《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)與計(jì)算思維》課件 第2章 信息的表示與存儲(chǔ)

《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)與計(jì)算思維》第2章信息的表示與存儲(chǔ)目錄CONTENT1信息與編碼3數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的表示2進(jìn)位計(jì)數(shù)制及其相互轉(zhuǎn)換信息與編碼2.11.信息信息：音訊、消息，泛指人類社會(huì)傳播的一切內(nèi)容。信息是由客觀事物得到的，使人們能夠認(rèn)知客觀事物的各種信息、情報(bào)、數(shù)字、信號(hào)、圖形、圖像、語(yǔ)言等所包括的內(nèi)容。信息是為了滿足用戶決策的需要而經(jīng)過(guò)加工處理的數(shù)據(jù)，或者說(shuō)，信息是數(shù)據(jù)處理的結(jié)果。信息不能獨(dú)立存在，必須依附于某種載體之上。信息無(wú)處不在，具有可傳遞性、共享性、可處理性。42.1信息與編碼2.1信息與編碼2.編碼用預(yù)先規(guī)定的方法將文字、數(shù)字或其它對(duì)象編成數(shù)碼，即使用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)世界中的一串0、1代碼來(lái)編碼。計(jì)算機(jī)中的一切信息都是以0和1組成的二進(jìn)制形式存儲(chǔ)的。

52.1信息與編碼2.編碼：0、1代碼表示的二進(jìn)制作為計(jì)算機(jī)的編碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單簡(jiǎn)化運(yùn)算規(guī)則適合邏輯運(yùn)算抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高6進(jìn)位計(jì)數(shù)制及其相互轉(zhuǎn)換2.22.2.1進(jìn)位計(jì)數(shù)制進(jìn)位計(jì)數(shù)制：把一組特定的數(shù)字符號(hào)按先后順序排列起來(lái)，由低位向高位進(jìn)位計(jì)數(shù)的方法，簡(jiǎn)稱“進(jìn)制”。一種進(jìn)位計(jì)數(shù)制包含一組固定的數(shù)碼符號(hào)和三個(gè)基本要素：數(shù)碼、基數(shù)、數(shù)位和位權(quán)。數(shù)碼：一組用來(lái)表示某種數(shù)制的符號(hào)。例如，十進(jìn)制的數(shù)碼是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9；二進(jìn)制的數(shù)碼是0、1?；鶖?shù)：某種計(jì)數(shù)制可以使用的數(shù)碼個(gè)數(shù)，也是在做加減法時(shí)的進(jìn)位或借位數(shù)。數(shù)位：數(shù)碼在一個(gè)數(shù)中所處的位置。位權(quán)：是以基數(shù)為底的冪，表示處于該位的數(shù)碼所代表的數(shù)值大小8例：十進(jìn)制數(shù)4567.23，其基數(shù)為10，數(shù)碼、數(shù)位、位權(quán)92.2.1進(jìn)位計(jì)數(shù)制幾種常用的進(jìn)制102.2.1進(jìn)位計(jì)數(shù)制十進(jìn)制的數(shù)值0~15與其他進(jìn)制的對(duì)照表112.2.1進(jìn)位計(jì)數(shù)制不同進(jìn)制數(shù)據(jù)的表示122.2.1進(jìn)位計(jì)數(shù)制

二進(jìn)制：

（1011）2或1011B

八進(jìn)制：

（1011）8或1011O

十進(jìn)制：

（9186）10或9186D

十六進(jìn)制：（13F）16或13FH1.二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制

“二進(jìn)制數(shù)”轉(zhuǎn)換為“十進(jìn)制數(shù)”方法：按位權(quán)展開并相加，即：將二進(jìn)制按其各位置的數(shù)值與其位權(quán)形式展開，權(quán)重為2，并求和，結(jié)果即為對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。如：其他數(shù)制轉(zhuǎn)換為“十進(jìn)制數(shù)”方法：同理，八進(jìn)制和十六進(jìn)制也按其各位置數(shù)值與其位權(quán)形式展開。如：132.2.2進(jìn)制轉(zhuǎn)換2.十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換為其他進(jìn)制整數(shù)

