信息編碼與數(shù)據(jù)表示課件

6.1.1數(shù)字化信息編碼的概念6.1.1數(shù)字化信息編碼的概念1數(shù)字（Digit）技術數(shù)字技術：是采用有限個狀態(tài)（目前主要是0和1兩個數(shù)字）來表示、處理、存儲和傳輸一切信息的技術。數(shù)字化：全面采用數(shù)字技術實現(xiàn)信息系統(tǒng)。數(shù)字化現(xiàn)狀：計算機：全部采用通信和信息存儲：大量采用廣播電視：數(shù)字電視和數(shù)字廣播越來越近數(shù)字（Digit）技術數(shù)字技術：是采用有限個狀態(tài)（目前主要是2采用二進制數(shù)字技術的原因器件容易實現(xiàn)每一位只有兩個狀態(tài)，電路實現(xiàn)容易運算規(guī)則簡單加法：0+0=00+1=11+0=11+1=0（進位）減法：0-0=00-1=1（借位）1-0=11-1=0乘法：0*0=00*1=01*0=01*1=1與邏輯（布爾）代數(shù)相吻合有堅實的數(shù)學工具作為設計的基礎采用二進制數(shù)字技術的原因器件容易實現(xiàn)31、比特的概念比特（binarydigit，bit）在數(shù)字系統(tǒng)中是組成信息的最小單位；數(shù)字技術的處理對象，二進制位，位；比特只有兩種狀態(tài)：數(shù)字0或數(shù)字1；計算機中的數(shù)、文字、符號、圖像、聲音；等，都表現(xiàn)為比特的不同組合；一般用小寫的字母“b”表示(bit)。1、比特的概念比特（binarydigit，bit4字節(jié)Byte“比特”單位太小，計算機并不單獨對比特進行處理、存儲或傳輸；而是采用稍大一些的計量單位——字節(jié)（Byte）1字節(jié)=8比特b7b6b5b4b3b2b1b0最高位最低位1個字節(jié)，其中bi為一個比特字節(jié)Byte“比特”單位太小，計算機b7b6b5b4b3b252、比特的運算比特的表示數(shù)字電路中，電位的高低、脈沖的有無——兩個狀態(tài)“0”或“1”。邏輯思維中，命題的真或假——數(shù)字“1”或“0”。比特的運算使用的數(shù)學工具——邏輯代數(shù)（布爾代數(shù)）三種最基本的邏輯運算邏輯加、邏輯乘、取反2、比特的運算比特的表示6邏輯加運算邏輯加也稱“或”運算，用符號“OR”、“∨”或“＋”表示。運算規(guī)則如下： 0 0 1 1

∨0 ∨1 ∨0 ∨1 0 1 1 1

兩個多位二進制數(shù)進行邏輯加運算時，按位獨立進行，相鄰位之間不發(fā)生關系。例如： 10111100 ∨00110110 10111110邏輯加運算邏輯加也稱“或”運算，用符號“OR”、“∨”或“＋7邏輯乘運算邏輯乘也稱“與”運算，用符號“AND”、“∧”或“·”表示。運算規(guī)則如下： 0 0 1 1

