《計算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)教程》計算機(jī)基礎(chǔ)知識
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1、第1章計算機(jī)基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)目標(biāo):通過本章學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握計算機(jī)基本概念、計算機(jī)系統(tǒng)組成、計算機(jī)各大硬件設(shè)備、計算機(jī)的數(shù)制和信息的表示與存儲,并熟悉計算機(jī)的產(chǎn)生、發(fā)展、特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域,了解計算機(jī)中字符編碼的概念。1.1計算機(jī)概述隨著微型計算機(jī)的出現(xiàn)及計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,計算機(jī)的應(yīng)用已滲透到社會的各個領(lǐng)域,并逐步改變著人們的生活方式。21世紀(jì)的今天,掌握和使用計算機(jī)成為人們必不可少的技能。1.1.1 計算機(jī)的誕生及發(fā)展1946年2月,世界上第一臺電子計算機(jī)ENIAC(埃尼阿克)在美國加少M(fèi)問世。ENIAC使用了17468電子管,1500個繼電器,體積3000立方英尺(1立方米=35.346立方英尺),占
2、地170平方米,重30噸,耗電174千瓦。內(nèi)存17K,字長12位,運(yùn)算速度每秒5000多次加法運(yùn)算,300多次乘法運(yùn)算,比當(dāng)時最快的計算工具快300倍,耗資40萬美金。在當(dāng)時用它來處理彈道問題,將人工計算使用20小時縮短到30秒。但是ENIAC卻有一個嚴(yán)重的問題,它不能存儲程序。如圖1-1所示。圖1-1世界上第一臺電子計算機(jī)幾乎在同一時期,著名數(shù)學(xué)家馮諾依曼提出了“存儲程序”和“程序控制”的概念。其主要思想為:1)采用二進(jìn)制形式表示數(shù)據(jù)和指令。2)計算機(jī)應(yīng)包括運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入和輸出設(shè)備五大基本部件。3)采用存儲程序和程序控制的工作方式。所謂存儲程序,就是把程序和處理問題所需的數(shù)據(jù)均
3、以二進(jìn)制編碼形式預(yù)先按一定順序存放到計算機(jī)的存儲器里。計算機(jī)運(yùn)行時,中央處理器依次從內(nèi)存儲器中逐條取出指令,按指令規(guī)定執(zhí)行一系列的基本操作,最后完成一個復(fù)雜的工作。這一切工作都是由一個擔(dān)任指揮工作的控制器和一個執(zhí)行運(yùn)算工作的運(yùn)算器共同完成的,這就是存儲程序控制的工作原理。馮諾依曼的上述思想奠定了現(xiàn)代計算機(jī)設(shè)計的基礎(chǔ),所以后來人們將采用這種設(shè)計思想的計算機(jī)稱為馮諾依曼型計算機(jī)。從1946年第一臺計算機(jī)誕生至今,雖然計算機(jī)的設(shè)計和制造技術(shù)都有了極大的發(fā)展,但今天使用的絕大多數(shù)計算機(jī)其工作原理和基本結(jié)構(gòu)仍然遵循著馮諾依曼的思想。計算機(jī)由于所使用的元器件的迅速發(fā)展經(jīng)歷了五個時代,如表1-1所示。代日期
4、邏輯元件上存輔存速度(次/秒)軟件代表產(chǎn)品,-代1946-1957電子管水銀延遲線磁鼓磁帶5千4萬機(jī)器語百、,匚編語百UNIVAC第二代1958-1964晶體管磁芯磁帶、磁盤幾十萬幾白力Wj級語百、管理程序IBM7000、UNIVACII第三代1965-1970中小集成電路半導(dǎo)體存儲器磁盤幾白力幾千萬操作系統(tǒng)診斷程序IBMsystem/360第四代1971-現(xiàn)在超大規(guī)模集成電路半導(dǎo)體存儲器磁盤、上億固件、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫第五代智能機(jī)能聽、說、看、有思維能力等的新一代的計算機(jī)被稱為智能計算機(jī)。表1-1計算機(jī)年代的劃分1.1.2 計算機(jī)分類計算機(jī)按工作原理分可分為:模擬電子計算機(jī)、數(shù)字電子計算機(jī)、模擬
5、數(shù)字混合計算機(jī);按功能分可分為專用計算機(jī)和通用計算機(jī);按工作模式分可分為工作站和服務(wù)器;按規(guī)模分可分為:巨型計算機(jī)、大型計算機(jī)、中型計算機(jī)、小型計算機(jī)和微型計算機(jī)。如銀河系列計算機(jī):運(yùn)行速度每秒上百億次,如圖1-2所示。圖1-2銀河系列計算機(jī)1.1.3 計算機(jī)特點(diǎn)1 .運(yùn)算速度快當(dāng)今計算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)算速度已達(dá)到每秒萬億次,微機(jī)也可達(dá)每秒億次以上,使大量復(fù)雜的科學(xué)計算問題得以解決。例如:衛(wèi)星軌道的計算、大型水壩的計算、24小時天氣預(yù)報的計算等,過去人工計算需要幾年、幾十年,而現(xiàn)在用計算機(jī)只需幾天甚至幾分鐘就可完成。2 .計算精確度高科學(xué)技術(shù)的發(fā)展特別是尖端科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,需要高度精確的計算。計算機(jī)
