第1章計(jì)算機(jī)與數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)（computer），俗稱電腦，曾被稱為“智力工具”，因?yàn)樗梢酝瓿赏ǔＪ怯赡X力勞動(dòng)來(lái)執(zhí)行的任務(wù)。計(jì)算機(jī)擅長(zhǎng)快速計(jì)算、大量數(shù)據(jù)的處理，以及在大型信息庫(kù)中搜索等工作。與人工完成這些工作相比，計(jì)算機(jī)要快得多，也準(zhǔn)確得多。使用計(jì)算機(jī)是對(duì)人類智力的一大補(bǔ)充。1.1馮?諾依曼的定義在1940年以前出版的字典中，“Computer”被定義為“執(zhí)行計(jì)算任務(wù)的人”。當(dāng)時(shí)雖然一些機(jī)器也能執(zhí)行計(jì)算任務(wù)，但它們被稱為計(jì)算器，而不叫計(jì)算機(jī)。1940年，應(yīng)第二次世界大戰(zhàn)中軍事需要而開發(fā)的第一臺(tái)電子計(jì)算裝置問世之后，人們才開始使用“計(jì)算機(jī)”這一術(shù)語(yǔ)。1.1馮?諾依曼的定義英國(guó)的一臺(tái)名叫“巨人”（Colossus）的計(jì)算機(jī)早在1943年就投入了運(yùn)行，用于破譯德國(guó)的密碼，但由于英國(guó)政府在1970年之前一直對(duì)它保密，人們并不了解。因此，一般認(rèn)為，美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)于1946年2月14日研制成功的ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorandCalculator，電子數(shù)字積分器和計(jì)算器）是世界上第一臺(tái)多功能電子數(shù)字計(jì)算機(jī)（又稱通用電子數(shù)字計(jì)算機(jī)），如圖1-1所示。1.1馮?諾依曼的定義圖1-1世界上第一臺(tái)多功能電子數(shù)字計(jì)算機(jī)ENIAC1.1馮?諾依曼的定義以JohnW.Mauchly和J.PresperEckert為首的小組于1943年開始研發(fā)ENIAC，這在當(dāng)時(shí)來(lái)說(shuō)是一臺(tái)巨大的多用途電子計(jì)算機(jī)，主要用來(lái)為美國(guó)陸軍計(jì)算彈道表，但是直到第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后3個(gè)月，即1945年11月才制造完成。ENIAC長(zhǎng)30.48米，寬1米，占地面積約170平方米，有30個(gè)操作臺(tái)，重達(dá)30噸，耗電量150千瓦，造價(jià)48萬(wàn)美元。它包含了17468個(gè)真空管，7200個(gè)水晶二極管，70000個(gè)電阻器，10000個(gè)電容器，1500個(gè)繼電器，6000多個(gè)開關(guān)，每秒執(zhí)行5000次加法或400次乘法，是繼電器計(jì)算機(jī)的1000倍、手工計(jì)算的20萬(wàn)倍。需要手工連接電纜并設(shè)置6000個(gè)開關(guān)進(jìn)行編程——這個(gè)過程一般需要兩天的時(shí)間來(lái)完成。與此同時(shí)，同樣類型的被稱為EDSAC的計(jì)算機(jī)由英國(guó)劍橋大學(xué)的MauriceWilkes研制成功。1.1馮?諾依曼的定義ENIAC1946年2月15日被正式捐獻(xiàn)給了賓夕法尼亞大學(xué)莫爾電機(jī)工程學(xué)院，之后立即投入到原子能和新型導(dǎo)彈彈道技術(shù)的計(jì)算中。ENIAC此后進(jìn)行過幾次升級(jí)，一直使用到1955年。1.1馮?諾依曼的定義1945年，一組工程師開始為美國(guó)軍方的一個(gè)秘密項(xiàng)目工作，他們要研制“電子離散變量自動(dòng)計(jì)算機(jī)”（ElectronicDiscreteVariableAutomaticcomputer，EDVAC）。當(dāng)時(shí)，杰出的數(shù)學(xué)家約翰?馮?諾依曼以“關(guān)于EDVAC的報(bào)告草案”為題，起草了長(zhǎng)達(dá)101頁(yè)的總結(jié)報(bào)告，在報(bào)告中對(duì)EDVAC計(jì)劃進(jìn)行描述，廣泛而具體地介紹了制造電子計(jì)算機(jī)和程序設(shè)計(jì)的新思想。這個(gè)報(bào)告被視為“計(jì)算機(jī)科學(xué)的歷史上最具影響力的論文”，是最早對(duì)計(jì)算機(jī)部件明確給出定義并描述了它們功能的文獻(xiàn)之一，是計(jì)算機(jī)發(fā)展史上一個(gè)劃時(shí)代的文獻(xiàn)。第一臺(tái)基于馮?諾依曼思想的計(jì)算機(jī)于1950年在美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)誕生，即EDVAC（圖1-2）。1.1馮?諾依曼的定義圖1-2EDVAC（電子離散變量自動(dòng)計(jì)算機(jī)）1.1馮?諾依曼的定義基于馮?諾依曼提出的概念，我們可以把計(jì)算機(jī)定義為一個(gè)能接受輸入、處理數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生輸出的設(shè)備，如圖1-3所示。圖1-3馮?諾依曼模型1.1馮?諾依曼的定義1）接受輸入。所謂“輸入”主要是指把信息送進(jìn)計(jì)算機(jī)的過程。輸入可能是由人、環(huán)境或其他計(jì)算機(jī)所提供的。計(jì)算機(jī)可以處理多種類型的輸入，例如，文檔里的單詞和符號(hào)，用于計(jì)算的數(shù)字、圖形、溫度計(jì)的溫度、麥克風(fēng)的音頻信號(hào)以及完成某個(gè)處理過程的指令，等等。輸入設(shè)備收集輸入信息，并把它們轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)可以處理的形式。通常鍵盤是主要的輸入設(shè)備。1.1馮?諾依曼的定義2）處理數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)泛指那些代表某些事實(shí)和思想的符號(hào)。計(jì)算機(jī)可以用很多方法操作數(shù)據(jù)，而我們將這種操作稱為“處理”。例如，計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)的方式包括：執(zhí)行計(jì)算，對(duì)詞匯或數(shù)字的列表進(jìn)行排序，按用戶指令修改文檔或圖片，以及繪圖等。在計(jì)算機(jī)術(shù)語(yǔ)里，我們把處理定義為計(jì)算機(jī)操作數(shù)據(jù)時(shí)采取的一系列系統(tǒng)性活動(dòng)。計(jì)算機(jī)在一個(gè)稱為中央處理器（CPU）的設(shè)備中處理數(shù)據(jù)。3）存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)必須能存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，以便處理數(shù)據(jù)。依照數(shù)據(jù)被使用的方式不同，計(jì)算機(jī)通常在不只一個(gè)地方儲(chǔ)存數(shù)據(jù)。對(duì)于正等待被處理的數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)把它們放到一個(gè)地方（內(nèi)存）；當(dāng)數(shù)據(jù)不需要立即處理時(shí)，計(jì)算機(jī)又把它們放到另一個(gè)長(zhǎng)期保存數(shù)據(jù)的地方（外存）。1.1馮?諾依曼的定義4）產(chǎn)生輸出?！拜敵觥笔侵赣?jì)算機(jī)生成的結(jié)果，也指產(chǎn)生輸出結(jié)果的過程。報(bào)表、文檔、音樂、圖形、圖片都是計(jì)算機(jī)輸出的形式。輸出設(shè)備用來(lái)顯示、打印或傳輸計(jì)算機(jī)的處理結(jié)果。馮?諾依曼對(duì)計(jì)算機(jī)所做的定義仍然適用于今天的幾乎所有的計(jì)算機(jī)。1.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一般包括硬件和軟件。硬件是指計(jì)算機(jī)本身和被稱為外圍設(shè)備的部件，即操作數(shù)據(jù)的電子和機(jī)械設(shè)備。外圍設(shè)備擴(kuò)展了計(jì)算機(jī)的輸入、輸出和存儲(chǔ)能力。計(jì)算機(jī)硬件本身并不提供所謂的有用“智力工具”，為使計(jì)算機(jī)具有使用價(jià)值，還需要使用計(jì)算機(jī)軟件。軟件中的程序是一些指令的集合，它告訴計(jì)算機(jī)如何執(zhí)行某個(gè)特定的任務(wù)。