∧0 ∧1 ∧0 ∧1 0 0 0 1

兩個多位二進制數(shù)進行邏輯乘運算時，按位獨立進行，相鄰位之間不發(fā)生關系。例如： 10111100 ∨00110110 00110100邏輯乘運算邏輯乘也稱“與”運算，用符號“AND”、“∧”或“8取反運算取反：也稱“非”運算，用符號“NOT”或“－”表示。運算規(guī)則如下：0→1 1→0取反運算取反：也稱“非”運算，用符號“NOT”或“－”表示。93、比特的存儲存儲（記憶）1個比特需要使用具有兩種穩(wěn)定狀態(tài)的設備。比方：現(xiàn)實生活中具有兩種穩(wěn)定態(tài)的物體舉例：開關——開、關繼電器——斷開、吸合燈泡——亮、暗習慣上將兩種狀態(tài)之間轉換的過程稱為“開”或“關”。穩(wěn)態(tài)1穩(wěn)態(tài)2非穩(wěn)態(tài)但會趨于一種穩(wěn)態(tài)3、比特的存儲存儲（記憶）1個比特需要使用具有兩種穩(wěn)定狀態(tài)的10數(shù)字計算機中比特的存儲裝置觸發(fā)器一種雙穩(wěn)態(tài)電路，用以記錄一個比特；特點：工作頻率(開關速度)極高，但集成度較低用途：成組構成CPU內(nèi)部的少量的寄存器。電容器利用電容器的充放電狀態(tài)表示1個比特；特點：工作頻率低于觸發(fā)器，但集成度較高；用途：計算機的大容量的內(nèi)存。數(shù)字計算機中比特的存儲裝置觸發(fā)器11磁盤利用磁介質表面的磁化狀態(tài)表示一個比特。光盤利用盤片表面上的微小凹坑表示一個比特。注意：寄存器內(nèi)存磁盤光盤半導體存儲器易失性存儲器，斷電以后信息丟失。非易失性存儲器，可用來長期存儲信息。磁盤半導體存儲器非易失性存儲器，可用來長期存儲信息。124、存儲容量的表示存儲容量是存儲器的重要指標，存儲容量的度量通常要比字節(jié)大得多，使用2的冪次作為單位有助于存儲器的設計。經(jīng)常使用的單位有：“千字節(jié)”(KB)，1KB=210字節(jié)=1024B“兆字節(jié)”(MB)，1MB=220字節(jié)=1024KB“吉字節(jié)”(GB)，1GB=230字節(jié)=1024MB（千兆）“太字節(jié)”(TB)，1TB=240字節(jié)=1024GB（兆兆）4、存儲容量的表示存儲容量是存儲器的重要指標，13小結掌握數(shù)字化的概念掌握比特的概念掌握比特的運算規(guī)則掌握比特的存儲技術掌握存儲容量的表示小結掌握數(shù)字化的概念146.1.2進位計數(shù)制6.1.2進位計數(shù)制15十進制數(shù)（Decimal）十進制的基數(shù)是“10”，使用十個符號0、1、2、3、4、5、6、7、8、9，逢十進一。例如：203.49＝2×102+0×101+3×100+4×10-1+9×10-2一般地說，一個十進制數(shù)KnKn-1

...K1K0.K-1K-2...K-m

所代表的實際數(shù)值是：S＝Kn×10n＋Kn-1×10n-1＋...＋K1×101＋K0×100＋K-1×10-1＋K-2×10-2+…＋K-m×10-m個位十位十分之一位百分之一位第n位的權第n位的系數(shù)十進制數(shù)（Decimal）十進制的基數(shù)是“10”，使用十個符16二進制數(shù)（Binary）二進制的基數(shù)是“2”，使用兩個符號0和1，逢二進一：(101.01)2＝1×22＋0×21＋1×20＋0×2-1＋1×2-2＝(5.25)10一般地說，一個二進制數(shù)S＝KnKn-1...K1K0.K-1K-2...K-m所代表的實際數(shù)值是：S=Kn×2n

＋Kn-1×2n-1＋…＋K1×21＋K0×20

＋K-1×2-1＋K-2×2-2＋…＋K-m×2-m二進制數(shù)（Binary）二進制的基數(shù)是“2”，使用兩個符號017二進制數(shù)的運算對二進制數(shù)也可以進行算術運算算術運算：兩個一位數(shù)的加法和減法的基本運算規(guī)則是： 加法 減法

0011 0011＋0＋1＋0＋1 －0－1－0－101110 0110 （向高位進1） （向高位借1）兩個多位二進制數(shù)的加、減法可以從低位到高位按上述規(guī)則進行，但必須考慮進位和借位的處理二進制數(shù)的運算對二進制數(shù)也可以進行算術運算18八進制數(shù)（Octonary）八進制數(shù)使用0、1、2、3、4、5、6、7八個符號，逢八進一。(365.2)8=3×82＋6×81＋5×80＋2×8－1

