大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)第1章信息的表示

1、第一章第一章 計算機(jī)基礎(chǔ)知識計算機(jī)基礎(chǔ)知識主要內(nèi)容主要內(nèi)容 1.1 計算機(jī)概論計算機(jī)概論 1.2 計算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)計算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ) 1.3 計算機(jī)中的編碼計算機(jī)中的編碼 1.4 計算機(jī)的基本組成計算機(jī)的基本組成 1.5 計算機(jī)的工作原理計算機(jī)的工作原理 1.6 計算機(jī)的性能指標(biāo)計算機(jī)的性能指標(biāo)什么是什么是進(jìn)位制進(jìn)位制？ 進(jìn)位制是一種記數(shù)方式，用有限的數(shù)字在不進(jìn)位制是一種記數(shù)方式，用有限的數(shù)字在不同的位置表示不同的數(shù)值。同的位置表示不同的數(shù)值。數(shù)碼：一組用來表示某種數(shù)制的符號數(shù)碼：一組用來表示某種數(shù)制的符號基數(shù)：數(shù)制所使用的數(shù)碼基數(shù)：數(shù)制所使用的數(shù)碼個數(shù)，一般用個數(shù)，一般用R表示表示位權(quán)：數(shù)碼在不同

2、位置上的倍率位權(quán)：數(shù)碼在不同位置上的倍率值，即值，即處在某處在某一位置上的一位置上的“1”所表示的數(shù)值的大小所表示的數(shù)值的大小1.2 計算機(jī)的運(yùn)算基礎(chǔ)計算機(jī)的運(yùn)算基礎(chǔ)十進(jìn)制：十進(jìn)制：R=10，可使用，可使用0,1,2,3,4,5,6,7,8,9(678.34)10=6102+7101+8100 +310-1+410-2位權(quán)位權(quán)八進(jìn)制八進(jìn)制R=8 ，可使用，可使用0,1,2,3,4,5,6,73:524二二進(jìn)制：進(jìn)制：R=2，可使用，可使用0,1(101.1)212202112012-1十六進(jìn)制十六進(jìn)制R=16 ，可使用，可使用0,9,A,B,C,D,E,F(101.1)818208118018

3、-1 (101.1)16116201611160116-1 注意：經(jīng)常用字母代表不同進(jìn)制注意：經(jīng)常用字母代表不同進(jìn)制 D十進(jìn)制十進(jìn)制 B二進(jìn)制二進(jìn)制 O八進(jìn)制八進(jìn)制 H十六進(jìn)制十六進(jìn)制3:525進(jìn)位制數(shù)的計算規(guī)則：進(jìn)位制數(shù)的計算規(guī)則：“逢逢R R進(jìn)進(jìn)一一，借，借一一當(dāng)當(dāng)R R”二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算規(guī)則二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算規(guī)則加法 0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=0（進(jìn)位）減法 0-0=0 1-0=1 1-1=0 0-1=1 (借位）乘法 0*0=0 1*0=0 0*1=0 1*1=1不同進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換不同進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換二進(jìn)制二進(jìn)制八進(jìn)制八進(jìn)制十進(jìn)制十進(jìn)制十六進(jìn)制十六進(jìn)制3:526十進(jìn)制整數(shù)

4、轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制整數(shù)十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制整數(shù)除二取余，直到商為零為止，倒排。除二取余，直到商為零為止，倒排。1101例1：(13)10 = ( )21 363102222余數(shù)余數(shù)1011二進(jìn)制數(shù)低低位二進(jìn)制數(shù)高高位3:527規(guī)則規(guī)則：乘二取整，直到小數(shù)部分為零或給定的精度為止，順排。乘二取整，直到小數(shù)部分為零或給定的精度為止，順排。 十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制小數(shù)十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制小數(shù)(0.6875)10 = ( )20.6875237501.275020.501.20 1.例例2：0.1011 0.3750.750.5高低整數(shù)部分3:528(1101.1)2=1 23+1 22+021+1 2

5、0+1 2-1 =（8+4+1+0.5）10 =（13.5）10 二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)按按“權(quán)權(quán)”展開，求和。展開，求和。3:529二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制 方法三合一法三合一法 整數(shù)部分：整數(shù)部分：自右向左自右向左，三個一組，不夠，三個一組，不夠補(bǔ)零，每組對應(yīng)一個八進(jìn)制數(shù)碼。補(bǔ)零，每組對應(yīng)一個八進(jìn)制數(shù)碼。 小數(shù)部分：小數(shù)部分：自左向右自左向右，三個一組，不夠，三個一組，不夠補(bǔ)零，每組對應(yīng)一個八進(jìn)制數(shù)碼。補(bǔ)零，每組對應(yīng)一個八進(jìn)制數(shù)碼。 例如：將（10100101.10111）2 轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制數(shù)。 （10100101.10111）2 = (010 100 10

