数字技术与集成电路基础.ppt

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1、第第2讲讲 数字技术基础数字技术基础2.1 比特与二进制数比特与二进制数2.2 字符和图像的表示字符和图像的表示2.3 比特的表示与存储比特的表示与存储2.4 比特的运算比特的运算2.5 微电子技术简介微电子技术简介第2讲 数字技术基础 2关于关于“数字数字”n数字、数字信号、数字媒体、数字技术、数字控制、数字、数字信号、数字媒体、数字技术、数字控制、数字通信、数字数字通信、数字(码码)相机、数字电视、数字设备相机、数字电视、数字设备n数字化、数字城市、数字世界、数字社会、数字革命、数字化、数字城市、数字世界、数字社会、数字革命、数字鸿沟、数字化生存数字鸿沟、数字化生存n“数字数字”“d i

2、g i t a l”，原意是数手指或脚趾的一，原意是数手指或脚趾的一种做法种做法第2讲 数字技术基础 3“数字数字”(digital)的含义的含义n现代信息技术中，现代信息技术中，digital指的是一类信息技术，与传统的指的是一类信息技术，与传统的模拟模拟(analog)技术不同，它采用离散信号技术不同，它采用离散信号(主要是二进制信主要是二进制信号号)而非连续信号的形式来表示、处理、传输和存储信息而非连续信号的形式来表示、处理、传输和存储信息analogdigital第2讲 数字技术基础 4德国数学家莱布尼兹发明了二进制算术德国数学家莱布尼兹发明了二进制算术是受伏羲八卦图启发的吗？是受伏羲

3、八卦图启发的吗？北北伏羲八卦图伏羲八卦图第2讲 数字技术基础 5周文王六十四卦图周文王六十四卦图 第2讲 数字技术基础 62.1 比特与二进制数比特与二进制数（1）什么是比特）什么是比特（2）十进制与二进制）十进制与二进制（3）二进制、八进制与十六进制）二进制、八进制与十六进制第2讲 数字技术基础 7什么是比特？什么是比特？n比比特特（bit，binary digit的的缩缩写写）中中文文翻翻译译为为“二二进进位数字位数字”、“二进位二进位”、有时也简称为、有时也简称为“位位”n比特只有比特只有 2 种取值：种取值：0和和1，一般无大小之分，一般无大小之分n如如同同DNA是是人人体体组组织织的

4、的最最小小单单位位、原原子子是是物物质质的的最最小组成单位一样，小组成单位一样，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n数值、文字、符号、图像、声音、命令数值、文字、符号、图像、声音、命令都可以都可以使用比特来表示使用比特来表示第2讲 数字技术基础 8信息的外部表示与内部表示信息的外部表示与内部表示n数值信息数值信息n文字信息文字信息n图像信息图像信息n声音信息声音信息n逻辑信息逻辑信息n指令信息指令信息n二进制表示二进制表示n表示要紧凑表示要紧凑n处理要高效处理要高效n转换要简单转换要简单n交换要方便交换要方便信息的内部表示信息的内部表示信息的外部形式信息的外部形式注意：每

5、种信息均注意：每种信息均有多种不同的二进有多种不同的二进制表示方法！制表示方法！(供计算机存储和处理供计算机存储和处理)(供用户使用供用户使用)编码编码解码解码第2讲 数字技术基础 9数值信息在计算机中的表示数值信息在计算机中的表示第2讲 数字技术基础 10数值数值n“数值数值”是一种信息，它有大小、可以进行四则运算，是一种信息，它有大小、可以进行四则运算，通常称为通常称为“数值数值”信息信息n “数值数值”有不同的表示方法：有不同的表示方法：n日常生活中人们使用的是十进制数日常生活中人们使用的是十进制数n计算机内部使用的是二进制数计算机内部使用的是二进制数n程序员还使用是八进制和十六进制数程

6、序员还使用是八进制和十六进制数n问题：问题：n怎样表示？怎样表示？n数值如何计算？数值如何计算？n相互如何转换？相互如何转换？第2讲 数字技术基础 11十进制数十进制数n每一位可使用十个不同数字表示（每一位可使用十个不同数字表示（0、1、2、3、4、5、6、7、8、9）n低位与高位的关系是：逢低位与高位的关系是：逢10进进1n各位的权值是各位的权值是10的整数次幂（基数是的整数次幂（基数是10）例：例：21026101410091016102264.96=200+60+4+0.9+0.06=264.96第2讲 数字技术基础 12二进制数二进制数n 每一位使用两个不同数字表示（每一位使用两个不同