6、控制的導(dǎo)彈之所以能準(zhǔn)確地?fù)糁蓄A(yù)定的目標(biāo),是與計算機(jī)的精確計算分不開的。一般計算機(jī)可以有十幾位甚至幾十位(二進(jìn)制)有效數(shù)字,計算精度可由千分之幾到百萬分之幾,是任何計算工具所望塵莫及的。3 .存儲容量大計算機(jī)不僅能進(jìn)行計算,而且能把參加運(yùn)算的數(shù)據(jù)、程序以及中間結(jié)果和最后結(jié)果保存起來,以供用戶隨時調(diào)用。計算機(jī)的存儲器可以存儲大量數(shù)據(jù),這使計算機(jī)具有了“記憶”功能。隨著計算機(jī)存儲容量的不斷增大,可存儲記憶的信息越來越多。計算機(jī)的“記憶”功能是與傳統(tǒng)計算工具的一個重要區(qū)別。4 .具有邏輯判斷能力計算機(jī)的運(yùn)算器除了能夠完成基本的算術(shù)運(yùn)算外,還具有對各種信息進(jìn)行比較、判斷等邏輯運(yùn)算的功能。這種能力是計算機(jī)
7、處理邏輯推理問題的前提。5 .自動化程度高,通用性強(qiáng)計算機(jī)內(nèi)部操作是根據(jù)人們事先編好的程序自動控制進(jìn)行的。用戶根據(jù)解題需要,事先設(shè)計好運(yùn)行步驟與程序,計算機(jī)十分嚴(yán)格地按程序規(guī)定的步驟操作,整個過程不需人工干預(yù),自動化程度高,這一特點(diǎn)是一般計算工具所不具備的。計算機(jī)通用性的特點(diǎn)表現(xiàn)在幾乎能求解自然科學(xué)和社會科學(xué)中一切類型的問題,能廣泛地應(yīng)用各個領(lǐng)域。1.2計算機(jī)系統(tǒng)組成及應(yīng)用完整的計算機(jī)系統(tǒng)包括:硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)是計算機(jī)的“軀干”,是基礎(chǔ)。軟件系統(tǒng)是建立在“軀干”上的“靈魂”。其結(jié)構(gòu)如圖1-3所示。計算機(jī) 系統(tǒng)圖1-3計算機(jī)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)在計算機(jī)系統(tǒng)中,硬件是軟件賴以工作的物質(zhì)基礎(chǔ),
8、軟件的正常工作是硬件發(fā)揮作用的唯一途徑。計算機(jī)系統(tǒng)必須要配備完善的軟件系統(tǒng)才能正常工作,且充分發(fā)揮其硬件的各種功能。所以軟件與硬件一樣,都是計算機(jī)工作必不可少的組成部分。那么,計算機(jī)由用戶來使用,用戶與計算機(jī)硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的層次關(guān)系如圖1-4所示。1.2.1 硬件系統(tǒng)基本組成電子計算機(jī)從誕生至今,其體系結(jié)構(gòu)基本沒有發(fā)生變化,仍舊沿用馮諾依曼體系結(jié)構(gòu),即計算機(jī)硬件是由運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入和輸出設(shè)備組成,如圖1-5所示。圖1-5計算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)1 .運(yùn)算器運(yùn)算器又稱算術(shù)邏輯單元(ArithmeticLogicUnit,ALU),是計算機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理的部件,也就是對二進(jìn)制數(shù)碼進(jìn)行加
9、、減、乘、除等算術(shù)運(yùn)算,或進(jìn)行與、或、非等的基本邏輯運(yùn)算,從而實(shí)現(xiàn)邏輯判斷。運(yùn)算器是在控制器的控制下實(shí)現(xiàn)算術(shù)邏輯運(yùn)算功能,運(yùn)算結(jié)果由控制器送到內(nèi)存中。2 .控制器控制器是計算機(jī)指揮和控制中心。它負(fù)責(zé)從內(nèi)存中取出指令,確定指令類型,并對指令進(jìn)行譯碼,按時間的先后順序,向計算機(jī)的各個部件發(fā)出控制信號,使整個計算機(jī)系統(tǒng)的各個部件協(xié)調(diào)一致地工作,從而一步一步地完成各種操作??刂破髦饕芍噶罴拇嫫?、指令譯碼器、程序計數(shù)器、時序部件、操作控制部件等部件組成。3 .存儲器存儲器是計算機(jī)存儲數(shù)據(jù)的部件,用于保存程序及數(shù)據(jù),以及運(yùn)算的結(jié)果。包括數(shù)據(jù)寄存器和地址寄存器。數(shù)據(jù)寄存器用于暫存操作數(shù)和運(yùn)算結(jié)果,地址寄存
10、器用于存放需要訪問的存儲單元的地址。4 .輸入設(shè)備輸入設(shè)備負(fù)責(zé)把用戶命令,包括程序和數(shù)據(jù)輸入到計算機(jī)中,是人與計算機(jī)之間對話的重要工具。文字、圖形、聲音、圖像等信息都要通過輸入設(shè)備才能被計算機(jī)接受。常見的輸入設(shè)備有鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀、數(shù)碼相機(jī)等。5 .輸出設(shè)備輸出設(shè)備是將計算機(jī)運(yùn)算或處理的結(jié)果轉(zhuǎn)換成用戶所需要的各種形式輸出。常見的輸出設(shè)備有顯示器、打印機(jī)等。1.2.2 軟件系統(tǒng)計算機(jī)軟件是各種程序和文檔的總稱,程序是人們?yōu)槭褂嬎銠C(jī)完成某向特定的任務(wù)而編寫的按一定次序排列和執(zhí)行的命令和數(shù)據(jù)的集合,文檔則是應(yīng)用各種編輯系統(tǒng)編寫的文本或帶格式的文本。計算機(jī)軟件系統(tǒng)包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。系統(tǒng)軟件是指