6、1 .101 110)2 =（ 2 4 5. 5 6）8 3:5210 方法一分為三法一分為三法 八進(jìn)制八進(jìn)制 0 1 2 3 4 5 6 7 二進(jìn)制二進(jìn)制 000 001 010 011 100 101 110 111 八進(jìn)制轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制八進(jìn)制轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制例如：將例如：將(207.54)8轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制：轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制： 2 0 7. 5 4 010 000 111.101 100 所以，所以， (207.54)8=（010000111.101100)2 =（10000111.1011)23:5211二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制 方法方法四合一法四合一法 整數(shù)部分：自右向左，四個一組

7、，不夠補(bǔ)零，每組整數(shù)部分：自右向左，四個一組，不夠補(bǔ)零，每組對應(yīng)一個十六進(jìn)制數(shù)碼。對應(yīng)一個十六進(jìn)制數(shù)碼。 小數(shù)部分：自左向右，四個一組，不夠補(bǔ)零，每組小數(shù)部分：自左向右，四個一組，不夠補(bǔ)零，每組對應(yīng)一個十六進(jìn)制數(shù)碼。對應(yīng)一個十六進(jìn)制數(shù)碼。例： (11001111.01111)2 = (1100 1111 .0111 1000)2 = ( C F . 7 8 )163:5212十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制 方法一分為四法一分為四法 十六進(jìn)制十六進(jìn)制 0 1 2 3 4 5 6 7 二進(jìn)制二進(jìn)制 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 十六進(jìn)制十

8、六進(jìn)制 8 9 A B C D E F 二進(jìn)制二進(jìn)制 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111= (0001 1110 0100. 0010 1010)2= (111100100.0010101) 2例如：例如： （ 1 E 4 . 2 A ）16 3:52133:5214二二十十按權(quán)展開按權(quán)展開十十二二除除2取余取余乘乘2取整取整N十十按權(quán)展開按權(quán)展開十十N除除N取余取余進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換小結(jié)進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換小結(jié)八進(jìn)制和十六進(jìn)制如何相互轉(zhuǎn)換？八進(jìn)制和十六進(jìn)制如何相互轉(zhuǎn)換？1.3 數(shù)據(jù)在計算機(jī)中的存儲數(shù)據(jù)在計算機(jī)中的存儲 數(shù)據(jù)是指所有能輸入到計算機(jī)中并被計算數(shù)據(jù)是指所有

9、能輸入到計算機(jī)中并被計算機(jī)識別、存儲和加工處理的符號的總稱。機(jī)識別、存儲和加工處理的符號的總稱。數(shù)值型數(shù)據(jù)：數(shù)值型數(shù)據(jù)：128，(32.56)8；非數(shù)值型數(shù)據(jù)：非數(shù)值型數(shù)據(jù)： “學(xué)生學(xué)生”、、聲音、圖形、聲音、圖形等等3:5215一、計算機(jī)中一、計算機(jī)中數(shù)值數(shù)據(jù)數(shù)值數(shù)據(jù)的表示的表示3:5216數(shù)的長度：數(shù)據(jù)在內(nèi)存中占用的字節(jié)數(shù)，同一類型數(shù)的長度：數(shù)據(jù)在內(nèi)存中占用的字節(jié)數(shù)，同一類型的數(shù)據(jù)的長度是一樣的。長度決定取值范圍的數(shù)據(jù)的長度是一樣的。長度決定取值范圍.原碼表示法原碼表示法十十 進(jìn)進(jìn) 制制二進(jìn)制真值二進(jìn)制真值原原 碼碼87101011101010111- -87-

10、 -101011111010111127111111101111111- -127- -1111111111111110000000000000000- -0- -0000000100000003:5217反碼表示法反碼表示法 二進(jìn)制真值 原 碼反 碼87+10101110101011101010111-87-101011111010111101010000000000000000000 00000000- -0- -000000010000000 11111111111111113:5218補(bǔ)碼表示法補(bǔ)碼表示法十十 進(jìn)進(jìn) 制制二進(jìn)制真二進(jìn)制真值值原原 碼碼補(bǔ)補(bǔ) 碼碼87+1010111010

