解释下列名词摩尔定律：对集成电路上可容纳的晶体管数目、性能和价格等发展趋势的预测，其主要内容是：成集电路上可容纳的晶体管数量每18个月翻一番，性能将提高一倍，而其价格将降低一半。
主存: 计算机中存放正在运行的程序和数据的存储器，为计算机的主要工作存储器，可随机存取。
控制器：计算机的指挥中心，它使计算机各部件自动协调地工作。
时钟周期：时钟周期是时钟频率的倒数，也称为节拍周期或T周期，是处理操作最基本的时间单位。
多核处理器：多核处理器是指在一枚处理器中集成两个或多个完整的计算引擎(内核)。
字长：运算器一次运算处理的二进制位数。
存储容量: 存储器中可存二进制信息的总量。
CPI：指执行每条指令所需要的平均时钟周期数。
MIPS：用每秒钟执行完成的指令数量作为衡量计算机性能的一个指标，该指标以每秒钟完成的百万指令数作为单位。
CPU时间：计算某个任务时CPU实际消耗的时间，也即CPU真正花费在某程序上的时间。
计算机系统的层次结构：计算机系统的层次结构由多级构成，一般分成5级，由低到高分别是：微程序设计级，机器语言级，操作系统级，汇编语言级，高级语言级。
基准测试程序：把应用程序中使用频度最高的那那些核心程序作为评价计算机性能的标准程序。
软/硬件功能的等价性：从逻辑功能的角度来看，硬件和软件在完成某项功能上是相同的，称为软/硬件功能是等价的，如浮点运算既可以由软件实现，也可以由专门的硬件实现。
固件：是一种软件的固化，其目的是为了加快软件的执行速度。
可靠性：可靠性是指系统或产品在规定的条件和规定的时间内，完成规定功能的能力。
产品可靠性定义的要素是三个“规定”：“规定条件”、“规定时间”和“规定功能”。
MTTF：平均无故障时间，指系统自使用以来到第一次出故障的时间间隔的期望值。
MTTR：系统的平均修复时间。
MTBF：平均故障间隔时间，指相邻两次故障之间的平均工作时间。
可用性：指系统在任意时刻可使用的概率，可根据MTTF、MTTR和MTBF等指标计算处系统的可用性。
计算机理论基础 第二章 11.16
蓝洋专转本计算机理论基础 第二章
1.计算机的发展
早期的计算工具
算盘（中国，唐朝）
计算尺（欧洲，1622）
蓝洋专转本计算机理论基础 第二章
1.计算机的发展
1. 早期的计算工具
加减法器，（法国，1642，帕斯卡）
蓝洋专转本计算机理论基础 第二章
1.计算机的发展
1. 早期的计算工具
差分机，（英国，1812，巴贝奇）
1.主板的组成
蓝洋专转本计算机理论基础 第二章
1.主板的组成
蓝洋专转本计算机理论基础 第二章
主板的组成
1. CPU插座 2. 主存储器插槽 3. PCI总线扩展槽，（显卡、声卡、网卡）；AGP总 线扩展槽。 4. 芯片组：固定在主板上，协调微机系统的正常运 转。 5. BIOS芯片：固化在主板上一块 Flash ROM 芯片中 的一组机器语言程序。 6. CMOS芯片：易失性储存器，需要电池供电，存放 着与计算机硬件相关的一些参数（配置信息）。 蓝洋专转本计算机理论基础 第二章
蓝洋专转本计算机理论基础 第二章
CPU性能指标—高速缓存（cache)
1. cache是一种小容量高速缓冲存储器，直接制作在CPU 芯片内，速度几乎与CPU一样快，分一级和二级缓存， 其容量越大，级数越多，效果越显著 2. 程序运行时，一部分指令和数据会被预先成批拷贝到 Cache中 3. 当CPU需要从主存读（写）指令或数据时，先检查 Cache，若有直接从Cache中读取，若无再访问主存储 器 4. Cache具有透明性，它的内容不能由程序直接访问（对 程序员是透明的） 5. Cache的命中率：CPU需要的指令或数据在Cache中直接 蓝洋专转本计算机理论基础 第二章 找到的概率
大学计算机基础第二章习题与解析
第2章符号化、计算化与自动化1、易经是用0和1符号化自然现象及其变化规律的典型案例。
下列说法不正确的是_____。
(A)易经既是用0和1来抽象自然现象，同时又不单纯是0和1，起始即将0和1与语义“阴”和“阳”绑定在一起；(B)易经本质上是关于0和1、0和1的三画(或六画)组合、以及这些组合之间相互变化规律的一门学问；(C)易经仅仅是以自然现象为依托，对人事及未来进行占卜或算卦的一种学说；(D)易经通过“阴”“阳”(即0和1)符号化，既反映了自然现象及其变化规律，又能将其映射到不同的空间，反映不同空间事务的变化规律，例如人事现象及其变化规律。
答案：C解释：本题考核内容：考核0和1与易经A．A的描述完全正确；B．B的叙述也完全正确；C．不正确，易经不仅仅以自然现象为依托，对事及未来进行占卜或算卦的一种学说，他还是将现象抽象为符号，进行符号组合，利用符号组合表达自然现象；D．D的表述完全正确，易经既反映了自然现象及其变化规律，还反映不同空间事物的变化规律；具体内容请参考第二章视频“2. 0和1与易经”的“1.1～1.4”视频。
2、易经的乾卦是从“天”这种自然现象抽象出来的，为什么称其为“乾”而不称其为“天”呢？_____。
