计算机中的二进制编码及存储单位

世界上第1 台计算机诞生于1946 年2 月。当时设计这台计算机的目的是为了解决第二次世界大战时炮弹弹道的大量计算问题，它把计算一个有关发射炮弹弹道的运算题目的时间从台式计数器所需的7～10 小时一下缩短到30 秒。这在当时是了不起的进步。

从第1 台计算机的诞生到现在已经六十多年，在这六十多年里，计算机发展非常迅速。以计算机基本开关逻辑部件所使用的物理器件的变迁为依据，通常把计算机的发展过程划分为以下4 个阶段。

第1 代计算机(1946—1958 年)：电子管计算机时代。

第2 代计算机(1959—1964 年)：晶体管计算机时代。

第3 代计算机(1965—1970 年)：中小规模集成电路计算机时代。

第4 代计算机(1971—现在)：大规模和超大规模集成电路计算机时代。

20 世纪90 年代是计算机信息技术的发展更为迅猛的阶段，产品不断升级换代。未来计算机将向巨型化、微型化、网络化、多媒体化和智能化方向发展。

1. 计算机的特点和分类

计算机有如下特点。

①运算速度快。

②计算精度高。

③存储容量大。

④具有执行程序的能力。

计算机的种类很多，用途也不少，按不同的标准可以有以下不同的分类。

①根据计算机中信息的表示形式和处理方式划分，可将其划分为数字计算机、模拟计算机和数字/模拟混合式计算机三类。

②根据计算机的用途划分，可将其分为通用机和专用机两种。

③根据计算机的规模划分，可将计算机分为巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机五大类。

④从用户使用的角度划分，可将计算机分为微型计算机(也称个人计算机，即PC)、服务器、终端计算机等。

2. 计算机的主要应用

计算机技术的高速发展，已经使计算机在各个领域都得到了广泛的应用。

(1)科学计算

科学计算是指用计算机完成科学研究和工程技术等领域中涉及的复杂的数据运算。科学计算是应用计算机最早的领域。

早期的计算机主要用于科学计算，虽然现在该应用占的比例在下降，但随着科学技术的不断发展，需要解决的问题的复杂性、计算量、精度和速度要求的不断提高，科学计算在现代科学研究中的地位仍在不断提高，尤其在尖端科学技术领域中显得更为重要。例如，人造卫星轨道的计算、宇宙飞船的研究设计等都离不开计算机的精确计算。

(2)数据处理

数据处理是计算机对各种数据进行收集、整理、存储、分类、加工、利用等一系列活动的总称。数据处理是信息管理和辅助决策系统的基础，各类管理信息系统(MIS)、决策支持系统(DSS)、专家系统(ES)和办公自动化系统(OA)等都需要数据处理的支持。

自20 世纪50 年代中期计算机投入商业应用以来，数据处理已逐渐成为计算机应用最主要的方面。会计数据处理是计算机应用于数据处理的一个典型实例——利用计算机完成原来由人工所做的大部分会计核算工作，如设置会计科目、填制会计记账凭证、登记会计账簿、编制会计报表等。另外，还可以利用计算机进行工资管理、固定资产管理、成本核算、销售管理、往来账款管理等与会计相关的工作。

由于计算机能够存储和管理大量数据，目前有越来越多的企业利用计算机建立以财务管理为核心，包括物质、设备、生产、销售和人力资源等管理在内的企业资源计划系统，也就是我们经常听到的ERP。

(3)过程控制(www.xing528.com)

过程控制指的是在生产过程中用计算机及时采集数据、检测数据，进行判断、分析，并按最佳值对控制对象进行自动控制、自动调节或故障预报等。这不仅可以大大提高生产的自动化水平，提高生产效率和产品质量，而且可以完成一些特殊环境、特殊要求下的工作。例如，在会计电算化中利用某些指标对企业库存量进行的报警和控制。

(4)计算机辅助系统

计算机辅助系统是利用计算机帮助人们完成某项任务的系统。它目前主要有以下方面的应用。

①计算机辅助设计(CAD)。这是指利用计算机来帮助设计人员进行工作。它包括产品设计和工程设计两大类。采用计算机辅助设计后，降低了设计人员的工作量，提高了设计速度和设计质量。