在與其他計(jì)算機(jī)連接后，人們可以共享信息，計(jì)算機(jī)的效用就大了。1.2.1計(jì)算機(jī)分類按照傳統(tǒng)分類方法，依據(jù)計(jì)算機(jī)的處理能力，通常計(jì)算機(jī)被從低到高依次分成四類，即微型、小型、大型和巨型計(jì)算機(jī)。一臺(tái)計(jì)算機(jī)被劃歸哪一類，主要由它的技術(shù)、功能、物理尺寸、性能和成本等因素來(lái)決定。隨著技術(shù)的發(fā)展，分類標(biāo)準(zhǔn)也在發(fā)生變化，類別之間的界限并不十分清晰。當(dāng)功能更強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)出現(xiàn)后，分類界限也會(huì)隨之上移。1.2.1計(jì)算機(jī)分類微型計(jì)算機(jī)（圖1-4）一般用在家庭、辦公場(chǎng)合和小型機(jī)構(gòu)里，或者作為大型系統(tǒng)的工作終端（有時(shí)又稱智能終端）。衡量微型計(jì)算機(jī)能力的一個(gè)指標(biāo)是它的處理器速度。可以以單機(jī)方式使用微型計(jì)算機(jī)，也可以連接到其他計(jì)算機(jī)（網(wǎng)絡(luò)），與別的用戶共享數(shù)據(jù)和程序。但是，即使連接到其他計(jì)算機(jī)，它主要還是處理屬于其自己（終端）的工作任務(wù)。1.2.1計(jì)算機(jī)分類圖1-4微型計(jì)算機(jī)1.2.1計(jì)算機(jī)分類小型計(jì)算機(jī)比微型計(jì)算機(jī)處理能力更強(qiáng)，它可以同時(shí)執(zhí)行多個(gè)人的處理任務(wù)，這些人都通過終端與小型計(jì)算機(jī)相連。所謂終端實(shí)際上是—個(gè)由鍵盤和顯示屏組成的輸入/輸出設(shè)備，沒有處理數(shù)據(jù)的能力。當(dāng)終端發(fā)出一個(gè)處理請(qǐng)求時(shí)，該請(qǐng)求被傳送到小型計(jì)算機(jī)主機(jī)，主機(jī)按要求處理數(shù)據(jù)，然后把結(jié)果送回終端。大型機(jī)是高速、昂貴的計(jì)算機(jī)，通常用在大型信息機(jī)構(gòu)中，為大量數(shù)據(jù)提供集中化的存儲(chǔ)、操作和管理。大型機(jī)可以為許多用戶同時(shí)提供處理服務(wù)，用戶只需在自己的終端輸入處理請(qǐng)求。與小型計(jì)算機(jī)相比，大型機(jī)能為更多的用戶服務(wù)。為了處理大量數(shù)據(jù)，當(dāng)可靠性、安全性和集中控制等因素非常重要時(shí)，就要考慮使用大型機(jī)。1.2.1計(jì)算機(jī)分類巨型計(jì)算機(jī)（又稱超級(jí)計(jì)算機(jī)）實(shí)際上是一個(gè)巨大的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（圖1-5），一般每秒可執(zhí)行百萬(wàn)億條指令，主要用來(lái)承擔(dān)重大的科學(xué)研究、國(guó)防尖端技術(shù)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的大型計(jì)算課題及數(shù)據(jù)處理任務(wù)。如大范圍天氣預(yù)報(bào)，整理衛(wèi)星照片，原子核物的探索，研究洲際導(dǎo)彈、宇宙飛船等，制定國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展計(jì)劃。這些任務(wù)因其項(xiàng)目繁多，時(shí)間性強(qiáng)，要綜合考慮各種各樣的因素，依靠巨型計(jì)算機(jī)能較順利地完成。1.2.1計(jì)算機(jī)分類圖1-5巨型計(jì)算機(jī)及其內(nèi)部1.2.1計(jì)算機(jī)分類我國(guó)是世界上少數(shù)幾個(gè)能夠研制和生產(chǎn)超級(jí)計(jì)算機(jī)的國(guó)家之一。由國(guó)防科技大學(xué)研制的“銀河”、“天河”系列計(jì)算機(jī)不僅使我國(guó)成為世界上少數(shù)幾個(gè)能發(fā)布中期數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的國(guó)家，而且對(duì)重大自然災(zāi)害的預(yù)報(bào)能力也明顯提高。在2013年6月17日德國(guó)萊比錫召開的國(guó)際超級(jí)計(jì)算大會(huì)上，世界超級(jí)計(jì)算機(jī)TOP500組織正式發(fā)布了第41屆世界超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)排名榜，國(guó)防科技大學(xué)研制的天河二號(hào)超級(jí)計(jì)算機(jī)（圖1-6），以峰值計(jì)算速度每秒5.49億億次、持續(xù)計(jì)算速度每秒3.39億億次雙精度浮點(diǎn)運(yùn)算的優(yōu)異性能位居榜首。1.2.1計(jì)算機(jī)分類圖1-6銀河巨型機(jī)I（左圖）和天河二號(hào)超級(jí)計(jì)算機(jī)1.2.1計(jì)算機(jī)分類本書主要討論微型計(jì)算機(jī)，因?yàn)槿藗冏钣锌赡苁褂眠@種類型的計(jì)算機(jī)，然而，其概念大多同樣適用于小型機(jī)、大型機(jī)和巨型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。1.2.2軟件軟件用來(lái)指揮計(jì)算機(jī)執(zhí)行某些特定的任務(wù)，告訴計(jì)算機(jī)如何與用戶交互，如何處理用戶數(shù)據(jù)等。沒有軟件的計(jì)算機(jī)，只是一個(gè)帶有電源開關(guān)的“擺設(shè)”，就像沒有唱片的唱機(jī)、沒有CD盤片的CD播放機(jī)。如今軟件得到迅速發(fā)展，對(duì)于成千上萬(wàn)形形色色的任務(wù)，你都能找到完成這些任務(wù)的軟件。在本書的大多數(shù)章節(jié)，我們都以Windows7和Office2013為軟件基礎(chǔ)環(huán)境，來(lái)介紹相關(guān)的學(xué)習(xí)內(nèi)容。但由于軟件本身所具有的兼容性，讀者在學(xué)習(xí)時(shí)所運(yùn)用的具體計(jì)算機(jī)的軟件環(huán)境即使有所不同（例如是WindowsXP和Office2003），一般也不會(huì)影響到對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解。1.2.3微型計(jì)算機(jī)的兼容性全世界有許許多多公司都在生產(chǎn)微型計(jì)算機(jī)，但這些微型計(jì)算機(jī)都基于有限的幾種計(jì)算機(jī)平臺(tái)，當(dāng)前主要的微型計(jì)算機(jī)平臺(tái)是PC和Mac。美國(guó)蘋果（Apple）公司首創(chuàng)了個(gè)人計(jì)算機(jī)，在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的發(fā)展中建立起了眾多的里程碑，無(wú)論是在硬件界面設(shè)計(jì)，還是在軟件界面設(shè)計(jì)，都起了關(guān)鍵性的作用。蘋果公司不但在世界上最先推出塑料機(jī)殼的一體化個(gè)人計(jì)算機(jī)，倡導(dǎo)圖形用戶界面和運(yùn)用鼠標(biāo)，而且采用連貫的工業(yè)設(shè)計(jì)語(yǔ)言不斷推出令人耳目一新的計(jì)算機(jī)，如著名的蘋果II型機(jī)（圖1-7）、Mac系列機(jī)、牛頓掌上計(jì)算機(jī)、Powerbook筆記本計(jì)算機(jī)等。1998年蘋果公司推出了全新的iMac計(jì)算機(jī)。1.2.3微型計(jì)算機(jī)的兼容性這些努力徹底改變了人們對(duì)計(jì)算機(jī)的看法和使用方式，使日常工作變得更加友善和人性化。由于蘋果公司一開始就密切關(guān)注每個(gè)產(chǎn)品的細(xì)節(jié)，并在后來(lái)的一系列產(chǎn)品中始終如一地關(guān)注設(shè)計(jì)，從而成了有史以來(lái)最有創(chuàng)意的設(shè)計(jì)組織。圖1-7蘋果II計(jì)算機(jī)1.2.3微型計(jì)算機(jī)的兼容性PC（個(gè)人計(jì)算機(jī)）是基于IBM公司生產(chǎn)的第一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)（IBMPC）的體系結(jié)構(gòu)，它使用標(biāo)準(zhǔn)的可購(gòu)買部件?，F(xiàn)在，包括惠普（HP）、聯(lián)想、戴爾（Dell）等許多公司都在生產(chǎn)PC。為PC設(shè)計(jì)的軟件常被稱為Windows軟件，因此，也把PC平臺(tái)稱為Windows平臺(tái)。