第2章 计算机软件基础理解数据与信息的含义了解信息技术的概念和发展掌握进位计数制的含义和不同进制间的转换了解信息在计算机中的存储方式了解程序设计语言的发展了解常见的程序设计语言了解软件开发的基本过程和方法【能力考查要求】【学习目标】理解数据与信息的含义及信息在计算机中的存储方式掌握不同进制间数据的转换理解面向对象程序设计的概念2.1 信息技术概述2.2 计算机中数据的表示2.3 计算机中信息的编码2.4 计算机程序设计基础 2.5 软件工程基本理论第2章 计算机软件基础2.1信息技术概述数据 在计算机领域，数据是指输入到计算机并能被计算机处理的数字、文字、声音、图像等符号。数据是对客观现象的表示，本身并没有意义。在以计算机系统中所指的数据，一般均是以二进制编码形式出现的。信息信息是现实世界在人们头脑中的反映。人们通过接受信息来认识事物从这个意义上说，信息是一种知识，是接受者原来所不了解的知识。 数据是信息的表达、载体，信息是数据的内涵，数据与信息是形与质的关系。只有数据对实体行为产生影响才成为信息。信息的特点普遍性寄存性共享性时效性传递性信息技术信息技术(Information Technology，IT)联合国教科文组织的定义联合国教科文组织的定义 应用在信息加工和处理中的科学、技术与工程应用在信息加工和处理中的科学、技术与工程的训练方法和管理技巧；上述方面的技巧和应的训练方法和管理技巧；上述方面的技巧和应用；计算机及其与人、机的相互作用；与之相用；计算机及其与人、机的相互作用；与之相应的社会、经济和文化等诸种事物。应的社会、经济和文化等诸种事物。 2.2 计算机中数据的表示 二进制优点二进制优点：物理上容易实现，运算简单，可靠性、通用性强 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1678.34=6102+7101+8100 +310-1 +410-22.2.1进位计数制 r进制数进制数N可表示可表示 为：为：R进制进制数用数用 r个基本符号（例如个基本符号（例如0，1，2，r- -1）表示数值表示数值基数基数权权数码数码N=aN=an-1n-1r rn-1n-1a an-2n-2r rn-2n-2a a0 0r r0 0a a-1-1r r-1-1a a-m-mr r-m-m2.2.2不同进制之间的转换 r 进制转化成十进制进制转化成十进制r 进制转化成十进制：数码乘以各自的权的累加进制转化成十进制：数码乘以各自的权的累加 例：例： 10101(B)=1*24+1*22+1*20=21 101.11(B)=22+1+2-1+2-2=5.75 101(O)=1*82+1*80=65 71(O)=781+1*80=57 101A(H)=163+16+104106进制表示符号进制表示符号B 二进制二进制O八进制八进制D十进制十进制H十六进制十六进制二进制、八进制、十六进制数间的关系 八进制 对应二进制 十六进制对应二进制 十六进制 对应二进制0000000008100010011000191001201020010A1010301130011B1011410040100C1100510150101D1101611060110E1110711170111F1111十六进制数表示颜色十六进制数表示颜色十六进制数表示颜色RGB十进制转化成 r 进制整数部分：除整数部分：除r取余法取余法 结果取数方向结果取数方向小数部分小数部分：乘以：乘以 r取整数，整数从上到下排列。取整数，整数从上到下排列。-乘乘r取整法取整法100(D)=144(O)=64(H)例例 100.345(D)=1100100.01011(B)1.3800.34520.69022 0.760 2 1.520 2 10025022521226232100010011 1.04八进制八进制100812818044110016604616十六进制十六进制二进制、八进制、十六进制数间的相互转换 64(H)=0110 0100(B) 6 4144(O)=001 100 100(B) 1 4 41 101 101 110.110 101(B)= 1556.65(O)1 5 5 6 6 511 0110 1110.1101 01(B)=36F.D4(H) 3 6 F D 