7、数字表示（0、1），即每一），即每一位使用位使用 1 个个“比特比特”表示表示n 低位与高位的关系是：逢低位与高位的关系是：逢2进进1n 各位的权值是各位的权值是 2 的整数次幂（基数是的整数次幂（基数是2）例：例：122021120021122101.01 B=4 0 1 0 1/4 5.25第2讲 数字技术基础 13八进制数八进制数n 每一位使用八个不同数字表示（每一位使用八个不同数字表示（0、1、2、3、4、5、6、7）n 低位与高位的关系是：逢低位与高位的关系是：逢8进进1n 各位的权值是各位的权值是8的整数次幂（基数是的整数次幂（基数是8）例：例：365.2Q=38268158028

8、1192 48 5 2/8 245.25第2讲 数字技术基础 14十六进制数十六进制数n每一位使用十六个数字和符号表示（每一位使用十六个数字和符号表示（0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F）n逢逢16进进1,基数为基数为16n各位的权值是各位的权值是16的整数次幂（基数是的整数次幂（基数是16）例：例：F5.4 H=1516151604161240 5 4/16 245.25第2讲 数字技术基础 15不同进位制数的比较不同进位制数的比较十进制十进制二进制二进制八进制八进制十六进制十六进制零零0000000壹壹1000111贰贰2001022叁叁3001133肆肆401

9、0044伍伍5010155陆陆6011066柒柒7011177捌捌81000108玖玖91001119拾拾10101012A拾壹拾壹11101113B拾贰拾贰12110014C拾叁拾叁13110115D拾肆拾肆14111016E拾伍拾伍15111117F不同进位制数的相互转换不同进位制数的相互转换 只要学会二进制数与十进制数之间的转只要学会二进制数与十进制数之间的转换，与八进制、十六进制数的转换就不在换，与八进制、十六进制数的转换就不在话下了话下了第2讲 数字技术基础 17二进制数二进制数 十进制数十进制数n转换方法：转换方法：二进制数的每一位乘以其相应的权值，然后累二进制数的每一位乘以其相应

10、的权值，然后累加即可得到它的十进制数值加即可得到它的十进制数值例：例：11101.1011B =124123122021120 121022123124 =29.6875 第2讲 数字技术基础 18小小数数部部分分 0.25 0.25 2 2 0 0 .5 .51 1 .0 .0 2 2高位高位高位高位低位低位低位低位十进制数十进制数 二进制数二进制数n转换方法：转换方法：整数和小数分别转换整数和小数分别转换 整数部分：整数部分：除以除以2逆序取余逆序取余 小数部分：小数部分：乘以乘以2顺序取整顺序取整n例例1：29.25 11101.01 n例例2：29.8 11101.1100 1100.

11、1 129293 37 714142 21 12 22 22 22 20 00 01 11 11 1余数余数余数余数低位低位低位低位高位高位高位高位整整数数部部分分小小数数部部分分 0.8 0.8 2 2 1 1 .6 .61 1 .2 .20 0 .4 .40 0 .8 .8 2 2 2 2 2 2高位高位高位高位低位低位低位低位注意注意：十进制小数转换成：十进制小数转换成二进二进制时，可能是无穷小数，应根据制时，可能是无穷小数，应根据需要取近似值表示需要取近似值表示第2讲 数字技术基础 19记住记住2n的值！的值！n21=2n22=4n23=8n24=16n25=32n26=64n27=1

12、28n28=256n29=512n210=1024n211=2048n212=4096n213=8192n214=16384n215=32768n216=65536n220=1Mn230=1Gn240=1T二进制二进制 十进制值十进制值0.1 0.50.01 0.250.11 0.750.001 0.1250.011 0.3750.101 0.6250.111 0.875记住常用二进制记住常用二进制小数的值！小数的值！第2讲 数字技术基础 20举例举例1：二进制整数的表示范围：二进制整数的表示范围十进十进制数制数可表示数可表示数的数目的数目可表示可表示范围范围二进二进制数制数可表示数的可表示数

13、的数目数目可表示数的范可表示数的范围围2位位102=100994位位24=161111=153位位103=10009998位位28=25611111111=2554位位104=10000999916位位216=6553611111=655355位位105=1000009999932位位232=429496729611111=232-16位位106=100000099999964位位264=1844674407x101011111=264-1第2讲 数字技术基础 21举例举例2：IP地址的数目地址的数目2 MUST代理服务器的代理服务器的IP地址是地址是 （点分十进制表示），（点分十进制表示），