11、控制、管理和協(xié)調(diào)計算機(jī)及其外部設(shè)備,支持應(yīng)用軟件的開發(fā)和運(yùn)行的軟件的總稱。系統(tǒng)軟件包括:操作系統(tǒng)、語言處理程序和服務(wù)程序。1 操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)是管理、控制和監(jiān)督計算機(jī)軟、硬件資源協(xié)調(diào)運(yùn)行的程序系統(tǒng),由一系列具有不同控制和管理功能的程序組成,它是直接運(yùn)行在計算機(jī)硬件上的、最基本的系統(tǒng)軟件,是系統(tǒng)軟件的核心。操作系統(tǒng)是計算機(jī)發(fā)展中的產(chǎn)物,它的主要目的有兩個:一是方便用戶使用計算機(jī),是用戶和計算機(jī)的接口。比如用戶鍵入一條簡單的命令就能自動完成復(fù)雜的功能,這就是操作系統(tǒng)幫助的結(jié)果;二是統(tǒng)一管理計算機(jī)系統(tǒng)的全部資源,合理組織計算機(jī)工作流程,以便充分、合理地發(fā)揮計算機(jī)的效率。有關(guān)操作系統(tǒng)的知識將在第3章做
12、進(jìn)一步的介紹。2程序設(shè)計語言計算機(jī)語言是人們根據(jù)描述實(shí)際問題的需要而設(shè)計的、用于書寫計算機(jī)程序的語言。程序設(shè)計語言就是人們設(shè)計出來的能讓計算機(jī)讀懂并且能完成某特定事的語言。程序設(shè)計語言從低級到高級依次為機(jī)器語言、匯編語言、高級語言三類。低級語言包括機(jī)器語言和匯編語言。按照語言對機(jī)器的依賴程度,可分為:1)機(jī)器語言(MachineLanguage)是以二進(jìn)制代碼形式表示的機(jī)器基本指令的集合。它的特點(diǎn)是運(yùn)算速度快,每條指令都是0和1的組合,不同計算機(jī)其機(jī)器語言不同,難閱讀,難修改,難移植。2)匯編語言(AssembleLanguage)是為了解決機(jī)器語言難于理解和記憶,用易于理解和記憶的名稱和符號
13、表示的機(jī)器指令。例如,加法指令A(yù)DD傳送指令MOV匯編語言雖比機(jī)器語言直觀,但基本上還是一條指令對應(yīng)一種基本操作,對同一問題編寫的程序在不同類型的機(jī)器上仍然是互不通用。匯編語言必須經(jīng)過語言處理程序(匯編程序)的翻譯才能被計算機(jī)識別。3)高級語言(HighLevelLanguage)是人們?yōu)榱私鉀Q低級語言的不足而設(shè)計的程序設(shè)計語言。它是由一些接近于自然語言和數(shù)學(xué)語言的語句組成。易學(xué)、易用、易維護(hù)。但是由于機(jī)器硬件不能直接識別高級語言中的語句,因此必須經(jīng)過“翻譯程序”,將用高級語言編寫的程序翻譯成機(jī)器語言的程序才能執(zhí)行。一般說來用它的編程效率高,執(zhí)行速度沒有低級語言高。高級語言必須經(jīng)過語言處理程序
14、(編譯程序等)的翻譯才能被計算機(jī)識別。目前最常用的高級語言有:C語言、C+、Java、Delphi等。除機(jī)器語言外,采用其他程序設(shè)計語言編寫的程序,計算機(jī)都不能直接識別其指令,這種程序稱為源程序,必須把源程序翻譯成等價的機(jī)器語言程序,即計算機(jī)能識別的0與1的組合,承擔(dān)翻譯工作的即為語言處理程序。語言處理程序是把源程序翻譯成與之等價的另一種語言表示的程序。其工作方法有解釋和編譯二種。如圖1-6(a)、(b)所示。編輯程序,解釋一條執(zhí)行一條編譯程序tWj級語日源程序機(jī)器語百目標(biāo)程序M 1-6(a)編譯過程示意圖執(zhí)行結(jié)果tWj級語日源程序圖1-6(b)解釋過程示意圖執(zhí)行結(jié)果應(yīng)用軟件是為計算機(jī)在特定領(lǐng)
15、域中的應(yīng)用而開發(fā)的專用軟件。應(yīng)用軟件具體可分為兩類:面向問題的應(yīng)用程序,如現(xiàn)代企業(yè)管理系統(tǒng)、財務(wù)軟件、訂票系統(tǒng)、電話查詢系統(tǒng)、倉庫管理系統(tǒng)、旅館服務(wù)系統(tǒng)。為用戶使用而開發(fā)的各種工具軟件,如診斷程序、調(diào)試程序、編輯程序、鏈接程序、字處理軟件、圖形處理軟件、系統(tǒng)操作、維護(hù)軟件等。應(yīng)用軟件包括的范圍是極其廣泛的,可以這樣說,哪里有計算機(jī)應(yīng)用,哪里就有應(yīng)用軟件。如辦公應(yīng)用Office、WPS平面設(shè)計PhotoShop、Illustrator、CorelDraw;視頻處理Premiere、AfterEffects、會聲會影;網(wǎng)站建設(shè)FrontPage、Dreamwerver;輔助設(shè)計AutoCAD;三維
16、制作3DSMax多媒體開發(fā)Authorware、Flash等等。1.2.3 計算機(jī)應(yīng)用1 .科學(xué)計算科學(xué)計算通常是指用于完成科學(xué)研究和工程技術(shù)中提出的數(shù)學(xué)問題的計算,如應(yīng)用于天氣預(yù)報、地震分析、導(dǎo)彈攔截大量的數(shù)值計算與分析等,是計算機(jī)最早的應(yīng)用領(lǐng)域。在計算機(jī)誕生初期,計算機(jī)主要用于科學(xué)計算,在彈道計算上顯示了它的巨大威力。當(dāng)時,用ENIAC計算炮彈從發(fā)射到彈道軌道40個點(diǎn)的位置只用了3秒,代替了7個小時的人工計算,速度提高了8400倍。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,使得各種領(lǐng)域中的計算模型日趨復(fù)雜,人工計算已無法解決這些復(fù)雜的計算問題??茖W(xué)計算的特點(diǎn)是計算工作量大、數(shù)值變化范圍大。2 .信息處理信息處理
17、是指對大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理(如分類、合并、統(tǒng)計、分析等)。使用計算機(jī)和其他輔助方式,把人們在各種實(shí)踐活動中產(chǎn)生的大量信息:文字、聲音、圖片、視頻等,按照不同的要求,及時地收集儲存、整理、傳輸和應(yīng)用。與科學(xué)計算不同,數(shù)據(jù)處理涉及的數(shù)據(jù)量大。信息處理也為社會和經(jīng)濟(jì)的管理和決策提供了新的技術(shù)手段,使辦公自動化這一門綜合的科學(xué)技術(shù)提高到了一個新的水平。大大提高政府、企業(yè)等的辦公效率,提高領(lǐng)導(dǎo)決策水平。3計算機(jī)輔助系統(tǒng)計算機(jī)輔助設(shè)計(ComputerAidedDesign,CAD)就是用計算機(jī)幫助設(shè)計人員進(jìn)行設(shè)計。由于計算機(jī)有快速的數(shù)值計算、較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理以及模擬的能力,輔助設(shè)計系統(tǒng)配有專門的計算程序