11、1011101010111- -87- -10101111101011110101001127+11111110111111101111111- -127- -111111111111111100000010000000000000000 00000000- -0- -0000000 10000000 00000000000000003:5219補(bǔ)碼的加減法公式補(bǔ)碼的加減法公式 X + Y 補(bǔ)補(bǔ) = X 補(bǔ)補(bǔ) + Y 補(bǔ)補(bǔ) X Y 補(bǔ)補(bǔ) = X 補(bǔ)補(bǔ) + Y 補(bǔ)補(bǔ) X 補(bǔ)補(bǔ) 補(bǔ)補(bǔ)= X 原原（11111110）補(bǔ)補(bǔ) 是十進(jìn)制的多少？是十進(jìn)制的多少？-23:5220注意注意：大部分計算機(jī)采用大部

12、分計算機(jī)采用補(bǔ)碼補(bǔ)碼來存儲有符號數(shù)。來存儲有符號數(shù)。0的補(bǔ)碼為的補(bǔ)碼為00000000-0的補(bǔ)碼為的補(bǔ)碼為00000000所以補(bǔ)碼所以補(bǔ)碼10000000沒用到，則把它定為是沒用到，則把它定為是-128用一個字節(jié)來存儲有符號整數(shù)的取值范圍是多少？用一個字節(jié)來存儲有符號整數(shù)的取值范圍是多少？ -1281273:5221（2）實(shí)數(shù)的表示）實(shí)數(shù)的表示n計算機(jī)中實(shí)數(shù)一般用計算機(jī)中實(shí)數(shù)一般用浮點(diǎn)數(shù)浮點(diǎn)數(shù)表示。表示。浮點(diǎn)數(shù)浮點(diǎn)數(shù)指小數(shù)點(diǎn)在數(shù)中位置不固定。指小數(shù)點(diǎn)在數(shù)中位置不固定。w 一個一個浮點(diǎn)數(shù)浮點(diǎn)數(shù)由由階碼階碼（指數(shù)）和（指數(shù)）和尾數(shù)尾數(shù)兩部分組成。兩部分組成。w 階碼階碼：尾數(shù)中的小數(shù)點(diǎn)應(yīng)當(dāng)向左或向

13、右移動的位數(shù)。尾數(shù)中的小數(shù)點(diǎn)應(yīng)當(dāng)向左或向右移動的位數(shù)。w 尾數(shù)尾數(shù)：表示數(shù)值的有效數(shù)字，其小數(shù)點(diǎn)約定在數(shù)符和尾：表示數(shù)值的有效數(shù)字，其小數(shù)點(diǎn)約定在數(shù)符和尾數(shù)之間。數(shù)之間。w例：例：100.101 = 1. 001012103:5222二、常見的信息編碼二、常見的信息編碼 西文信息的編碼與表示西文信息的編碼與表示 中文信息的編碼與表示中文信息的編碼與表示 聲音聲音 圖像圖像3:5223（一）（一）ASCII編碼編碼 字符編碼字符編碼(Character Code)就是用就是用二進(jìn)制二進(jìn)制編碼編碼來表示字母、數(shù)字以及專門的符號。來表示字母、數(shù)字以及專門的符號。 目前計算機(jī)中普遍采用的是目前計算機(jī)中

14、普遍采用的是ASCII(American Standard Code for Information Interchange)碼，即美國信碼，即美國信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼。主要用于現(xiàn)代英語和息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼。主要用于現(xiàn)代英語和其他西歐語言在計算機(jī)中的編碼。其他西歐語言在計算機(jī)中的編碼。3:5224規(guī)定規(guī)定：字節(jié)：字節(jié)(位位)最高位為最高位為,位給出位給出128個編碼。個編碼。b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0編碼編碼字符或動作字符或動作 對應(yīng)十進(jìn)制數(shù)對應(yīng)十進(jìn)制數(shù)01111010111101= =616110000011000001A A656511000011100001a a979700

15、010100001010換行換行101000001110000111響鈴響鈴7 700011010001101回車回車1313128種字符：種字符：95個可見字符，個可見字符，33個控制字符個控制字符;制碼 3:5225（二）漢字編碼（二）漢字編碼3:5226漢字編碼漢字編碼 漢字字符集與編碼漢字字符集與編碼 1981年，年，GB2312-80國家標(biāo)準(zhǔn)，其字符及編國家標(biāo)準(zhǔn)，其字符及編碼稱為碼稱為國標(biāo)碼國標(biāo)碼又叫國際交換碼。又叫國際交換碼。 GB2312字符集的構(gòu)成：字符集的構(gòu)成： 一級常用漢字3755個，按漢語拼音排列 二級常用漢字3008個，按偏旁部首排列 非漢字字符682個3:5227GB