14、该该IP地地址的内部表示（二进制表示）是怎样的？址的内部表示（二进制表示）是怎样的？10101100网络号网络号主机号主机号00010000 00110010 000010001 互联网不同互联网不同IP地址一共有多少个？地址一共有多少个？互联网的互联网的IP地址是使用地址是使用32位的二进制数表示的，不同的位的二进制数表示的，不同的IP地址对应一个不同的二进制数，所以所有不同地址对应一个不同的二进制数，所以所有不同IP地址的总数地址的总数理论上是理论上是232个，即个，即43亿个亿个第2讲 数字技术基础 222.2 文字文字/图像在计算机中图像在计算机中的表示的表示第2讲 数字技术基础 23

15、字符、字符集及其编码字符、字符集及其编码n文字的基本元素是字母和符号，统称为文字的基本元素是字母和符号，统称为“字符字符”，包，包括：字母、数字、标点、符号等括：字母、数字、标点、符号等n字符集：字符集：某种语言所使用的一组特定字符的集合某种语言所使用的一组特定字符的集合n西文字符集西文字符集n中文字符集中文字符集n日文字符集日文字符集n字符的编码：字符的编码：n字符集中每个字符都使用若干二进位表示，它们称为该字符字符集中每个字符都使用若干二进位表示，它们称为该字符的的编码或代码编码或代码(code)不同的字符集包含的字符数目与内容不同不同的字符集包含的字符数目与内容不同第2讲 数字技术基础

16、24012345670 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E Fb6b5b4b3b2b1b0西文字符集的编码：西文字符集的编码：ASCII码码0 1 1 01 0 01 1 0 1 0 1 1 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b096个个可可打打印印字字符符32个个控控制制字字符符第2讲 数字技术基础 25例：英文文本在计算机中的表示例：英文文本在计算机中的表示西文字符西文字符(英文字母或英文字母或符号符号)在计算机中采用在计算机中采用的是的是ASCIIASCII码码每个每个ASCIIASCII码在计算机码在计算机中用中用8 8个二进位个二进位(1(1个字个字节，节，By

17、te)Byte)表示表示其中最高位为其中最高位为“0”0”8个二进位称为个二进位称为1个字节，字节是计个字节，字节是计算机存储容量的计量单位！算机存储容量的计量单位！1个字节可存储个字节可存储1个西文字符个西文字符!第2讲 数字技术基础 26汉字在计算机中如何表示？汉字在计算机中如何表示？n汉字是记录汉语的文字，属于表意文字汉字是记录汉语的文字，属于表意文字n特点：数量大，字形复杂，同音字多，异体字多特点：数量大，字形复杂，同音字多，异体字多n常用的汉字编码标准：常用的汉字编码标准：nGB2312国家标准：国家标准：6000多多常用汉字常用汉字n港澳台地区的汉字编码港澳台地区的汉字编码CNS

18、11643(BIG 5)nGB18030国家标准国家标准nUnicode的的UTF-8nUnicode的的UTF-16多文种字符集：多文种字符集：包含世界各国和地区使用的包含世界各国和地区使用的7575套书写符号共约套书写符号共约1010万字符，其中：万字符，其中：拉丁字母、音节文字拉丁字母、音节文字各种标点符号、数学符号、技术符号、几何形状等各种标点符号、数学符号、技术符号、几何形状等中、日、韩统一汉字（称为中、日、韩统一汉字（称为CJKCJK汉字，指中、日、汉字，指中、日、韩、新、马及我国港、澳、台使用的汉字，不论其韩、新、马及我国港、澳、台使用的汉字，不论其字义和读音有无区别，只要字形相

19、同，就作为一个字义和读音有无区别，只要字形相同，就作为一个汉字，共约汉字，共约3 3万多个字）万多个字）第2讲 数字技术基础 27多文种字符集的多文种字符集的3种主要编码方案种主要编码方案单字节：单字节：ASCII字符字符双字节：拉丁、希腊、阿拉伯，双字节：拉丁、希腊、阿拉伯，三字节：三字节：CJK汉字汉字四字节：其他四字节：其他UTF-8 单字节可变长编码单字节可变长编码应用：应用：Linux，Web网页，电子邮件网页，电子邮件双字节：双字节：ASCII字符、拉丁、希腊、阿拉字符、拉丁、希腊、阿拉伯，常用伯，常用CJK汉字，汉字，四字节：其他四字节：其他CJK汉字汉字UTF-16双字节可变长