=(245.25)10八進制數(shù)（Octonary）八進制數(shù)使用0、1、2、3、4、19十六進制數(shù)（Hexadecimal）十六進制數(shù)使用十六個符號：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F，其中A、B、C、D、E、F分別代表十進制的10、11、12、13、14、15。逢十六進一(F5.4)16=15×161＋5×160＋4×16－1=(245.25)10十六進制數(shù)（Hexadecimal）十六進制數(shù)使用十六個符號20為什么要有不同進制？計算機中只使用二進制現(xiàn)實中最常用的是十進制八進制和十六進制是給程序員用的二進制數(shù)太長，書寫、閱讀、記憶均不便；32位二進制數(shù)用十六進制書寫時，只需8位。八進制和十六進制與二進制之間的轉換直觀、方便。除二進制外，其他進制的數(shù)在輸入進計算機之前全部被轉換成二進制。為什么要有不同進制？計算機中只使用二進制216.1.3數(shù)制之間的轉換6.1.3數(shù)制之間的轉換22十進制數(shù)與二進制數(shù)的轉換（1）二進制數(shù)=>十進制數(shù)位權相加法，計算按權展開式的和例如：將11101.1011B轉換為十進制數(shù)。

1×24+1×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1+0×2-2+1×2-3+1×2-4=16+8+4+0+1+0.5+0+0.125+0.0625=29.6875十進制數(shù)與二進制數(shù)的轉換（1）二進制數(shù)=>十進制數(shù)23（2）十進制整數(shù)=>二進制整數(shù)：除２取余（3）十進制小數(shù)=>二進制小數(shù)：乘２取整例如：將29.6875轉換為二進制數(shù)。(1)先轉換整數(shù)部分29292142……172……032……112……10……1.小數(shù)點離小數(shù)點最近的一位=11101B（2）十進制整數(shù)=>二進制整數(shù)：除２取余292142……24（2）再轉換小數(shù)部分0.68750.6875×21.3750×20.375……10.75……0×21.5×20.5……11.00.0……1.小數(shù)點離小數(shù)點最近的一位=0.1011B（2）再轉換小數(shù)部分0.68750.6875×2125轉換表八進制數(shù)二進制數(shù)八進制數(shù)二進制數(shù)

00004100100151012010611030117111二進制數(shù)轉換為八進制數(shù)舉例：

001101001110.110100B→1516.64Q八進制數(shù)轉換為二進制數(shù)舉例：

2467.32Q

→010100110111.011010B

八進制數(shù)與二進制數(shù)的轉換轉換表八進制數(shù)與二進制數(shù)的轉換26十六進制數(shù)與二進制數(shù)的轉換轉換表十六進制數(shù)二進制數(shù) 十六進制數(shù) 二進制數(shù)

00000 81000

10001 91001

20010 A1010

30011 B1011

40100 C1100 50101 D1101 60110 E1110 70111 F1111二進制數(shù)轉換為十六進制數(shù)舉例：

001101001110.11001100B→34E.CCH十六進制數(shù)轉換為二進制數(shù)舉例：

35A2.CFH

→0011010110100010.11001111B十六進制數(shù)與二進制數(shù)的轉換轉換表27十進制二進制十六進制八進制000000010001112001022300113340100445010155601106670111778100081091001911101010A12111011B13121100C14131101D15141110E16151111F17十進制二進制十六進制八進制0000000100011120028BCD整數(shù)BCD整數(shù)（BinaryCodedDecimal）稱為“二進制編碼的十進制整數(shù)”，使用4個二進位表示1個十進制數(shù)字。例如：(43)BCD＝0100

