唐良榮計算機導論-計算思維和應用技術-第5章 信息編碼Appt課件

1、第1頁 共108頁 計算機第2頁 共108頁5.1.1 常用數(shù)制的特征1、十進制數(shù)編碼進制是按進位方式計數(shù)的數(shù)制系統(tǒng)。運算規(guī)那么：逢十進一，借一當十。十進制中，各數(shù)字的權為10的整數(shù)次冪?！纠?-1】將十進制數(shù)708按位權展開。708=7102+8100【例5-2】將十進制數(shù)12.34按位權方式展開。十進制數(shù)表示方式：2310或23D。12.34=1101+2100+310-1+410-2基數(shù)權數(shù)碼第3頁 共108頁5.1.1 常用數(shù)制的特征2、二進制數(shù)編碼根本符號：0、1；運算規(guī)那么：逢二進一，借一當二。四那么運算規(guī)那么：1加法運算：0+0=0，0+1=1，1+0=1，1+1=10有進位2減

2、法運算：0-0=0，1-0=1，1-1=0，0-1=1有借位3乘法運算：00=0，10=0，01=0，11=14除法運算：01=0，11=1除數(shù)不能為0 1 0 1 0 0 1 0 1第4頁 共108頁5.1.1 常用數(shù)制的特征【案例】二進制數(shù)的四那么運算。第5頁 共108頁5.1.1 常用數(shù)制的特征【擴展】二進制數(shù)的移位運算。乘2相當于左移1位后，在尾部補0；除2相當于右移1位后，在高位補0。第6頁 共108頁5.1.1 常用數(shù)制的特征二進制中，數(shù)字符號的權為2的整數(shù)次冪。如，23，22，21，20，2-1，2-2?！纠?-3】將二進制數(shù)1011按位權展開。10112=123+121+120

3、【例5-4】將二進制數(shù)1011.0101按位權展開。1011.01012=123+121+120+12-2+12-4二進制數(shù)用下標或在數(shù)字尾部加B表示如，10112或1011B。第7頁 共108頁5.1.1 常用數(shù)制的特征3、十六進制數(shù)編碼十六進制符號：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。運算規(guī)那么：逢16進1，借1當16。計算機內部并不采用十六進制數(shù)進展運算；十六進制數(shù)是為了便于專業(yè)人員方便轉換為二進制數(shù)。十六進制數(shù)用下標或在數(shù)字尾部加H表示。如：1816或18H；有時用前置“0 x表示十六進制數(shù)；如：0 x000012A5表示十六進制數(shù)12A5。第8頁 共108

4、頁5.1.1 常用數(shù)制的特征常用數(shù)制之間的關系如表5-1所示。十進制數(shù)十六進制數(shù)二進制數(shù)BCD編碼000000000011000100012200100010330011001144010001005501010101660110011077011101118810001000991001100110A10100001 000011B10110001 000112C11000001 001013D11010001 001114E11100001 010015F11110001 0101第9頁 共108頁5.1.1 常用數(shù)制的特征4、恣意進制數(shù)的表示方法任何進位制都能用有限個數(shù)字符號表示一切數(shù)。

5、進制稱為基數(shù)，如二進制的基數(shù)為2；不同數(shù)位上的數(shù)字有不同的位權。恣意R進制數(shù)，可用公式5-1表示：N=An-1Rn-1An-2Rn-2A0R0A-1R-1A-mR-m 5-1A為恣意進制數(shù)，R為基數(shù)，n為整數(shù)的位數(shù)和權，m為小數(shù)的位數(shù)和權?！纠?-5】十進制數(shù)43.21按位權展開表示。43.21=4101+3100+210-1+110-2【例5-6】二進制數(shù)1101.11按位權展開表示。1101.112=123+122+021+12-0+12-1+12-2第10頁 共108頁 第5章 信息編碼1.1.1 計算機的開展第11頁 共108頁5.1.2 不同數(shù)制的轉換1、二進制數(shù)與十進制數(shù)之間的轉換