整數(shù)部分的轉(zhuǎn)換方法為：除以基數(shù)倒取余數(shù)法。方法：用十進(jìn)制整數(shù)連續(xù)地除以目標(biāo)進(jìn)制的基數(shù)（例如，十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制，則除以基數(shù)2），每次取余數(shù)，直到商為0為止。將得到的余數(shù)倒序排列（即：最后得到的余數(shù)是最高位），就得到轉(zhuǎn)換后的結(jié)果。例：142.2.2進(jìn)制轉(zhuǎn)換計(jì)算結(jié)果：(29)10=(11101)2計(jì)算結(jié)果：(13)10=(15)8計(jì)算結(jié)果：(156)10=(9C)162.十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換為其他進(jìn)制整數(shù)

小數(shù)部分的轉(zhuǎn)換方法為：乘基數(shù)取整法。方法：用十進(jìn)制小數(shù)連續(xù)地乘以目標(biāo)進(jìn)制的基數(shù)，每次取走整數(shù)部分，直到小數(shù)部分為0或達(dá)到所要求的精度為止。將每次取出的整數(shù)部分正序排列（即先得到的整數(shù)是高位），就得到轉(zhuǎn)換后的結(jié)果。例：152.2.2進(jìn)制轉(zhuǎn)換計(jì)算結(jié)果：(29.375)10=(11101.011)2計(jì)算結(jié)果（保留3位小數(shù)）：(0.33)10=(0.547)163.二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制的互相轉(zhuǎn)換

二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制：以小數(shù)點(diǎn)為分界線，整數(shù)部分從右往左，小數(shù)部分從左往右，每3位分成一組，不足3位補(bǔ)0，每組轉(zhuǎn)換成一位八進(jìn)制數(shù)。反之，八進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制時(shí)，是將一位八進(jìn)制數(shù)拆分成3位二進(jìn)制數(shù)。例：將二進(jìn)制數(shù)10110101轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制。結(jié)果：(10110101)2=(265)8例：(31)8=(011001)2

162.2.2進(jìn)制轉(zhuǎn)換3.二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制的互相轉(zhuǎn)換

二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制:以小數(shù)點(diǎn)為分界線，整數(shù)部分從右往左，小數(shù)部分從左往右，每4位分成一組，不足4位補(bǔ)0，每組轉(zhuǎn)換成一位十六進(jìn)制數(shù)。反之，十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制時(shí)，是將一位十六進(jìn)制數(shù)拆分成4位二進(jìn)制數(shù)。例：(00101101)2=(2D)16(4F)16=(01001111)2例：八進(jìn)制數(shù)513轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制。172.2.2進(jìn)制轉(zhuǎn)換4.微軟Windows操作系統(tǒng)自帶的計(jì)算器

Windows10為例，單擊“開始”菜單→“所有程序”→“附件”→“計(jì)算器”，在打開的計(jì)算器窗口中單擊“查看”→“程序員”，即可調(diào)出可進(jìn)行整數(shù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換的計(jì)算器。182.2.2進(jìn)制轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的表示2.31.位（bit,b）

