计算机中的数据.ppt

计算机中的数据表示,Lecture 3,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,2,内容提要,计算机的数制 数值型数据的表示和编码 字符型数据的表示和编码 图形及图像的表示 数字动画和数字视频的表示 声音的表示,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,3,计算机信息处理特征,信息处理将信息转换为机内数据数据人读、机读两态在计算机中的数据和指令都是用二进制代码表示的。,计算机中常用数制,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,4,进位制数,日常生活中人们都采用十进制数计算机的语言二进制计算机应用中使用的进制二进制、八进制、十六进制采用二进制的原因：二进制数在物理上最容易实现运算规则简单，易于实现方便逻辑运算,计算机中常用数制,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,5,二，八，十六进制数的特点,计算机中常用数制,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,6,R进制数,一般来说，若把它们统称为R进制，则R进位制具有下列特点：具有 R个数字符号:0，l，（R-1)由低位向高位是按逢R进一的规则进行计数 基数是R,计算机中常用数制,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,7,基数和位权,基数某进位制的基数是指该进位制中允许选用的基本数码的个数。例如：对于二进制，有两个数码（O，1），且由低位向高位是“逢二进一”，故其基数为2。十进制数，基数为10；八进制数，基数为8；十六进制数，基数为16。,计算机中常用数制,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,8,基数和位权,位权对于某一进位制数，一个数码处在数的不同位置时，它所代表的数值是不同的。,计算机中常用数制,3102 3101 3100,例如：在十进制数333中，数字3在个位数位置上时表示3，即3100；数字3在十位数位置上时表示30，即3101；数字3在百位数位置上时表示300，即3 102。,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,9,不同进位制数的表示法,方法一：用圆括号外的下标值(如：10、2、8、16)表示该括号内的数是哪一个进位制中的数。例如:十进制数 25（25）10 或 25二进制数 101（101）2八进制数 77（77）8十六进制数 A6（A6）16,计算机中常用数制,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,10,不同进位制数的表示法,方法二：在数的最后加上字母来区分其前面的数是属于哪个进位制,具体规则如下：例如:十进制数 2525D二进制数 101101B八进制数 7777Q十六进制数 A6A6H,D(十进制),B(二进制),Q(八进制),H(十六进制),计算机中常用数制,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,11,进制位数的相互转换,同一个数值可以用不同的进位制数表示，例如:(12)10=(1100)2=(14)8=(C)16。这表明不同进位制只是表示数的不同手段，它们之间必定可以相互转换。十进制数 二进制数二进制数 十进制数二进制数 八进制数二进制数 十六进制数,数制之间的转换,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,12,基本方法：整数“除2取余”（余数由下而上排列）小数“乘2取整”（整数由上而下排列）,具体做法：1)对于十进制数整数，用2连续除要转换的十进制整数及各次所得之商，直除到商得0时为止，则各次所得之余数即为所求二进制整数由低位到高位的值；2)对于十进制小数，用2连续乘要转换的十进制小数及各次所得之积的小数部分，直乘到积的小数部分为0（或满足所要求的精度）时为止，则各次所得之积的整数部分即为所求二进制小数由高位到低位的值。3)当十进制数包含有整数和小数两部分时，可分别将整数和小数转换，然后相加。,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,13,2 75 2 37 1 2 18 1 2 9 0 2 4 1 2 2 0 2 1 0 0 1,结果为：1001011,即：(75)10=(1001011)2,示例：,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,14,结果为：0.101,即：(0.625)10=(0.101)2,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,15,结果为：113,即：(75)10=(113)8,示例：,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,16,结果约为：0.5676,即:(0.734)10(0.5676)8,示例：,将(237.625)10转化成二、八、十六进制数,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,17,基本方法（位权法）：将二进制数的各位按权展开相加,例：将二进制数11011.101转换成十进制数11011.101=124+123+022+121+120+12-1+02-2+12-3=16+8+0+2+1+0.5+0+0.125=27.625 故 11011.101B=27.625,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,18,基本原理：八进制的基数为8两者满足8=23，每位八进制数可转换为等值的三位二进制数，反之亦然。具体做法：1)八进制数转换成二进制数每位八进制数用相应的3位二进制数代替。