计算机天河一号配置

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"理解信息与信息技术的概念了解信息技术的发展简史#"了解计算机的发展特点分类应用等$"掌握计算机中数据的表示方法数据的转换数据的单位了解字符编码%"掌握计算机系统的基本组成了解计算机的硬件组成&"掌握计算机的开关机方法掌握标准的打字指法能够熟练地输入中英文字符在短短的数十年间信息产业高速发展现在人们可通过互联网浏览信息进行网上购物真正做到秀才不出门能知天下事购物在网上能购天下物互联网智能机器人电子商务办公自动化数字化生存这一切都与信息和信息技术有着密切的关系迅速地筛选和获取信息准确地鉴别信息创造性地加工和处理信息将是所有社会成员应具备的如同读写算一样重要的基础能力之一计算机是#'世纪最伟大的科学技术发明之一对人类的生产和社会活动产生了极其重要的影响目前计算机已应用到各个领域并形成了规模巨大的计算机产业带动了全球范围的技术进步本章将从多方面介绍信息技术及计算机基础知识信息技术基础课程比计算机基础课程的内容更加广泛信息技术基础课程偏重于信息技术基础多媒体技术使用等方面的内容不仅仅要求学生掌握计算机应用技术更重要的是具有一定的信息素养计算机基础课程偏重的是计算机的工作原理等一些技术性的内容!
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信息与信息技术"!
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信息信息指音讯消息通信系统传输和处理的对象泛指人类社会传播的一切内容人们通过获得识别自然界和社会的不同信息来区别不同事物进而认识和改造世界#!
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人们一般说到的信息多指信息的交流如古代人与人之间的口耳相传或途经驿站传递文书军事情报等近代通过邮局传递信件现代通过电报电话交流信息而当代则通过计算机网络快捷方便地交流信息"!
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"#!
信息的特征信息必须依赖于载体而存在它具有客观性普遍性时效性价值性依存性共享性传递性和可加工性等特征!
"客观性信息是事物的特征和变化的客观反映由于事物的特征和变化是不以人们意志为转移的客观存在因此反映这种客观存在的信息同样带有客观性#"普遍性信息在我们身边无处不在无时不有所以信息具有普遍性$"时效性人们获取信息的目的在于利用只有那些及时传递出来并适合需求者的信息才能被利用信息的价值在于及时传递给更多的需求者从而创造出更多的物质财富信息经过一定的时间往往会失去价值新和快是信息的重要特征最简单的例子某人买彩票中了&''万元大奖但超过$'天不去领取&''万元就不能领取了还有红灯停绿灯行也是信息时效性的体现%"价值性信息是为人类服务的它是人类社会的重要资源人类利用它认识和改造客观世界&"依存性信息是一种抽象的运动这种抽象的运动包含特定的内涵和内容这种抽象的内涵不能被人感知也不能传递就不能称为信息真正意义上的信息必须借助载体表现信息和信息载体密不可分若将信息载体和信息割裂开来两者都失去存在的意义如红绿灯光盘等("共享性信息与一般物质资源不同它不属于特定的占有对象是可以为众多人共同享用的实物转赠之后就不再属于原主而信息通过双方交流两者都有得无失这一特性通常以信息的多方位传递来实现萧伯纳有一句名言我有一个苹果你也有一个苹果假如我们互相交换的话我们各自还是都有一个苹果但如果你有一种思想我也有一种思想我们再进行交换的时候我们就会各自同时拥有两种思想)"传递性传输是信息的一个要素也是信息的明显特征应高效地传递信息没有传递就没有信息信息就失去了有效性同样传递的快慢对信息的效用影响极大例如烽火告急信鸽传书现在信息的传递方式是多样化的例如我们可以通过报纸电视也可以通过网络了解新闻*"可加工性信息的可加工性包括多方面内容如信息的可拓展可引申可浓缩等这一特征$!
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使信息得以增值或便于传递"利用!
如拍摄出来的视频要通过后期的编辑才有更好的效果%"!
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"$!
信息技术信息技术)+,-.
/0123.
,4567,.
8.
9:!
+4*是管理和处理信息所采用的各种技术的总称!
一切与信息的获取"加工"表达"交流"管理和评价等有关的技术都可以称为信息技术%信息技术也常被称为信息和通信技术)+,-.
/0123.
,1,;4567,.
8.
9:!
+<4*!
包括传感技术"通信技术"计算机技术和控制技术等%"!
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"%!
信息技术发展简史!
"第一次信息技术革命第一次信息技术革命的主要标志是语言的使用%在距今&万!
$"&万年前!
人类不仅会制造工具!
而且会说话!