計(jì)算機(jī)中表示信息的最小單位，即一個(gè)0或1。一位二進(jìn)制可表示21=2種信息，取值分別為0、1；兩位二進(jìn)制可表示22=4種信息，取值分別為00、01、10、11；，n位二進(jìn)制可表示2n種信息。2.字節(jié)字節(jié)（Byte,B）計(jì)算機(jī)處理信息的基本單位，一個(gè)字節(jié)由8位構(gòu)成，經(jīng)常寫成1B=8b。一個(gè)字節(jié)可以表示28=256種不同信息。3.字長(zhǎng)（word）計(jì)算機(jī)一次可處理的二進(jìn)制數(shù)碼的組合稱為字（Word），字的位數(shù)稱為字長(zhǎng)。字長(zhǎng)是計(jì)算機(jī)一次存取、處理和傳輸?shù)亩M(jìn)制的位數(shù)，通常是字節(jié)的整數(shù)倍。目前微機(jī)常用的字長(zhǎng)有32位和64位，即32位機(jī)和64位機(jī)，字長(zhǎng)是衡量計(jì)算機(jī)性能的一個(gè)重要指標(biāo)，字長(zhǎng)越長(zhǎng)，一次傳送的二進(jìn)制位數(shù)越多，運(yùn)算速度越快，可以表示的狀態(tài)越多，運(yùn)算精度越高，數(shù)據(jù)的表示范圍越大，計(jì)算機(jī)性能越好.202.3.1存儲(chǔ)單位及存儲(chǔ)容量4.存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)容量是衡量計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)能力的重要指標(biāo)，用字節(jié)（B）來(lái)表示。由于存儲(chǔ)器的容量比較大，為了閱讀與書寫方便，又引入KB（千字節(jié)）、MB（兆字節(jié)）、GB（吉字節(jié)）、TB（太字節(jié)）、PB（拍字節(jié)）作為存儲(chǔ)容量的單位，它們之間的換算進(jìn)率為210=1024。1KB=1024B 1MB=1024KB 1GB=1024MB1TB=1024GB 1PB=1024TB212.3.1存儲(chǔ)單位及存儲(chǔ)容量1.機(jī)器數(shù)

數(shù)值在機(jī)器內(nèi)的表達(dá)形式稱為機(jī)器數(shù)，機(jī)器數(shù)的位數(shù)（長(zhǎng)度）是固定的，例如，64位機(jī)能夠表示的機(jī)器數(shù)長(zhǎng)度是64位。由于計(jì)算機(jī)中只能表示0和1，所以要想使計(jì)算機(jī)能夠完整地表示一個(gè)數(shù)值數(shù)據(jù)，必須解決兩個(gè)問(wèn)題：一、數(shù)據(jù)的符號(hào)（正負(fù)號(hào)），二、小數(shù)點(diǎn)的表示1.數(shù)據(jù)的符號(hào)表示：機(jī)器數(shù)的最高位為符號(hào)位，0表示正號(hào)，1表示負(fù)號(hào)；其余各位為數(shù)值位。機(jī)器數(shù)所代表的實(shí)際數(shù)值，稱為真值，一般用十進(jìn)制數(shù)表示。222.3.2數(shù)值型數(shù)據(jù)2.整數(shù)的表示

整數(shù)一般采用定點(diǎn)表示法，即小數(shù)點(diǎn)位置固定，小數(shù)點(diǎn)隱含固定在最右邊。小數(shù)點(diǎn)是假設(shè)的，并不實(shí)際存儲(chǔ)。整數(shù)分為無(wú)符號(hào)整數(shù)和有符號(hào)整數(shù)。

假設(shè)機(jī)器數(shù)長(zhǎng)度為8位，10011010這一串二進(jìn)制數(shù)，若代表的是有符號(hào)數(shù)，則最高位的1表示負(fù)號(hào)，后面7位是數(shù)值位，轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制是-26；若是無(wú)符號(hào)數(shù)，則8位全部是數(shù)值位，轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制是154。3.實(shí)數(shù)的表示實(shí)數(shù)是帶有整數(shù)部分和小數(shù)部分的數(shù)。實(shí)數(shù)的存儲(chǔ)，不僅需要以0、1的二進(jìn)制形式來(lái)表示，還要指明小數(shù)點(diǎn)的位置。小數(shù)點(diǎn)在計(jì)算機(jī)中通常有兩種表示方法：定點(diǎn)小數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)。232.3.2數(shù)值型數(shù)據(jù)3.