0011(59601)BCD＝0101

1001

0110

0000

0001BCD整數(shù)BCD整數(shù)（BinaryCodedDecima29小結進制二進制、十進制、八進制、十六進制進制之間的轉換二-十轉換（系數(shù)*權的總合）十-二轉換（除二取余、乘二取證）二-八轉換（1個8進制位對應3個二進制位）二-十六轉換（1個16進制位對應4個二進制位）其他轉換BCD數(shù)小結進制306.1.4

二進制數(shù)

在計算機內(nèi)的表示6.1.4二進制數(shù)

在計算機內(nèi)的表示31計算機中的數(shù)值信息分類整數(shù)和實數(shù):它們都是用二進制表示的，但表示方法有很大差別。計算機中的數(shù)值信息分類整數(shù)和實數(shù):它們都是用二進制表示的，但32整數(shù)的概念整數(shù)不使用小數(shù)點，或者說小數(shù)點始終隱含在個位數(shù)的右面整數(shù)的分類：不帶符號的整數(shù)(unsignedinteger)，一定是正整數(shù) 取值范圍： 8位0～255(28－1)， 16位0～65535(216－1)， 32位0～232－1帶符號的整數(shù)(signedinteger)，既可表示正整數(shù)，又可表示負整數(shù)。整數(shù)的概念整數(shù)不使用小數(shù)點，或者說小數(shù)點始終隱含在個位數(shù)的右33無符號整數(shù)的表示采用“自然碼”表示：取值范圍由位數(shù)決定：8位： 可表示0～255(28-1)范圍內(nèi)的所有正整數(shù)16位： 可表示0～65535(216-1)范圍內(nèi)的所有正整數(shù)n位： 可表示0～2n-1范圍內(nèi)的所有正整數(shù)。十進制數(shù)8位無符號整數(shù)

00000000010000000120000001030000001140000010050000010125211111100253111111012541111111025511111111······無符號整數(shù)的表示采用“自然碼”表示：十進制數(shù)8位無符號整數(shù)34帶符號整數(shù)的表示（1）符號如何表示？ 用最高位表示，“0”表示正號(+),“1”表示負號(-)數(shù)值部分如何表示？

(1)原碼表示： 整數(shù)的絕對值以二進制自然碼表示

(2)補碼表示： 正整數(shù)：絕對值以二進制自然碼表示 負整數(shù)：絕對值使用補碼表示帶符號整數(shù)的表示（1）符號如何表示？35帶符號數(shù)的表示方法：用1位表示符號，其余用來表示數(shù)值部分···符號位數(shù)值部分最低位最高位舉例：

[+43]的8位原碼為：

00101011[-43]的8位原碼為：

10101011帶符號數(shù)的表示方法：用1位表示符號，其余用來表示數(shù)值部分··36負數(shù)的絕對值如何用補碼表示？先表示為自然碼將自然碼的每一位取反碼在最低位加“1”例1:[-43]用8位補碼表示所以：[-43]的8位補碼為：11010101例2：[-64]用8位補碼表示所以：[-64]的8位補碼為：1100000043=>0101011取反：1010100加1：101010164=>1000000取反：0111111加1：1000000“各位取反，末尾加1”負數(shù)的絕對值如何用補碼表示？43=>0101011637原碼和補碼的特點原碼表示法優(yōu)點：與日常使用的十進制表示方法一致，簡單直觀缺點：加法與減法運算規(guī)則不統(tǒng)一，增加了成本；兩個機器0：“00000000”、“10000000”，不方便運算補碼表示法優(yōu)點：加法與減法運算規(guī)則統(tǒng)一，沒有“-0”,可表示的數(shù)比原碼多一個缺點：不直觀，人使用不方便結論：帶符號整數(shù)在計算機內(nèi)不采用“原碼”而采用“補碼”的形式表示！原碼和補碼的特點原碼表示法38表數(shù)范圍原碼可表示的整數(shù)范圍8位原碼：-27+1～27-1（-127～127）16位原碼：-215+1～215-1（-32767～32767）n位原碼：-2n-1+1～2n-1-1補碼可表示的整數(shù)范圍