4一位八进一位八进制数对应三位二进制数制数对应三位二进制数一位一位十六进制数对应四位二进制数十六进制数对应四位二进制数二进制转化成八二进制转化成八(十六十六)进制进制) 整数部分：从右向左按三整数部分：从右向左按三(四四)位进行分组位进行分组 小数部分：从左向右按三小数部分：从左向右按三(四四)位进行分组位进行分组 不足补零不足补零二进制、八进制、十六进制数间的关系 八进制 对应二进制 十六进制对应二进制 十六进制 对应二进制0000000008100010011000191001201020010A1010301130011B1011410040100C1100510150101D1101611060110E1110711170111F11112.2.3 二进制数的运算 1.1.二进制数的加法运算二进制数的加法运算2.2.二进制数的减法运算二进制数的减法运算加法运算法则加法运算法则0+0=00+0=00+1=1+0=10+1=1+0=11+1=01+1=0 1101+ 1110 11011减法运算法则法运算法则0-0=1-1=00-0=1-1=01-0=11-0=10-1=10-1=1 11011- 1110 1101二进制数的算术运算 3.3.二进制数的乘法运算二进制数的乘法运算 4.4.二进制数的除法运算二进制数的除法运算乘乘法运算法则法运算法则0 00=00=00 01=11=10=00=01 11=11=1减法运算法则法运算法则0 00=00=00 01 1=0=01 11=11=1 1101 1010 0000 1101 0000+ 1101 10000010 101 1011 111011 1011 1111 1011 100二进制数的逻辑运算 逻辑非逻辑非运算运算 逻辑非的真值表逻辑非的真值表AF = A0110逻辑逻辑与与运算运算 逻辑与的真值表逻辑与的真值表ABF = AB000010100111二进制数的逻辑运算 逻辑逻辑或或运算运算 逻辑逻辑或或的真值表的真值表ABF = A+B0000111011112.2.4带符号数的表示及运算符号位 “0”表示正 、 “1”表示负符号数的机器数表示符号数的机器数表示 1 10 01 10 01 11 10 00 0数在计算机中的表示统称为机器数。机器数有三个特点：l数的符号数值化l计算机中通常只表示整数和纯小数l机器数表示的范围受字长和数据类型的限制。为了表示较大或较小的数，可以用浮点数形式来表示(3)补码补码0X1|X|0=XX=0+7： 00000111 +0：00000000 - - 7： 10000111 - - 0：10000000 X原原=+7： 00000111 +0：00000000 0X1|X|0=XX=00X1|X|+10=XX=0 +7： 00000111 +0：00000000 - -7：11111000 - - 0：11111111 - - 7：11111001 - - 0：00000000 (2)反码反码X反反=X补补=带符号数的表示 假定一个数在机器中占用假定一个数在机器中占用8位。位。(1) 原码原码2.2.5 数的定点表示和浮点表示数的定点表示S小数点 定点整数定点整数 S小数点无符号位 定点小数定点小数 浮点数表示110.011(B)=1.100112+10=11001.12-10=0.1100112+11阶码阶码数符数符阶符阶符尾数尾数1100110011N= 数符数符尾数尾数2阶符阶符阶码阶码尾数尾数的位数决定的位数决定数的精度数的精度阶码阶码的位数决定的位数决定数的范围数的范围 规格化的形式：尾数的绝对值大于等于0.1并且小于1，从而唯一地规定了小数点的位置。 定点整数定点整数定点小数定点小数定点数和浮点数的比较1、数值的表式范围2、精度3、数的运算4、溢出处理5、运算复杂程度2.3 计算机中信息的编码 西文字符西文字符 ASCII码码(American Standard Code for Information Interchange) 128个常用字符，个常用字符，用用7位二进制编码位二进制编码，从，从0到到127 控制字符：控制字符：032，127；普通字符：；普通字符：94个。个。 