20、编码双字节可变长编码应用：应用：Windows，Mac，Java，单字节编码（单字节编码（129个）表示个）表示ASCII字符字符 双字节编码（双字节编码（23940个）表示汉字，与个）表示汉字，与GBK（以及（以及GB2312）保持向下兼容）保持向下兼容 四字节编码（约四字节编码（约158万个）用于表示万个）用于表示 UCS/Unicode中的其他字符中的其他字符GB18030标准：标准：既与现有既与现有GB2312、GBK标准保持向下兼容，又与国际标准标准保持向下兼容，又与国际标准UCS/Unicode接轨接轨（UCS/Unicode中包含的所有字符中包含的所有字符GB18030也都有，仅

21、编码不同），目前已在也都有，仅编码不同），目前已在我国信息处理产品中强制贯彻执行我国信息处理产品中强制贯彻执行 第2讲 数字技术基础 28例：不同的标准，不同的表示！例：不同的标准，不同的表示！n与字符的编码一样，图像、声音、视频等，也分别有许多编与字符的编码一样，图像、声音、视频等，也分别有许多编码标准：国际标准码标准：国际标准(ISO)、国家标准、国家标准(GB)、工业标准、企业标、工业标准、企业标准、准、n由于经济利益和政治体制等多种原因，相同的信息在计算由于经济利益和政治体制等多种原因，相同的信息在计算机中可以有不同的表示，即采用不同的编码进行表示机中可以有不同的表示，即采用不同的编码

22、进行表示n例如：例如：“南京大学南京大学1234ABCD”的的3种表示：种表示：C4 CF BE A9 B4 F3 D1 A7 31 32 33 34 41 42 43 44E5 8D 97 E4 BA AC E5 A4 A7 E5 AD A6 31 32 33 34 41 42 43 4457 53 AC 4E 27 59 66 5B 31 00 32 00 33 00 34 00 41 00 42 00 43 00 44 00GBUTF-8UTF-16第2讲 数字技术基础 29举例举例:浏览网页时选择浏览网页时选择“编码编码”的作用的作用第2讲 数字技术基础 30图像在计算机中的表示图像在

23、计算机中的表示第2讲 数字技术基础 31数字图像的组成数字图像的组成像素像素n数字取样图像由大量数字取样图像由大量“取样取样点点”组成组成n取样点排列成取样点排列成M(列列)N(行行)的矩阵的矩阵n取样点是组成数字图像的基取样点是组成数字图像的基本单位，称为本单位，称为“像素像素”n每个像素均用二进制数表示每个像素均用二进制数表示第2讲 数字技术基础 32例例1：黑白图像的表示：黑白图像的表示n每个像素使用每个像素使用1个比特表示：个比特表示：0=白；白；1=黑黑第2讲 数字技术基础 33 例例2：灰度图像的表示：灰度图像的表示每个每个像素用像素用2位表示位表示,共共4 级灰度级灰度每个每个像

24、素用像素用8位表示位表示,共共256级灰度级灰度0 表示最暗表示最暗255 表示最亮表示最亮第2讲 数字技术基础 34例例3：彩色图像的表示：彩色图像的表示n彩色图像的每个像素有三个分量，分别表示彩色图像的每个像素有三个分量，分别表示R、G、B的亮度，假设的亮度，假设3个个分量分别用分量分别用n,m,k个二进位表示，则它可表示个二进位表示，则它可表示2n+m+k种不同的颜色种不同的颜色蓝蓝色色分分量量绿绿色色分分量量红红色色分分量量第2讲 数字技术基础 35数字图像的主要参数数字图像的主要参数1 图像大小图像大小(图像分辨率图像分辨率)：n使用使用 水平分辨率水平分辨率 x 垂直垂直分辨率分辨

25、率 表示表示160 x 240320 x 480第2讲 数字技术基础 36数字图像的主要参数数字图像的主要参数2 像素深度，即像素的所有颜色分量的二进位数目之和像素深度，即像素的所有颜色分量的二进位数目之和图图像像类类型型像素的像素的组组成成像素深度像素深度颜色颜色(灰度灰度)数目数目单单色色图图像像黑白黑白图图像像仅仅1个分量个分量1位位2种种(21)灰度灰度图图像像仅仅1个分量个分量212位位44096种种(22 212)彩色彩色图图像像彩色彩色图图像像3个分量以上个分量以上824位位2561600万种万种(28 224)8-bit 像素（像素（256色）色）24-bit 像素（像素（16