“一分为三”2)二进制数转换成八进制数将二进制数以小数点为界，整数部分从右到左分成三位一组，小数部分从左到右分成三位一组，头尾不足三位时补0。“三位一并法”,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,19,例：将八进制数257.364转换成二进制数 2 5 7.3 6 4 010 101 111.011 110 100 于是,257.364Q=10101111.0111101 例：将二进制数10110.1011转换成八进制数 010 110.101 100 2 6.5 4于是,10110.1011B=26.54Q,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,20,基本原理：十六进制的基数为16，两者满足16=24，每位十六进制数可转换为等值的四位二进制数，反之亦然。具体做法：1)十六进制数转换成二进制数将每位十六进制数用相应的4位二进制数代替。2)二进制数转换成十六进制数“四位一并法”,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,21,数据的常用单位,1、位（bit）：1个二进制位，最小的信息单位2、字节（Byte）：1byte=8 bits(最常用)，计算机最小存储单元3、一个字节存储一个英文字符(半角英文字符的编码ASCII码)；二个字节存储一个汉字，即1个汉字至少需要两个字节或字符表示,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,22,数据的常用单位,4、字（Word）：计算机信息交换、加工、存储的基本单元；计算机中的“字”用来表示数据或信息长度1KB=1024=2 10字节1MB=1 048 576=220字节1GB=10亿字节=230字节1TB=10000亿字节=240字节1TB=1024GB=1024*1024MB=1024*1024*1024KB（换算关系）e.g.10MB=10*1000*1000B or 10*1024*1024B?,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,23,定点数,数值数据的表示,定点小数：,定点整数：,符号位,隐含小数点（+0.5),符号位,隐含小数点（-3),2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,24,浮点数,一个任意实数，在计算机内部可以用指数（为整数）和尾数（为纯小数）来表示，用指数和尾数表示实数的方法称为浮点表示法。如：,通常表示为：,X为浮点数；M为尾数；E为阶码；R为阶的基数。,数值数据的表示,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,25,浮点数,31 30 24 23 22 0,=（21000.1000101）2=（1000.101）2=8.62510,0000 0100 0100 0101 0000 0000 0000 0000,PC机中的单精度浮点数据（两个字节）,数值数据的表示,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,26,浮点数,IEEE754的标准,32位浮点数标准格式,64位浮点数的标准格式,数值数据的表示,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,27,十进制数串,每个数字转换成四位二进制代码BCD(8421)码：四位位权分别是8=234=222=21 1=20,数值数据的表示,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,28,十进制数串,格雷码：BCD码相邻两位的异或，如：BCD码：0110 1001 格雷码：0101 1101余三码：BCD码+11B，如：0101 1001(BCD码)+11 11 1001 1100(余三码),数值数据的表示,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,29,0,+77,符号位,真值,数值数据的编码,机器数/真值,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,30,如：真值 机器数+0+0000000 0 0000000-0-0000000 1 0000000+5+0000101 0 0000101-5-0000101 1 0000101,在计算机中，1.数据都是采用二进制表示；2.数的符号，也用“0”或“1”表示，“0”表示正，“1”表示负；3.数的最高位为符号位。,数值数据的编码,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,31,移码,1,1,1,-77,原码,反码,补码,最高位为符号位，数值部分为原数的绝对值,正数：反码=原码负数：反码=原码除符号位各位取反,正数：补码=原码负数：补码=反码+1,0,移码：补码的符号位取反,带符号的机器数,数值数据的编码,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,32,数值数据的编码,（以8位字长为例）,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,33,73-73=(01001001)补+(10110111)补=(00000000)补=073-127=(01001001)补+（10000001)补=(11001010)补=(11001001)反=(10110110)原=-(25+24+22+21)10=-54,补码数据计算,数值数据的编码,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,34,ASCII码 字符编码,字符编码：字符编码是用二进制编码来表示字母、数字以及专门符号（如：键盘上的字符）。