8位補碼：-27～27-1（-128～127)

n位補碼：-2n-1～2n-1-1-128表示為10000000+127表示為01111111表數(shù)范圍原碼可表示的整數(shù)范圍-128表示為100000039小結：3種整數(shù)的比較8位二進制碼表示無符號整數(shù)時的數(shù)值表示帶符號整數(shù)(原碼)時的值表示帶符號整數(shù)(補碼)時的值0000000000000000001111……………………0111111112712712710000000128-0-12810000001129-1-127……………………11111111255-127-1

計算機中整數(shù)有多種，同一個二進制代碼表示不同類型的整數(shù)時，其含義（數(shù)值）可能不同一個代碼它到底代表哪種整數(shù)（或其它東西），是由指令決定的小結：3種整數(shù)的比較8位二進制碼表示無符號整數(shù)時的數(shù)值表示帶40實數(shù)（浮點數(shù)）的表示實數(shù)：既有整數(shù)部分又有小數(shù)部分的數(shù)。任何一個實數(shù)總可以表達成一個乘冪和一個純小數(shù)之積，例如：

56.725=102×(0.56725)－0.0034756=10－2×(－0.34756)指數(shù)部分指出實數(shù)中小數(shù)點的位置，括號里是一個純小數(shù)。二進制數(shù)的情況完全類同，例如：1001.011=2100×(0.1001011)－0.0010101=2－10×(－0.10101)實數(shù)（浮點數(shù)）的表示實數(shù)：既有整數(shù)部分又有小數(shù)部分的數(shù)。41浮點表示法：計算機內(nèi)部表示實數(shù)的方法。實數(shù)=尾數(shù)*2指數(shù)實數(shù)N可表示為：N=±S×2±P（0<S<1)需要表示一個實數(shù)時，只需要表示出它的尾數(shù)部分和指數(shù)部分即可。其中：尾數(shù)是一個純小數(shù)指數(shù)是一個整數(shù)，注意：在這里，指數(shù)編碼被稱作階碼。浮點表示法：計算機內(nèi)部表示實數(shù)的方法。42實數(shù)（浮點數(shù)）的表示16位機器數(shù)能夠表示的實數(shù)的范圍：（溢出 離散）011111