26、00万色）万色）3-bit 像素（像素（8色）色）真彩真彩色色第2讲 数字技术基础 37数字图像的主要参数数字图像的主要参数3 3 数字图像的数据量数字图像的数据量 计算公式（以字节为单位）：计算公式（以字节为单位）：数据量数据量=水平分辨率水平分辨率垂直分辨率垂直分辨率像素深度像素深度8 n例：几种不同大小的图像的数据量（未压缩时）：例：几种不同大小的图像的数据量（未压缩时）：像素深度像素深度图图像大小像大小8位位(256色色)16位位(65536色色)24位位(1600万色万色)640480300 KB600 KB900 KB1024768768 KB1.5 MB2.25 MB128010

27、241.25 MB2.5 MB3.75 MB（注：（注：1K210，1M220 ）第2讲 数字技术基础 38举举 例：数码相机例：数码相机 n假设数码相机拍摄的彩色照片的分辨率是假设数码相机拍摄的彩色照片的分辨率是1200 x 900,其颜其颜色数目为色数目为224色，色，该相机的存储卡容量为该相机的存储卡容量为96MB(1M=106)，如果不进行数据压缩，那么该相机一次最多可以拍摄如果不进行数据压缩，那么该相机一次最多可以拍摄 多少多少 张数字相片？张数字相片？解：解：每张照片的数据量是：每张照片的数据量是：1200 x900 x(24/8)=3.24MB (未压缩未压缩)一次可拍摄照片数目

28、：一次可拍摄照片数目：96MB/3.24MB30张张n如果存储卡容量是如果存储卡容量是1GB呢？呢？n实际可以拍摄的数目是实际可以拍摄的数目是510倍倍第2讲 数字技术基础 39小结：用比特表示信息的优点小结：用比特表示信息的优点 1.比特不仅能表示比特不仅能表示“数数”，而且能表示文字、符号、图，而且能表示文字、符号、图像、声音，并可以毫不费力地相互组合，开发像、声音，并可以毫不费力地相互组合，开发“多媒多媒体体”应用应用2.信息使用比特表示以后，可以通过多种方法进行信息使用比特表示以后，可以通过多种方法进行“数数据压缩据压缩”，从而大大降低信息传输和存储的成本。，从而大大降低信息传输和存储

29、的成本。3.使用比特表示信息后，只要再附加一些额外的比特，使用比特表示信息后，只要再附加一些额外的比特，就能发现甚至纠正信息传输和存储过程中的错误，大就能发现甚至纠正信息传输和存储过程中的错误，大大提高了信息系统的可靠性大提高了信息系统的可靠性 第2讲 数字技术基础 402.3 计算机中如何表示计算机中如何表示与存储比特与存储比特（1）CPU中比特的表示与存储中比特的表示与存储（2）内存储器）内存储器（3）硬盘存储器）硬盘存储器（4）光盘存储器）光盘存储器第2讲 数字技术基础 41 比特如何表示？比特如何表示？1 0 1 1 0 0 1 01 0 0 1 0 0 1 01 0 0 1 0 0

30、1 11 1 1 1 1 1 1 11 两个状态两个状态2 稳定保持稳定保持3 快速改变快速改变断断开开接接通通第2讲 数字技术基础 42CPU内部二进位信息的表示内部二进位信息的表示nCPU内部通常使用高电平表示内部通常使用高电平表示1，低电平表示，低电平表示00.0V0.5V2.8V3.3V010V+3v01 0第2讲 数字技术基础 43内存中比特的存储内存中比特的存储n计算机存储器中用电容器存储二进位信息：当电容的两极被加计算机存储器中用电容器存储二进位信息：当电容的两极被加上电压，它就被充电，电压去掉后，充电状态仍可保持一段时上电压，它就被充电，电压去掉后，充电状态仍可保持一段时间，因

31、而间，因而1个电容可用来存储个电容可用来存储1个比特个比特比特存储原理比特存储原理 电容电容C处于充电状态处于充电状态时，表示时，表示1 电容电容C处于放电状态处于放电状态时，表示时，表示0存储单元存储单元字线字线位线位线C读放大器读放大器断电后信息不再保持！断电后信息不再保持！第2讲 数字技术基础 44DRAM存储芯片（存储芯片（1Gb）16384x1638416384x1638416384x1638416384x16384集成电路技术可集成电路技术可以在半导体芯片以在半导体芯片上制作出数以亿上制作出数以亿计的晶体管和电计的晶体管和电容器，从而构成容器，从而构成了可存储大量二了可存储大量二进

