计算机中的信息存储.ppt

1 教材 信息科学与技术基础华斌主编电子工业出版社 2 联系方式 artengineer 3 3 1数制转换及运算 数制系统十进制数的特点是用十个数码 0 9 表示所有的数 基数是10 采用逢十进一的记数方法 二进制数的特点是用两个数码 0 1 表示所有的数 基数是2 采用逢二进一的记数方法 八进制数的特点是用八个数码 0 7 表示所有的数 基数是8 采用逢八进一的记数方法 十六进制数的特点是用十六个数码 0 F 表示所有的数 基数是16 采用逢十六进一的记数方法 4 3 1数制转换及运算3 1 1进位计数制 N an 1 rn 1 an 2 rn 2 a0 r0 a 1 r 1 a m r m r进制数N可表示为 R进制数用r个基本符号 例如0 1 2 r 1 表示数值 5 3 1 2不同进位计数制间的转换 1 r进制转化成十进制r进制转化成十进制 数码乘以各自的权的累加例 10101 B 24 22 1 21101 11 B 22 1 2 1 2 2 5 75101 O 82 1 6571 O 7 8 1 5101A H 163 16 10 4106 进制表示符号B二进制O八进制D十进制H十六进制 6 二进制转换为十进制 11001 101 1 24 1 23 0 22 0 21 1 20 1 2 1 0 2 2 1 2 3 25 625练习 将10011101转换为十进制 7 八进制转换为十进制 八进制系统的基数为8 从右到左的值按80 81 82 83 84增加 八进制数1204的十进制值可按下列方式计算 1204 1 83 2 82 0 81 4 80 512 128 0 4 644把八进制213用十进制表示 8 十六进制转换为十进制 由于十六进制数的基数为16 所以值从右到左依次按160 161 162 163 164 增加 在试图从十六进制进行任何转换 或反过来将任何数转换为十六进制之前 需要记住一个简单的表 因此 十六进制数A0119对应的十进制数可按下列方式计算 10 164 0 163 1 162 1 161 9 160 6 55 360 0 256 16 9 6 55 641 十六进制十进制00112233445566778899A10B11C12D13E14F15 9 十进制转化成r进制 整数部分 除以r取余数 直到商为0 余数从右到左排列 小数部分 乘以r取整数 整数从左到右排列 100 D 144 O 64 H 1 04 例100 345 D 1100100 01011 B 1 380 10 十进制转换为二进制 将十进制数除以所需数制系统的基数在一列中记下余数 再用商除以该基数继续重复该过程 直到没有可以除的数为止按与记录相反的顺序读取余数就得到所要求的数现在 将十进制数100转换为与其对应的二进制数 余数 11 十进制转换为二进制 续 整数部分除2取余小数部分乘2取整例如 100 345 D 1100100 01011 B 1 04 1 380 12 十进制转换为二进制 续 将十进制数69 8125转换为二进制整数部分除2取余为二进制1000101小数部分乘2取整 过程为0 8125 1 625 1 25 0 5 1 0 0 余数序列及为二进制结果 0 1101 将整数和小数部分和起来 就是1000101 1101 练习 将253转换为二进制 13 十进制转换为八进制 100 D 144 O 100 8 12 8 1 8 0 4 4 1 14 十进制转换为十六进制 100 D 64 H 15 二进制 八进制 十六进制数间的相互转换 1101101110 110101 B 1556 65 O 1556651101101110 110101 B 36F D4 H 36FD4 一位八进制数对应三位二进制数一位十六进制数对应四位二进制数二进制转化成八 十六 进制整数部分 从右向左按三 四 位进行分组小数部分 从左向右按三 四 位进行分组不足补零 16 二进制转换为八进制 若要将某个数从二进制转换为八进制 或反过来将一个数从八进制转换为二进制 必须记住下表 二进制八进制00000011010201131004101511061117 17 二进制转换为八进制 续 必须将二进制数按三个一组分为若干组 在小数部分中 从小数点开始向右进行 在整数部分中 从小数点开始向左进行 之后 每组均使用其对应的八进制数替换 如果需要 可以在整数部分的数字的左侧添加零 例子 二进制 1010101010101001010101010101005252452524是给定二进制数对应的八进制数 练习 将二进制11100101转换为八进制 18 八进制转换为二进制 每个八进制数均使用 三个一组 的适当的二进制数字替换例子 65110101八进制数65对应的二进制数是110101 练习 把八进制213用二进制表示 19 二进制转换为十六进制 若要将一个二进制数转换为其对应的十六进制数 像以前一样 需在外面将这些数字按4个一组进行分组 每个组 含有4个数字 均直接转换为其对应的十六进制数 例子 二进制10101011000010二进制0010101011000010十六进制2AC2 