使用语言是人类区别于其他生物的重要特征之一%人类使用大脑存储信息!
使用语言交流和传播信息%#"第二次信息技术革命第二次信息技术革命的主要标志是文字的使用%文字大约出现在公元前$&''年%文字的出现使人类在信息的存储和传播方面取得了重大突破!
超越了时间和地域的局限%$"第三次信息技术革命第三次信息技术革命的主要标志是印刷术的应用%大约在公元!
'%'年!
我国开始使用活字印刷术%印刷术的广泛使用使书籍和报刊成为信息存储和传播的重要媒介!
有力地推动了人类文明的进步%%"第四次信息技术革命第四次信息技术革命的主要标志是电报"电话"广播"电视的发明及普及%!
世纪中叶以后!
随着电报"电话的发明及电磁波的发现!
人类通信领域产生了根本性的变革!
实现了利用金属导线上的电脉冲来传递信息以及通过电磁波来进行无线通信%&"第五次信息技术革命第五次信息技术革命的主要标志是计算机的普及应用及计算机与现代通信技术的结合!
它将人类社会推进到了数字化的信息时代%"!
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"&!
新一代信息技术!
"云计算云是网络"互联网的一种比喻说法%提供资源的网络被称为#云$!
#云$中的资源在使用者看来是可以无限扩展的!
并且可以随时获取"按需使用"随时扩展"按使用付费%云端指网络资源!
从云端来按需获取服务内容就是云计算%广义的云计算是指服务的交付和%!
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使用模式!
通过网络以按需"易扩展的方式获得所需的服务!
这种服务可以是+4和软件"互联网相关的!
也可以是任意其他的服务%#"物联网物联网可以简单地理解为物物相连的互联网!
在国际上又称为传感网!
这是继计算机"互联网与移动通信网之后的又一次信息产业浪潮%世界上的万事万物!
小到手表"钥匙!
大到汽车"楼房!
只要嵌入一个微型感应芯片!
把它变得智能化!
这个物体就可以#自动开口说话$%再借助无线网络技术!
人们就可以和物体#对话$!
物体和物体之间也能#交流$!
这就是物联网%随着信息技术的发展!
物联网的应用领域不断扩大!
如智能交通"环境保护"政府工作"公共安全"平安家居"智能消防"工业监测"老人护理"个人健康"花卉栽培"水系监测"食品溯源等%目前!
实际生活中正在建设的智慧城市就是物联网的应用领域!
如图!
@!
@!
所示%图!
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物联网$"大数据大数据!
指种类多"流量大"容量大"价值高"处理和分析速度快的真实数据汇聚的产物%大数据又称巨量资料或海量数据资源!
指的是所涉及的资料量规模巨大到无法透过目前主流软件工具!
在合理时间内达到撷取"管理"处理!
并整理成为帮助企业经营决策的资讯%大数据的%A特点即数量)B.
8=05*"多样性)B1/352:*"速度)B58.
632:*和真实性)B5/1632:*%%"人工智能#'!
(年$月日可能会成为写入人类史册的一天+++持续五天的谷歌C8D71E.
)阿尔法狗*大战李世石的比赛开始!
一场世界上最会下围棋的人与人工智能的超级对弈!
被全人类通过网络直播共同围观%C8D71E.
获得了比赛胜利!
最终双方总比分定格在%F!
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人机围棋大战巅峰对决至此落幕!
不过关于人工智能与围棋的故事仍在延续%人工智能)1/23-363183,2588395,65!
C+*是研究"开发用于模拟"延伸和扩展人的智能的&!
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理论"方法"技术及应用系统的一门新的技术科学%人工智能是计算机科学的一个分支!
它企图了解智能的实质!
并生产出一种新的能以人类智能相似的方式做出反应的智能机器!
该领域的研究包括机器人"语言识别"图像识别"自然语言处理和专家系统等%人工智能从诞生以来!
理论和技术日益成熟!
应用领域也不断扩大!
可以设想!
未来人工智能带来的科技产品将会是人类智慧的#容器$%人工智能是对人的意识"思维信息过程的模拟!
它不是人的智能!
但能像人那样思考"也可能超过人的智能%!
"#!
计算机概述!
%(年#月!
%日!
由美国军方订制的世界上第一台电子计算机+++电子数字积分计算机)G8562/.
,36H=05/3618C,;<186=812.
/!
GH+C<*在美国宾夕法尼亚大学问世了%GH+C<是美国奥伯丁武器试验场为了满足计算弹道需要!
由美国政府和宾夕法尼亚大学合作开发研制成的%这部机器重达$'吨!
使用了!
*'''多个真空管!
占地!