1.2.3微型計(jì)算機(jī)的兼容性所謂兼容機(jī)，是指它們的運(yùn)行方式在本質(zhì)上相同。如果兩個(gè)計(jì)算機(jī)平臺(tái)可以使用相同的軟件，連接相同的外設(shè)，就稱它們是兼容的。但并不是所有的微型計(jì)算機(jī)都彼此兼容。PC和Mac機(jī)被視為不兼容的平臺(tái)，因?yàn)樗鼈儾荒苁褂孟嗤挠布O(shè)備，不能運(yùn)行相同的軟件，除非添加必要的硬件或軟件來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。過去，在不同平臺(tái)間共享數(shù)據(jù)非常困難，甚至是不可能的。在當(dāng)前廣泛應(yīng)用的微型計(jì)算機(jī)中，有90％是PC，因此，本書主要討論P(yáng)C平臺(tái)。1.2.4外圍設(shè)備所謂“外圍設(shè)備”是指那些可以附加到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中用來(lái)加強(qiáng)計(jì)算機(jī)功能的設(shè)備，例如，打印機(jī)是常用的外圍設(shè)備。雖然鍵盤、監(jiān)視器、鼠標(biāo)和光盤驅(qū)動(dòng)器等設(shè)備一般都包含在計(jì)算機(jī)的基本系統(tǒng)中，但有時(shí)也被歸為外圍設(shè)備。外圍設(shè)備能擴(kuò)充或改變基本的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。例如，買計(jì)算機(jī)時(shí)—般配備鼠標(biāo)，但用戶可能更喜歡使用跟蹤球；可能需要增加掃描儀輸入圖像來(lái)擴(kuò)充計(jì)算機(jī)的功能；配置調(diào)制解調(diào)器可以將計(jì)算機(jī)連接到電話系統(tǒng)中，從而可以訪問存儲(chǔ)在其他計(jì)算機(jī)中的信息等。當(dāng)購(gòu)買一個(gè)外圍設(shè)備時(shí)，通常附有專門設(shè)計(jì)的軟件（設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序），Windows操作系統(tǒng)提供了“即插即用”功能以實(shí)現(xiàn)外圍設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的自動(dòng)安裝。1.2.5計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一組連接在一起，為實(shí)現(xiàn)共享數(shù)據(jù)、硬件和軟件等的計(jì)算機(jī)和其他設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)用戶可以向網(wǎng)上其他用戶發(fā)送消息或從中心存儲(chǔ)設(shè)備上檢索數(shù)據(jù)。使用網(wǎng)絡(luò)上的計(jì)算機(jī)與使用獨(dú)立的計(jì)算機(jī)并無(wú)太多不同，只是你因此能訪問更多數(shù)據(jù)，能與他人通信。世界上最大的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是因特網(wǎng)（Internet），它提供了遍及全球數(shù)百萬(wàn)臺(tái)計(jì)算機(jī)之間的互聯(lián)，提供了許多信息服務(wù)，其中最常用的應(yīng)用是萬(wàn)維網(wǎng)（WWW），簡(jiǎn)稱為Web。1.2.5計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)必須能阻止非授權(quán)訪問以保護(hù)其所保存的數(shù)據(jù)。大多數(shù)機(jī)構(gòu)通過要求用戶使用唯一的用戶名和密碼進(jìn)行登錄以限制對(duì)網(wǎng)上軟件和數(shù)據(jù)的訪問。1.3用戶界面要有效地使用計(jì)算機(jī)作為智力工具，必須與其通信，例如告訴計(jì)算機(jī)要執(zhí)行的任務(wù)，精確地解釋計(jì)算機(jī)提供的信息等。這些人與計(jì)算機(jī)通信的手段被稱為用戶界面。用戶界面是用來(lái)幫助用戶與計(jì)算機(jī)相互通信的軟件與硬件的結(jié)合體，控制用戶界面的軟件定義了界面特性，例如，是通過操縱圖形對(duì)象還是鍵入命令來(lái)完成任務(wù)等。常用的軟件界面要素有提示、向?qū)?、命令、菜單、?duì)話框和圖形對(duì)象等，而硬件界面的要素則包括指示設(shè)備、鍵盤和監(jiān)視器等。常見的桌面操作系統(tǒng)都使用基本類似的圖形用戶界面（GraphicalUserInterface，GUI）。1.3用戶界面現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)大多數(shù)都具有圖形用戶界面的功能。圖形用戶界面提供了用鼠標(biāo)點(diǎn)擊來(lái)選擇菜單選項(xiàng)并操作屏幕上顯示的圖形對(duì)象的方式。圖形用戶界面最初是由著名的XeroxPARC（施樂）公司的研究機(jī)構(gòu)設(shè)想出來(lái)的。1984年，蘋果計(jì)算機(jī)公司的研制者成功地將這一概念運(yùn)用到商業(yè)中，在當(dāng)時(shí)深受歡迎的Macintosh計(jì)算機(jī)上首次使用了具有圖形用戶界面的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件。但是，直到1992年發(fā)布的Windows3.1成為絕大多數(shù)PC機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配備時(shí)，圖形用戶界面才真正成為PC機(jī)市場(chǎng)的主流。1.3.1提示“提示”是計(jì)算機(jī)顯示的消息，要求用戶響應(yīng)提示，輸入信息或按照指令操作。在“提示”用戶界面中，需要人與計(jì)算機(jī)進(jìn)行對(duì)話。但是，提示對(duì)話的交互過程是線性的，用戶必須從頭開始并順序響應(yīng)每一個(gè)提示；第二，由于人類自然語(yǔ)言的模糊性，如果一個(gè)提示內(nèi)容不清楚，對(duì)話就不能正常進(jìn)行。一般情況下，PC機(jī)軟件都使用“向?qū)А睂?duì)話形式。向?qū)且唤M屏幕提示，指導(dǎo)用戶通過多步操作完成軟件任務(wù)。向?qū)СＪ褂脠D形來(lái)幫助解釋提示，并允許用戶回退和修改響應(yīng)信息。1.3.2命令命令即用戶輸入以告訴計(jì)算機(jī)執(zhí)行任務(wù)的指令，例如早期的微型機(jī)DOS界面和大型機(jī)界面。命令中的每個(gè)詞都將導(dǎo)致計(jì)算機(jī)的特定動(dòng)作，命令字通常是英文單詞，如print、list等，但是，有些命令字含義模糊，例如，ls表示列表，cls表示清除屏幕，而“!”表示退出。1.3.2命令輸入的命令要遵守特殊的語(yǔ)法。語(yǔ)法表示命令字、參數(shù)的序列和標(biāo)點(diǎn)。如果拼錯(cuò)了命令、丟掉了所需要的標(biāo)點(diǎn)或者命令字順序出錯(cuò)，將出現(xiàn)語(yǔ)法錯(cuò)誤，計(jì)算機(jī)將顯示出錯(cuò)消息。顯示出錯(cuò)消息時(shí)，必須找出命令是在何處出錯(cuò)，并重新鍵入正確命令。用戶鍵入命令的界面稱為“命令提示符”（圖1-8，Windows“開始”菜單中的“附件”>“命令提示符”）。在“命令提示符”界面中，通常可以鍵入help命令來(lái)尋求幫助，或者需要閱讀用戶參考手冊(cè)。1.3.2命令圖1-8DOS命令提示符界面1.3.3菜單和對(duì)話框命令提示符界面中的命令字和語(yǔ)法很難記住，菜單就是為克服這樣的困難而開發(fā)的。菜單顯示了一組命令或選項(xiàng)，每行菜單稱為菜單項(xiàng)或菜單條，如圖1-9所示。圖1-9使用菜單1.3.3菜單和對(duì)話框菜單是常用的用戶界面元素。使用菜單時(shí)，只要在列表中選擇所需要的命令即可。因?yàn)榱斜碇兴械拿疃际怯行У?，所以不?huì)產(chǎn)生語(yǔ)法錯(cuò)誤。更大的菜單選項(xiàng)如子菜單和對(duì)話框。子菜單是在主菜單中選擇一項(xiàng)后，計(jì)算機(jī)繼續(xù)顯示的一組附加命令。有時(shí)，一個(gè)子菜單還會(huì)繼續(xù)顯示更進(jìn)一步的子菜單來(lái)提供更多的命令選項(xiàng)。有些菜單會(huì)導(dǎo)出對(duì)話框，在其中顯示與命令有關(guān)的選項(xiàng)，用戶需要填充該對(duì)話框以指示如何執(zhí)行命令，如圖1-10所示。對(duì)話框中顯示了一些屏幕“控制項(xiàng)”，比如按鈕和列表等，可以用鼠標(biāo)操作來(lái)指定設(shè)置和命令參數(shù)。