實(shí)數(shù)的表示

定點(diǎn)小數(shù)是把小數(shù)點(diǎn)隱含固定在數(shù)值部分最高位的左邊、符號(hào)位的右邊。浮點(diǎn)數(shù)：在浮點(diǎn)表示方法中，任何一個(gè)數(shù)都可表示為N=M×RE。M：尾數(shù)，是一個(gè)定點(diǎn)小數(shù)，它表示數(shù)的有效數(shù)值。E：階碼，是一個(gè)帶符號(hào)的整數(shù)，它表示小數(shù)點(diǎn)在該數(shù)中的位置。R：基數(shù)，一般取2、8、10或16，在同一體系結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)中，基數(shù)是固定的，通常不需要存儲(chǔ)。242.3.2數(shù)值型數(shù)據(jù)西文字符的表示

在英文輸入法狀態(tài)下輸入的所有字符，包括大小寫英文字母、數(shù)字、標(biāo)點(diǎn)符號(hào)、一些控制符等。西文字符采用ASCII碼（AmericanStandardCodeforInformationInterchange，美國(guó)信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼）進(jìn)行編碼，每個(gè)字符均由7位二進(jìn)制組成，共可表示27=128種字符。252.3.3西文字符大寫字母A的ASCII碼的二進(jìn)制為1000001，對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制形式為65，且26個(gè)大寫字母是連續(xù)編碼的，即B、C……Z的ASCII碼依次為66、67……90；小寫字母a的ASCII碼為97，且26個(gè)小寫字母也是連續(xù)編碼的。大小寫字母的ASCII碼相差32。漢字編碼計(jì)算機(jī)內(nèi)部處理的信息，都是用二進(jìn)制代碼表示的，漢字也不例外。根據(jù)應(yīng)用目的的不同，漢字編碼分為外碼、交換碼、機(jī)內(nèi)碼和字形碼等。1.外碼（輸入碼）外碼又稱為輸入碼，是用來(lái)將漢字輸入到計(jì)算機(jī)中的一組鍵盤符號(hào)；常用的輸入碼有拼音碼、五筆字型碼、自然碼、表形碼、認(rèn)知碼、區(qū)位碼和電報(bào)碼等；同一個(gè)漢字，采用不同的輸入方法，相應(yīng)的外碼也就不同。2.漢字交換碼漢字交換碼是計(jì)算機(jī)與其他系統(tǒng)或設(shè)備之間交換漢字信息的標(biāo)準(zhǔn)編碼。國(guó)標(biāo)碼字符集中收集了常用漢字和圖形符號(hào)7445個(gè)，其中圖形符號(hào)682個(gè)，漢字6763個(gè)，按照漢字的使用頻度分為兩級(jí)，第一級(jí)為常用漢字3755個(gè)，第二級(jí)為次常用漢字3008個(gè)。漢字用2字節(jié)表示，每個(gè)字節(jié)用七位碼（最高位為0）。262.3.4漢字編碼漢字編碼3.機(jī)內(nèi)碼每一個(gè)漢字都有一個(gè)確定的二進(jìn)制代碼，通常用2個(gè)字節(jié)表示。計(jì)算機(jī)在處理到最高位是“1”的代碼時(shí)把它理解為漢字的機(jī)內(nèi)碼，在處理到最高位是“0”的代碼時(shí)把它理解為西文字符的ASCII碼。4.漢字的字型碼