18、用來幫助設(shè)計人員完成復(fù)雜的計算,配有專業(yè)繪圖軟件用來協(xié)助設(shè)計人員繪制設(shè)計圖紙。使CAD技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。采用計算機(jī)輔助設(shè)計后,不但降低了設(shè)計人員的工作量,提高了設(shè)計的速度,更重要的是提高了設(shè)計的質(zhì)量。計算機(jī)輔助制造(ComputerAidedManufacturing,CAM)是用計算機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)備的管理、控制和操作的過程。計算機(jī)輔助設(shè)計的產(chǎn)品,可以直接通過專門的加工制造設(shè)備自動生產(chǎn)出來。使用CAM技術(shù)可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量,降低成本,縮短生產(chǎn)周期。計算機(jī)集成制造系統(tǒng)(ComputerIntegratedManufactureSystem,CIMS)是指以計算機(jī)為中心的現(xiàn)代化信息技術(shù)應(yīng)用于企業(yè)管理
19、與產(chǎn)品開發(fā)制造的新一代制造系統(tǒng),是CAD、CAPP、CAM、CAE、CAQ(計算機(jī)輔助質(zhì)量管理)、PDMS(產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng))、管理與決策、網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫及質(zhì)量保證系統(tǒng)等子系統(tǒng)的技術(shù)集成。計算機(jī)輔助教學(xué)(ComputerAidedInstruction,CAI)是在計算機(jī)輔助下進(jìn)行的各種教學(xué)活動,以對話方式與學(xué)生討論教學(xué)內(nèi)容、安排教學(xué)進(jìn)程、進(jìn)行教學(xué)訓(xùn)練的方法與技術(shù)。CAI為學(xué)生提供一個良好的個人化學(xué)習(xí)環(huán)境,綜合應(yīng)用計算機(jī)的多媒體、超文本、人工智能及知識庫等技術(shù),克服傳統(tǒng)教學(xué)方式單一、片面的缺點(diǎn),能有效地縮短學(xué)習(xí)時間、提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率,實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的教學(xué)目標(biāo)。4計算機(jī)自動控制主要應(yīng)用于飛行控制
20、、加工控制、生產(chǎn)線控制、交通指示燈控制等。過程控制又稱實(shí)時控制,指用計算機(jī)實(shí)時采集檢測數(shù)據(jù),按最佳值迅速地對控制對象進(jìn)行自動控制或自動調(diào)節(jié)。利用計算機(jī)對工業(yè)生產(chǎn)過程或裝置的運(yùn)行過程進(jìn)行狀態(tài)檢測并實(shí)施自動控制。不僅可以大大提高控制的自動化水平,而且可以提高控制的及時性和準(zhǔn)確性,從而改善勞動條件、提高產(chǎn)品質(zhì)量及合格率。5多媒體技術(shù)應(yīng)用隨著電子技術(shù)特別是通信和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,人們已經(jīng)有能力把文本、音頻、視頻、動畫、圖形和圖像等各種媒體綜合起來,構(gòu)成一種全新的概念“多媒體”。在醫(yī)療、教育、商業(yè)、銀行、保險、行政管理、軍事、工業(yè)、廣播和出版等領(lǐng)域中,多媒體的應(yīng)用發(fā)展很快。6電子商務(wù)等網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用隨著網(wǎng)絡(luò)技
21、術(shù)的發(fā)展,計算機(jī)的應(yīng)用進(jìn)一步深入到社會的各行各業(yè),通過高速信息網(wǎng)現(xiàn)數(shù)據(jù)與信息的查詢、高速通信服務(wù)(電子郵件、電視電話、電視會議、文檔傳輸)、電子教育、電子娛樂、電子購物(通過網(wǎng)絡(luò)選看商品、辦理購物手續(xù)、質(zhì)量投訴等)、遠(yuǎn)程醫(yī)療和會診、交通信息管理等。7人工智能方面的研究和應(yīng)用人工智能(簡稱AI)是指計算機(jī)模擬人類某些智力行為的理論、技術(shù)和應(yīng)用。人工智能是計算機(jī)應(yīng)用的一個新的領(lǐng)域,這方面的研究和應(yīng)用正處于發(fā)展階段,在醫(yī)療診斷、定理證明、語言翻譯、機(jī)器人等方面,已有了顯著的成效。例如,用計算機(jī)模擬人腦的部分功能進(jìn)行思維學(xué)習(xí)、推理、聯(lián)想和決策,使計算機(jī)具有一定“思維能力”。我國已開發(fā)成功一些中醫(yī)專家診