1.3.3菜單和對(duì)話框圖1-10使用對(duì)話框1.3.4圖形對(duì)象圖形用戶界面基于能用鼠標(biāo)或其他輸入設(shè)備操縱的圖形對(duì)象。每種圖形對(duì)象都代表一種計(jì)算機(jī)任務(wù)、命令或現(xiàn)實(shí)對(duì)象。圖標(biāo)和窗口在桌面上顯示，圖標(biāo)是代表程序、文件或硬件設(shè)備的小圖片，而窗口是能容納程序、數(shù)據(jù)或控件的矩形工作區(qū)（圖1-11）。1.3.4圖形對(duì)象圖1-11圖形對(duì)象1.3.4圖形對(duì)象圖形對(duì)象是GUI的關(guān)鍵元素。GUI建立在使人們能夠直觀地使用計(jì)算機(jī)的思想基礎(chǔ)上，即用戶只需最少的訓(xùn)練就可以操作表示任務(wù)或命令的屏幕對(duì)象。除了顯示圖形對(duì)象外，GUI還經(jīng)常顯示菜單和提示，因?yàn)樵O(shè)計(jì)人員發(fā)現(xiàn)，很難用圖標(biāo)和工具來(lái)表示所有可能的任務(wù)。通常，軟件程序的所有命令都會(huì)顯示在菜單中，而最常用的命令會(huì)使用圖形對(duì)象來(lái)表示。1.3.5指示設(shè)備指示設(shè)備又稱定點(diǎn)設(shè)備。作為用戶界面一部分的指示設(shè)備（如鼠標(biāo)、跟蹤球或光筆等）可以幫助操縱對(duì)象并選擇菜單項(xiàng)，最常用的指示設(shè)備是鼠標(biāo)。鼠標(biāo)在20世紀(jì)70年代初由道格?恩格爾巴特（DougEngelbart）開發(fā)，以支持比鍵盤更高效的輸入方法。恩格爾巴特的工作與制作圖形用戶界面的努力目標(biāo)是一致的，但是，直到蘋果計(jì)算機(jī)公司于1983年制造了具有圖形用戶界面的Macintosh（麥金塔）計(jì)算機(jī)后，鼠標(biāo)才開始流行。1.3.5指示設(shè)備當(dāng)在桌面上移動(dòng)鼠標(biāo)時(shí)，指針便出現(xiàn)在屏幕上，它隨著鼠標(biāo)的移動(dòng)而移動(dòng)。按下鼠標(biāo)左鍵可在屏幕上選定一個(gè)對(duì)象，稱為“單擊”；有些操作需要連續(xù)快速單擊鼠標(biāo)兩次，稱為“雙擊”；還可以在屏幕上用鼠標(biāo)將對(duì)象從一個(gè)地方拖到另一個(gè)地方，即先將指針指向?qū)ο螅侔聪率髽?biāo)按鈕，然后移動(dòng)鼠標(biāo)將對(duì)象放到一個(gè)新位置，最后釋放鼠標(biāo)按鈕，這個(gè)過程稱為“拖”。Mac計(jì)算機(jī)的鼠標(biāo)只有一個(gè)鍵，而PC計(jì)算機(jī)則使用兩鍵或三鍵鼠標(biāo)。兩鍵鼠標(biāo)允許單擊右鍵來(lái)操縱對(duì)象，單擊右鍵可能彈出操作該對(duì)象的右鍵快捷菜單。三鍵鼠標(biāo)的中鍵很少使用。1.3.6鍵盤實(shí)際上每種計(jì)算機(jī)用戶界面都要使用鍵盤（圖1-12，有些計(jì)算機(jī)使用軟鍵盤）。為了有效地使用計(jì)算機(jī)，應(yīng)當(dāng)熟悉計(jì)算機(jī)鍵盤，其中所包含特殊按鍵可用來(lái)操縱用戶界面。

圖1-12計(jì)算機(jī)鍵盤1.3.6鍵盤可以通過鍵盤輸入命令、響應(yīng)提示并鍵入文檔文本?！肮鈽?biāo)”是出現(xiàn)在屏幕上的閃動(dòng)的下畫線，“插入點(diǎn)”是出現(xiàn)在屏幕上的閃動(dòng)豎條。光標(biāo)或插入點(diǎn)表示鍵入的字符將出現(xiàn)在什么地方?？梢杂眉^鍵或鼠標(biāo)改變光標(biāo)或插入點(diǎn)的位置。按下Shift（上檔）鍵的同時(shí)再按其他鍵，可以鍵入大寫字母或輸入雙符號(hào)鍵的上部符號(hào)。Backspace（回退）鍵和Delete（Del，刪除）鍵可用于刪除字符。Backspace鍵刪除光標(biāo)左邊的字符，Delete鍵刪除光標(biāo)右邊的字符。如果想刪除一個(gè)對(duì)象或一幅圖的一部分，通常也是使用Delete鍵。1.3.6鍵盤鍵盤右側(cè)的數(shù)字鍵盤是提供計(jì)算器風(fēng)格的數(shù)字和算術(shù)符號(hào)的輸入設(shè)備。注意數(shù)字鍵盤上有些鍵包括兩種符號(hào)。當(dāng)NumLock（數(shù)字鎖定）鍵激活時(shí)，數(shù)字鍵盤上的鍵產(chǎn)生數(shù)字，否則這些鍵可以來(lái)移動(dòng)光標(biāo)。NumLock、CapsLock和Insert鍵都是切換鍵，可以在兩種模式中變換。按下CapsLock鍵時(shí)變?yōu)榇髮懩Ｊ?，再按下CapsLock鍵時(shí)就回到小寫模式。當(dāng)激活I(lǐng)nsert鍵時(shí)，輸入的任何文本都會(huì)被添加在插入點(diǎn)，否則（改寫）輸入的任何文本都會(huì)覆蓋原有文本。鍵盤右側(cè)上方的指示燈可以顯示切換鍵的狀態(tài)。1.3.6鍵盤功能鍵，即位于鍵盤最上一排的F1~F12鍵主要用于啟動(dòng)命令。例如，在許多軟件中F1是幫助鍵。功能鍵沒有標(biāo)準(zhǔn)的含義，在某個(gè)程序中按F7鍵可以保存文檔；而在另一個(gè)程序中，可能要按F5鍵來(lái)保存文檔。Alt鍵和Ctrl鍵一般與字母鍵配合使用（稱為快捷鍵），可用來(lái)代替鼠標(biāo)選擇菜單命令。1.3.7顯示器顯示器（監(jiān)視器）是每臺(tái)計(jì)算機(jī)必備的用戶界面輸出設(shè)備，計(jì)算機(jī)通過顯示器顯示結(jié)果、提示、菜單和圖形對(duì)象等與用戶通信。早期的微型機(jī)顯示器和目前許多大型機(jī)終端的顯示器都是基于字符的。基于字符的顯示器將屏幕分成若干矩形格子，每格顯示一個(gè)字符，屏幕可以顯示的字符集是不可變的。大型機(jī)很少支持GUI（圖形用戶界面）的一個(gè)原因，就是因?yàn)榕c大型機(jī)系統(tǒng)連接的都是基于字符的終端。1.3.7顯示器位圖顯示將屏幕分成小點(diǎn)（稱為像素）矩陣。計(jì)算機(jī)在屏幕上顯示的任何字符或圖形必須由屏幕矩陣中的像素構(gòu)造。屏幕可顯示的像素越多，分辨率就越高。高分辨率的顯示器比低分辨率的顯示器更容易產(chǎn)生復(fù)雜的圖形和易于閱讀的文字?，F(xiàn)在微型機(jī)的顯示器都具有位圖顯示能力，這就可以靈活地顯示GUI所需的字符和圖形對(duì)象。1.3.8聯(lián)機(jī)幫助Windows軟件的信息源主要是“聯(lián)機(jī)幫助”（圖1-13）。大多數(shù)軟件都可以通過單擊屏幕頂部菜單欄中的“幫助（Help）”命令來(lái)啟動(dòng)聯(lián)機(jī)幫助功能。在使用Help時(shí)，通常首先搜索關(guān)鍵字列表，找到與需求相關(guān)的關(guān)鍵字。1.3.8聯(lián)機(jī)幫助圖1-13Windows的聯(lián)機(jī)幫助1.3.8聯(lián)機(jī)幫助每個(gè)人都有不同的學(xué)習(xí)風(fēng)格，而學(xué)習(xí)風(fēng)格與最有效的學(xué)習(xí)方式密切相關(guān)。如果你喜歡閱讀并容易記住書中的內(nèi)容，就可能喜歡使用印刷的手冊(cè)或教程；如果是愛探索的學(xué)生，可能喜歡自己摸索軟件?；趫D形和菜單的用戶界面使這種摸索成為可能，聯(lián)機(jī)幫助界面提供了方便。1.4數(shù)據(jù)和數(shù)的表示馮?諾伊曼模型清楚地將計(jì)算機(jī)定義為數(shù)據(jù)處理機(jī)，它接受輸入數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)并輸出相應(yīng)的結(jié)果。但是，馮?諾伊曼模型并沒有定義數(shù)據(jù)應(yīng)該怎樣存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中。下面，我們來(lái)了解不同類型的數(shù)據(jù)是怎樣以0和1序列的二進(jìn)制模式存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)部的。1.4.1存儲(chǔ)和組織數(shù)據(jù)由于計(jì)算機(jī)是電子設(shè)備，所以最好的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式應(yīng)該是電子信號(hào)，以電子信號(hào)的出現(xiàn)和消失的特定方式來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。日常主要使用的十進(jìn)制數(shù)字是0~9這十種狀態(tài)中的任何一個(gè)，但是不能（至少到目前為止）將這類信息直接存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)內(nèi)部，其他類型的數(shù)據(jù)（例如文本、圖像、聲音、視頻等）也同樣不能直接存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)當(dāng)中，除非將這類信息變換成只使用兩種狀態(tài)（0和1序列）的系統(tǒng)。