32、位信息的半导进位信息的半导体存储器芯片体存储器芯片 第2讲 数字技术基础 45PC机主存储器机主存储器内存条内存条n主存储器由主存储器由1 14 4个内存条组成个内存条组成n内存条由若干片内存条由若干片DRAM芯片焊装芯片焊装在一小条印制电路板上制成在一小条印制电路板上制成n目前流行的是目前流行的是DDR2和和DDR3内存条：内存条：n均采用双列直插式，其触点分布在内存条的两面均采用双列直插式，其触点分布在内存条的两面nDDR2 和和DDR3均有均有240个引脚个引脚nPC机主板中一般都配备有机主板中一般都配备有2个或个或4个内存条插槽个内存条插槽 第2讲 数字技术基础 46内存容量的计量单位

33、内存容量的计量单位n 8个比特个比特1个字节（个字节（byte，用大写，用大写B表示）表示）n计算机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：nKB（kilobyte，千字节）千字节）:1 KB=210字节字节=1024 BnMB（megabyte，兆字节）兆字节）:1 MB=220字节字节=1024 KBnGB（gigabyte，吉字节、千兆字节）吉字节、千兆字节）:1 GB=230字节字节=1024 MBnTB（terabyte，太字节、兆兆字节）太字节、兆兆字节）:1 TB=240字节字节=1024 GB第2讲 数字技术基础 47硬盘存储器硬盘存储器第2讲 数字技术基础 48

34、n磁盘表面微小区域中，磁性材料粒子的两种不同的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磁化状态分别表示0和和1磁盘存储器中比特的表示磁盘存储器中比特的表示磁性材磁性材料粒子料粒子磁头，用磁头，用于写入和于写入和读出信息读出信息“0”“1”旋转方向旋转方向磁磁盘盘片片第2讲 数字技术基础 49 硬盘存储器的结构硬盘存储器的结构移动臂移动臂控制电路控制电路主轴主轴盘片盘片磁头磁头接口接口第2讲 数字技术基础 50磁头浮在盘片表面进行数据读写磁头浮在盘片表面进行数据读写l磁头靠气垫悬浮于盘片之上，距离盘片仅磁头靠气垫悬浮于盘片之上，距离盘片仅 0.0000254 0.000025

35、4 毫米（百万分之一英吋）毫米（百万分之一英吋）人发人发灰尘微粒灰尘微粒指印指印烟微粒烟微粒磁头磁头盘片表面盘片表面第2讲 数字技术基础 51磁磁 道道扇扇 区区磁盘的磁道和扇区磁盘的磁道和扇区磁盘表面被磁盘表面被分为许多同分为许多同心圆，每个心圆，每个同心圆称为同心圆称为一个磁道。一个磁道。每个磁道都每个磁道都有一个编号，有一个编号，最外面的是最外面的是0磁道磁道 每个磁道被每个磁道被划分为若干划分为若干段（段又叫段（段又叫扇区），每扇区），每个扇区的存个扇区的存储容量均为储容量均为512字节。字节。每个扇区都每个扇区都有一个编号有一个编号 注：所谓磁盘的格式化操作，就是在盘面上划分磁道和扇

36、区，注：所谓磁盘的格式化操作，就是在盘面上划分磁道和扇区，并在扇区中填写扇区号等信息的过程并在扇区中填写扇区号等信息的过程第2讲 数字技术基础 52硬盘的存储容量硬盘的存储容量n容量计算方法：容量计算方法：nC2碟片数碟片数磁道数磁道数/面面扇区数扇区数/磁道磁道 512字节字节/扇区扇区n提高硬盘容量的途径：提高硬盘容量的途径：n增加盘片上的磁道数目增加盘片上的磁道数目n增加磁道中的扇区数目增加磁道中的扇区数目n增加碟片数目增加碟片数目增大盘片直径：增大盘片直径：3.53.5、2.52.5、1.81.8英寸英寸 提高纪录密度提高纪录密度第2讲 数字技术基础 53硬盘硬盘(光盘、光盘、U盘盘)

37、存储容量的单位存储容量的单位n外存储器容量一般使用外存储器容量一般使用10的幂次来计算：的幂次来计算：n1MB103 KB 1 000 KBn1GB106 KB 1 000 000 KBn1TB 109 KB=1 000 000 000 KB奇奇怪，怪，为为什什么么？第2讲 数字技术基础 54 原因分析原因分析前缀前缀名称名称前缀前缀符号符号十进制十进制前缀前缀二进制前缀二进制前缀比值比值kilok/K103210=1,0240.976megaM106220=1,048,5760.954gigaG109230=1,073,741,8240.931teraT1012240=1,099,511,6

