信息表示与存储程序原理.ppt

主要内容 复习数值在计算中的表达方式熟悉二进制形式 有符号与无符号 补码 其他信息在计算机中的存储和表达方式 计算机中的信息表达 自然界的信息形式多种多样 在计算机中都是以二值形式来表达 输入过程实现信息表达方式的转换 编码 相关术语 位 bit 计算机中存储信息的最小单位 0 1字节 B byte 1字节 byte 8位 bit 1K kilo B 1024B千字节1M mega B 兆字节1G giga B 吉字节 字符0 48 数制转换十进制 9001 二进制 0 1 10 11 100 101 110 111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111八进制 十六进制 A 10 B 11 C 12 D 13 E 14 F 15 数码转换 二 八 十六十进制 按上页方法展开即可 十二 八 十六进制 例 将十进制435转换为二进制数24352217 12108 1254 0227 0213 126 123 021 120 1435 二 八 十六进制之间八进制 三位一组十六进制 四位一组例 二进制数的四则运算例 0 0 00 1 11 0 11 1 10 用补码能表示的数据范围是 4位 无符号数 0 15有符号 8 7 2数的表示范围和精度 无符号整数例 数据宽度是16位 可表示的数据范围是 151413210100 1100 有符号整数1 有三种表示方法 原码 反码 补码 最高位是符号位 0表示正数 1表示负数 2 计算机中对负数采用补码表示 用补码表示的数做加减法可以不考虑符号位 即符号位可参与运算 例 数据宽度是4位 求各数的二进制原 反 补码 见下页表 并用补码计算 1 2 13 2 13 6 9 溢出 000100110011 1110 1110 01101111100011001进位丢掉同符号数相加 符号变了 我们前面介绍了计算机中数的二进制表示及补码 下面讨论数的表示方法和范围 同学们还应熟悉数的八进制和十六进制表示 例 用16位表示的数 15 14 13 12 3 2 1 0 8 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1011000111000001 2 有符号数 无符号数0 十六进制数与二进制数的对应关系 十六二 0000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111 0123456789ABCDEF 如0 xFF 0 x00 在C语言的位运算中会用到 小数的表示方法计算机中通常采用浮点方式表示小数一个数N用浮点形式表示可以写成 N M 2EE表示2的幂 称为数N的阶码 阶码确定了数N的小数点的位置 其位数反映了该浮点数所表示的数的范围 M表示数N的全部有效数字 称为数N的尾数 其位数反映了数据的精度 实数 小数 的表示 采用科学计数法824指数符号位尾数符号位4字节表示一实数 阶码范围 128 127 数的范围 23位大约表示7位十进制数 精度7位 采用双精度一实数 范围 精度16 17位例0000 0110 1010 0000 0000 0000 0000 0000表示 练习 将下列十进制数转换为16位二进制补码及十六进制形式 32 10 32 10 0000000000100000 2 0020 16 32 10 32 10 1111111111100000 2 FFE0 16 1 10 1 10 1111111111111111 2 FFFF 16 65535 10在16位二进制数代表 65535 10 1111111111111111 2 FFFF 16无符号 3字符及其编码当我们从键盘上输入十进制数或字符时 都被计算机内完成输入工作的软件翻译成内部的二进制形式 编码方法 确定字符集 按顺序排队 给每个符号确定一个编码 编码只起区分作用 数值大小无所谓 通常采用ASCII编码 AmericanStandardCodeforInformationInterchang美国标准信息代码 0 127或EBCDIC ExtentedBinaryCodeDecimalInterchangeCode 码 0 255 空格 退格 48 65 97 用一个字节表示一个字符 以上是ASCII码 128个 扩展的ASCII首位为1 ASCII码表 4 中文信息的编码和输入方法 汉字在机器内部是如何表示的 国标码 GB基本字符集共6763个 一级3755个 二级3008个 国家标准 信息交换用汉字编码字符集 基本集 GB2312 80区位码 共设94个区 每区94个字符 1 15区表示西文字母 数字 图形符号16 87区编排汉字88 94用户自定义内码 用双字节16位表示一个汉字 汉字的机器内码 可表示65536个 使用每个字节的后7位 33 126共94个 表示 区位码与内码的关系 第1区第1位在计算机中用A1A1H表示例 爱的区位码为1614D 求内码 汉字每字节高位均为1 区 第一字节 位 第二字节 10H10H0EH0EH A0H20H A0H20H 30H 0 2FH 302FH国标B0H 10110000 AEH 10101110 B0AEH内码 