()平方米!
功耗为!
&'IJ!
其运算速度为每秒&'''次的加法运算%以圆周率的计算为例!
中国的古代科学家祖冲之利用算筹!
耗费!
&年心血!
才把圆周率计算到小数点后)位数%一千多年后!
英国人香克斯以毕生精力计算圆周率!
才计算到小数点后)')位%而使用GH+C<进行计算!
仅用了%'秒就达到了这个纪录%GH+C<的问世具有划时代的意义!
表明电子计算机时代的到来%"!
"#"!
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计算机的发展世界上第一台计算机诞生以来!
在不到)'年的时间里!
计算机技术获得突飞猛进的发展%在人类科技史上!
还没有一种学科可以与电子计算机的发展相提并论%人们根据计算机的性能和其使用的主要元器件!
将计算机的发展分成几个阶段!
每一阶段在技术上都是一次新的突破!
在性能上都是一次质的飞跃%!
"第一代电子管计算机!
%(!
&)年第一代计算机又称电子管计算机!
也叫真空管计算机!
其主要标志是采用真空电子管作为计算机的逻辑元件!
软件方面采用的是机器语言"汇编语言%电子管计算机的应用领域以军事和科学计算为主!
特点是体积大"功耗高"速度慢)一般为每秒数千次至数万次*"价格昂贵!
但为以后的计算机发展奠定了基础%#"第二代晶体管计算机!
&*!
(%年第二代计算机又称晶体管计算机!
其特征是用晶体管取代了电子管作为基本逻辑部件%晶体管计算机采用晶体管制作!
体积缩小"能耗降低"可靠性提高"运算速度提高)一般为每秒数!
'万次!
可高达$''万次*!
性能比第一代计算机有很大的提高%$"第三代集成电路计算机!
(&!
(年第三代计算机又称集成电路计算机!
其特征是采用中"小规模集成电路制作各种逻辑部件!
从而使计算机体积小"重量更轻"耗电更省"寿命更长"成本更低!
运算速度有了更大的提高%集成电路计算机的系统软件有了很大发展!
出现了分时操作系统!
多用户可以共享计算机软硬件资源%在程序设计方面上采用了结构化程序设计!
为研制更加复杂的软件提供了技术上的保证%'!
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%"第四代大规模超大规模集成电路计算机!
)'年至今第四代计算机又称大规模"超大规模集成电路计算机!
其特征是大规模"超大规模集成电路代替了原来的中小规模集成电路!
使计算机体积"重量"成本均大幅度降低!
出现了微型机%微型机所具有的体积小"耗电少"价格低"性能高"可靠性好等显著优点!
使它在社会生活的各个方面得到广泛应用%&"第五代人工智能计算机可预见的未来!
*#年以来!
一些西方国家开始研制第五代计算机!
其特点是以人工智能原理为基础!
突破原来的计算机体系结构模式!
用大规模集成电路或其他新器件作为逻辑部件!
不仅可以进行数值计算!
还能进行声音"图像"文字等多媒体信息的处理%随着第五代计算机研究的进展!
研发人员又提出了光计算机"生物计算机"分子计算机"量子计算机等新概念%今后!
计算机还将朝着微型化"智能化"网络化等方向发展!
其本身的性能越来越优越!
应用范围也会越来越广泛%我国从!
&(年开始研制计算机!
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&*年我国研制出第一台电子计算机!
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(%年成功研制出晶体管计算机!
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)!
年成功研制出集成电路计算机!
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*$年成功研制出每秒运算!
亿次的#银河!
$巨型机%目前!
我国计算机制造业非常发达!
已成为世界计算机主要零配件中心之一!
但是一些计算机核心技术)如"#"#!
计算机的特点计算机的主要特点表现在以下几个方面%!
"运算速度快运算速度是计算机的一个重要性能指标%计算机的运算速度通常用每秒钟执行定点加法的次数或平均每秒钟执行指令的条数来衡量%计算机的运算速度已由早期的每秒几千次)如GH+C<机每秒钟仅可完成&'''次定点加法*发展到现在的最高可达每秒几千亿次乃至万亿次%计算机高速运算的能力极大地提高了工作效率!
把人们从浩繁的脑力劳动中解放出来%过去用人工旷日持久才能完成的计算!
计算机在#瞬间$即可完成%曾有许多数学问题!
由于计算量太大!
数学家们终其毕生也无法完成!
使用计算机则可轻易地解决%#"计算精度高在科学研究和工程设计中!
对计算的结果精度有很高的要求%一般的计算工具只能达到几位有效数字)如过去常用的四位数学用表"八位数学用表等*!