1111111111——

011111

0111111111（原碼）最小值最大值–（1–2-9）×225-1———（1–2-9）×225-1階碼符號位尾數(shù)符號位階碼值的編碼尾數(shù)值的編碼151410980實數(shù)（浮點數(shù)）的表示16位機器數(shù)能夠表示的實數(shù)的范圍：（溢出43實數(shù)（浮點數(shù)）的表示浮點數(shù)的長度可以是32位、64位或更長。一般說來，位數(shù)越多，可表示的數(shù)的范圍越大（階碼），精度越高（尾數(shù)）浮點數(shù)(實數(shù)）分類：短浮點數(shù)、浮點數(shù)、長浮點數(shù)、高精度浮點數(shù)實數(shù)（浮點數(shù)）的表示浮點數(shù)的長度可以是32位、64位或更長。446.1.5常用的信息編碼——字符（字母、數(shù)字和常用標點符號等）編碼6.1.5常用的信息編碼——字符（字母、數(shù)字和45字符、字符集及其碼表文字的基本元素是字母和符號，統(tǒng)稱為“字符”(character)，它包括：字母、數(shù)字、符號等字符集：一組特定字符的集合不同的字符集包含的字符數(shù)目與內(nèi)容不同，如：中文字符集、西文字符集、日文字符集等字符的編碼：字符集中每個字符都使用二進位(bit)表示，稱為該字符的編碼不同的字符其編碼各不相同字符集中所有字符的編碼的一覽表，稱為該字符集的碼表字符、字符集及其碼表文字的基本元素是字母和符號，統(tǒng)稱為“字46西文字符的編碼——ASCII碼西文是表音文字(拼音文字)，它由拉丁字母、數(shù)字、標點符號以及一些特殊符號所組成美國標準信息交換碼(AmericanStandardCodeforInformationInterchange,簡稱ASCII碼)：ASCII字符集包含96個可打印字符和32個控制字符采用7個二進位進行編碼計算機中使用1個字節(jié)存儲1個ASCII字符ASCII碼的問題7位代碼空間太小西文字符的編碼——ASCII碼西文是表音文字(拼音文字)，它47表1-6ASCII碼表b3b2b1b0位b6b5b4位[注：()內(nèi)為ASCII碼的十進制數(shù)）]000(00~15)001(16~31)010(32~47)011(48~63)100(64~79)101(80~95)110(96~111)111(112~127)0000NULDLESP0@P`p0001SOHDC1!1AQaq0010STXDC2“2BRbr0011ETXDC3#3CScs0100EOTDC4$4DTdt0101ENQNAK%5EUeu0110ACKSYN&6FVfv0111BELETB‘7GWgw1000BSCAN(8HXhx1001HTEM)9IYiy1010LFSUB*:JZjz1011VTESC+;K[k{1100EFFS，<L\l|1101CRGS-=M]m}1110S0RS.>N^n~1111S1US/?O_oDel表1-6ASCII碼表b3b2b1b0b6b5b4486.1.6漢字編碼輸入碼機內(nèi)碼字形碼6.1.6漢字編碼輸入碼49漢字如何編碼？漢字系統(tǒng)必須包括以下功能模塊：漢字輸入、漢字存儲、漢字處理、漢字輸出先對應的漢字編碼有：輸入碼——用于漢字輸入機內(nèi)碼——用于存儲、處理漢字輸出碼——用于顯示漢字，如宋體、楷體等字形碼漢字如何編碼？漢字系統(tǒng)必須包括以下功能模塊：501、漢字的輸入碼英文字母的輸入方式——鍵盤與字母對應，該方式不適合漢字。因鍵盤按鍵數(shù)有限，漢字必須采用編碼的方式輸入輸入編碼方法分類數(shù)字編碼——國際碼、電報碼字形編碼——五筆字形嗎、表形碼字音編碼——拼音碼形音結合編碼——快速碼、自然碼1、漢字的輸入碼英文字母的輸入方式——鍵盤與字母對應，該方式512、漢字的機內(nèi)碼以GB2312-80為基礎的機內(nèi)碼，所有基本圖形和字符編碼為16位（2字節(jié)）。GB2312-80包含：常用圖形、符號682個一級漢字：按拼音順序排列，是最常用的漢字二級漢字：按偏旁部首排列所有圖形字符排在一張94*94的信息交換編碼表中——區(qū)位表求漢字機內(nèi)碼的步驟為：區(qū)位碼→國際碼→機內(nèi)碼2、漢字的機內(nèi)碼以GB2312-80為基礎的機內(nèi)碼，所有基本52一級漢字（3755個）二級漢字（3008個）（擴充使用）字母、數(shù)字和各種符號 ………………19423位號…………191655568794區(qū)號(按漢語拼音排列)(按偏旁部首排列)一、區(qū)位碼根據(jù)漢字在表中的位置得到其區(qū)位碼，如：字符“啊”位于第16行1列，其區(qū)位碼是1601，轉換成二進制為：0001000000000001B，用十六進制表示為：1001H拉丁字母、俄文、日文平假名與片假名、希臘字母、漢語拼音等共682個共6763個漢字和682個符號，每個漢字或符號都有一個確定位置，該位置的區(qū)號和位號就是這個漢字的“區(qū)位碼”字母、數(shù)字和各種符號19423位號53二、國際碼“啊”的國際碼=1001H+2020H=3021H第1字節(jié)第2字節(jié)00 7EA1 FE0081A1FE