22、斷系統(tǒng),可以模擬名醫(yī)給患者診病開方。機(jī)器人是計算機(jī)人工智能的典型例子。機(jī)器人的核心是計算機(jī)。智能機(jī)器人具有感知和理解周圍環(huán)境,使用語言、推理、規(guī)劃和操縱工具的技能,模仿人完成某些動作。機(jī)器人不怕疲勞,精確度高,適應(yīng)力強(qiáng),現(xiàn)已開始用于搬運(yùn)、噴漆、焊接、裝配等工作中。機(jī)器人還能代替人在危險工作中進(jìn)行繁重的勞動,如在有放射線、污染有毒、高溫、低溫、高壓、水下等環(huán)境中工作。1.3計算機(jī)數(shù)制及轉(zhuǎn)換與運(yùn)算1.3.1 數(shù)制的概念數(shù)制的種類很多,但在日常生活中,人們習(xí)慣使用十進(jìn)制,所謂十進(jìn)制,就是逢十進(jìn)一。除十進(jìn)制外,有時還使用十二進(jìn)制、六十進(jìn)制,比如一打襪子為十二雙,一年等于十二個月,即逢十二進(jìn)一。一小時等
23、于六十分,一分鐘等于六十秒,即逢六十進(jìn)一,這是六十進(jìn)制。在計算機(jī)中處理的數(shù)據(jù)是二進(jìn)制,有時為書寫方便也常用八進(jìn)制和十六進(jìn)制?;鶖?shù):一組固定不變的不重復(fù)數(shù)字的個數(shù)。例如:二進(jìn)制數(shù)基數(shù)是2,十進(jìn)制數(shù)基數(shù)為10。位權(quán):某個位置上的數(shù)代表的數(shù)量大小。表示此數(shù)在整個數(shù)中所占的份量(權(quán)重)。數(shù)位是指數(shù)碼在一個數(shù)中所處的位置。二進(jìn)制Binarynotation:具有兩個不同的數(shù)字符號,即0和1;其基數(shù)為2;二進(jìn)制的特點(diǎn)是逢二進(jìn)一,可用B來表示二進(jìn)制。十進(jìn)制Decimalnotation:具有十個不同的數(shù)碼符號0、1、2、3、4、5、6、7、8、9,其基數(shù)為10;十進(jìn)制數(shù)的特點(diǎn)是逢十進(jìn)一,可用D來表示十進(jìn)制。
24、八進(jìn)制Octalnotation:具有八個不同的數(shù)碼符號0、1、2、3、4、5、6、7,其基數(shù)為8;八進(jìn)制數(shù)的特點(diǎn)是逢八進(jìn)一,通常用Q或O表示。十六進(jìn)制Hexadecimalnotation:具有十六個不同的數(shù)碼符號0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、RC、DE、F,其基數(shù)為16,十六進(jìn)制數(shù)的特點(diǎn)是逢十六進(jìn)一,用H表示。進(jìn)位制十進(jìn)制二進(jìn)制八進(jìn)制十六進(jìn)制數(shù)碼0,1,2,,90,10,1,2,.,70,1,.,9,A,B,C,D,E,F規(guī)則逢十進(jìn)一逢二逢八進(jìn)一逢十六進(jìn)一基數(shù)R102816位權(quán)10i2i8i16i表小形式DBQ或OH表1-2十進(jìn)制和計算機(jī)中常用進(jìn)制其中:i=(0,1,2,3,
25、n)為數(shù)位的編號,表示數(shù)的某一數(shù)位。例如:二進(jìn)制的4位位權(quán)值為24=16,十六進(jìn)制2位位權(quán)值為162=256。每種進(jìn)制數(shù)有各自的表示形式。例如:110D為十進(jìn)制數(shù)、110B為二進(jìn)制數(shù)、110Q為八進(jìn)制數(shù)、110H為十六進(jìn)制數(shù)。1.3.2數(shù)值之間的轉(zhuǎn)換1 .二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制按權(quán)展開后,相加即得。例如:(1101.011)2=1X23+1X22+0X21+1X20+0X2-1+1X2-2+1X2-3=(13.375)102 .十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制整數(shù)部分:采用除2取余法,且除到商為0為止;按從下往上順序排列余數(shù)即可得到結(jié)果。先取余數(shù)低位,后取余數(shù)高位。小數(shù)部分:采用乘2取整法,直到小數(shù)部分為0或達(dá)
26、到所要求精度為止(小數(shù)部分可能永遠(yuǎn)不會得到0),最先得到的整數(shù)排在最高位。又例,(241.43)10=(?)2,小數(shù)取4位。2241212012600230021502711231|211201|計算結(jié)果:(241.43)102注:一般小數(shù)取四位,要做五位,置1發(fā),列表法等來確定。3.二、八、十六進(jìn)制之間的相互相當(dāng)于3位二進(jìn)制數(shù),每位十六進(jìn)制婁小數(shù)點(diǎn)為中心向左右兩邊延伸,中間的例如:(24.53)8=(?)20.43X2局位0PT86X211.72乂211.44X200.88:有0舍1入發(fā),恒舍發(fā),恒種關(guān)系:23=8,24=16。所以,每位八進(jìn)制數(shù)于4位二進(jìn)制數(shù),在轉(zhuǎn)換時,位組劃分是以0不能省
27、略,兩頭位數(shù)不足時可補(bǔ)0。24.53010100.101011計算結(jié)果:(24.53)8=(10100.101011)2又例,2=(?)160110100101106祐算結(jié)果:2=(696)161.3.3 二進(jìn)制的算術(shù)運(yùn)算1 .加法運(yùn)算運(yùn)算法則:逢二進(jìn)一。例如,(11101)2+(10101)2=(110010)21110129+10101+21二進(jìn)制轉(zhuǎn)換十進(jìn)制11001050-2 .減法運(yùn)算運(yùn)算法則:借一當(dāng)二。22=(10101)211001011203-10110110-182二進(jìn)制轉(zhuǎn)換十進(jìn)制1.3.4 000卿0的邏輯運(yùn)算一1 .邏輯或運(yùn)算運(yùn)算符:“+”或“V”。運(yùn)算規(guī)則如下: 0+0=