16、2312編碼編碼總體總體布局布局3:5228一般用一般用2個字節(jié)個字節(jié)來存放漢字編碼；來存放漢字編碼；區(qū)號區(qū)號區(qū)中位置區(qū)中位置 GB2312編碼局部表3:5229漢字編碼漢字編碼漢字漢字 國標(biāo)碼國標(biāo)碼 漢字內(nèi)碼漢字內(nèi)碼 中中 8680(01010110 01010000)B (11010110 11010000)B 華華 5942(00111011 00101010)B (10111011 10101010)B國標(biāo)碼不能在計算機(jī)內(nèi)直接采用，為什么？國標(biāo)碼不能在計算機(jī)內(nèi)直接采用，為什么？避免和避免和ASCII嗎沖突嗎沖突例如例如:“保?！弊?，國標(biāo)碼為字，國標(biāo)碼為31H和和23H 西文字符西文字符

17、“1”和和“#”的的ASCII也為也為31H和和23H3:5230漢字編碼漢字編碼輸入碼（外碼）輸入碼（外碼）數(shù)碼：由數(shù)字組成的編碼，代碼和漢字一數(shù)碼：由數(shù)字組成的編碼，代碼和漢字一一對應(yīng)，無重碼，但編碼規(guī)則較難記憶，如一對應(yīng)，無重碼，但編碼規(guī)則較難記憶，如區(qū)位碼區(qū)位碼。音碼：用漢字拼音字母組成的編碼，容易音碼：用漢字拼音字母組成的編碼，容易學(xué)，但重碼多，輸入速度不高，如學(xué)，但重碼多，輸入速度不高，如拼音碼拼音碼等。等。形碼：把漢字的基本構(gòu)件偏旁、部首和字形碼：把漢字的基本構(gòu)件偏旁、部首和字根等分類，和不同的鍵相對應(yīng)，如根等分類，和不同的鍵相對應(yīng)，如五筆字型五筆字型碼、表形碼、首尾碼碼、表形碼

18、、首尾碼等。等。等等等等3:5231漢字編碼漢字編碼字形碼字形碼 GB2312國標(biāo)漢字字符集的所有字符的形狀描述信國標(biāo)漢字字符集的所有字符的形狀描述信息集合在一起，稱為字形信息庫，簡稱息集合在一起，稱為字形信息庫，簡稱字庫字庫 。 點(diǎn)陣字庫和矢量字庫點(diǎn)陣字庫和矢量字庫 點(diǎn)陣：點(diǎn)陣：漢字字形漢字字形點(diǎn)陣點(diǎn)陣的代碼的代碼 有有16161616、24242424、32323232、48484848等編碼。等編碼。 矢量（矢量（TrueType)TrueType)：它用數(shù)學(xué)函數(shù)描述字體輪廓外它用數(shù)學(xué)函數(shù)描述字體輪廓外形形 3:5232漢字編碼漢字編碼字形碼字形碼漢字字形點(diǎn)陣中每個點(diǎn)漢字字形點(diǎn)陣中每個點(diǎn)

19、的信息用一位二進(jìn)制碼的信息用一位二進(jìn)制碼來表示，來表示，“1”表示對應(yīng)表示對應(yīng)位置處是黑點(diǎn)，位置處是黑點(diǎn)，“0”表表示對應(yīng)位置處是空白。示對應(yīng)位置處是空白。例例.1616點(diǎn)陣，每個漢字點(diǎn)陣，每個漢字就要占就要占32個字節(jié)個字節(jié)（1616832）；）； 3:5233漢字信息處理的工作過程漢字信息處理的工作過程3:5234（三）音頻信息的數(shù)字化（三）音頻信息的數(shù)字化1. 音頻文件的格式音頻文件的格式 波形波形文件（如文件（如WAVWAV、MP3MP3音樂音樂） 音樂音樂文件（如手機(jī)文件（如手機(jī)MIDIMIDI音樂）兩大類音樂）兩大類 3:52352. 波形文件：對音頻模擬信號的數(shù)字化波形文件：對音頻模擬信號的數(shù)字化特點(diǎn)：生成的文件較大特點(diǎn)：生成的文件較大.WAV,.MP3等都是波形文件等都是波形文件3:52363. MIDI音樂文件音樂文件 MIDIMIDI（樂器數(shù)字接口）是電子合成樂器的（樂器數(shù)字接口