在计算机系统中，有两种重要的字符编码方式：用于微型机与小型机的ASCII和用于IBM大型主机的EBCDIC。ASCII码：是英文American Standard Code for Information Interchange的缩写，意为“美国标准信息交换代码”。ASCII码有7位版本和8位版本两种，国际上通用的是7位版本。,ASCII编码,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,35,ASCII码的十进制表示:,SP：320-9：48-57A-Z：65-90a-z：97-122,ASCII编码,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,36,用户键入“1”和“0”键,用户输入十进制数“10”传递给程序的过程,ASCII编码,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,37,字符串是指连续的一串字符。如：“abc”“1234567890”“&*W#”一般，它们占用主存中连续的多个字节，每个字节存一个字符。所谓比较字符串大小，就是从左到右逐个比较两个字符串中对应字符的ASCII码的大小。如:“they”“them”，“98”“200”。,字符串,字符串,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,38,汉字编码,汉字编码与汉字处理过程,外部输入码,字型码（输出）,键盘管理程序,其它系统代码,交换码（国际码）,汉字信息,汉字信息,机内码,（计算机输出汉字）,（计算机存储、传输）,汉字处理程序,（键盘）,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,39,汉字输入码（或外码）,数码：用一串数字来替代汉字的编码。如区位码、电报码、国标码等。音码：以汉字读音(不考虑声调)为基础的编码。如全拼码，简拼码，双拼码等。形码：以汉字笔画、结构、形状为依据的汉字编码。如五笔字型，大众码，仓吉码等。音形码：把汉字拼音和汉字字形相结合的编码方式。主要有智能ABC、自然码等。,汉字编码,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,40,汉字交换码（国标码）,信息交换用汉字编码字符集基本集是我国于1980年制定的国家标准GB2312-80每个汉字（图形符号）采用双字节表示，每个字节只用低7位（字节的最高位为0）；GB2312分成94行94列，行号称为区号，列号称为位号。7位区号在高字节，7位列号在低字节，共同组成汉字的区位码。将区位码的区号和位号各加32（即100000）变换成国标码。,汉字编码,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,41,汉字机内码（内码）,是供计算机系统内部进行存储、加工处理、传输统一使用的代码。区位码、国标码和机内码之间的关系可以概括为：国标码（区位码的十六进制表示）2020H机内码国标码8080H如：“中”的区位码是54 48 区位码即：36 30H 00110100 00110000国标码是：56 50H 01010100 01010000机内码为：D6 D0H 11010100 11010000,汉字编码,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,42,汉字的显示与打印,汉字输出码,即汉字字形码（又称汉字字模码）是表示汉字字形的字模数据：点阵字形：通常有1616，24 24，32 32，48 48等 矢量字形汉字字库软字库硬字库,汉字编码,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,43,图像,基本概念,图像是指由输入设备捕捉的实际场景画面或以数字化形式存储的任意画面。位图表示法、点阵表示法像素Pixel,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,44,图像,5.4.1 图像（image）,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,45,放大后,图像,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,46,颜色深度,24位真彩色:967K,256色:324K,16色:162K,黑白（2色）:42K,256级:324K,16级:162K,图像,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,47,图像文件大小、图像格式,图像文件占用数据空间计算方法为：比特数图像宽度图像高度图像深度字节数比特数8。图像格式：.BMP.PCX.GIF.JPG.PNG如小孩图片：尺寸：656*503 24位彩色图像文件大小（大小与格式的关系）,图像,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,48,图形,图形,矢量图形是以一种指令的形式存在的。特点：图形是对图像进行抽象的结果。能对图中的各个部分分别进行控制。图形的产生需要时间。在微机平台上制作二维图形较常见的软件有CorelDRAW等。制作三维图形常见的软件有3D MAX、AutoCAD等,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,49,图形与图像的关系,基本元素：图元、像素。显示过程：变换有无失真：处理形式：图形实际上是对图像的抽象,图形与图像的关系,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,50,图形放大,图形与图像的关系,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,51,数字动画,数字动画,造型动画：对每一个活动的对象分别进行设计，并构造每一对象的特征，然后用这些对象组成完整的画面，进行实时转换，形成动画。