28、0或0V0=0 0+1=1或0V1=1 1+0=1或1V0=1 1+1=1或1V1=1例如:(110101)2V(101100)2=(111101)2110101V1011001111012 .邏輯與運(yùn)算運(yùn)算符:“X”或。運(yùn)算規(guī)則如下: 0X0=0或0八0二0 0X1=0或0八1二0 1X0=0或1A0=0 1X1=1或1八1二1例如:(101101)2A(110110)2=(100100)23 .邏輯非運(yùn)算運(yùn)算符:“”。運(yùn)算規(guī)則如下:0的非為11的非為0例如:X=100101,則X=0110104 .邏輯異或運(yùn)算運(yùn)算符:“葭。運(yùn)算規(guī)則如下: 00=0 01=1 10=1 11=0例如:(11
29、0010)2(101011)2=(011001)21.4 數(shù)據(jù)信息的表示與存儲1.4.1 數(shù)據(jù)的存儲單位計算機(jī)中的數(shù)據(jù)包括數(shù)值數(shù)據(jù)和非數(shù)值數(shù)據(jù),數(shù)值數(shù)據(jù)是有量的大小,而非數(shù)值數(shù)據(jù)是字符、聲音、圖形以及動畫等,所有類型的數(shù)據(jù)在計算機(jī)中都是用二進(jìn)制形式表示和存儲的。計算機(jī)常用的存儲單位有位、字節(jié)和字。位(bit):一個二進(jìn)制位稱為比特,用b表示,是計算機(jī)中存儲數(shù)據(jù)的最小單位。一個二進(jìn)制位只能用表示0或1兩種狀態(tài)。字節(jié)(Byte):八個二進(jìn)制位稱為字節(jié),通常用B表示,字節(jié)是計算機(jī)數(shù)據(jù)處理和存儲的基本單位。字(Word):一個字由若干個字節(jié)組成的(通常取字節(jié)的整數(shù)倍),是計算機(jī)一次存取、加工和傳送的數(shù)
30、據(jù)長度,也是衡量計算機(jī)精度和運(yùn)算速度的主要技術(shù)指標(biāo),字長越長,性能越好。計算機(jī)型號不同,其字長也不同,常用的字長有8位、16位、32位和64位。計算機(jī)存儲容量的大小是用字節(jié)的多少來衡量,通常使用的衡量單位是B、KBMBGB或TB,其中B代表字節(jié),這些衡量單位之間的換算關(guān)系如下:1B=8bit,1KB=1024R1MB=1024KB1GB=1024MB1TB=1024GB1.4.2 小數(shù)的表示(定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù))1 .機(jī)器數(shù)機(jī)器數(shù)是指數(shù)在計算機(jī)中的表示形式;機(jī)器數(shù)真正表示的數(shù)值稱為這個機(jī)器數(shù)的真值。機(jī)器數(shù)有三個特征:1)機(jī)器數(shù)據(jù)表示的數(shù)的范圍受計算機(jī)字長的限制例如:82=(255)io,運(yùn)算時如果
31、數(shù)值超過機(jī)器所能表示的范圍,運(yùn)算就會因出錯而終止。這種情況稱為“溢出”。2)機(jī)器數(shù)的符號位被數(shù)值化數(shù)值數(shù)據(jù)有正負(fù)之分,機(jī)器數(shù)也有正有負(fù)。在計算機(jī)中,總是用數(shù)的最高位表示數(shù)的符號,并且規(guī)定0表示正數(shù),1表示負(fù)數(shù)。3)機(jī)器數(shù)的小數(shù)點(diǎn)處于約定的位置小數(shù)的表示兩種表示方法:定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)。定點(diǎn)數(shù)是指小數(shù)點(diǎn)位置固定不變;浮點(diǎn)數(shù):允許小數(shù)點(diǎn)位置浮動。2 .定點(diǎn)數(shù)的表示規(guī)定一個小數(shù)點(diǎn)固定的位置,采用把小數(shù)點(diǎn)固定在最低位的右邊或符號位的右面,即把參加運(yùn)算的數(shù)化為純整數(shù)或純小數(shù)。例如:二進(jìn)制數(shù)N可以寫成N=25XS式中:S稱為數(shù)N的尾數(shù);P稱為數(shù)N的階碼;2稱為階碼的底。S表示數(shù)N的全部有效數(shù)字,階碼P指明了小
32、數(shù)點(diǎn)的位置,定點(diǎn)數(shù)的階碼P值是固定的。1)定點(diǎn)整數(shù)的表示法P=0,而S為純整數(shù),則小數(shù)點(diǎn)的位置定在S之后:符號位尾數(shù)S2)定點(diǎn)小數(shù)的表示法小數(shù)點(diǎn)S為純小數(shù),小數(shù)點(diǎn)固定在符號位的右面:符號位尾數(shù)S3 .浮點(diǎn)數(shù)的表示1f浮點(diǎn)數(shù)的階碼p假此固定的,而是可以浮動的。這時:n=23xs式中:階碼為可變的整數(shù),并且可以是正數(shù),也可以是負(fù)數(shù);尾數(shù)S也可正、可負(fù)。通常用一位二進(jìn)制數(shù)Pf表示階碼的符號位,用一位二進(jìn)制數(shù)Sf表示尾數(shù)的符號位。浮點(diǎn)數(shù)表示法:階碼部分為定點(diǎn)整數(shù),尾數(shù)部分為定點(diǎn)小數(shù)。Pf階碼PSf尾數(shù)S1.4.3 原碼、反碼、補(bǔ)碼的表示數(shù)在計算機(jī)中是以二進(jìn)制形式表示的,它分為有符號數(shù)和無符號數(shù)。原碼、
33、反碼、補(bǔ)碼都是有符號定點(diǎn)數(shù)的表示方法,一個有符號定點(diǎn)數(shù)的最高位為符號位,0表示正,1表示負(fù)。在計算機(jī)內(nèi),定點(diǎn)數(shù)有3種表示法:原碼、反碼和補(bǔ)碼。1 .原碼的表不原碼表示法是機(jī)器數(shù)的一種簡單的表示法。其符號位用0表示正號,用:表示負(fù)號,數(shù)值一般用二進(jìn)制形式表示。設(shè)有一數(shù)為X,則原碼表示可記作:X原。0X11)小數(shù)原碼的定義X定義1-X X-1X 0 n0WX0,則符目:位乳X0,其余照協(xié)XW0XW0,則符號位為1,其余照抄。、例如,X=+1001001,?X原=010010012 .反碼的表示機(jī)器數(shù)的反碼可由原碼得到。如果機(jī)器數(shù)是正數(shù),則該機(jī)器數(shù)的反碼與原碼一樣;如果機(jī)器數(shù)是負(fù)數(shù),則該機(jī)器數(shù)的反碼