(A)易经创作者故弄玄虚，引入一个新的名词，其实没有必要；(B)易经的“乾”和“天”是不同的，“乾”是一种比“天”具有更丰富语义的事物；(C)“天”是一种具体事物，只能在自然空间中应用，若变换到不同空间应用，可能会引起混淆；而“乾”是抽象空间中的概念，是指具有“天”这种事务的性质，应用于不同的空间时不会产生这种问题；(D)易经创作者依据阴阳组合的符号特征，选择了更符合该符号的名字“乾”。
答案：C解释：本题考核内容：考核0和1与易经A不正确，易经并不是故弄玄虚的；B不正确，易经中“乾”为“天”，“乾”是抽象空间中的概念，是指具有“天”这种事务的性质所以B并不正确；C完全正确，“天”是具体事物，“乾”是抽象概念；D不正确，“乾”并不是因为阴阳组合而命名的；具体内容请参考第二章视频“2. 0和1与易经”的“1.1～1.4”视频。
大学计算机基础第2章 信息表示剖析
011 001 011 . 010 110
| | | | 3 1 3 . 2 因此 (11001011.01011)2=(313.26)8 | 6
2.2.4 非十进制数之间的转换 二进制转换为十六进制 24=16 •方法∶“四位一并法”。 •作法∶ 2→16时，从小数点开始，分别向左右两个 方向进行，把每四位合为一组(最后不足四位左右末 位补0)，然后对每四位二进制数用相应的十六进制数 码(0—F)表示。 •例2.5
（二）八进制﹑十六进制转换为二进制
•方法： “一分为三”（或 “一分为四”），8→2 时，把每一位八进制数码用三位二进制数码表示。 去除头尾多余的0。 •例2.6
2.2 数制及转换
使用计算器转换 整数 小数部分 例 (89)10 ＝ (1011001)2 (219)10 ＝ (DB)16 (0.3125)10 ＝ (0.0101)2
2.2数制及转换
常见进位计数制
第4页
十进制数与十六进制数之间，以及十进制数与八进制数之 间的转换可以二进制数为媒介。即
十六进制数
十进制数 二进制数 八进制数 书写时,一般采用下列方法表示各种进制: (1)数字做下标 (2)英文字母做后缀 B(Binary):二进制 D(Decimal):十进制 H(Hexadecimal) :十六进制 (4D)16=4DH
•整数表示的数值是精确的，但数值范围受机器字长 的限制。
2.3数值型数据的表示及运算
二、实数
•基本表示方法：用阶码和尾数来表示。如： 0.3429×106
↑ ↑
尾数 阶码 •为什么称为浮点数表示法？由于阶码可以取不同数 值，使得小数点的位置不固定，从而可以有多种形 式表示同一个实数。例如，1010.1011可以表示为： 10.101011×210 101010.11×2–10 0.10101011×2+100
大学计算机基础
第一章引论1.1计算机是一种现代化的信息处理工具，它对信息进行处理并提供结果，其结果（输出）取决于所接收的信息（输入）及相应的处理算法（程序）计算机科学与技术的核心包括计算机的设计、制造，以及运用计算机进行信息处理（获取、表示、存储、加工、控制）的相关理论、原则、方法和技术。
1.2计算机模型①黑盒模型：不考虑计算机内部结构②具有程序能力的数据处理机：该模型赋予了计算机极大的灵活性，程序是事先编制好并存放在计算机内部的③现代计算机模型：冯诺依曼不但给出了计算机的功能，还定义了计算机内部的结构。
计算机的五个组成部分输入设备——输入数据和程序。
运算器——执行各种算术运算和逻辑运算。
存储器——存储程序、原始数据、中间结果和最终结果。
控制器——控制计算机所有部件，协调整个系统的有序工作。
输出设备——输出程序的执行结果。
现代计算机被认为由三个子系统组成处理器子系统存储器子系统输入／输出子系统1.4计算机系统所谓“系统”是指由多个“子系统”组成的一个有机的“整体”。
计算机系统是一个大的概念，由硬件系统和软件系统组成，还包括所处理的数据和使用计算机的用户（计算机本身也只是计算机系统中的一部分）硬件系统：①处理器系统单个处理器芯片多核处理器芯片（芯片上集成了多个处理器）②存储器系统内存或主存（半导体材料，直接连处理器）外存或辅存（磁盘、光盘等，外置的独立部件）③输入输出系统与计算机相关的文档、程序、语言等都归类为软件软件系统：①系统软件：服务于计算机本身的软件②应用软件：解决特定问题的软件（APP）计算机是如何运行的通电后，CPU 执行启动程序BIOS，操作系统从外存被调入内存执行；BIOS 引导完成后，计算机由操作系统进行管理和控制1.5信息系统BIOS的基本任务：把存放在磁盘中的操作系统调入6 个要素：内存执行。
硬件软件数据／信息人／用户以计算机为职业的专业人员（约5%）和使用计算机的应用人员（约95%）过程／处理通信1.6①因特网：开放性，网络的目的是资源共享和通信②万维网：因特网上最大的一种服务，网络浏览技术应用1.7 计算机文化和计算思维计算机从装置成为学科再发展为文化计算机文化：理解计算机是什么，以及它如何被作为资源利用，并改变着人类的生活、学习和交流方式的。