20 十六进制转换为二进制 从十六进制到二进制的转换包括写出每个十六进制数对应的的四个一组的二进制数例子 十六进制1901A0412C0001100100000001101000000100000100101100因此 所需的二进制数可写为 1100100000001101000000100000100101100开头的0已省略 这是因为它没有特别的意义 计算机的主要存储编址通常使用十六进制记数法表示 21 几种数制进制对照表 22 几种数制进制对照表 续 23 3 2数值信息在计算机内的表示与运算 3 2 1二进制与计算机1 可行性 2 简易性 3 逻辑性 4 可靠性 24 3 2 2二进制数的算术运算 1 二进制数的加法运算 2 二进制数的减法运算 加法运算法则0 0 00 1 1 0 11 1 10 逢2进1 减法运算法则0 0 1 1 01 0 10 1 1 借1当2 25 3 2 2二进制数的算术运算 3 二进制数的乘法运算4 二进制数的除法运算 乘法运算法则0 0 00 1 1 0 01 1 1 除法运算法则0 0 00 1 01 1 1 26 3 2 3二进制的逻辑运算 逻辑与 只有当所有的条件都满足时 结果才成立0 0 00 1 01 0 01 1 1例 10101101 2 00101011 2 00101001 210101101 0010101100101001 27 3 2 3二进制的逻辑运算 逻辑或 只要一个条件满足 结果就成立0 0 00 1 11 0 11 1 1例 10011010 2 00101011 2 10111011 210011010 0010101110111011 28 3 2 3二进制的逻辑运算 续 逻辑非逻辑非指的是逻辑否定 即 求反 0 1 11011001 2 00100110 2逻辑异或只有在两个逻辑变量的值不同时 异或运算的结果为1 否则 异或运算的结果为00 0 00 1 11 0 11 1 0 29 1 什么是数据2 数据的单位 1 位 bit 2 字节 Byte 简写为 B 1B 8bits 1KB 210B 1024B1MB 220B 1024KB1GB 230B 1024MB1TB 240B 1024GB 计算机中数据的表示 30 计算机中数据的表示 3 字 word 字可以理解为是计算机一次所能处理的字节数 即1个字由若干字节组成 一个字包含几个字节 即为字长字长是计算机性能的重要标志字是计算机进行数据存储和处理的运算单位 字长越长 在相同时间内能传送的信息越多运算速度越快 寻址空间越大 内存容量越大 支持的指令数量越多 功能越强 31 符号位 0 表示正 1 表示负 3 2 4真值与机器数 符号数的机器数表示 真值数 0101100 机器数 10101100 32 真值与机器数 例如 90表示成 01011010又如 89表示成 110110011 机器数2 真值3 机器数所表示的数的范围受设备限制01111111127011111111111111132767 符号位 表示正 符号位 表示负 33 3 2 5定点和浮点数 1 定点数 定点整数 定点小数 34 2 浮点数 110 011 B 1 10011 2 10 11001 1 2 10 0 110011 2 11 N 数符 尾数 2阶符 阶码尾数的位数决定数的精度阶码的位数决定数的范围 规格化的形式 尾数的绝对值大于等于0 1并且小于1 从而惟一地规定了小数点的位置 1234 5678 1 2345678 10 3 123456 78 10 2 35 7 原 00000111 7 原 10000111 127 原 01111111 127 原 11111111 X 原 3 2 6原码 反码 补码 假定一个数在机器中占用8位 1 原码 数符位0表示正 1表示负 0 原 00000000 0 原 10000000 36 0 原 00000000 0 反 00000000 0 原 10000000 0 反 11111111 2 反码 X 反 正数 与原码相同 负数 数符位为1 其余位取反 7 原 00000111 7 反 00000111 7 原 10000111 7 反 11111000 37 3 补码 正数 与原码相同 负数 数符位为1 其余位取反加1 即为反码加1 X 补 7 原 00000111 7 反 00000111 7 补 00000111 7 原 10000111 7 反 11111000 7 补 11111001 0 原 00000000 0 反 00000000 0 补 00000000 0 原 10000000 0 反 11111111 0 补 00000000 38 3 3文字信息在计算机内的表示 3 3 1BCD码十进制数的二进制编码把一位十进制用4位二进制编码表示8421BCD码 23 D 100011 BCD 23 D 10111 B 39 3 3 2ASCII码 西文字符ACSII码 AmericanStandardCodeforInformationInterchange 128个常用字符 用7位二进制编码 