6、表5-2給出了2的整數(shù)次冪和十進制數(shù)值的對應關系。將二進制數(shù)各位的數(shù)乘以對應的權再累加起來?！纠?-8】將1101.1012按位權展開轉換成十進制數(shù)。 1101.1012232220212310 8410.50.1251013.625102 n2827262524232221202-12-22-32-4十進制數(shù)值25612864321684210.50.250.1250.0625第12頁 共108頁5.1.2 不同數(shù)制的轉換2、十進制數(shù)與二進制數(shù)轉換整數(shù)部分與小數(shù)部分分開轉換；整數(shù)部分采用除2取余法；小數(shù)部分采用乘2取整法?！纠?-9】十進制18.8125轉換為二進制數(shù)。整數(shù)除2取余，余數(shù)從低

7、到高陳列：182=9余 0 ，92=4余 1 ，42=2余 0 ，22=1余 0 ，1小于2不再除余 1 ；18=100102；小數(shù)乘2取整，積的整數(shù)從高到低陳列：0.81252= 1 .625，0.6252= 1 .25，0.252= 0 .5，0.502= 1 .0；0.8125=0.11012運算結果：18.812510=10010.11012第13頁 共108頁5.1.2 不同數(shù)制的轉換【例5-9】十進制18.8125轉換為二進制數(shù)的豎式計算。第14頁 共108頁5.1.2 不同數(shù)制的轉換【案例】十進制數(shù)100.345轉換為二進制數(shù)的豎式計算。100.345D1100100.01011

8、B1.3800.34520.69022 0.760 2 1.520 2 10025022521226232100010011 1.040余數(shù)余數(shù)到達精度要求后不再乘第15頁 共108頁5.1.2 不同數(shù)制的轉換3、二進制數(shù)與十六進制數(shù)轉換整數(shù)自右向左4位一組，缺乏4位時，在整數(shù)前面加0補足4位；小數(shù)自左向右4位一組，缺乏4位時，在小數(shù)后面加0補足4位；然后每4位二進制數(shù)對應1位十六進制數(shù)，即可得到十六進制數(shù)?！纠?-10】將二進制數(shù)111101.010111轉換為十六進制數(shù)。111101.0101112=00111101.010111002=3D.5C16111101010111003D5C第

9、16頁 共108頁5.1.2 不同數(shù)制的轉換4、十六進制數(shù)與二進制數(shù)轉換以小數(shù)點為界，1位十六進制數(shù)對應4位二進制數(shù)?！纠?-11】：將十六進制數(shù)4B.61轉換為二進制數(shù)。4B.6116 =01001011.0110000124B610100101101100001第17頁 共108頁5.1.2 不同數(shù)制的轉換5、BCD編碼數(shù)制轉換存在的問題：需求進展乘法和除法運算，計算速度不快；需求進展浮點運算，存儲和計算較為復雜，計算效率低。BCD碼是一種二十進制編碼；BCD碼用4位二進制數(shù)表示1位十進制數(shù)。8421碼是最常用的BCD編碼，它各位的權值為：8、4、2、1；BCD碼只選用了4位二進制編碼中前

10、10組代碼。BCD碼不運用10101111六組編碼；編碼到1001后就產(chǎn)生進位。第18頁 共108頁5.1.2 不同數(shù)制的轉換BCD編碼與十進制數(shù)的對應關系如圖5-4所示?！纠?-12】將十進制數(shù)10.89轉換為BCD碼。10.89 =0001 0000.1000 1001BCD【例5-13】將BCD碼0111 0110.1000 0001BCD轉換為十進制數(shù)。0111 0110.1000 0001BCD =76.81十進制數(shù)1089BCD碼0001000010001001BCD碼0111011010000001十進制數(shù)7681第19頁 共108頁5.1.2 不同數(shù)制的轉換常用數(shù)制之間的轉換方