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计算机科学基础2011
9
2.3 数制转换
二进制十进制(B D) 求幂相加——展开多项式
例2.3 把二进制数 1101.01转换为十进制数 1101.01 2 = 123+122+021+120+02-1+12-2 = 8 + 4 + 0 + 1 + 0 + 0.25 = 13.25 10
计算机科学基础2011 18
2015-1-5
常用数制及转换
D:十进制 B:二进制 O:八进制 X:十六进制
另：可以使用附件中的计算器完成转换。
2015-1-5 计算机中的数
机器数：用0、1 表示正负号的数 真值（尾数）：机器数对应的实际数值 如：01011、11011 是机器数 +1011、-1011是对应的真值
一般计算机中的数有两种常用表示格式： 定点和浮点格式
2015-1-5
计算机科学基础2011
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定点数
定点格式数值范围有限：定长，16或32位 小数点固定在某一个位置 为了处理方便——定点纯小数和定点纯整 数
2015-1-5
计算机科学基础2011
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定点纯小数
定点小数——小数点固定在数值部分最高位的左边
计算机科学基础2011
7
八进制 Octor
数码： 0、1、2、3、4、5、6、7 逢八进一
23=8：3位二进制=1位八进制 十六进制 Hexadecimal（中国传统衡器16进制）
数码 0、1、…… 9和A、B、C、D、E、F； 其中 A — F：对应十进制的 10 11 12 13 14 15 逢十六进一
计算机科学基础2011
十进制二进制小数部分：乘2取整
小数*2
取整
0.6875 2 1.3750 2 0.750 2 1.50 2 1.0
1
0 1
高
(0.6875)10 = (0.1011)2
低
1
计算机科学基础2011 12
2015-1-5
例：十进制二进制157. 87=？b
157 =128+29
第二章
数据表示及逻辑基础
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计算机科学基础2012
1
主要内容
2.1 概述 2.2 数制 2.3 数制转换 2.4 计算机中的数 2.5 编码和文本 2.6 多媒体数据 2.7 逻辑运算和门电路 2.8 逻辑设计基础
2015-1-5 计算机科学基础2011 2
2.1 概述
信息
信息通常以文字或声音、图像的形式来表现，使数据按有 意义的关联拓扑结构的结果，它和物质、能源一样是人们 赖依生存与发展的重要资源，人们通过信息可以认识各种 事物，借助信息的交流可以实现人和人的沟通，进行相互 协作，从而推动社会前进。
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反码
正数的反码与原码相同，负数的反码为对该数的原码除符 号位外各位取反。 例如，8位有符号数： +12反码 ：0000 1100 -12反码 ： 1111 0011
反码运算时，其符号位与数值一起参加运算。 符号位相加后，如果有 进位出现，则要把它送回到最低位去相加（循环进位）。运算结果亦为 反码。在转换为真值时，若符号位为0，数位不变；若符号位为1，应将 结果求反才是其真值。 采用反码运算较好的解决了原码运算所遇到的困难或问题，但由于循环 进位需要二次算术相加，延长了计算时间，这同样给电路带来麻烦。而 采用补码运算则可避免，所以现在机器中的算术运算普遍采用补码运算。
2015-1-5
计算机科学基础2011
15
十六进制 八进制 十六进制 二进制 八进制 十进制八进制 十进制二进制八进制 十进制十六进制
十进制二进制十六进制
2015-1-5
计算机科学基础2011
16
八进制十进制（求幂相加法） (1011)8=83+ 81+ 80=512+8+1=521 十六进制十进制（求幂相加法） (1011)16=163+ 161+ 160=4096+16+1=4113
24=16：4位二进制=1位十六进制
2015-1-5 计算机科学基础2011 8
常用数制
各种常用数制
(1) 二进制：0、1 (2) 十进制：0、1……9 逢二进一 逢十进一
(3) 八进制：0、1……7
(4) 十六进制：
逢八进一
逢十六进一
0、1……9、 A、B ……F （A、B ……F）
2015-1-5
N
im
A 2
i
n
i
只有 0 和 1 两个数码 每个数码都要乘以基数2的幂次，该幂次由每个数字 所在的位置决定 容易用物理状态表示——计算机的数制基础
二进制加法和乘法运算规则：
0＋0＝0 0＋1＝1 0×0＝0 0×1＝0 1＋0＝1 1×0＝0 1＋1＝10 1×1＝1
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十进制二进制：整数部分：除2取余