如：Photoshop中实现的动画，文件扩展名为.psd。帧动画：是由一幅幅连续的画面组成的图像或图形序列。如：Flash中实现的动画，文件扩展名为.swf（Shockwave Format）。,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,52,数字视频,影像文件.AVI.MOV.DAT流式视频格式(Streaming Video Format).RM.MOV.ASF,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,53,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,54,波形音频,声音信息通过话筒将声波变成电波，然后对其电信号进行采样（把时间分成足够小的间隔，并保存下该间隔的电信号强度），即声音的数字化；采样点越多、表示强度的二进制位数越多，则保真度越好，声音的质量也就越好。,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,55,波形的高度记录了每次采样，在这里，用8个比特来记录每个采样，这样，波形的高度从02 5 6要对声波进行采样，需要把每一秒钟的声波分为几千份。在这里，很难看出这些采样，因此只显示了声波的3 0个采样,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,56,声波的高度为1 5 5，因此这个采样用二进制编码为1 0 0 11 0 11,如果假定每个采样之间的高度并不会改变，可以在每个高度之间画一条垂直线。这种用数字表示的声波称为“分步波形”,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,57,MIDI音乐,乐器数字接口（MIDI，Musical Instrument Digital Interface）文件包含有MIDI乐器和MIDI声卡用来重构声音的指令，它能存储和重构乐器声音，但不能存储和重构发音。与波形声音相比，MIDI数据不是声音而是指令，所以它的数据量要少得多。,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,58,压缩文件或文件夹,使用压缩工具,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,59,解压压缩文件,使用压缩工具,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,60,本课知识归纳,计算机中的数制：二进制、八进制、十进制和十六进制各种进制数之间的转换计算机中一般数据的表示形式：非数值数据数值数据定点数、浮点数、数串（BCD码、格雷码、余3码）编码形式：真值、机器码（原码、补码、反码、移码）,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,61,本课知识归纳,计算机中的信息、数据都是采用二进制形式表示和存储的。英文字符采用ASCII码标准。汉字采用双字节代码，在计算机中采用机内码，显示和打印使用输出码，输入采用输入码。图像和声音信息经过数字化后才能在计算机中保存和处理。,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,62,例：将(237.625)10转化成二进制数,整数部分 除2取余(余数)2|2 3 7 2|1 1 8 1 2|5 9 0 2|2 9 1 2|1 41 2|7 0 2|3 1 2|1 1 0 1,小数部分(整数)乘2取整 0.6 2 5 2 1 1.2 5 0 2 0 0.5 0 2 1 1.0,取 值 方 向,即：(237.625)10=(11101101.101)2,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,63,例：将(237.625)10转化成八进制数,除8取余(余数)(整数)乘8取整8|2 3 7 取 0.6 2 5 8|2 9 5 值 8 8|3 5 方 5 5.0 0 0 0 3 向,即：(237.625)10=(355.5)8,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,64,除16取余(余数)(整数)乘16取整16|2 3 7 取 0.6 2 5 16|1 4 13(D)值 1 6 0 14(E)方 10(A)10.0 0 0 向,例：将(237.625)10转化成十六进制数,即：(237.625)10=(ED.A)16,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,65,7 6 5 4 3 2 1,西文信息的编码,1,ASCII 码是美国信息交换标准代码。(American Standard Code for Information Interchange)包括0-9十个数字，大小写英文字母及专用符号等95种可打印字符。,Computer,01000011 01101111 0110110101110000 01110101 0111010001100101 01110010,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,66,汉字信息的编码,2,国标码：国家标准信息交换用汉字编码。国标码采用双字节的编码方式。,国标码收入6763个汉字，682个西文字符、图符，构成 9494 的矩阵。（每一行为“区”，每一列为“位”：国标区位码）,机内码,“啊”：区位码“1601”“1001H”,00010000 00000001,10010000 10000001,“啊”：机内码“B0A1H”,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,67,汉字信息的编码,3,字符代码化（输入）,数字码拼音码字形码,2023/9/28,计算机文化基础_Fall 2009,68,汉字的输出（字库）,4,字体,