计算机中的数据.ppt

计算机中的数据表示 Lecture 3 内容提要 zz 计算机的数制计算机的数制 zz 数值型数据的表示和编码数值型数据的表示和编码 zz 字符型数据的表示和编码字符型数据的表示和编码 zz 图形及图像的表示图形及图像的表示 zz 数字动画和数字视频的表示数字动画和数字视频的表示 zz 声音的表示声音的表示 Date 2 计算机文化基础_Fall 2009 计算机信息处理特征 z信息处理将信息转换为机内数据 z数据人读、机读两态 z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 Date 3 计算机文化基础_Fall 2009 进位制数 z日常生活中人们都采用十进制数 z计算机的语言二进制 z计算机应用中使用的进制 u二进制、八进制、十六进制 z采用二进制的原因： u二进制数在物理上最容易实现 u运算规则简单，易于实现 u方便逻辑运算 计 算 机 中 常 用 数 制 Date 4 计算机文化基础_Fall 2009 二，八，十六进制数的特 点 计 算 机 中 常 用 数 制 十进制二进制八进制十六进制 0、1、2、3、4 、5、6、7、8 、9 0、1 0、1、2、3 、4、5、6、 7 0、1、2、3、4、5、6、7、 8、9、A、B、C、D、E、F 逢十进一 借一当十 逢二进一， 借一当二 逢八进一 借一当八 逢十六进一，借一当十六 基数为10基数为2基数为8基数为16 位权10i位权2i位权8i位权16i Date 5 计算机文化基础_Fall 2009 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： u 具有 R个数字符号:0，l，（R- 1) u 由低位向高位是按“逢R进一“的规则进 行计数 u 基数是“R“ 计 算 机 中 常 用 数 制 Date 6 计算机文化基础_Fall 2009 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 Date 7 计算机文化基础_Fall 2009 基数和位权 z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 333 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 。 Date 8 计算机文化基础_Fall 2009 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 Date 9 计算机文化基础_Fall 2009 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 Date 10 计算机文化基础_Fall 2009 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。 J十进制数 二进制数 J二进制数 十进制数 J二进制数 八进制数 J二进制数 十六进制数 数 制 之 间 的 转 换 Date 11 计算机文化基础_Fall 2009 z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。 Date 12 计算机文化基础_Fall 2009 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： Date 13 计算机文化基础_Fall 2009 示例： 0.625 2 1.250 整数=1 2 0.50 整数=0 2 1.0 整数=1 小数值=0 结果为：0.101 即：(0.625)10=(0.101)2 Date 14 计算机文化基础_Fall 2009 8 75 8 9 3 8 1 1 0 1 结果为：113 即：(75)10=(113)8 示例： Date 15 计算机文化基础_Fall 2009 0.734 8 5.872 整数=5 8 6.976 整数=6 8 7.808 整数=7 8 6.464 整数=6 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 Date 16 计算机文化基础_Fall 2009 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 Date 17 计算机文化基础_Fall 2009 z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。 z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” Date 18 计算机文化基础_Fall 2009 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 Date 19 计算机文化基础_Fall 2009 z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。 z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” Date 20 计算机文化基础_Fall 2009 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 Date 21 计算机文化基础_Fall 2009 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? Date 22 计算机文化基础_Fall 2009 定点数 数 值 数 据 的 表 示 0 1000000 1 0000011 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) Date 23 计算机文化基础_Fall 2009 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 Date 24 计算机文化基础_Fall 2009 浮点数 31 30 24 23 22 0 阶符 阶码 数符 尾数 阶码部分 尾数部分 =（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 Date 25 计算机文化基础_Fall 2009 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 Date 26 计算机文化基础_Fall 2009 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=23 4=22 2=21 1=20 1011 1100 1100 1101 1000 1001 8 9 1010010001117 