1.4.1存儲(chǔ)和組織數(shù)據(jù)另一方面，盡管數(shù)據(jù)只能以一種形式（二進(jìn)制模式）存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)部，但在計(jì)算機(jī)外部卻可以表現(xiàn)為多種形式，如數(shù)字、文字、圖像、音頻和視頻等。在存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)中之前，數(shù)據(jù)被組織成許多小的單元，再由這些小的單元組成更大的單元等等。1.4.2計(jì)算機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)往往是多種類型的混合。例如，銀行主要處理數(shù)字，但它也需要以文本形式存儲(chǔ)客戶的名字；圖像則通常是圖形和文本的混合。最有效的解決方法就是采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)表示法。所有計(jì)算機(jī)外的數(shù)據(jù)類型都采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)表示法，經(jīng)過轉(zhuǎn)換后存入計(jì)算機(jī)，當(dāng)數(shù)據(jù)從計(jì)算機(jī)輸出時(shí)再還原回來(lái)。這種通用的格式被稱為位模式。1）位。bit，二進(jìn)制數(shù)字，是存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中的最小數(shù)據(jù)單位，即0或1?！拔弧贝碓O(shè)備的某一狀態(tài)，這些設(shè)備只能處于兩種狀態(tài)中的某一種狀態(tài)。例如，開關(guān)合上或者斷開。按慣例用1表示合上狀態(tài)，用0表示斷開狀態(tài)。電子開關(guān)能表示位，換句話說(shuō)，開關(guān)能存儲(chǔ)一個(gè)位的信息?，F(xiàn)在，計(jì)算機(jī)使用各種各樣的兩態(tài)設(shè)備來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。1.4.2計(jì)算機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)2）位模式。由于要存儲(chǔ)更大的數(shù)、文本、圖形等，單個(gè)“位”并不能解決數(shù)據(jù)表示問題。為了表示數(shù)據(jù)的不同類型，可以使用“位模式”，它是一個(gè)0和1的序列。例如：1000101010111111展示了由16個(gè)位組成的位模式。這就意味著，如果要存儲(chǔ)一個(gè)由16個(gè)位組成的位模式。就需要16個(gè)電子開關(guān)。如果要存儲(chǔ)1000個(gè)位模式，每個(gè)16位，那么就需要16000個(gè)開關(guān)。計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器僅僅將數(shù)據(jù)以位模式存儲(chǔ)，至于解釋位模式是數(shù)字類型、文本類型或其他的數(shù)據(jù)類型，則由輸入/輸出設(shè)備或程序來(lái)完成。換句話說(shuō)，當(dāng)數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)時(shí)，它們被編碼，當(dāng)呈現(xiàn)給用戶時(shí)，它們被解碼，如圖1-14所示。

圖1-14位模式舉例1.4.2計(jì)算機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)圖1-14位模式舉例1.4.2計(jì)算機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)3）字節(jié)。通常長(zhǎng)度為8的位模式稱為“字節(jié)”，這個(gè)術(shù)語(yǔ)同樣被用作測(cè)量?jī)?nèi)存或其他存儲(chǔ)設(shè)備的大小。例如，一臺(tái)能存儲(chǔ)100萬(wàn)位信息的計(jì)算機(jī)我們稱其有1兆（M）字節(jié)的內(nèi)存容量。1M=1024K=1024×1024bit1.4.3表示數(shù)據(jù)位模式可以用來(lái)表示不同類型的數(shù)據(jù)。（1）文本位模式可以表示任何一個(gè)符號(hào)。例如，由4個(gè)符號(hào)組成的“BYTE”文本可采用4個(gè)位模式表示，每個(gè)模式定義一個(gè)符號(hào)：BYTE分別表示為1000010、1011001、1010100、1000101。1.4.3表示數(shù)據(jù)在一種語(yǔ)言中，位模式需要多少位來(lái)表示一個(gè)符號(hào)，這取決于該語(yǔ)言集中有多少個(gè)不同的符號(hào)。位模式長(zhǎng)度與符號(hào)數(shù)量的關(guān)系是個(gè)對(duì)數(shù)關(guān)系。例如，如果需要2個(gè)符號(hào)，位模式長(zhǎng)度是1位（log22=1），即0、1；如果需要4個(gè)符號(hào)，位模式長(zhǎng)度是2位（log24=2），即00、01、10和11，這些形式中的任何一種都可用來(lái)代表一個(gè)字符。同樣，3位的位模式有8種不同的形式：000、001、010、011、100、101、110和111。不同的位模式集合被設(shè)計(jì)用于表示文本符號(hào)，每一個(gè)集合被稱為“代碼”，表示符號(hào)的過程稱為“編碼”。1.4.3表示數(shù)據(jù)常用的代碼有：1）ASCII：美國(guó)信息交換標(biāo)準(zhǔn)碼，由美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（ANSI）開發(fā)。此代碼使用7位表示每個(gè)符號(hào)，即可以定義27=128種不同的符號(hào)。2）擴(kuò)展ASCII碼：為了使每個(gè)位模式大小統(tǒng)一為1字節(jié)（8位），ASCII位模式通過在左邊增加額外的0來(lái)進(jìn)行擴(kuò)充，使每一個(gè)模式都能很容易地恰好存入1字節(jié)大小的內(nèi)存中。在擴(kuò)展ASCII碼中，第一個(gè)模式是00000000，最后一個(gè)是01111111。1.4.3表示數(shù)據(jù)3）Unicode：為適應(yīng)更大容量代碼的需要，硬件和軟件制造商們聯(lián)合起來(lái)，共同設(shè)計(jì)了一種名為Unicode的代碼，這種代碼使用16位，能表示多達(dá)216=65536個(gè)符號(hào)。代碼的不同部分被分配用于表示世界上不同語(yǔ)言的符號(hào)，其中還有部分代碼被用于表示圖形和特殊符號(hào)。Java語(yǔ)言就使用這種代碼來(lái)表示字符。微軟公司的Windows使用了Unicode前256個(gè)字符的一個(gè)變化版本。1.4.3表示數(shù)據(jù)（2）數(shù)在計(jì)算機(jī)中，數(shù)是使用二進(jìn)制系統(tǒng)，即位模式（一系列的0和1）來(lái)表示數(shù)。而像ASCII碼這樣的代碼并沒有用來(lái)表示數(shù)，這主要是因?yàn)閿?shù)的表示方法不同于非數(shù)字形式的其他數(shù)據(jù)。其他數(shù)據(jù)，如圖形、圖像和視頻等的表示，我們將在本書第7章中進(jìn)行詳細(xì)介紹。1.4.4十六進(jìn)制與八進(jìn)制數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中時(shí)是采用位模式表示的，但人們了解位模式時(shí)卻很困難，一長(zhǎng)串的0和1非常乏味且容易出錯(cuò)，這時(shí)，可以采用十六進(jìn)制來(lái)加以簡(jiǎn)化。十六進(jìn)制以16為基數(shù)，這意味著有16個(gè)符號(hào)（十六進(jìn)制數(shù)字），即0~9、A、B、C、D、E、F。十六進(jìn)制數(shù)字與4個(gè)位對(duì)應(yīng)，表1-1給出了位模式和十六進(jìn)制數(shù)字間的關(guān)系。將位模式轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)，是將模式（從右邊開始）組成每4個(gè)一組，找到與每組相對(duì)應(yīng)的十六進(jìn)制數(shù)字即可。例如，1111110011100100可表示成十六進(jìn)制數(shù)的FCE4。1.4.4十六進(jìn)制與八進(jìn)制表1-1十六進(jìn)制數(shù)字1.4.4十六進(jìn)制與八進(jìn)制十六進(jìn)制有兩種寫法。