38、27,7760.909petaP1015250=1,125,899,906,842,6240.888exaE1018260=1,152,921,504,606,846,9760.867zettaZ1021270=1,180,591,620,717,411,303,4240.847yottaY1024280=1,208,925,819,614,629,174,706,1760.827相同的符号，有两种不同的含义！相同的符号，有两种不同的含义！厂商标注的容量厂商标注的容量使用十进制前缀使用十进制前缀操作系统显示的容操作系统显示的容量使用二进制前缀量使用二进制前缀第2讲 数字技术基础 55不同进位制

39、前缀的使用场合不同进位制前缀的使用场合n内存、内存、cache、半导体存储器芯片的容量均使、半导体存储器芯片的容量均使用二进制前缀：用二进制前缀：n512MB的内存条（的内存条（1M220）n256KB 的的cache（1K 210）n文件和文件夹的大小使用二进制前缀文件和文件夹的大小使用二进制前缀n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：n主频主频 1GHz（1G109）n传输速率传输速率 100Mbps（1M106）n外存储器（硬盘、外存储器（硬盘、DVD光盘、光盘、U盘、存储卡等）盘、存储卡等）容量：容量：n厂商标注的容量使用十进制前缀厂商标注的容量使用十进制前缀

40、n操作系统显示的容量使用二进制前缀操作系统显示的容量使用二进制前缀第2讲 数字技术基础 56解决方案：使用两种不同的前缀符号解决方案：使用两种不同的前缀符号n已经采用已经采用IEC建议符号的有：建议符号的有：nMozilla Firefox，BitTornado，Linux，以及其他一些，以及其他一些GNU自由软件自由软件n尚未采用尚未采用IEC建议符号的有：微软公司建议符号的有：微软公司前缀前缀名称名称前缀前缀符号符号十进十进制值制值二进制值二进制值比值比值IEC建议建议二进制前缀符号二进制前缀符号kilok/K103210=1,0240.976kibi-KimegaM106220=1,04

41、8,5760.954mebi-MigigaG109230=1,073,741,8240.931gibi-GiteraT1012240=1,099,511,627,7760.909tebi-TipetaP1015250=1,125,899,906,842,6240.888pebi-PiexaE1018260=0.867exbi-EizettaZ1021270=0.847zebi-ZiyottaY1024280=0.827yobi-Yi第2讲 数字技术基础 57光盘存储器光盘存储器第2讲 数字技术基础 58 光盘存储器的发展光盘存储器的发展分代分代年代年代名称名称激光类型激光类型存储容量存储容量第

42、第1代代1982CD光盘存储器光盘存储器红外光红外光650MB第第2代代1995DVD光盘存储器光盘存储器红光红光4.7GB第第3代代2006BD光盘存储器光盘存储器蓝光蓝光25GB（注：（注：DVD和和BD的容量均为单面单层的容量）的容量均为单面单层的容量）第2讲 数字技术基础 59光盘的信息记录原理光盘的信息记录原理光盘上的光盘上的螺旋形光道螺旋形光道凹坑的边缘凹坑的边缘用来表示用来表示“1”，而，而凹坑和非凹凹坑和非凹坑的平坦部坑的平坦部分表示分表示“0”第2讲 数字技术基础 60为什么为什么DVD容量比容量比CD大得多？大得多？1)更小的凹点长度更小的凹点长度(2.08x),2)数据轨

43、道间隔更紧密数据轨道间隔更紧密(2.16x),3)采用较短波长的采用较短波长的635nm或或650nm的红色激光的红色激光,使激光使激光斑点直径缩小斑点直径缩小,提高信息的提高信息的鉴别能力鉴别能力.4)第2讲 数字技术基础 612.4 比特的基本运算比特的基本运算第2讲 数字技术基础 62二进制数的算术运算二进制数的算术运算n1 1位二进制数的加、减法运算规则：位二进制数的加、减法运算规则：被加数被加数 加数加数 进位进位 和和 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0（a）加法规则）加法规则被减数被减数 减数减数 借位借位 差差 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0

44、 0 1 1 1 0 0（b）减法规则）减法规则n2 2个多位二进制数的加、减法运算举例：个多位二进制数的加、减法运算举例：0101(5)1001(9)+0100(4)0100(4)1001(9)0101(5)由低位到高位逐位由低位到高位逐位进行！进行！第2讲 数字技术基础 63二进制数的二进制数的3 3种基本逻辑运算种基本逻辑运算逻辑加：逻辑加：F=A B（“或或”运算）运算）逻辑乘：逻辑乘：F=A B（“与与”运算）运算）取反：取反：F=NOT A（“否定否定”运算）运算）A B A B 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 A B A B 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1