例如：例如：“a”字符的编码为字符的编码为1100001，对应的十进制数是，对应的十进制数是97； 换行换行 0AH 10 回车回车 0DH 13 空格空格 20H 32 09 30H39H 4857 AZ 41H5AH 6590 az 61H7AH 97122汉字编码(1) 汉字输入码汉字输入码音码类音码类 全拼、双拼、微软拼音、全拼、双拼、微软拼音、自然码和智能自然码和智能ABC等等 形码类形码类 五笔字型法、郑码输入法等五笔字型法、郑码输入法等 。(2) 国家标准汉字码国家标准汉字码 每个汉字占两个字节。每个汉字占两个字节。 一级汉字：一级汉字：3755个；二级汉字：个；二级汉字：3008个。个。汉字分区，每个区汉字分区，每个区94个汉字。个汉字。(3) 汉字机内码汉字机内码汉字在设备或信息处理系统内部最基本的表达形式。汉字在设备或信息处理系统内部最基本的表达形式。汉字汉字 国标码国标码 汉字内码汉字内码 中中 8680(01010110 01010000)B (11010110 11010000)B 华华 5942(00111011 00101010)B (10111011 10101010)B 区号区号区中位置区中位置汉字字形编码(4) 汉字地址码汉字地址码每个汉字字形码在汉字字库中的相对位移地址每个汉字字形码在汉字字库中的相对位移地址地址码和机内码要有简明的对应转换关系地址码和机内码要有简明的对应转换关系(5) 汉字字形码汉字字形码点阵：点阵：汉字字形点阵的代码汉字字形点阵的代码 有有1616、2424、3232、4848等等编码、存储方式简单、无需转换直接输出编码、存储方式简单、无需转换直接输出放大后产生的效果差放大后产生的效果差矢量：矢量：存储的是描述汉字字形的轮廓特征存储的是描述汉字字形的轮廓特征 矢量方式特点正好与点阵相反矢量方式特点正好与点阵相反其他汉字编码 Unicode码码 另一国际标准：采用双字节编码统一地表示世界上的主要文字。另一国际标准：采用双字节编码统一地表示世界上的主要文字。 其字符集内容与其字符集内容与UCSUCS的的BMPBMP相同。相同。 GBKGBK码码 GBKGBK等同于等同于UCSUCS的新的中文编码扩展国家标准，的新的中文编码扩展国家标准，2 2字节表示一个汉字字节表示一个汉字 第一字节从第一字节从81HFEH81HFEH，最高位为最高位为1 1； 第二字节从第二字节从40HFEH40HFEH，第二字节的最高位不一定是第二字节的最高位不一定是1 1。 BIG5BIG5编码编码 台湾、香港地区普遍使用的一种繁体汉字的编码标准，包括台湾、香港地区普遍使用的一种繁体汉字的编码标准，包括440440个个符号，一级汉字符号，一级汉字5 4015 401个、二级汉字个、二级汉字7 6527 652个，共计个，共计13 06013 060个汉字。个汉字。 2.4 计算机程序设计基础 2.4.1 程序设计语言的发展机器语言汇编语言高级程序设计语言2.4.2 程序设计语言的组成 数据类型运算符和表达式控制结构输入/输出过程 2.4.3 常见的程序设计语言 Fortran语言 Cobol语言 Pascal语言Basic语言C语言Java语言2.5 软件工程基本理论 2.5.1 软件工程过程 开发过程管理过程供应过程获取过程操作过程维护过程支持过程2.5.2 软件生命周期软件分析时期 确定软件项目的目标，软件应具备的功能和性能，构造软件的逻辑模型，并制定验收标准。.在此期间，要进行可行性论证，并做出成本估计和经费预算，制定进度安排。 这个时期包括问题定义、可行性研究和需求分析三个阶段。软件设计时期 将分析时期得出的逻辑模型设计成具体计算机软件方案。主要包括以下几个方面： 设计软件的总体结构 设计软件具体模块的实现算法 评审2.5.2 软件生命周期编码与测试时期 组织程序员将设计的软件“翻译”成计算机可以正确运行的程序，并进行测试和审查。 这个时期可根据具体软件的特点，决定是否划分成编码、单元测试、集成测试、验收测试等阶段。 2.5.2 软件生命周期运行与维护时期 已交付的软件投入正式使用后，便进入软件维护阶段，它可以持续几年甚至几十年。软件运行过程中可能由于各方面的原因，需要对它进行修改，如运行中发现了软件隐含的错误，或软件的工作环境发生了变化，或用户业务变化而需要扩充和增强软件的功能等。2.5.2 软件生命周期2.5.3 软件生命周期模型瀑布模型螺旋模型2.5.3 软件生命周期模型喷泉模型2.5.3 软件生命周期模型2.5.4 软件开发方法结构化方法Jackson方法维也纳开发方法面向对象开发方法