Chapter 1. Introduction
Ø 计算机:黑盒,Output Data=f(Input Data, Program)
Ø Von Neumann模型:内存(Memory)、算术逻辑单元(Arithmetic Logic Unit)、控制单元(Control Unit)、输入/输出(Input/Output)
CPU=Arithmetic Logic Unit + Control Unit
Ø 程序(Program):A sequence of instructions
算法(Algorithm):Step-by-step solution to solve problem
Ø 三个时期:Mechanical Machines、Electronic Computers、Computer Generations(Vacuum Tube、Transistor、Integrated Circuit、Micro-computer、Laptop and Palmtop)
Ø 第一台计算机:EDVAC,Electronic Discrete Variable Automatic Computer
Chapter 2 Data Representation
Ø 数据类型:文本text,数字number,图像image,音频audio,视频video。->多媒体multimedia
Ø 数据存储形式:
u 位bit是计算机可以存储的最小单位(0或1)
u 位模式bit pattern:一串“位”a string of bits
u 内存以位模式的形式存储数据,输入/输出设备的作用是解释位模式的数据类型
Ø 文本数据
u 由语言中字符数的多少来决定位模式的长度,两者呈对数关系:
u ASCII:
l American Standard Code for Information Interchange
l 7 bits,128 symbols,0000000-1111111
l First pattern(0000000)代表“空null”
l Last pattern(1111111)代表“删除delete”
l 31个控制符control characters,不可打印
l 数字(0-9)在字母前
l 多个可打印字符
l 大写字母Uppercase letters(A-Z)出现在小写字母Lowercase letters(a-z)前
l 大小写字母只想差一位:右侧数第六位,小写字母为1,大写字母为0
l 大小写字母间有六个特殊字符
u Extended ASCII
l 在ASCII前增加一位0
l 不同厂商之间未能统一
u EBCDIC
l Extended Binary Coded Decimal Interchange Code
l IBM使用
u Unicode
l 16 bits,65536 symbols
l 英语之外的符号
l 不同节表示不同的语言
u ISO
l International Organization for Standardization
l 32 bits, 4294967296 symbols
Ø 数字
u 二进制Binary system
u 类似于ASCII编码并不用于表示数字
Ø 图像
u 位图Bitmap Graphic
l 像素pixel, picture elements;分辨率resolution
l 每像素安排一个bit pattern。若为黑白,则1 bit;若为四阶灰,2 bits;若彩色,RGB(Red, Green, Blue),8 bits each,24位真色彩True color
u 矢量图Vector Graphic
l 由曲线Curves和直线Lines组成
l 由数学公式mathematical formula表示
l 不失真
Ø 音频
u 模拟数据analog data->数字数据digital data
u 音频源Audio->抽样Sampling->量化Quantization->编码Coding->二进制位模式Binary Pattern
Ø 视频
u 连续的图像:帧frames
Ø 十六进制表示法Hexadecimal Notation
u 16 symbols:0123456789ABCDEF
u 位模式表示为十六进制查看更清晰
u 4-bit pattern可由一个十六进制的字符表示,反之亦然
u 表示:数据前加小写x或在数据后用下标16标注
Ø 八进制表示法Octal Notation
u 8 symbols:01234567
u 3-bit pattern可由一个八进制字符表示,反之亦然
u 表示:数字前加数字0(有时也用小写字母o)或在数字后用下标8标注
Chapter 3 Number Representation
Ø 十进制与二进制
u 二进制->十进制:按位乘权重后相加
u 十进制->二进制:整数部分循环除以2后余数由低位向高位排列直至商为0,小数部分循环乘以2取整直至积为0
Ø 整数的表示
u 整数:正数、负数;无符号,带符号(原码,反码,补码)
u 溢出overflow:超出最大的存储范围
u 无符号整型Unsigned Integer Format:
l 表示:转换为二进制,左侧补零
l 翻译:转换为十进制
l 应用:计数Counting;寻址Addressing
u 原码(符号+绝对值)Sign-and-Magnitude
l 表示:忽略符号转换为二进制,补零至N-1位,第一位根据符号补全(1->负号,0->正号)
l 翻译:忽略符号位转换为十进制,添加符号
l 应用:数模转换
l 特点:第一位存储符号;存在两个0(+0;-0)
u 反码One’s Complement
l 表示:忽略符号转换为二进制,左侧补零,正数不变,负数取反
l 翻译:0开头->转换为十进制;1开头->取反,转换为十进制,加负号
l 应用:数据交互
l 特点:第一位存储符号;正数原码,负数反码;存在两个0(+0;-0);正数取反得相应负数,负数取反得相应正数,两次取反得到原数
u 补码Two’s Complement
l 表示:忽略符号转换为二进制,左侧补零,根据符号取反(正数不变,负数右起第一个1左侧各位取反)
l 翻译:0开头->二进制转换为十进制,添加正号;1开头->右起第一个1左侧各位取反,转换为十进制,添加符号
l 应用:目前计算机存储
l 特点:只包含一个0;起点比相同位反码小1;正数的补码是相应的负数,负数的补码是相应的正数,两次补码得到原数
Ø 超码Excess System
l 表示:整数与幻数magic number(一般为或,在Excess_后给出,如Excess_127)相加,转换为二进制,左侧补零
l 翻译:转换为十进制,减去幻数
l 应用:用于存储指数部分
Ø 浮点型Floating-Point:整数integer+小数Fraction
u 构成:符号Sign+指数Exponent+尾数mantissa
l 符号:一位,0或1
l 指数:底数为2,包含符号,使用超码表示
l 尾数:小数点后部分,使用无符号整型表示
u 归一化Normalization:对于二进制,移动小数点使小数点左侧只保留一个1。移动小数点e位,向左移动乘,向右移动乘。
u 表示:(以单精度为例)存储符号(”0”->”+”,”1”->”-“),以超码的形式(Excess_127)存储指数部分(2为底数),以无符号整型存储尾数部分(1与小数点省略。)
u 解释:(以单精度为例)最左位为符号;接下来8位加上127,作为指数部分;为接下来的23位添加“1”和小数点,可忽略最右侧的“0”;移动小数点到正确位置;转换为十进制。
Chapter 4 Operations on Bits
Ø Arithmetic Operations
u 乘,叠加Multiplication,repeated addition;除,叠减Division,repeated subtraction
u 补码加法:按位加减,逢2进1(carry),最左侧进位舍弃
u 补码减法:加上另一个数的补码
u 溢出overflow:an error that occurs when you try to shore a number that is not within the range defined by the allocation.
u 浮点数运算
l 检查符号:
n 相同:直接加减并指定符号
n 不同:比较绝对值,大数减小数,使用大数符号
l 移动小数点使指数相同(指数小的尾数小数点左移)
l 尾数加减(整数、小数)
l 结果归一化
l 检查溢出
Ø Logical Operations
u 一元操作Unary operator & 二元操作
u 真值表True Tables
l 非门Not Operator:NOT(0)->1;NOT(1)->0
l 与门AND Operator:(0)AND(X)->0;(X)AND(0)->0
l 或门Or Operator:(1)OR(X)->1;(X)OR(1)->1
l 异或门XOR Operator:(1)XOR(X)->NOT(X);(X)XOR(1)->NOT(X)
u 掩码Mask
l AND:复位(0复位,1不变)
l OR:置位(1置位,0不变)
l XOR:反转(1反转,0不变)
u 移位Shift Operations
l 只适用无符号整型
l 右移:弃最右位,左补0,除进制
l 左移:弃最左位,右补0,乘进制