1001010101106 1000011101015 0111011001004 0110001000113 0101001100102 0100000100011 0011000000000 余三码格雷码BCD (8421)码 十进制 数 数 值 数 据 的 表 示 Date 27 计算机文化基础_Fall 2009 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) 1111 1100 1100 1101 1000 1001 8 9 1010010001117 1001010101106 1000011101015 0111011001004 0110001000113 0101001100102 0100000100011 0011000000000 余三码格雷码BCD (8421)码 十进制 数 数 值 数 据 的 表 示 Date 28 计算机文化基础_Fall 2009 即：+77 0 1001101 0 1 0 0 1 1 0 1 机器数 +77 符号位真值 数 值 数 据 的 编 码 机器数/真值 Date 29 计算机文化基础_Fall 2009 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 Date 30 计算机文化基础_Fall 2009 移码 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 -77 原码 反码 补码 原码反码 补码 移动码 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 0 1 1 0 0 1 1 移码：补码的符号位取反 带符号的机器数 数 值 数 据 的 编 码 Date 31 计算机文化基础_Fall 2009 数 值 数 据 的 编 码 表5.5 部分数据的各种机器码 十进制 真值 二进制 真值 原码反码补码移码 127111111111111111100000001000000100000001 1110000001111111101111111101111111 0 01000000011111111 0000000010000000 00000000000000000 1100000001000000010000000110000001 127111111101111111011111110111111111111111 Date 32 计算机文化基础_Fall 2009 73-73 = (01001001)补 + (10110111 ) 补 = (00000000)补 = 0 73-127 = (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 Date 33 计算机文化基础_Fall 2009 ASCII码 字符编码 z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。 zASCII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。 A S C I I 编 码 Date 34 计算机文化基础_Fall 2009 ASCII码的十进制表示: zSP：32 z0-9：48-57 zA-Z：65-90 za-z：97-122 A S C I I 编 码 Date 35 计算机文化基础_Fall 2009 用户键入“1”和“0”键 BIOS将扫描码翻译为ASCII码31H和30H 主机接收两个ASCII码 一方面回送给终端另一方面传给程序 终端将ASCII码 转换为字符点阵 信息，显示“10” 程序将两个字符 转换为二进制数 00001010 用户输入十进制数“10”传递给程序 的过程 A S C I I 编 码 Date 36 计算机文化基础_Fall 2009 z字符串是指连续的一串字符。如： “abc” “1234567890” “&*W#” z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。 z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 Date 37 计算机文化基础_Fall 2009 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） Date 38 计算机文化基础_Fall 2009 汉字输入码（或外码） z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。 z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。 z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。 z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 Date 39 计算机文化基础_Fall 2009 汉字交换码（国标码） z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 z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） ； zGB2312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。 z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 Date 40 计算机文化基础_Fall 2009 汉字机内码（内码） z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。 z区位码、国标码和机内码之间的关系可以概 括为： u国标码（区位码的十六进制表示）2020H u机内码国标码8080H z如： “中”的区位码是54 48 u区位码即：36 30H 00110100 00110000 u国标码是：56 50H 01010100 01010000 u机内码为：D6 D0H 11010100 11010000 汉 字 编 码 Date 41 计算机文化基础_Fall 2009 汉字的显示与打印 汉字输出码 z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： u点阵字形 ： 通常有1616，24 24，32 32，48 48等 u 矢量字形 z汉字字库 u软字库 u硬字库 汉 字 编 码 Date 42 计算机文化基础_Fall 2009 图 像 基本概念 z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 。 