1）在數(shù)的前面加小寫或大寫的x來(lái)代表十六進(jìn)制。例如，xA34表示一個(gè)十六進(jìn)制數(shù)。2）將數(shù)字基數(shù)（16）作為表示法的下標(biāo)。例如，A3416表示一個(gè)十六進(jìn)制的值。例1將二進(jìn)制數(shù)110011100010轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)。解將該二進(jìn)制數(shù)分成每4位—組，即：110011100010，再轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的十六進(jìn)制數(shù)字，最后得到的十六進(jìn)制數(shù)為xCE2。1.4.4十六進(jìn)制與八進(jìn)制例2將十六進(jìn)制數(shù)x24C轉(zhuǎn)換成位模式。解將每一個(gè)十六進(jìn)制數(shù)字轉(zhuǎn)換成相對(duì)應(yīng)的位模式，最后得到的位模式為001001001100。另一種簡(jiǎn)化位模式的分組表示法是八進(jìn)制法。八進(jìn)制法以8（oct在希臘語(yǔ)中表示8）為基數(shù)，這意味著有8個(gè)符號(hào)（八進(jìn)制數(shù)字），即0~7。每個(gè)八進(jìn)制數(shù)字對(duì)應(yīng)于3個(gè)位。在數(shù)的前面加小寫或大寫的o來(lái)代表當(dāng)前的表示方法為八進(jìn)制。例如，o12表示一個(gè)八進(jìn)制數(shù)。1.4.5十進(jìn)制和二進(jìn)制第一個(gè)使用十進(jìn)制記數(shù)系統(tǒng)的是8世紀(jì)的古埃及人，巴比倫人則改進(jìn)了埃及人使用的記數(shù)系統(tǒng)，使得位置在記數(shù)系統(tǒng)中變得有意義。在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中，十進(jìn)制和二進(jìn)制這兩種記數(shù)系統(tǒng)占主導(dǎo)地位。十進(jìn)制系統(tǒng)數(shù)的冪為10，因此，第一位為100，第二位為101，第三位為102，等等。例如，十進(jìn)制的243可分解為：2×102+4×101+3×100。與十進(jìn)制底數(shù)為10不同，二進(jìn)制系統(tǒng)底數(shù)為2。例如，十進(jìn)制數(shù)243轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)是11110011，同理可分解為：1×27+1×26+1×25+1×24+0×23+0×22+1×21+1×201.4.5十進(jìn)制和二進(jìn)制（1）二進(jìn)制數(shù)向十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換給出一個(gè)二進(jìn)制數(shù)，將其每個(gè)二進(jìn)制數(shù)字分別乘以它的權(quán)值，再將結(jié)果相加，即得到相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。例1將二進(jìn)制數(shù)10011轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。解寫出每位上的數(shù)值和相應(yīng)的權(quán)值，然后將每位上的數(shù)值和對(duì)應(yīng)的權(quán)值相乘，最后將結(jié)果相加，即得到相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。即100112=1×24+0×23+0×22+1×21+1×20=1×16+0×8+0×4+1×2+1×1=19101.4.5十進(jìn)制和二進(jìn)制（2）十進(jìn)制數(shù)向二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換采用除2取余法。以十進(jìn)制數(shù)45為例，被底數(shù)2連除，得二進(jìn)制101101，如圖1-15所示。1.4.5十進(jìn)制和二進(jìn)制例2將十進(jìn)制數(shù)35轉(zhuǎn)換成相對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)。解用除2取余法，如圖1-16所示。圖1-15十進(jìn)制數(shù)45轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)圖1-16十進(jìn)制數(shù)35轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)1.4.6整數(shù)表示法整數(shù)即沒有小數(shù)部分的完整數(shù)。例如，134是整數(shù)，而134.23不是整數(shù)。整數(shù)可以是正的或負(fù)的。負(fù)整數(shù)的范圍是從負(fù)無(wú)窮到0，正整數(shù)是從0到正無(wú)窮。為了高效地利用計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)空間，人們?cè)O(shè)計(jì)開發(fā)了兩種使用廣泛的整數(shù)表示法，即無(wú)符號(hào)整數(shù)和有符號(hào)整數(shù)。有符號(hào)整數(shù)最常用的表示法是二進(jìn)制補(bǔ)碼。1.4.6整數(shù)表示法（1）無(wú)符號(hào)整數(shù)格式無(wú)符號(hào)整數(shù)的范圍介于0到正無(wú)窮大之間。通常，計(jì)算機(jī)都定義一個(gè)最大無(wú)符號(hào)整數(shù)的常量。這樣，無(wú)符號(hào)整數(shù)的范圍就介于0到該常量之間。而最大無(wú)符號(hào)整數(shù)取決于不同計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)能力。無(wú)符號(hào)整數(shù)的范圍可定義為0~（2N-1），這里N就是計(jì)算機(jī)中分配用于表示一個(gè)無(wú)符號(hào)整數(shù)的二進(jìn)制位數(shù)。1.4.6整數(shù)表示法存儲(chǔ)無(wú)符號(hào)整數(shù)的過程可以簡(jiǎn)單地概括為以下步驟：1）首先將整數(shù)變成二進(jìn)制數(shù)。2）如果二進(jìn)制位數(shù)不足N位，則在二進(jìn)制數(shù)的左邊補(bǔ)0，使它的總位數(shù)為N位。例1將7存儲(chǔ)在8位存儲(chǔ)單元中。解首先將這個(gè)數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)111。在該二進(jìn)制數(shù)的左邊加5個(gè)0，使總的位數(shù)為N（8）位，即得到00000111。再將該數(shù)存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)單元中。1.4.6整數(shù)表示法無(wú)符號(hào)整數(shù)表示法可以提高存儲(chǔ)的效率，因?yàn)椴槐卮鎯?chǔ)整數(shù)的符號(hào)。這就意味著所有分配的位單元都可以用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)。只要無(wú)須用到負(fù)數(shù)，都可以用無(wú)符號(hào)整數(shù)表示法。無(wú)符號(hào)數(shù)一般用在計(jì)數(shù)、尋址等情況下。1.4.6整數(shù)表示法（2）二進(jìn)制補(bǔ)碼格式二進(jìn)制補(bǔ)碼表示法是最普遍、最重要，也是應(yīng)用最廣泛的整數(shù)表示法，其整數(shù)表示范圍是：-（2N-1

