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这是一本教同学们彻底学通Python的高质量学习教程，认真地学习每一章节的内容，每天只需学好一节，帮助你成为一名卓越的Python程序员:
本教程通俗易懂，面向的是零编程基础的同学，非科班人士，以及有一定编程水平的中高级程序员。
3.1.1 理解信息表示
所谓的信息表示，是指通过某种事物或逻辑概念来表达信息的含义。文字是一种重要的信息表示法，藉由文字，人类文明的灿烂文化才得以传承下来。
人类文明自发明文字起开始计算，尚不足六千年，在这几千年的人类历史中，人类通过文字传播等方式，创造出了灿烂的人类文明。
人类作为文字的发明者和使用者，通过文字来表示和传达信息，是一种非常自然的方式。但在计算机中，却不能通过文字来表示信息，因为机器无法理解文字。
计算机由逻辑电路组成，逻辑电路通常只有两种物理状态：“打开”的状态和“关闭”的状态。这两种状态正好可以用数字1和0来进行表示，使用1表示打开的状态，0表示关闭的状态。
这种使用数字1和0来表示信息的方法，称为二进制表示法。
那么，为什么这种二进制表示法可以表示信息？
举个简单的例子，我们使用文字来描述一段信息，内容如下：
我爱你因为计算机只能识别二进制，那么为了让计算机能“理解”这段文字，
我们可以使用以下二进制来对文字进行代替：
| 文字 | 二进制 |
|---|---|
| 我 | 00 |
| 爱 | 01 |
| 你 | 11 |
那么“我爱你”在计算机中的二进制表示为：
00 01 11
3.1.2 理解进制表示法
(1) 进制的概念
进制是一种带进位的计数方法。生活中最常见的计数方法是十进制表示法，在十进制这种计数方法中，基数为10，有10个基本的数字符号：
在进制计数法中，N进制即表示该类计数法中的基数为N，有N个基本的数字符号。由于阿拉伯数字简洁实用，在大部分情况下都是使用阿拉伯数字来作为基本的数字符号。
所谓的“带进位”，是指数值超出进制中的最大数字符号时，向高位进一。
例如十进制中的最大数字符号是9，那向高位进位后的数字变为10。
其进位过程可以分解为以下三个步骤：
(1) 数字超出最大数字符号9，向高位进位，数字由1位数变成2位数
(2) 由于是向高位进一，所以高位为1，低位已经进位，继续从0开始计数
(3) 由(1)和(2)可得进位后的数字为10其它进制的计数法与十进制计数法都是一样的原理，以三进制进行举例，在三进制的计数法中，基数为3，有3个基本的数字符号：
三进制中的最大数字符号是2，那么向前进位后的数字变为10。
其进位过程可以分解为以下三个步骤：
(1)数字超出最大数字符号2，向高位进位，数字由1位数变成2位数
(2)由于是向高位进一，所以高位为1，低位已经进位，继续从0开始计数
(3)由(1)和(2)可得进位后的数字为10十进制中的10与三进制中的10并非同等大小，因为其基数不同，在进行进制的大小比较时，可以将它们换算成十进制来进行直观地比较。
将其它进制转换为十进制时，需要先掌握一个权值的概念。
在进制的权值计算中，第N位的权值为基数的N次方，例如在三进制中，基数为3，
那么第0位的权值为3的0次方，第1位的权值为3的1次方。
因为高位的数是由低位的数进位而来的，在进位的过程中以进制中的基数为单位进行进位，这就是所谓的权值的概念。
转换为十进制，需要将各位的数字与权重相乘再进行求和。
那么，三进制的10转换为十进制后的值为：
(2) 二进制与十六进制
由3.1.1节中的内容可知，计算机使用二进制进行信息的表示。在二进制计数法中，基数为2，二进制10转换为十进制后的大小为：
在计算机系统中，十六进制也是一种很常见的信息表示法。
在十六进制这种计数法中，基数为16，前10个数字仍采用阿拉伯数字，但从10开始，使用英文字母表中的字母A～F进行代替，例如将16进制中的10使用字母A进行代替，将11使用字母B进行代替，以此类推。