34、是對它的原碼(符號位除外)各位取反而得到的。設(shè)有一數(shù)X,則X的反碼表示記作X反。1)小數(shù)反碼的定義XX0X12)X齊=:碼的定義Lr2-Xn-1-X-0XX0,符3悌1-10X其余照抄;-2nX&0若XW0,符號位為1,其余按位取反。、例如,X=+1001001,?X反=010010013 .補(bǔ)碼的表不機(jī)器數(shù)的補(bǔ)碼可由原碼得到。如果機(jī)器數(shù)是正數(shù),則該機(jī)器數(shù)的補(bǔ)碼與原碼一樣;如果機(jī)器數(shù)是負(fù)數(shù),則該機(jī)器數(shù)的補(bǔ)碼是對它的原碼(除符號位外)各位取反,并在未位加1而得到的。設(shè)有一數(shù)X,則X的補(bǔ)碼表示記作X補(bǔ)。1)小數(shù)補(bǔ)碼的定義XX0X12)XI處碼的定義L2+X-1XW0n0補(bǔ)碼是000X00000X2
35、補(bǔ)潞圾r40與負(fù)0之分。表示方法如下:若xa0,自號2$+X0,其余照抄-2nXw0若XW0,符號位為1,其余取反后,最低位加1。例如,X=+1001001,?X補(bǔ)=010010013)補(bǔ)碼的性質(zhì)X+Y補(bǔ)=兇補(bǔ)+丫補(bǔ),即兩數(shù)之和的補(bǔ)碼等于各自補(bǔ)碼的和。例如,X=+0110011,Y=-010如01,求X+Y補(bǔ)。X補(bǔ)=00110011?Y補(bǔ)X+Y補(bǔ)=兇補(bǔ)+Y補(bǔ)注:因?yàn)橛嬎銠C(jī)中運(yùn)算器的位長是固定的,上述運(yùn)算中產(chǎn)生的最高位進(jìn)位將丟掉,所以結(jié)果不是x-y補(bǔ)=兇補(bǔ)+-y補(bǔ),即兩數(shù)之差的補(bǔ)碼等于被減數(shù)的補(bǔ)碼與減數(shù)相反數(shù)的補(bǔ)碼之和。例如,X=+0111001,Y=+1001101,求X-Y補(bǔ)。X補(bǔ)=0011
36、1001Y補(bǔ)=01001101-Y補(bǔ)X-Y補(bǔ)=兇補(bǔ)+-Y補(bǔ)x補(bǔ)補(bǔ)=兇原,即按求補(bǔ)的方法,對x補(bǔ)再求補(bǔ)一次,結(jié)果等于x原。4 .反碼的表示正數(shù)的反碼與其原碼相同;負(fù)數(shù)的反碼是對其原碼逐位取反,但符號位除外。補(bǔ)碼表示法規(guī)定:正數(shù)的補(bǔ)碼與其原碼相同;負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼是在其反碼的末位加1。拿單字節(jié)整數(shù)來說,無符號型,其表示范圍是0,255,總共表示了256個數(shù)據(jù)。有符號型,其表示范圍是-128,127。1.4.4 ASCII編碼字符是用來組織、控制或表示數(shù)據(jù)的字母、數(shù)字以及計算機(jī)能識別的其他符號,使用最廣泛的ASCII字符碼編碼,即美國國家標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼(AmericanStandardCodeforInf
37、ormationInterchange)。如表1-3所示。rQ7b6b5000001010011100101110111b4b3b2b;、(0)(1)(2)(3)(4)(5)(6)0000(0)NULDLESP0PP0001(1)SOHDC1!1AQaq0010(2)STXDC22BRbr0011(3)ETXDC3#3CScs0100(4)EOTDE4$4DTdt0101(5)ENQNAK%5EUeu0110(6)ACKSYN&6FVfv0111(7)BELETB7GWgw1000(8)BSCAN(8HXhx1001(9)HTEM)9IYiy1010(A)LFSUB*JZjz1011(B)VT
38、ESC+;Kk1100(C)FFFS,MAn1111(F)|SI|US|/?O|-|o|DEL表1-3ASCII字符編碼ASCII碼用7位二進(jìn)制數(shù)表示一個字符,排列順序?yàn)閎7b6b5b4b3b2b1,并且規(guī)定用一個字節(jié)的低7位表示字符編碼,最高位恒為0。7位二進(jìn)制數(shù)共可以表示128個字符,這些字符包括26個大寫英文字母、26個小寫英文字母、10個十進(jìn)制數(shù)字、32個標(biāo)點(diǎn)符號、運(yùn)算符、專用字符以及34個通用控制字符。例如:CR符的ASCII碼的十六進(jìn)制為“0DH,LF”符的ASCII碼的十六進(jìn)制為“0AHT,“SP”符的ASCII碼的十六進(jìn)制為“20H,9”的ASCII碼的十六進(jìn)制為“39HT,“
39、W白AASCII碼的十六進(jìn)制為“57H等等。1.5 漢字信息的處理每個國家使用計算機(jī)都要處理本國語言。1980年我國頒布了信息交換用漢字編碼字符集-基本集,即國家標(biāo)準(zhǔn)GB2312-80。共收集漢字6763個,分為兩級。第一級3755個漢字,屬常用漢字,按漢字拼音字母順序排列。第二級3008個漢字,屬次常用漢字,按部首排列。1995年我國又頒布了漢字編碼擴(kuò)展規(guī)范(GBK。GBKWGB2312-1980國家標(biāo)準(zhǔn)所對應(yīng)的內(nèi)碼標(biāo)準(zhǔn)兼容,同時在字匯一級支持ISO/IEC10646-1和GB13000-1的全部中、日、韓(CJK)漢字,共計20902字。1 .計算機(jī)處理漢字的關(guān)鍵1)首先將每個漢字以外部碼