而计算机对数据的结果精度可达到十几位"几十位的有效数字!
根据需要甚至可达到任意的精度%$"存储容量大计算机的存储器可以存储大量数据!
这使计算机具有了#记忆$功能%目前!
计算机的存储容量越来越大!
已高达千兆数量级的容量%计算机具有#记忆$功能!
是与传统计算工具的一个重要区别%%"具有逻辑判断功能计算机的运算器除了能够完成基本的算术运算外!
还具有进行比较"判断等逻辑运算(!
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的功能%这种能力是计算机处理逻辑推理问题的前提%&"自动化程度高通用性强由于计算机的工作方式是将程序和数据先存放在机内!
工作时按程序规定的操作!
一步一步地自动完成!
一般无须人工干预!
因而自动化程度高%这一特点是一般计算工具所不具备的%"!
"#"$!
计算机的分类计算机的种类很多!
分类方法很多!
常用的是按规模和处理能力进行分类%!
"超级计算机或巨型计算机超级计算机具有很强的计算和处理数据的能力!
主要特点表现为高速度和大容量!
配有多种外部和外围设备及丰富的"高功能的软件系统%现有的超级计算机运算速度大都可以达到每秒一太)4/3883.
,!
万亿*次以上%超级计算机多用于国家高科技领域和尖端技术研究!
是国家科技发展水平和综合国力的重要标志%它们主要用来承担重大的科学研究"国防尖端技术和国民经济领域的大型计算课题及数据处理任务!
如大范围天气预报"整理卫星照片"原子核物的探索"研究洲际导弹"宇宙飞船等%其他情况!
例如制定国民经济的发展计划!
项目繁多!
时间性强!
要综合考虑各种各样的因素!
依靠巨型计算机能较顺利地完成%图!
"#"!
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天河一号超级计算机#天河一号$为我国首台千万亿次超级计算机!
如图!
@#@!
所示%它每秒钟!
#'(万亿次的峰值速度!
是中国超级计算机前!
''强之首!
也使中国成为继美国之后世界上第二个能够自主研制千万亿次超级计算机的国家%#"大型计算机大型计算机包括通常所说的大型机和中型机%一般只有大中型企事业单位才有必要配备大型主机!
并以这台机器及其外部设备为基础!
组成一个计算中心!
统一安排对主机资源的使用!
如图!
@#@#所示%在#'世纪('+*'年代!
信息处理主要是采用#主机M终端$的方式!
即主机集中式处理方式%进入*'年代以后!
随着个人计算机和各种服务器的高速发展!
大型机的市场变的越来越小!
很多企业都放弃了原来的大型机改用小型机和服务器%进入'年代后!
经济进入全球化!
信息技术得以高速的发展!
随着企业规模的扩大!
信息分散管理的弊端越来越多!
运营成本迅速的增长!
信息集中成了不可逆转的潮流%这)!
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时人们又把目光集中到大型机的身上大型机的市场逐渐地恢复了活力直至今天大型机还占有了不可替代的市场份额'年代后期大型机的技术得以飞速的发展其处理能力也大踏步的提高$"小型计算机由于大型机价格昂贵操作复杂只有大企业大单位才能买得起小型计算机通常能满足部门性的要求为中小企事业单位所采用如图!
@#@$所示例如我国高等院校及中小学计算机中心以一台小型机为主机配以几十台甚至上百台终端机以满足学生学习程序设计等课程的需要图!
"#"#!
大型计算机!
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图!
"#"$!
小型计算机%"微型计算机微型计算机指由微处理器作为@#@%所示&"工作站工作站与微机之间的界限并不十分明显高性能的工作站各项功能接近于小型机工作站运算速度通常比微型计算机要快要配置大屏幕显示器和大容量的存储器而且要有比较强的网络通信功能主要用于特殊的专业领域例如图像处理计算机辅助设计等方面如图!
@#@&所示图!
"#"%!
微型计算机!
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图!
"#"&!
工作站*!
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"#"%!
计算机的应用计算机的用途广泛!
归纳起来有以下几个方面%!
"数值计算数值计算即科学计算%数值计算是指应用计算机处理科学研究和工程技术中所遇到的数学计算%应用计算机进行科学计算!
如卫星运行轨迹"水坝应力"气象预报"油田布局"潮汐规律等!
可为问题求解带来实质的进展!
手工计算方式需要几百名专家几周"几个月甚至几年才能完成的计算!
计算机只要几分钟就可得到正确结果%#"信息处理信息处理是对原始数据进行收集"整理"分类"选择"存储"制表"检索"输出等的加工过程%信息处理是计算机应用的一个重要方面!
涉及的范围和内容十分广泛!