z位图表示法、点阵表示法 z像素Pixel Date 43 计算机文化基础_Fall 2009 图 像 5.4.1 图像（ image） Date 44 计算机文化基础_Fall 2009 放大后 图 像 Date 45 计算机文化基础_Fall 2009 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 Date 46 计算机文化基础_Fall 2009 图像文件大小、图像格式 z图像文件占用数据空间计算方法为： u比特数图像宽度图像高度图像深度 u字节数比特数8。 z图像格式： u.BMP .PCX .GIF .JPG .PNG u如小孩图片：尺寸：656*503 24位彩 色 z图像文件大小（大小与格式的关系） 图 像 Date 47 计算机文化基础_Fall 2009 图 形 图形 z矢量图形是以一种指令的形式存在的 。 z特点： u图形是对图像进行抽象的结果。 u能对图中的各个部分分别进行控制。 u图形的产生需要时间。 z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 Date 48 计算机文化基础_Fall 2009 图形与图像的关系 z基本元素：图元、像素。 z显示过程： z变换有无失真： z处理形式： z图形实际上是对图像的抽象 图 形 与 图 像 的 关 系 Date 49 计算机文化基础_Fall 2009 图形 放大 图 形 与 图 像 的 关 系 Date 50 计算机文化基础_Fall 2009 数 字 动 画 数字动画 z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。 z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） 。 Date 51 计算机文化基础_Fall 2009 数 字 视 频 z影像文件 u.AVI .MOV.DAT z流式视频格式(Streaming Video Format) u.RM .MOV .ASF Date 52 计算机文化基础_Fall 2009 Date 53 计算机文化基础_Fall 2009 波 形 音 频 z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； z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。 Date 54 计算机文化基础_Fall 2009 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 Date 55 计算机文化基础_Fall 2009 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” Date 56 计算机文化基础_Fall 2009 M I D I 音 乐 z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。 z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。 Date 57 计算机文化基础_Fall 2009 压缩文件或文件夹 使 用 压 缩 工 具 2使用添加按 钮启动压缩过 程 1选择要压缩 的文件或文件 夹 3输入待 生成的压缩 文件名 4点击确定按钮， 开始压缩 Date 58 计算机文化基础_Fall 2009 解压压缩文件 使 用 压 缩 工 具 2使用解压 到按钮启动 解压过程 3输入解 压后文件存 放路径 4单击确定按 钮，开始解压 1选择待 解压的压 缩文件 Date 59 计算机文化基础_Fall 2009 本课知识归纳 z计算机中的数制： u二进制、八进制、十进制和十六进制 u各种进制数之间的转换 z计算机中一般数据的表示形式： u非数值数据 u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） Date 60 计算机文化基础_Fall 2009 本课知识归纳 z计算机中的信息、数据都是采用二进 制形式表示和存储的。 z英文字符采用ASCII码标准。 z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。 z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。 Date 61 计算机文化基础_Fall 2009 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 Date 62 计算机文化基础_Fall 2009 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 Date 63 计算机文化基础_Fall 2009 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 Date 64 计算机文化基础_Fall 2009 7 6 5 4 3 2 1 西文信息的编码1 ASCIIASCII 码是美国信息交换标准代码。 (A American S Standard C Code for I Information I 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。 ComputerComputer 0 01000011 0 01101111 0 01101101 0 01110000 0 01110101 0 01110100 0 01100101 0 01110010 Date 65 计算机文化基础_Fall 2009 汉字信息的编码2 国标码：国标码：国家标准信息交换用汉字编码。国标码 采用双字节双字节的编码方式。 国标码国标码收入6763个汉字，682个西文字符、图符， 构成 9494 的矩阵。 （每一行为“区区”，每一列为“位位”：国标区位码） 机内码机内码 “啊”：区位码“1601” “1001H H”00010000 00000001 1 10010000 1 10000001 “啊”：机内码“B0A1H H” 1 1 国标码第一字节国标码第一字节1 1 国标码第二字节国标码第二字节 Date 66 计算机文化基础_Fall 2009 汉字信息的编码3 显示输出打印输出 机内码向字形码转换 机内码 输入码向机内码转换 字符代码化（输入 ） 数字码 拼音码 字形码 Date 67 计算机文化基础_Fall 2009 汉字的输出（字库）4 字体字体 精密型4848 288 提高型3232 128 普及型242472 简易型161632 汉字点阵类型 点阵占用字节数 Date 68 计算机文化基础_Fall 2009