45、 1 1 A NOT A 0 1 1 0EFABEFABAEFR开关闭合开关闭合1，断开，断开0第2讲 数字技术基础 64举例举例1：黑白图像的：黑白图像的“取反取反”操作操作第2讲 数字技术基础 65举例举例2：灯泡的控制：灯泡的控制条件：使用条件：使用2个开关个开关要求：使得楼上和楼下均可以控制电灯的要求：使得楼上和楼下均可以控制电灯的“亮亮”和和“暗暗”问题：应如何连接电路？问题：应如何连接电路？EFAB A B F(灯灯)0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0A、B进行进行“异或异或”运算（运算（Exclusive OR），），AB假设：开关向上假设：开关向上1，向下，向下0

46、灯亮灯亮1，灯灭灯灭0第2讲 数字技术基础 66举例举例3 3：多位二进制数的逻辑运算：多位二进制数的逻辑运算按位独立进行，每按位独立进行，每一位都不受其它位一位都不受其它位的影响：的影响：例例1A:0110 B:1010 F:1110例例2A:0110 B:1010 F:0010例：子网掩码的作用例：子网掩码的作用第2讲 数字技术基础 67晶体管是一种电子开关晶体管是一种电子开关n使用使用机械机械开关实现逻辑操作开关实现逻辑操作速度太慢，工速度太慢，工作也不可靠！作也不可靠！n晶体管好像是一个电子开关晶体管好像是一个电子开关,它可以工作它可以工作在两种状态：导通状态在两种状态：导通状态/绝缘

47、状态，效果绝缘状态，效果相当于相当于A和和B之间的接通或断开之间的接通或断开开关开关断开断开AB开关开关闭合闭合ABABG晶体管的两种状晶体管的两种状态由态由控制端控制端G的的电压决定电压决定第2讲 数字技术基础 68若干晶体管组合可完成逻辑运算若干晶体管组合可完成逻辑运算A B CA+B“或或”门门 CABA B“与与”门门2.9 v0 vOutInPN“非非”门门AA门电路：门电路：第2讲 数字技术基础 69逻辑运算是用逻辑运算是用“门门”电路实现的电路实现的名称名称运算符号运算符号定义定义 A B F门电路符号门电路符号(国标国标)门电路符号门电路符号(国外国外)与与AB，ABA B 0

48、 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1或或A+B,A B 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1非非 0 1 1 0与非与非 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0或非或非 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0异或异或 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 01&1&1=1AABA+BAB+AB 第2讲 数字技术基础 70小结小结1：数字技术的基础：数字技术的基础二进制二进制n二进制数的运算有二进制数的运算有2类：类：n算术运算算术运算:+,-,x,/.从低位到高位逐位进行，需从低位到高位逐位进行，需考虑低位的进位考虑低位的进位(借位借位)n逻辑运算：逻辑

49、运算：，NOT.按位进行，不考虑进位按位进行，不考虑进位n二进制数的算术运算也是通过逻辑运算实现的二进制数的算术运算也是通过逻辑运算实现的n逻辑运算可以用开关电路来实现逻辑运算可以用开关电路来实现n数以千万计的开关电路可以制作在集成电路上，工作速数以千万计的开关电路可以制作在集成电路上，工作速度极快，因而能高速度地完成二进制数的各种运算度极快，因而能高速度地完成二进制数的各种运算 第2讲 数字技术基础 712.5 微电子技术简介微电子技术简介（1）微电子技术与集成电路）微电子技术与集成电路（2）集成电路的制造）集成电路的制造（3）集成电路的发展趋势）集成电路的发展趋势微电子技术与集成电路微电子

50、技术与集成电路 微电子技术是信息技术领域中的关微电子技术是信息技术领域中的关键技术，是发展电子信息产业和各项键技术，是发展电子信息产业和各项高技术的基础高技术的基础 微电子技术的核心是集成电路技术微电子技术的核心是集成电路技术第2讲 数字技术基础 73什么是电子电路？什么是电子电路？电路板电路板电子电路由电阻，电容，电感和二电子电路由电阻，电容，电感和二极管、晶体管等元器件组成，它们极管、晶体管等元器件组成，它们通过导线连接起来，使电流在其中通过导线连接起来，使电流在其中流动，完成信号的生成、放大、变流动，完成信号的生成、放大、变换或传输等功能换或传输等功能过去，电路由单个过去，电路由单个元器