数字技术基础

尚未采用IEC建议符号的有：微软公司 建议符号的有： 尚未采用 建议符号的有 19
第1章 信息技术概述
3、比特的传输 、
信息是可以传输的， 信息是可以传输的，信息只有通过传输和交流才能发挥 它的作用 在数字通信技术中， 在数字通信技术中，信息的传输是通过比特的传输来实 现的 近距离传输时：直接将用于表示“ ” 近距离传输时：直接将用于表示“0/1”的电信号或光信 号进行传输（称为基带传输），例如 基带传输），例如： 号进行传输（称为基带传输），例如：
kilo meg a giga tera peta exa zetta yotta
k/K M G T P E Z Y
= 1,024 = 1,048,576 = 1,073,741,824 = 1,099,511,627,776 = 1,125,899,906,842,624
9
30 40 50 60
12 15 18 21 24
18
第1章 信息技术概述
解决方案： 解决方案：使用两种不同的前缀符号
前缀 名称 前缀 符号
十进 制值 10 10 10 10 10 10 10 10
3 6 9
二进制值 2 2 2 2
10 20 30 40 50
比值 0.976 0.954 0.931 0.909 0.888 0.867 0.847 0.827
存储容量的计量单位
1个字节（byte，用大写 表示）＝ 8个比特 个字节（ 表示） 个字节 ，用大写B表示 个比特 计算机内存储器容量的计量单位： 内存储器容量的计量单位 计算机内存储器容量的计量单位：
KB: 1 KB=210字节 字节=1024 B （千字节） 千字节） MB: 1 MB=220字节 字节=1024 KB（兆字节） （兆字节） GB: 1 GB=230字节 字节=1024 MB（吉字节、千兆字节） （吉字节、千兆字节） TB: 1 TB=240字节 字节=1024 GB（太字节、兆兆字节） （太字节、兆兆字节）
2 = 1,152,921,504,606,846,976 2 = 1,180,591,620,717,411,303,424 2 = 1,208,925,819,614,629,174,706,176
80 70
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第1章 信息技术概述
不同进位制前缀的使用场合
内存、cache、半导体存储器芯片的容 内存、cache、 量均使用二进制前缀： 量均使用二进制前缀： 512MB的内存条（ 1M＝ 512MB的内存条（ 1M＝220 ） 的内存条 256KB 的cache（1K＝ 210 ） cache（1K＝
磁头， 磁头，用 于写入和 读出信息 磁性材 料粒子 磁 盘 片
“0” ” “1” ”
旋转方向
10
第1章 信息技术概述
例3：CD/DVD盘片上比特的表示 ： 盘片上比特的表示
• 光盘表面的凹、凸状态用于表示二进位信息 光盘表面的凹、
CD光盘表面 光盘表面
11
DVD光盘表面 光盘表面
第1章 信息技术概述
21
第1章 信息技术概述
练习： 练习：
下面关于比特的叙述中，错误的是： 下面关于比特的叙述中，错误的是： A.比特是组成数字信息的最小单位 比特是组成数字信息的最小单位 B.比特只有“0”和“1”两个符号 比特只有“ ” 比特只有 ” C.比特既可以表示数值和文字，也可以表 比特既可以表示数值和文字， 比特既可以表示数值和文字 示图像和声音 D.比特“1”总是大于比特“0” 比特“ ”总是大于比特“ ” 比特
Ki Mi Gi Ti Pi Ei Zi Yi
12 15
2 = 1,125,899,906,842,624 2 = 2 = 2 =
80 70 60
18 21 24
已经采用IEC建议符号的有： 建议符号的有： 已经采用 建议符号的有
Mozilla Firefox，BitTornado，Linux，以及其他一些 ， ， ，以及其他一些GNU自由软件 自由软件
4
第1章 信息技术概述
用比特表示信息
每个西文字符用8个比特表示； 每个西文字符用 个比特表示； 个比特表示 每个汉字至少16个比特表示； 每个汉字至少 个比特表示； 个比特表示 图像、声音和视频则需要更多的比特才 图像、 能表示。 能表示。
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第1章 信息技术概述