如自动阅卷"图书检索"财务管理"生产管理"医疗诊断"编辑排版"情报分析等%$"实时控制实时控制是指及时搜集检测数据!
按最佳值对事物进程的调节控制!
如工业生产的自动控制%利用计算机进行实时控制!
既可提高自动化水平!
保证产品质量!
也可降低成本!
减轻劳动强度%%"辅助设计计算机辅助设计为设计工作自动化提供了广阔的前景!
受到了普遍的重视%利用计算机的制图功能!
实现各种工程的设计工作!
称为计算机辅助设计!
即如桥梁设计"船舶设计"飞机设计"集成电路设计"计算机设计"服装设计等%当前!
人们已经把计算机辅助设计"辅助制造)组成了设计"制造"测试的集成系统!
形成了高度自动化的#无人$生产系统%&"智能模拟智能模拟亦称人工智能%利用计算机模拟人类智力活动!
以替代人类部分脑力劳动!
这是一个很有发展前途的学科方向%第五代计算机的开发!
将成为智能模拟研究成果的集中体现%具有一定学习"推理和联想能力的机器人不断出现!
正是智能模拟研究工作取得进展的标志%智能计算机作为人类智能的辅助工具!
将被越来越多地用到人类社会的各个领域%!
"$!
计算机中的信息编码"!
"$"!
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计算机中数值的概念!
"进位计数制进位计数制是指用进位的方法进行计数的方法%日常生活中使用的多为十进位计数制!
而计算机中使用的是二进位计数制!
有时也使用八进位计数制和十六进位计数制%要理解数制!
必须先理解两个概念'基数和位权%!
+!
!
!
基数指用该进制表示数时所用到的数字符号的个数%常用P表示!
称P进制%如十进制数用十个数字来表示大小不同的数!
因此基数为!
'%位权指数字在不同位置上的权值%每一种进制数中的数字符号所在的位置叫数位!
不同数位有不同的#位权$!
用一个以基数为底的指数来表示!
即P!
P代表基数!
是数位的序号%一般规定整数部分个位为'!
十位为!
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&!
依次增!
(小数部分小数点右面的第一位为Q!
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第二位为Q#!
&!
依次减!
%如十进制数!
#$"%&!
基数为!
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的位权为!
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#的位权为!
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$的位权!
''!
%的位权为!
'Q!
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&的位权为!
'Q#%#"计算机中的数值!
*十进制数十进制数是用'!
共十个数字来表示大小不同的数!
基数是!
'!
它的计数规则是#逢十进一!
借一当十$!
它的权是以!
'为底的幂%按位权展开的形式是'!
#$%"&(R!
S!
'$M#S!
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''M&S!
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'Q##*二进制数二进制数是用'和!
共两个数字表示大小不同的数!
基数为#!
它的计数规则是#逢二进一!
借一当二$(它的权是以#为底的幂!
按位权展开的形式是')!
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*#R!
S#$M!
S##M'S#!
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S#'M!
S#Q!
M!
S#Q#$*八进制数八进制数是用'!
)共八个数字来表示大小不同的数!
基数是*!
它的计数规则是#逢八进一!
借一当八$!
它的权是以*为底的幂%按位权展开的形式是')!
#(!
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**R!
M*$M#S*#M(S*!
M!
S*'M!
S*Q!
M!
S*Q#%*十六进制数十六进制数是用'!
"C!
T共十六个数字来表示大小不同的数!
基数是!
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它的计数规则是#逢十六进一!
借一当十六$!
它的权是以!
(为底的幂%按位权展开的形式是')#N&T"#C*!
(R#S!
($M!
$S!
(#M&S!
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M!
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(Q#以上介绍的几种数制除了用在括号外面加数字下标的形式表示外!
还可以在数字后面加写相应的英文字母作为标识'U)表示二进制*"V)表示八进制*"N)表示十进制*"W)表示十六进制*%十进制的括号和字母可以省略%"!
"$"#!
数制之间的转换将数从一种数制转换为另一种数制的过程叫作数制间的转换%!
"二进制八进制十六进制数转换为十进制数对于任何一个二进制"八进制"十六进制数转换为十进制数!
只需把各数位的值乘以该位位权!
再按十进制加法相加即可%这种方法也叫#位权法$%例!
将二进制数!
'!
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!
转换为十进制数%)!
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S##M'S#!
M!
S#'M!
S#Q!
M!
S#Q#R%M!
M'"&M'"#&R&")&例#将八进制数!
$("%转换为十进制数%)!
$("%**R!
S*#M$S*!
M(S*'M%S*Q!
R(%M#%M(M'"&R%"&