国家标准总局于一九八 年发布的国家标准信息交换用汉字编码字符集 即常称的国标码字符集 GB 共有6763个汉字 包括常用汉字有四千多 次常用汉字约三千左右 现在常用的汉字输入法一般只支持这一字库量 汉字数量近十万 常用的汉字字典 词典收集的汉字一般在一万二千左右 字典 词典上大量的汉字特别是人名 地名用字没能包括在国标码之中 如 蹓跶 这两个字 啰嗦的 啰 字 瞭望的 瞭 字 朱镕基总理的 镕 字 只支持国标码的输入法满足不了日常输入需要 一九九 年中国 日本 韩国共同制定的统一东亚表意文字字符集 即常称的国标扩展码字符集 GBK 共有20902个汉字 包括现代汉语通用字表和邮电通信字符符集的字符及其繁体 台湾地区的 通用汉字标准交换码 所含字符 一些香港用字及日文 朝鲜文用汉字 原来的国标码的编码位置不变 考虑近一半汉字有简繁体两种字体形式这一因素 扩展码实际拥有的汉字量为一万三千左右 常用字 词典收集的汉字差不多全部包含在其中 简体中文WIN95及其以后的版本符合GBK标准 目前的各种输入法也应做到支持GBK标准 大量的汉字存在于古籍之中 数量达九万之多 如从事古文输入输出 GBK仍不能满足要求 所以用于特殊专业的输入法 还应扩大所能支持的字库规模 GBK编码范围是8140H FEFEH BIG5 大五码 台湾常用的信息交换码编码范围是A140H FEFEH 有13060汉字 Unicode统一的字符编码标准 是一种可伸缩的编码 允许用单字节表示常用的ASCII符号 采用双字节对汉字符进行编码等 由APPLE和XEROX在1988年建立 目前Apple IBM Microsoft Novell Sun Lotus等负责 其中有拉丁字母 俄罗斯 日语 汉字等的编码 汉字的输入方法有很多 如全拼输入法 五笔字型法 智能ABC等数以千计 但常用的有几十种 同学们至少应掌握1 2种 这些输入方案大都以汉字的拼音及字型有关 如 种 全拼为zhong 双拼为as ABC为zhong 缠 的五笔为丝广日土xyjf例 人输入te 键盘转换te的编码 查找汉字库 找到输入码对应的汉字 显示1特2忑 选择1 得到 特 的国标码 得到内码 前面讲的是如何解决输入及内部表示 汉字在输出时需解决内码到字型的变换 一个汉字要32字节表示 对一种字型 大字体与小字体需要不同的分辨率 否则显得粗糙 16 16字库需270KB 64 64字库需4MB 1024 1024字库需百兆汉字有很多字型 字库需要的存储量过大 用矢量的方法表示汉字 实际上是描述汉字的轮廓特征 对于某种字型而言 一个汉字的矢量描述大约需要一百到几百字节 一种字体的国标汉字库大约有1兆到几兆字节大小 它描述的是汉字字型的有关信息 与汉字实际输出大小无关 任何时候都能根据需要产生高质量的汉字输出 不过字型恢复需花费时间 例如方正汉字激光照排系统 5 图形的数字化编码 480 图的 点阵表示 个像元 像素 图象等非字符信息也是通过数值化的方法在计算机中表示的 像元 640 5 图形的数字化编码 一副图所需的存储空间 纯黑 纯白图需字节每个像元使用256个灰度表示需字节 300KB每个像元使用真彩色表示 红绿蓝各256色需字节 0 9M 10分钟的连续电视图象需 13800MB 图象的压缩和恢复问题 不同方法 图形数据的格式各不相同 bmp jpg gif等 动画 gif avi 声音mp3编码 例画图 保存可看几种格式 典型的图形 图象处理软件有PaintBrush Photoshop等 机器中自带画图例画图 保存可看几种格式 指令 程序和存储程序原理1 指令分类与编码操作码 OP 地址码 D 指令是一系列二进制代码 由操作码和地址码组成 本条指令要求计算机完成的操作如加 减 移位 传送等 参加本次运算的操作数和运算结果所在地址 如通用寄存器 内存地址等 存储器访问类 内存 算术运算和逻辑运算 条件判断和分支 输入 输出 启动外设 控制和系统指令 指令分类 一个CPU所能执行的所有指令 指令的编码方式 参数个数和意义等的整体构成CPU的 指令系统 2 程序和计算机的基本工作循环由操作系统将第一条指令地址放入程序计数器控制器由 程序计数器 取出指令地址取指令执行指令读内存 将指令送入 指令寄存器 解释指令 可能的内存读取加1 更新程序计数器内容 变为下一条指令地址返回 扫描中断 指令通过数据总线进入CPU美国数学家冯 诺依曼 控制器是实现此基本循环的主体 3 分支指令和程序流程控制开始累加单元放初值0计数器单元放初值1求出计数器单元值的平方将这个值加到累加单元的值上计数器单元的值加1计数单元值是 10 否从累加单元取出计算结果结束 分支指令本身指定了下一条指令的地址 4 中断 Interrupt 扫描中断中断举例 无法预知的事件 如 响应中断硬件故障 软件出错 操作人员的干预关闭中断保护断点找到中断程序的入口保护CPU执行中断处理程序恢复CPU现场开中断返回主程序 事件发生时能向CPU发出请求 中断请求 中断系统是软 硬件的结合 其中软件系统是操作系统的一个基本组成部分 中断向量表查 禁止其他中断请求 5 CPU的兼容性问题指令在计算机中也采用二进制编码方式 每种特定的CPU有自己的指令集合 每条指令有特定的编码方式 Intel公司的X86系列 IBM公司的POWER系列