）~+（2N-1-1）這里，N是計(jì)算機(jī)分配用于存儲(chǔ)二進(jìn)制補(bǔ)碼整數(shù)的位數(shù)。表1-2給出了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)整數(shù)表示的一般范圍。系統(tǒng)中只有一個(gè)0。1.4.6整數(shù)表示法表1-2二進(jìn)制補(bǔ)碼數(shù)的范圍1.4.6整數(shù)表示法存儲(chǔ)二進(jìn)制補(bǔ)碼需要以下步驟：1）首先將數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制，符號(hào)被忽略。2）如果二進(jìn)制位數(shù)不足N位，在數(shù)的左邊補(bǔ)0，直到總的位數(shù)為N。3）如果符號(hào)為正，就不需再作變動(dòng)。如果符號(hào)為負(fù)，則將最右邊的所有0和首次出現(xiàn)的1保持不變，其余位取反。在二進(jìn)制補(bǔ)碼表示法中，最左邊的位定義為符號(hào)位。如果為0，數(shù)為正；如果是1，數(shù)為負(fù)。1.4.6整數(shù)表示法例2將+7用二進(jìn)制補(bǔ)碼表示法存儲(chǔ)在8位存儲(chǔ)單元中。解首先把數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制111，加上5個(gè)0使總的二進(jìn)制位數(shù)為N（8）位，得到00000111。因?yàn)榉?hào)為正，不用再進(jìn)行變化。例3將-40用二進(jìn)制補(bǔ)碼表示法存儲(chǔ)在16位存儲(chǔ)單元中。解首先把數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制101000，補(bǔ)上10個(gè)0使總的位數(shù)為N（16）位，得到0000000000101000。因?yàn)榉?hào)為負(fù)，所以，從右邊的0到第一個(gè)l（包括1）不變，其余的換成它的反碼形式。結(jié)果是：1111111111011000。1.4.7浮點(diǎn)表示法為了表示浮點(diǎn)數(shù)（既包含整數(shù)又包含小數(shù)的數(shù)），數(shù)被分為兩部分：整數(shù)部分和小數(shù)部分。例如，浮點(diǎn)數(shù)14.234就有整數(shù)部分14和小數(shù)部分0.234。1.4.7浮點(diǎn)表示法（1）轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制把浮點(diǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)，步驟如下。1）把整數(shù)部分轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制；2）把小數(shù)部分轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制；3）在兩部分之間加上小數(shù)點(diǎn)。1.4.7浮點(diǎn)表示法為把小數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)，可以用連乘的方法，即“乘2取整法”。例如，把0.125轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)：將該數(shù)乘以2，得0.250，結(jié)果的整數(shù)部分（0）被提取出來(lái)，作為二進(jìn)制數(shù)最左邊的數(shù)字。接著繼續(xù)用2來(lái)乘0.250得0.50。同樣地，將結(jié)果的整數(shù)部分提取出來(lái)作為二進(jìn)制數(shù)的下一位。如此反復(fù)，直到小數(shù)部分變成0或者達(dá)到你所能用到的位數(shù)。例1將小數(shù)0.875轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)。解將該數(shù)不斷用2來(lái)乘，提取出整數(shù)部分作為二進(jìn)制位。直到該數(shù)為0.0。得0.1112。1.4.7浮點(diǎn)表示法例2將小數(shù)0.4轉(zhuǎn)換成6位的二進(jìn)制數(shù)（保留6位有效數(shù)字）。解將該數(shù)不斷用2來(lái)乘，并提取出整數(shù)部分作為二進(jìn)制位。在這個(gè)例子中，不可能恰好得到該小數(shù)正確的二進(jìn)制表示，因?yàn)樵诔说倪^程中原始小數(shù)再次出現(xiàn)，因此只需要取到題目所要求的6位就可以停止了。得0.0110012。1.4.7浮點(diǎn)表示法（2）規(guī)范化為了表示數(shù)71.3125（+1000111.0101），需要將符號(hào)、所有的位以及小數(shù)點(diǎn)的位置存儲(chǔ)于內(nèi)存中。這種方法雖然具有可行性，但使得對(duì)數(shù)的運(yùn)算變得困難。為此，需要浮點(diǎn)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)表示法。解決的辦法我們把它稱為規(guī)范化，即移動(dòng)小數(shù)點(diǎn)使小數(shù)點(diǎn)的左邊只有一個(gè)“1”，即：1.xxxxxxxxxxxxxxxxxx為了表示這個(gè)數(shù)原始的值，將它乘以2e，這里e表示這個(gè)數(shù)的小數(shù)點(diǎn)所移動(dòng)的位數(shù)：e為正數(shù)則左移，e為負(fù)數(shù)則右移。根據(jù)該數(shù)的正負(fù)將正負(fù)號(hào)加在最前面。表1-3給出了規(guī)范化的例子。1.4.7浮點(diǎn)表示法表1-3規(guī)范化示例1.4.7浮點(diǎn)表示法（3）符號(hào)、冪和尾數(shù)數(shù)在規(guī)范化之后只存儲(chǔ)了這個(gè)數(shù)的三部分信息：符號(hào)、指數(shù)和尾數(shù)（小數(shù)點(diǎn)右邊的位）。例如，+1000111.0101規(guī)范化后成為

+26×1.0001110101符號(hào)指數(shù)：6尾數(shù)：0001110101注意到小數(shù)點(diǎn)左邊的l并沒有存儲(chǔ)，這種省略是可以理解的。1.4.7浮點(diǎn)表示法1）符號(hào)。數(shù)的符號(hào)可以用一個(gè)二進(jìn)制位來(lái)存儲(chǔ)（0或者1）。2）指數(shù)。指數(shù)（2的冪）定義小數(shù)點(diǎn)移動(dòng)的位數(shù)。冪可以為正也可以為負(fù)。3）尾數(shù)。尾數(shù)是指小數(shù)點(diǎn)右邊的二進(jìn)制數(shù)，它定義了數(shù)的精度。尾數(shù)作為無(wú)符號(hào)整數(shù)存儲(chǔ)。1.5數(shù)字化時(shí)代我們生活在信息時(shí)代，它的技術(shù)基礎(chǔ)構(gòu)建在數(shù)字電子器件之上。在這個(gè)歷史時(shí)期，信息非常易于訪問，而且信息對(duì)日常生活從經(jīng)濟(jì)到政治和社會(huì)關(guān)系等諸多方面都會(huì)產(chǎn)生重大和深遠(yuǎn)的影響。1.5.1數(shù)字革命數(shù)字革命是由數(shù)字技術(shù)（如計(jì)算機(jī)和因特網(wǎng)）帶來(lái)的社會(huì)、政治和經(jīng)濟(jì)持續(xù)改變的過程。與農(nóng)業(yè)革命和工業(yè)革命一樣，數(shù)字革命既帶來(lái)了好處，但也需要人們?nèi)ミm應(yīng)。數(shù)字革命不斷挑戰(zhàn)現(xiàn)狀，這就要求整個(gè)社會(huì)對(duì)傳統(tǒng)、生活方式以及法律法規(guī)進(jìn)行調(diào)整。驅(qū)動(dòng)數(shù)字革命的技術(shù)基于數(shù)字電子器件以及電信號(hào)可以表示數(shù)據(jù)（諸如數(shù)字、文字、圖片和音樂）的概念。所謂數(shù)字化是指把文本、數(shù)字、聲音、照片和視頻轉(zhuǎn)換成數(shù)字設(shè)備可處理的數(shù)據(jù)的過程。1.5.1數(shù)字革命數(shù)字化的一個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)就是，諸如書籍、電影、歌曲、通話、文檔和照片等各種不同的內(nèi)容都可以轉(zhuǎn)換成同一類信號(hào)，這些信號(hào)不需要單獨(dú)的設(shè)備來(lái)處理。在數(shù)字化之前，電話通話需要電話機(jī)和專門的電話線路，瀏覽照片需要幻燈片投影儀和投影幕，閱讀需要紙質(zhì)書籍，看電影則需要膠片放映機(jī)。不過，一旦完成數(shù)字化，通話、照片、書籍和電影都可以由一個(gè)設(shè)備來(lái)管理，并可以通過一組通信線路來(lái)傳輸。1.5.1數(shù)字革命人們可以從網(wǎng)站上下載照片，將其存儲(chǔ)在自己的計(jì)算機(jī)硬盤上，把照片的副本復(fù)制到自己的U盤中，將其作為電子郵件附件發(fā)送給朋友，在報(bào)告中添加該照片，打印它，將其與其他照片一起制作成一組幻燈片，把幻燈片刻錄到光盤上，并在自己的家庭影院系統(tǒng)中觀看該幻燈片。使用數(shù)字化照片的方式多種多樣。但是，如果只是有一張普通的照片，想復(fù)制照片就需要?jiǎng)佑谜掌瑥?fù)印機(jī)，要用普通郵件來(lái)郵寄它，或者用相框把它裝起來(lái)，除此之外就沒什么更好的處理方法了。而數(shù)字化造就了更為豐富的用途。1.5.1數(shù)字革命數(shù)字革命涉及四個(gè)階段，從龐大而昂貴的獨(dú)立計(jì)算機(jī)開始，發(fā)展成當(dāng)今小巧價(jià)廉的數(shù)字設(shè)備非常普及的數(shù)字世界（表1-4）。