例 用 比 特 表 示 图 像
6
第1章 信息技术概述
断电后信息不再保持！ 断电后信息不再保持！
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第1章 信息技术概述
比特在辅助存储器中的存储
磁盘： 磁盘：利用磁介质表面区域的磁化状态来存储二进 位信息
磁性材料粒子 磁盘 表面
光盘：通过“ 光盘：通过“刻”在光盘 片表面上的微小凹坑来记 录二进位信息
断电后信息可以保持！ 断电后信息可以保持！
14
第1章 信息技术概述
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第1章 信息技术概述
相同的符号，有两种不同的含义！ 原 因: 相同的符号，有两种不同的含义！
前缀 名称 前缀 符号
十进制 前缀 10 10 10 10 10 10 10 10
3 6
二进制前缀 2 2 2 2 2
10 20
比值 0.976 0.954 0.931 0.909 0.888 0.867 0.847 0.827
文件和文件夹的大小使用二进制前缀 频率、传输速率等使用十进制前缀： 频率、传输速率等使用十进制前缀： 主频 1GHz（1G＝109） 1GHz（1G＝ 传输速率 100Mbps（1M＝106） 100Mbps（1M＝ 外存储器（硬盘、DVD光盘 光盘、 存储卡）容量： 外存储器（硬盘、DVD光盘、U盘、存储卡）容量： 厂商标注的容量使用十进制前缀 操作系统显示的容量使用二进制前缀
断电后信息不再保持！ 断电后信息不再保持！
第1章 信息技术概述
12
比特在内存RAM中的存储 中的存储 比特在内存
用电容器存储二进位信息：当电容的两极被加上电压， 用电容器存储二进位信息：当电容的两极被加上电压， 存储二进位信息 它就被充电，电压去掉后，充电状态仍可保持一段时间， 它就被充电，电压去掉后，充电状态仍可保持一段时间， 因而1个电容可用来存储 个电容可用来存储1个比特 因而 个电容可用来存储 个比特 信息存储原理
外存储器容量经常使用 的幂次来计算 外存储器容量经常使用10的幂次来计算： 经常使用 的幂次来计算：
1MB＝103 KB ＝1 000 KB ＝ 1GB＝106 KB ＝1 000 000 KB ＝ 1TB＝ 109 KB = 1 000 000 000 KB ＝
第1章 信息技术概述
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现象
为什么？ 为什么？
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第1章 信息技术概述
比特在计算机中如何表示？ 比特在计算机中如何表示？
在计算机中表示与存储二进位的方法： 在计算机中表示与存储二进位的方法： 电路的高电平状态或低电平状态(CPU) 电路的高电平状态或低电平状态 电容的充电状态或放电状态(RAM) 电容的充电状态或放电状态 两种不同的磁化状态(磁盘 两种不同的磁化状态 磁盘) 磁盘 光盘面上的凹凸状态(光盘 光盘面上的凹凸状态 光盘) 光盘 ···
1.2.2 比特与二进制数
（1）不同进位制数的表示和含义 ） （2）不同进位制数的相互转换 ） （3）二进制数的算术运算 ）
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第1章 信息技术概述
不同进位制数的表示和含义
2、比特在计算机中如何存储？ 、比特在计算机中如何存储？
存储(记忆 个比特需要使用具有两种稳定状态的 存储 记忆)1个比特需要使用具有两种稳定状态的 记忆 个比特需要使用具有两种稳定状态 元器件，例如：开关、灯泡等。 元器件，例如：开关、灯泡等。 在CPU中，比特使用一种称为“触发器”的双稳 中 比特使用一种称为“触发器” 态电路来存储。触发器有两个状态， 态电路来存储。触发器有两个状态，可分别用来 记忆0和 ， 个触发器可存储 个触发器可存储1个比特 记忆 和1，1个触发器可存储 个比特 一组（例如 个或 个或16个 触发器可以存储1组比特 组比特， 一组（例如8个或 个）触发器可以存储 组比特， 称为“寄存器” 称为“寄存器” CPU中有几十个甚至上百个寄存器 中有几十个甚至上百个寄存器
字线
C
存储单元
位线
读放大器