从0到127控制字符 0 32 127 普通字符 94个 例如 a 字符的编码为1100001 对应的十进制数是97 空格20H32 0 9 30H 39H48 57 A Z 41H 5AH65 90 a z 61H 7AH97 122 40 41 ASCII码 规律ASCII码中表示字符的编码范围用十六进制表示为21H 7EH 0 9 A Z a z三组字符都分别按顺序排列 其ASCII码值越来越大 小写字母比相应大写字母的ASCII码值大32 十进制 20H 十六进制 42 3 3 3汉字编码 2 汉字输入码 外码 音码类全拼 双拼 微软拼音 自然码和智能ABC等形码类五笔字型法 郑码输入法等 43 3 3 3汉字编码 3 汉字国标码 GB2312 80 每个汉字占两个字节 一级汉字 3755个 二级汉字 3008个 汉字分区 每个区94个汉字 中 第54区48位 区位码为5448 十进制 国标码为8680 区号和位号各加32 44 4 机内码汉字在设备或信息处理系统内部最基本的表达形式 汉字国标码汉字内码中8680 0101011001010000 B 1101011011010000 B华5942 0011101100101010 B 1011101110101010 B 45 5 汉字字形码 1 点阵 汉字字形点阵的代码16 16 24 24 32 32 48 48 编码 存储方式简单 无需转换直接输出放大后产生的效果差 2 矢量 存储的是描述汉字字形的轮廓特征矢量方式特点正好与点阵相反6 汉字地址码每个汉字字形码在汉字字库中的相对位移地址地址码和机内码要有简明的对应转换关系 46 3 3 4其他汉字编码 最高位为0 基本多文种平面 BMP 0组0平面 包含字母 音节及表意文字等 例如 A 41H ASCII 00000041H UCS 大 3473H GB2312 00005927H UCS UCS码 Unicode码 GBK码 BIG5码等 1 UCS的编码格式国际标准 通用多八位编码字符集UCS UniversalCodeSet 世界各种文字的统一的编码方案 一个字符占4个字节 分为 47 其他汉字编码 Unicode码另一国际标准 采用双字节编码统一地表示世界上的主要文字 其字符集内容与UCS的BMP相同 GBK码GBK等同于UCS的新的中文编码扩展国家标准 2字节表示一个汉字第一字节从81H FEH 最高位为1 第二字节从40H FEH 第二字节的最高位不一定是1 BIG5编码台湾 香港地区普遍使用的一种繁体汉字的编码标准 包括440个符号 一级汉字5401个 二级汉字7652个 共计13060个汉字 48 3 4 1声音 声波采样与数字化 采样频率f 1 T 每秒钟的采样次数 采样点精度 存放采样点振幅值A的二进制位数 声道数 声音通道的个数 立体声为双声道 每秒钟存储声音容量的公式为 采样频率 采样精度 位数 声道数 8 字节数 49 声音文件 Wave格式文件 WAV 记录了真实声音的二进制采样数据 通常文件较大 MIDI格式文件 MID 数字音乐的国际标准 记录的是音符数字 文件小 MPEG音频文件 MP1 MP2 MP3 采用MPEG音频压缩标准进行压缩的文件 50 3 4 2图形和图像 图形和图像图形 由点 线等组成的有边界画面 文件中存放描述图形的指令 图像 由图像设备输入的无边界画面 数字化后以位图形式存储 图形与图像的数字化分辨率 行 列 和颜色深度真彩色每个像素点占3个字节 224 16777216种颜色 计算存储一秒图像公式 列数 行数 像素的颜色深度 8 帧 秒 字节数例 1280 1024分辨率的 真彩色 电视图像 按每秒30帧计算 显示1分钟 则需要 1280 1024 3 30 60秒 6 6GB因此 必须进行图像压缩 动画和视频 图形和图像的动态形式 动画 每一幅画面通过软件对图像素材进行编辑制作而成 视频 将视频信号源 电视机 摄像机等 经过采样和数字化后保存 51 常用图像文件格式 BMP和DIB格式文件与设备无关的位图格式文件 Windows环境中经常使用 GIF格式文件Internet上的重要文件格式之一 最大不超过64KB 256色以内 压缩比较高 与设备无关 JPEG格式文件 JPG 利用JPEG方法压缩 Internet上重要文件格式之一 适用于处理256色以上 大幅面图像 WMF格式文件位图与矢量图的混合体 Windows中许多剪贴画图像是以该格式存储的 广泛应用于桌面出版印刷领域 52 3 4 3视频 视频是将一幅幅独立图像组成的序列按照一定的速率连续播放 利用视觉暂留现象在人的眼前呈现出连续运动的画面 速率 25帧或30帧 模拟视频和数字视频640 480 3 30 60 1658880000字节 分辨率 帧 秒 采样深度 时间 53 视频 视频格式 1 影像视频文件格式 MPEG数字视频格式 AVI数字视频格式 MOV数字视频格式 2 流媒体视频文件 RealNetworks公司的RealMedia Microsoft公司的WindowsMedia Apple公司的QuickTime 54 多媒体和流媒体概述多媒体概述 媒