2 2 2 2 2 2 2 2
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173 86 43 21 10 5 2 1 0
…商86
余 1
20 最低位 21 22 23 24 25 26 27 最高位 11
…商43 余 0 …商21 余 1 …商10 余 1 …商 5 余 0 …商2 余 1 …商1 余 0 …商1 余 1
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例如，字母‘A’的ASCII编码是‘65’，对应的十 六进制值是‘41H’，在一个字节中的表示是：
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36
Unicode编码
通用多文种字符集
=128+16+13
=128+16+8+5 =
0.87=0.5+0.25+0.125 +0.00390625+…=0.11 100001
=128+16+8+4+1
27+24+23+22+20
=10011101b
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157.87= 10011101.1110000
计算机科学基础2011
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八进制 二进制(O B)
1 位八进制对应 3 位二进制 7 3 6 . 2 5 111 011 110 . 010 101
1100 . 0101 001 100 . 010 100 1 4 . 2 4
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计算机科学基础2011
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十六进制 二进制(H B)
1 位十六进制 对应 4 位二进制 A 3 F . 2 B 1010 0011 1111 . 0010 1011
阶码：表示小数点在该数中的位置，带符号整数 尾数：表示数的有效数值，可用整数或纯小数， 最高位必须是非零的有效位。
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32 bits
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2.5 编码和文本
数还有另外一种功用：码（Code） 编码的目的是为了便于标记特定的对象 设计编码时需要按照一定的规则——“码 制（Code System）” 重要概念
基础的文本编码就是ASCII
文本编码是计算机进行数据交换的基础
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32
ASCII码
ANSI制定，后为ISO 646
适用于英文，两种形式：7位码和8位码
7位二进制ASCII码
单字节字符编码方案，基本的文本数据
8位码是扩展ASCII码，See Appendix A
符号 小数点位置 数值部分
数的范围：（m+1）位定点整数格式的数N ｜N｜≤ 2m － 1。 绝对值大于该范围的数，使用“比例因子”调整。
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计算机科学基础2011
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浮点表示法
浮点：小数点浮动——科学计数法(指数)
123. 4567 = 0.1234567 103
容许的数值范围很大，硬件比较复杂 一个浮点数分为阶码和尾数两部分
2015-1-5 计算机科学基础2011 23
例：
计算：9-5 (1001)2-(0101)2
1001
－0101 0100
补码 补码
01001
＋11011
减法变加法
100100 舍去
定点数和浮点数
考虑数在计算机中的表示有以下几个因素
要表示的数的类型(小数、整数、实数等) 可能的数值范围：确定存储、处理能力 数值精确度：与处理能力相关 数据存储和处理所需要的硬件代价等
表示几乎世界上所有书写语言的字符编码标准 ——统一码、单一码、万国码 可支持超过百万个字符的编码
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计算机科学基础2011
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计算机中根据对数的不同运算采用不同的编码方法， 主要有原码、补码和反码三种
原码表示法
一个正数的原码和它的真值相同，符号位为0 负数的原码为这个数真值的绝对值，符号位为1
例如：+12 或 -12