表1-4隨著數(shù)字革命的進(jìn)展，技術(shù)及其使用方式也在改變1.5.2數(shù)據(jù)處理一些科學(xué)家把20世紀(jì)80年代視作數(shù)字革命的開端，不過工程師們?cè)缭诙?zhàn)時(shí)期就為破解密碼和計(jì)算導(dǎo)彈彈道制造出了最早的數(shù)字計(jì)算機(jī)。在20世紀(jì)50年代，計(jì)算機(jī)開始應(yīng)用于商業(yè)業(yè)務(wù)，比如工資和庫(kù)存管理。在數(shù)字革命的第一個(gè)階段，計(jì)算機(jī)都是體型龐大、構(gòu)造復(fù)雜而且價(jià)格昂貴的設(shè)備。它們的數(shù)量有限，只有大公司或政府機(jī)構(gòu)才配備了，而且是由訓(xùn)練有素的專業(yè)人員操作的。每臺(tái)不同的計(jì)算機(jī)都需要專門的軟件。普通人在家中使用計(jì)算機(jī)的畫面只不過是科幻作家頭腦中的靈光一現(xiàn)。1.5.2數(shù)據(jù)處理那時(shí)候，計(jì)算機(jī)的處理部件都被安置在壁櫥大小的機(jī)柜中，通常并不含鍵盤或顯示設(shè)備。使用者要通過帶有鍵盤和顯示器的終端來(lái)訪問計(jì)算機(jī)。終端自身幾乎不具備任何處理能力，所以它們只能用來(lái)輸入數(shù)據(jù)，以及查看由主計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的軟件產(chǎn)生的結(jié)果。1.5.2數(shù)據(jù)處理20世紀(jì)60年代，數(shù)字革命開始給組織帶來(lái)轉(zhuǎn)變，但普通人卻和計(jì)算機(jī)沒什么直接聯(lián)系。就像很多新科技那樣，計(jì)算機(jī)最初遭到了消費(fèi)者的懷疑，他們并不樂意把這種巨大的機(jī)器和“大腦”扯上關(guān)系。計(jì)算機(jī)似乎是種遙不可及的東西。它們被放置在一般人看不到的特殊場(chǎng)所。在這個(gè)階段，因?yàn)橛?jì)算機(jī)在減少成本和管理海量數(shù)據(jù)方面效果顯著，企業(yè)對(duì)計(jì)算機(jī)的熱情不斷增長(zhǎng)。計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)處理成為企業(yè)高效運(yùn)轉(zhuǎn)的重要工具。數(shù)據(jù)處理基于“輸入-處理-輸出”循環(huán)。數(shù)據(jù)進(jìn)入計(jì)算機(jī)，得到處理，然后就成了輸出。例如，將一批員工考勤卡輸入處理工資的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，系統(tǒng)會(huì)對(duì)工資數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算實(shí)發(fā)工資、扣款和稅費(fèi)，工資單就是輸出。1.5.3個(gè)人計(jì)算面向消費(fèi)者的數(shù)字設(shè)備最早出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代，手持計(jì)算器和電子表被擺上了商場(chǎng)的貨架。而最早的個(gè)人計(jì)算機(jī)是1976年問世的，不過它的銷量并不盡如人意。沒有引人注目的應(yīng)用軟件。但隨著軟件種類的增加，消費(fèi)者對(duì)于計(jì)算機(jī)的興趣開始慢慢提高。在1982年，《時(shí)代》雜志的“年度人物”獎(jiǎng)項(xiàng)授予了計(jì)算機(jī)，這也表示計(jì)算機(jī)終于得到了人們一定程度的認(rèn)同。作為數(shù)字革命第二階段的模式，個(gè)人計(jì)算（personalcomputing）的特點(diǎn)是安裝本地軟件的小型獨(dú)立計(jì)算機(jī)使用。本地軟件指的是那些安裝在計(jì)算機(jī)硬盤驅(qū)動(dòng)器上的軟件。1.5.3個(gè)人計(jì)算在這一階段，計(jì)算機(jī)尚未連接到網(wǎng)絡(luò)，所以它們從根本上講是相互獨(dú)立的單元，用戶可以與安裝好的軟件進(jìn)行交互。就企業(yè)而言，大型計(jì)算機(jī)仍然運(yùn)行著工資、庫(kù)存和財(cái)務(wù)軟件，而一些管理人員則使用個(gè)人計(jì)算機(jī)和電子表格軟件處理企業(yè)規(guī)劃的數(shù)據(jù)。數(shù)字革命第二階段期間所使用的計(jì)算機(jī)，通常是一臺(tái)單獨(dú)的小型機(jī)器，有著類似老式電視的顯示設(shè)備。那時(shí)候個(gè)人計(jì)算機(jī)最大的用途就是文字處理和玩游戲，但聲音系統(tǒng)和圖形能力都很原始。因特網(wǎng)尚未開放給公眾使用，所以計(jì)算機(jī)并不具備社交的功能。在這個(gè)階段，社會(huì)學(xué)家甚至擔(dān)心人們會(huì)因?yàn)檫^分專注于計(jì)算機(jī)活動(dòng)而變得越來(lái)越孤立，從而不具有社會(huì)性。1.5.4網(wǎng)絡(luò)計(jì)算計(jì)算機(jī)保有量直到20世紀(jì)90年代中期都只是在緩慢增長(zhǎng)，而在數(shù)字革命的第三階段，因?yàn)橛?jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)化和因特網(wǎng)對(duì)公眾開放，計(jì)算機(jī)的保有量突然開始飛速增長(zhǎng)了。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是指一組連接在一起用以共享數(shù)據(jù)和資源的計(jì)算機(jī)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在因特網(wǎng)變得普及以前就已出現(xiàn)，不過部署那些網(wǎng)絡(luò)主要是為了連接學(xué)校或企業(yè)內(nèi)的計(jì)算機(jī)。網(wǎng)絡(luò)安裝起來(lái)很復(fù)雜，而且網(wǎng)絡(luò)可靠性也不佳。隨著數(shù)字革命第三階段的不斷進(jìn)展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)變得越來(lái)越親近用戶，讓家庭用戶可以將多臺(tái)計(jì)算機(jī)連接起來(lái)，交換文件，并且，最為重要的是，共享因特網(wǎng)連接。1.5.4網(wǎng)絡(luò)計(jì)算因特網(wǎng)起初是作為軍事項(xiàng)目開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)，而后來(lái)被移交給美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)用來(lái)進(jìn)行研究和學(xué)術(shù)工作，并最終成為全球化的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。在1995年允許因特網(wǎng)用作商業(yè)用途時(shí)，一些公司（如美國(guó)在線AOL和CompuServe公司）開始為不斷增加的用戶提供萬(wàn)維網(wǎng)訪問和電子郵件這樣廣泛受歡迎的服務(wù)。因特網(wǎng)接入是20世紀(jì)90年代計(jì)算機(jī)保有量增長(zhǎng)的主要因素。1.5.4網(wǎng)絡(luò)計(jì)算Web（WorldWideWeb，萬(wàn)維網(wǎng)）是數(shù)字革命的主要推動(dòng)力，它是一系列鏈接在一起、可通過因特網(wǎng)訪問的文檔、圖形和聲音。Web的關(guān)鍵在于它為因特網(wǎng)帶去了實(shí)質(zhì)的內(nèi)容。沒有Web，因特網(wǎng)就像是沒有藏書的圖書館，或像那沒有火車運(yùn)行的鐵路。網(wǎng)絡(luò)商店、拍賣網(wǎng)站、新聞、體育、旅行預(yù)訂和音樂下載使Web成為一項(xiàng)引人注目的數(shù)字技術(shù)，幾乎影響到每一個(gè)人。在1995年至2010年這段時(shí)期，計(jì)算的特性是Web、電子郵件、多人游戲、音樂下載和數(shù)不清的應(yīng)用軟件。1.5.5云計(jì)算與一體化2010年某期《連線》雜志的封面寫道“Web已死”。這一宣言雖然還為時(shí)尚早，不過Facebook（臉書）、Twitter（推特）和GoogleApps（谷歌）卻將計(jì)算帶向一個(gè)新的方向。作為數(shù)字革命第四階段特征的云計(jì)算正讓本地應(yīng)用變得黯然失色。云計(jì)算讓用戶可以通過因特網(wǎng)訪問信息和應(yīng)用程序，進(jìn)行通信和存儲(chǔ)。在云計(jì)算出現(xiàn)之前，計(jì)算機(jī)通常都是在本地運(yùn)行軟件的。例如，要使用文字處理程序，用戶就會(huì)立馬想到自己計(jì)算機(jī)硬盤上安裝的最新版MicrosoftOff