前十个符号：
后六个符号：
十六进制不区分字母的大小写，在编程语言中，通常将以0x或0X开头的数字常量作为十六进制，例如0x123F。
计算机只能识别二进制，在处理十六进制的数据时，需要将其转换为二进制来进行处理。
对人类来说，最易于理解的是十进制，但十进制与二进制的转换非常麻烦，且二进制的计数法十分冗长，例如表示十进制为255的二进制数，需要使用八位二进制数：
11111111在十六进制中，一位十六进制数可以表示四位二进制数，例如一个四位的二进制数1111，用十六进制F就可以进行表示。
F对应的十进制为15，二进制数1111的值刚好为15：
所以在进行信息表示时，经常使用十六进制作为一种折中的方案。
(3) 进制间的相互转换
将十进制整数转换为其它进制，主要采用的是“除基数取余，再逆序排列”的方法。
具体的计算过程：
1. 用基数整除十进制整数，得到一个商和余数
2. 再用基数整除商，又会得到一个商和余数
3. 不断重复第2步，直到商小于1
4. 将计算过程中的余数按从低到高的顺序排列起来以十进制5转二进制进行举例：
1. 2整除5，得到商2和余数1
2. 2整除商2，得到商1和余数0
3. 2整除商1，得到商0和余数1
4. 将计算过程中的余数逆序排列，则二进制为：101二进制101转换为十进制的结果正好为：
十进制小数转其它进制，采用的是“乘基数取整，再顺序排列”的方法，即每次取整数部分，然后再将小数部分与基数相乘，以此不断重复这一过程。
3.1.3 计算机中的信息存储
现代计算机基于冯诺依曼体系，在冯诺依曼体系中，计算机硬件由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成，冯诺依曼体系如下图所示：
其中存储器负责信息的存储，计算机系统将存储器视为一个很大的字节数组，在这个字节数组中按顺序从0开始进行编号：
这里的字节编号即为“地址”。
计算机将字节作为一个最小的可寻址的存储器单位，以及进行信息处理的二进制数字串。
在计算机中，一个字节包含八位二进制数，那么其大小最大为：
11111111转换为十进制后的大小：
3.1.4 本节内容知识脑图
通过下面的知识脑图，来对本节的学习内容进行复习：
3.1.5 本节知识要点
(1) 信息表示是指通过某种事物或逻辑概念来表达信息的含义。在人类文明中，
文字是一种很重要的信息表达方式。
(2) 在计算机中，通过二进制来进行信息的表示和存储。
(3) 计算机由逻辑电路组成，逻辑电路通常只有两种物理状态：“打开”的状态和“关闭”的状态。
这两种状态正好可以用数字1和0来进行表示，使用1表示打开的状态，0表示关闭的状态。
(4) 在进制计数法中，N进制即表示该类计数法中的基数为N，有N个基本的数字符号。
例如在十进制中，基数为10，有10个基本的数字符号。
(5) 将十进制整数转换为其它进制，主要采用的是“除基数取余，再逆序排列”的方法。
将其它进制转换为十进制时，需要先掌握一个权值的概念。将其它进制转换为十进制，
需要将各位的数字与权重相乘再进行求和。3.1.6 课后习题
(1) 计算机内部为什么使用二进制？简述其主要原因。
(2) 为什么9之后的数字是10？
(3) 写出十进制255转换为十六进制的计算过程
(4) 为什么一位十六进制数可以表示四位二进制数？
(5) 十进制小数转其它进制，采用的是“乘基数取整，再顺序排列”的方法,
请写出将5.20转换为二进制的计算过程。
提示：将整数部分与小数部分的二进制进行排列，整数部分仍采用除2取余的算法。
(6) 一个内存块占4个字节，那么它能表示多大的区间范围？假设范围从0开始计数。薯条老师的个人公众号「薯条编程」。欢迎进行学习上的交流和探讨，对本节内容有任何不懂的地方，可以在评论下方进行留言。