字型碼是漢字的輸出碼，輸出漢字時(shí)都采用圖形方式，無(wú)論漢字的筆畫多少，每個(gè)漢字都可以寫在同樣大小的方塊中。為了能準(zhǔn)確地表達(dá)漢字的字型，對(duì)于每一個(gè)漢字都有相應(yīng)的字型碼，目前大多數(shù)漢字系統(tǒng)中都是以點(diǎn)陣的方式來(lái)存儲(chǔ)和輸出漢字的字型。272.3.4漢字編碼漢字編碼中文西文信息編碼282.3.4漢字編碼1.聲音編碼多媒體就是多重媒體的意思，可以理解為直接作用于人感官的文字、圖形、圖像、動(dòng)畫、聲音和視頻等各種媒體的統(tǒng)稱，即多種信息載體的表現(xiàn)形式和傳遞方式。自然界中的聲音非常復(fù)雜，波形也相對(duì)復(fù)雜。計(jì)算機(jī)要處理自然界的聲音，需要將波形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成0、1代碼組成的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，即音頻數(shù)字化。波形聲音轉(zhuǎn)換成數(shù)字化音頻需要經(jīng)過(guò)抽樣、量化、編碼三個(gè)步驟。292.3.5多媒體及其編碼1.聲音編碼計(jì)算機(jī)音頻的編碼格式有多種標(biāo)準(zhǔn)，常見音頻文件格式有MIDI格式、WAV格式、MP3格式和RealAudio格式。MIDI（MusicalInstrumentDigitalInterface，樂(lè)器數(shù)字接口）是數(shù)字音樂(lè)/電子合成樂(lè)器國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。WAV為微軟公司（Microsoft）開發(fā)的一種聲音文件格式，它符合RIFF文件規(guī)范，用于保存Windows平臺(tái)的音頻信息資源，被Windows平臺(tái)及其應(yīng)用程序所廣泛支持的文件。MP3是一種音頻壓縮技術(shù)，也稱為動(dòng)態(tài)影像專家壓縮標(biāo)準(zhǔn)音頻層面3（MovingPictureExpertsGroupAudioLayerⅢ），簡(jiǎn)稱為MP3。RealAudio（即時(shí)播音系統(tǒng)）是ProgressiveNetworks公司所開發(fā)的軟體系統(tǒng)，是一種新型流式音頻StreamingAudio文件格式。其他音頻文件格式還有AIFF、AU、WMA等。常見的音頻工具：

windows附件里自帶的錄音機(jī)、媒體播放器外，還有其他常見的音頻播放軟件如Winamp、RealPlayer等。專業(yè)的音頻加工處理軟件有Audition、GoldWave等。302.3.5多媒體及其編碼2.圖像編碼圖像編碼與聲音編碼類似，也需要對(duì)模擬圖形進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)換，即模擬圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字化信號(hào)。312.3.5多媒體及其編碼2.圖像編碼常見的圖像文件格式有BMP格式、GIF格式和JPEG格式等。BMP（全稱Bitmap）：Windows操作系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)圖像文件格式。由于壓縮比很小，圖像質(zhì)量比較高，但是占用較大空間，常用于存儲(chǔ)在單機(jī)中使用，少見于頻繁的網(wǎng)絡(luò)傳輸。GIF（GraphicsInterchangeFormat）：“圖像互換格式”，GIF文件的數(shù)據(jù)，是一種基于LZW算法的連續(xù)色調(diào)的無(wú)損壓縮格式，其壓縮率一般在50%左右。JPEG：常見的一種圖像格式，由聯(lián)合照片專家組（JointPhotographicExpertsGroup）開發(fā)并命名。其他常見圖像文件格式還有TIFF、PNG、WDP等。常用的圖像處理軟件有Windows系統(tǒng)自帶的“畫圖”軟件和Adobe公司的Photoshop。322.3.5多媒體及其編碼3.視頻編碼視頻編碼是指通過(guò)壓縮技術(shù)，將原始視頻格式的文件轉(zhuǎn)換成另一種視頻格式文件的方式。AVI（AudioVideoInterleaved）：即音頻視頻交錯(cuò)格式，是將音頻和視頻同步組合在一起可以同步播放的文件格式。mpeg、mpg、dat等格式同屬M(fèi)PEG，其全名為MovingPicturesExpertsGroup/MotionPicturesExpertsGroup，即動(dòng)態(tài)圖像專家組，是國(guó)際通用的運(yùn)動(dòng)圖像壓縮算法