• 电容 处于充电状态 电容C处于充电状态 表示1 时，表示 • 电容 处于放电状态 电容C处于放电状态 表示0 时，表示
集成电路技术可以在半导体芯片上制作出以亿计的微型 集成电路技术可以在半导体芯片上制作出以亿计的微型 以亿计 电容器， 电容器，从而构成了可存储大量二进位信息的半导体存 储器芯片
IEC建议
二进制前缀符号
kilo mega giga tera peta exa zetta yotta
k/K M G T P E Z Y
= 1,024 = 1,048,576 = 1,073,741,824 = 1,099,511,627,776
kibimebigibitebipebiexbizebiyobi-
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第1章 信息技术概述
1.2.1 信息的基本单位
——比特 ——比特(bit) 比特
（1）什么是比特 ） （2）比特的存储 ） （3）比特的传输 ）
3
第1章 信息技术概述
什么是比特？ 什么是比特？
比特（ ， 的缩写） 比特（bit，binary digit的缩写）中文翻译为“二进位数 的缩写 中文翻译为“ 字”、“二进位” 或简称为 “位” 二进位” 种取值： 和 ， 比特只有 2 种取值：0和1，一般无大小之分 如同DNA是人体组织的最小单位、原子是物质的最小组 是人体组织的最小单位、 如同 是人体组织的最小单位 成单位一样， 成单位一样，比特是组成数字信息的最小单位 数值、文字、符号、图像、声音、命令 都可以使用比 数值、文字、符号、图像、声音、命令······都可以使用比 特来表示，其具体的表示方法就称为“编码” 代码” 特来表示，其具体的表示方法就称为“编码”或“代码”
计算机读出或者写入移动硬盘中的文件 使用打印机打印某个文档的内容
远距离传输或者无线传输时：需要使用调制技术（ 远距离传输或者无线传输时：需要使用调制技术（参见 调制技术 章第1节 第4章第 节） 章第
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第1章 信息技术概述
比特的传输速率
传输速率表示每秒钟可传输的二进位数目， 传输速率表示每秒钟可传输的二进位数目，常用单 表示每秒钟可传输的二进位数目 位是： 位是：
比特/秒 比特 秒(b/s)，也称“bps”。如 2400 bps(2400b/s) ，也称“ ” 千比特/秒(kb/s)，1kb/s=103比特／秒=1 000 b/s 比特／ 千比特 秒 ， 兆比特/秒 比特／ 兆比特 秒(Mb/s)，1Mb/s=106比特／秒=1 000 kb/s ， 吉比特/秒(Gb/s)，1Gb/s=109比特／秒=1 000 Mb/s 吉比特 秒 ， 比特／ 太比特/秒 比特／ 太比特 秒(Tb/s)，1Tb/s=1012比特／秒=1 000 Gb/s ，
什么是字节？ 什么是字节？
“字节”（Byte，Binary term的 字节” ， 的 缩写） 缩写） 用大写字母“ 表示），是一种稍 表示）， 用大写字母“B”表示），是一种稍 大些的数字信息的计量单位。 大些的数字信息的计量单位。 1Byte=8bit
b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0
8
第1章Fra Baidu bibliotek信息技术概述
例1：CPU内部比特的表示 ： 内部比特的表示
CPU内部通常使用高电平表示 ，低电平表示 内部通常使用高电平表示1，低电平表示0 内部通常使用高电平表示
0 3.3V 2.8V 0.5V 0.0V 1 0
+3v V
1
0 0
9
第1章 信息技术概述
例2：磁盘中比特的表示 ：
磁盘表面微小区域中， 磁盘表面微小区域中，磁性材料粒子的两种不同的 磁化状态分别表示0和 磁化状态分别表示 和1
1.2 数字技术基础
1.2.1 比特 1.2.2 比特与二进制数 1.2.3 信息在计算机中的表示 1.2.4 比特的运算 1.2.5 小结
当代电子信息技术的基础： 当代电子信息技术的基础：
微电子与通信（光纤）技术（ 1.3和 4.1） 微电子与通信（光纤）技术（§1.3和§4.1） 数字技术： 数字技术： 用0和1两个数字来： 两个数字来 表示、处理、存储和传输一切信息的技 表示、处理、存储和传输一切信息的技 一切 术。