40、輸入計算機(jī)。2)將外部碼轉(zhuǎn)換成計算機(jī)能識別的漢字內(nèi)碼進(jìn)行存儲。3)將內(nèi)碼轉(zhuǎn)換成字形碼輸出。2 .漢字外部碼漢字外部碼又稱為漢字輸入碼,是指從鍵盤上輸入漢字時采用的編碼。目前廣泛使用的漢字輸入編碼有很多種。1)以漢字讀音為基礎(chǔ)的拼音碼,如全拼輸入法、雙拼輸入法、詞匯輸入法、智能ABC輸入法等;2)以漢字字形為基礎(chǔ)的字形碼,如五筆字型輸入法;3)音形碼,綜合拼音碼和字型碼的特點(diǎn),如自然碼等;4)數(shù)字碼,如區(qū)位碼、電報碼、內(nèi)碼等。不同的漢字輸入方法有不同的外碼,但內(nèi)碼只能有一個。好的輸入方法應(yīng)具備規(guī)則簡單、操作方便、容易記憶、重碼率低、速度快等特點(diǎn)。3 .漢字國標(biāo)碼GB2312-80編碼簡稱國標(biāo)碼。
41、由于漢字?jǐn)?shù)量大,無法用一個字節(jié)進(jìn)行編碼,因此使用兩個字節(jié)對漢字進(jìn)行編碼。規(guī)定兩個字節(jié)的最高位用來區(qū)分ASCII碼。這樣國標(biāo)碼用兩個字節(jié)的低7位對漢字進(jìn)行編碼。一個字節(jié)只能有128-34=94種狀態(tài)用于漢字編碼(34是指34種控制字符),兩個字節(jié)可以表示94X94=8836種狀態(tài)。在基本集中漢字是按規(guī)則排列成94行和94列的矩陣,形成漢字編碼表,其行號稱為區(qū)號,列號稱為位號,第一個字節(jié)表示漢字在國標(biāo)字符集中的區(qū)號,第二個字節(jié)表示漢字在國標(biāo)字符集中的位號。每一個漢字在94X94的矩陣中都有一個固定的區(qū)號和位號,即區(qū)位碼,這個碼是唯一的,不會有重碼字。把換算成十六進(jìn)制的區(qū)位碼加上2020H,就得到國
42、標(biāo)碼。前面講過國標(biāo)碼是用兩個字節(jié)(高位為0)來表示,為便于計算機(jī)能正確區(qū)分漢字字符與英文字符,在國標(biāo)碼加上8080H(即將兩字節(jié)的最高位0都置為1,以示區(qū)別ASCII碼),就得到常用的計算機(jī)機(jī)內(nèi)碼。國標(biāo)碼是以十六進(jìn)制數(shù)字編碼,編碼范圍是從2121H(21H即為十進(jìn)制的33)到7F7FH(7FH即為十進(jìn)制的127)。因此,國標(biāo)碼二區(qū)位碼(用十六進(jìn)制表示)+2020Ho例如:漢字“大”的區(qū)號為20,位號為83,即“大”的區(qū)位碼為2083(0823H);“大”的國標(biāo)碼為2843H(0823H+2020H),機(jī)內(nèi)碼為A8C3H(2843H+8080H)。4 .漢字字形碼字形碼又稱漢字字模,用于漢字的輸
43、出。漢字的字形通常采用點(diǎn)陣的方式產(chǎn)生。漢字點(diǎn)陣有16X16點(diǎn)陣、32X32點(diǎn)陣、64X64點(diǎn)陣,點(diǎn)陣不同,漢字字形碼的長度也不同。點(diǎn)陣數(shù)越大,字形質(zhì)量越高,字形碼占用的字節(jié)數(shù)越多。如圖1-7是“國”字24X24的點(diǎn)陣字形。深色小正方形可以表示一個二進(jìn)制位的信息“1”,淺色小正方形表示二進(jìn)制位的信息“0圖1-7漢字點(diǎn)陣漢字字形碼又稱為漢字輸出碼或漢字發(fā)生器的編碼。例:按32X32點(diǎn)陣存放兩級漢字的漢字庫,大約需要占用多少字節(jié)?解:32X32X6763+8=8656645845KB大約需要845KB各種編碼之間白關(guān)系如圖1-8所示。漢字字形數(shù)字化后,以二進(jìn)制文件的形式存儲在存儲器中,構(gòu)成漢字字形庫
44、或漢字字模庫,簡稱漢字字庫。它的作用是為漢字的輸出設(shè)備提供字形數(shù)據(jù)。漢字字形信息的存儲方法有兩種:整字存儲法、壓縮信息存儲法。漢字字庫分為:1)硬字庫:它將漢字庫固化在ROhMEPROMK2)軟字庫:它將漢字庫存放在某種外存設(shè)備(如硬磁盤、軟磁盤)上。區(qū)位碼輸入拼音輸入拼形輸入漢字國標(biāo)碼圖1-8各種編碼之間的關(guān)系漢字機(jī)內(nèi)碼漢字字形碼顯示漢字打印漢字習(xí)題一一、選擇題1.?世界上第一臺電子計算機(jī)誕生于()。A.20世紀(jì)40年代B.19世紀(jì)C.20世紀(jì)80年代D.1950年2最能準(zhǔn)確描述計算機(jī)的主要功能的是。A.計算機(jī)可以代替人的腦力勞動B.計算機(jī)可以存儲大量信息C.計算機(jī)是一種信息處理機(jī)D.計算機(jī)
45、可以實(shí)現(xiàn)高速度的計算3微型計算機(jī)的性能指標(biāo)主要取決于。A.RAMBCPUC顯示器D.硬盤4硬盤是計算機(jī)的A.中央處理器B.內(nèi)存貯器C.外存儲器D.控制器5存儲器容量的基本單位是A.字位B.字節(jié)C.字碼D.字長6.“財務(wù)管理”軟件屬于A.工具軟件B.系統(tǒng)軟件C.字處理軟件D.應(yīng)用軟件7下列存儲器中,存取速度最慢的是A.軟盤B,硬盤C光盤D.內(nèi)存8.?計算機(jī)采用二進(jìn)制不是因?yàn)?)。A.物理上容易實(shí)現(xiàn)B.規(guī)則簡單C.邏輯性強(qiáng)D.人們的習(xí)慣9以下十六進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算,是正確的A.1+9=AB1+9=BC1+9=CD1+9=1010以下字符,ASCII碼值最小的是A.AB.空格C.0D.h11 .?下列說法不正確的是()。A.數(shù)據(jù)經(jīng)過加工成為信息B.數(shù)據(jù)指文字,符號、聲、光等?C.信息就是數(shù)據(jù)的物理表示D.信息與數(shù)據(jù)既有區(qū)別又有聯(lián)系12 .?計算機(jī)的機(jī)器語言程序是用()表示的。A.ASCII碼B.二進(jìn)制代碼C.外碼D.目標(biāo)碼二、簡答題1簡述計算機(jī)的發(fā)展史。2計算機(jī)的特點(diǎn)是什么?3.計算機(jī)的性能指標(biāo)有哪些?4簡述計算機(jī)的組成及其原理。5計算下列進(jìn)制轉(zhuǎn)換:(1023)10=()2(569)10=()16)105國標(biāo)碼怎么表示?
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