②计算机辅助制造(CAM)。计算机辅助制造是指利用计算机进行生产设备的管理、控制与操作，从而改善制造人员的工作条件，提高产品质量，降低生产成本。CAM在飞机和汽车制造业中得到了广泛应用。

③计算机辅助教学(CAI)。利用计算机进行教学，使教学过程形象化，增加了教学的趣味性和生动性，特别是网络技术和多媒体技术的应用，更加推动了计算机辅助教学的发展。

(5)计算机通信

计算机通信是计算机技术与通信技术相结合而产生的一个应用领域。将计算机利用通信设备和线路连接起来，便形成了计算机网络。计算机网络是计算机通信应用领域的典型代表。

(6)人工智能的研究与应用

人工智能简称AI，是指利用计算机模拟人类的智能活动。目前人工智能的研究已经开始进入实用阶段。

3. 计算机中的数据和编码

(1)数据在计算机内部的表示

计算机内部采用二进制形式表示数据，即用0 和1 的编码表示数据。此处的数据包括数值、文字、图像、声音等多种形式。

(2)计算机中的编码

由于计算机只能识别二进制数，因此，各种信息在计算机中只能用若干二进制码的组合来表示。无论是计算机内部运算，还是字符均采用二进制编码，具体内容讲述如下。

①计算机内部运算使用的是二进制数，因此，计算机中数据的最小单位就是二进制的一个数位，简称为位，英文名称是bit，音译为“比特”。一个比特只能表示两种状态(0 或1)，对于平时常用的字母、数字和符号，通常要用8 位二进制数进行编码以将它们区别开来。

我们将8 个二进制位的集合称为一个“字节”，英文名称是byte，它是计算机存储和运算的基本单位。这样，一个数字、字母或字符就可以用一个字节来表示，如字符A就表示成01000001。但是，每个汉字需要用两个字节来表示。

字长(word)是计算机一次能处理的二进制数的位数，通常是字节的整数倍。字长是由CPU 本身的硬件结构所决定的——不同的计算机系统，其字长是不同的。计算机中常用的字长有8 位、16 位、32 位、64 位等。

②字符编码。字符编码就是规定怎样使用二进制数来表示字母、数字以及一些专用的符号。目前使用最多、最普遍的是美国标准信息交换码，即ASCII 码。ASCII 码分为7 位ASCII 码和8 位ASCII 码两种。7 位ASCII 码称为基本ASCII 码，是国际通用的编码系统，字节最高位为0，总共包含了128 个字符。这些字符的ASCII 码值具有以下规则：数字越大，ASCII 码值越大；数字比字母ASCII 码值小；大写字母比小写字母ASCII 码值小。

4. 计算机的性能指标

计算机的性能指标是衡量计算机系统功能强弱的主要方面，主要有以下几点。

①主频或时钟频率。这是指数字脉冲信号振荡的速度，是表示计算机运算速度的主要性能指标。一般情况下，时钟频率越高，计算机的运算速度就越快。

②字长。字长是计算机信息处理中能同时处理的二进制数据的长度，也是进行运算和数据处理的最基本、最有效的信息位长度。字长标志着计算机的精度和处理信息的能力。一般个人计算机的字长以32 位为主，服务器的字长一般都是64 位。对于数据，字长越长，运算精度越高。

③存储容量。存储容量是指计算机存储器所能存储的二进制信息的总量，反映了计算机处理信息时容纳数据量的能力。存储容量以字节为单位，简写为大写字母B。每1 024 个字节称为1 KB，每1 024 KB 称为1 MB，每1 024 MB 称为1 GB。

存储系统主要包括主存储器(也称内存)和辅助存储器(也称外存)。内存储器容量是指为计算机系统所配置的内存总字节数，CPU 可直接访问内存。

目前，软件系统的容量越来越大，对存储空间的要求也越来越高，很多复杂的软件，要有足够大的硬盘空间才能装得下，要有足够大的内存空间才能运行。