11、法如圖5-8所示。第20頁 共108頁 第5章 信息編碼1.1.1 計算機的開展第21頁 共108頁5.1.3 二進制整數(shù)編碼1、無符號二進制整數(shù)編碼方式運算結果超出數(shù)據(jù)表示范圍稱為“溢出。如，8位無符號數(shù)運算結果大于255時，就會產(chǎn)生“溢出。【例5-15】110010002+01000001= 1 00001001最高位1溢出編碼字節(jié)越長，數(shù)值表示范圍越大，越不容易導致“溢出問題?！耙钥臻g換時間的計算思想方式：假設小數(shù)值用1字節(jié)存儲，大數(shù)值用多字節(jié)存儲，這種變長存儲會使計算復雜化，由于需求添加定義數(shù)據(jù)長度位；計算時需求對每個數(shù)據(jù)進展長度判別。因此，程序設計時先要定義數(shù)據(jù)類型，同一類型數(shù)據(jù)采用

12、一致存儲長度。這樣雖然會浪費一些存儲空間，但提高了運算速度。第22頁 共108頁5.1.3 二進制整數(shù)編碼【例5-16】不同存儲長度時，無符號十進制數(shù)8610的編碼方式。1字節(jié)存儲：01010110 2字節(jié)存儲：0000000001010110 4字節(jié)存儲：00000000000000000000000001010110第23頁 共108頁5.1.3 二進制整數(shù)編碼2、帶符號二進制整數(shù)編碼方式計算機用最高位作為符號位，0表示正數(shù)，1表示負數(shù)，其他位表示數(shù)值大小。符號化的二進制數(shù)稱為機器數(shù)或原碼；沒有符號化的數(shù)稱為真值。機器數(shù)長度固定如8、16、32、64位。當二進制數(shù)位數(shù)不夠時，整數(shù)在最高位前

13、用0補足，小數(shù)在最低位后用0補足。【案例】二進制數(shù)+1011真值與機器數(shù)區(qū)別如下。真值8位機器數(shù)（原碼）16位機器數(shù)（原碼）+101110001011100000000 00010111第24頁 共108頁5.1.3 二進制整數(shù)編碼3、常用數(shù)據(jù)類型的存儲長度和表示范圍計算機中，同一類型的數(shù)據(jù)具有一樣的存儲長度，與數(shù)據(jù)的實踐長度無關。C言語中數(shù)據(jù)類型的長度以及數(shù)值域32位編譯器數(shù)據(jù)類型標識符類型說明存儲長度（字節(jié)）數(shù)值范圍有效位 char字符型1 unsigned char無符號字符型2 short int短整型2-32 76832 7675 unsigned short int無符號短整型20

14、65 5355 int整型4-2 147 483 6482 147 483 64710 unsigned int無符號整型404 294 967 29510 float實型（浮點單精度）41.1810-383.401038 7 double實型（浮點雙精度）82.2310-3081.7910308 15 long double實型（浮點長雙精度）103.3710-49321.18104932 19第25頁 共108頁5.1.3 二進制整數(shù)編碼4、大整數(shù)的表示與計算普通情況下，最大有效數(shù)據(jù)為19位。超越編程言語表示范圍的大整數(shù)，必需采用其它方式處置。【例5-19】在Excel 2019中，計算1

15、2 345 000 000 000 000 000+9 999計算結果=12 345 000 000 000 000 000可見加數(shù)被完全忽略，由于Excel只需16位有效數(shù)據(jù)；超出16位時，雖然可以表達和計算，但將產(chǎn)生計算誤差。第26頁 共108頁5.1.3 二進制整數(shù)編碼密碼算法都建立在大整數(shù)運算根底上。如，要存儲100位有效數(shù)時，任何編程言語都無法處置；簡一方法：用字符串數(shù)組來存儲這個100位的有效數(shù)。大整數(shù)只能一位一位或幾位幾位輸入；或者用字符串的方式輸入。大整數(shù)加法：模擬豎式加法，從個位逐位相加；超越或到達10那么進位；進位保管在中間變量中；相加結果存放在數(shù)組中。大整數(shù)的加減運算必需

16、編寫程序實現(xiàn)。第27頁 共108頁5.1.3 二進制整數(shù)編碼【例5-20】計算：12 345 678 901 234 567 890+97 661 470 000 796 256 79812345678901234567890+97661470000796256798進位進位1101001011110007148902030824688第28頁 共108頁 第5章 信息編碼1.1.1 計算機的開展第29頁 共108頁5.1.4 二進制小數(shù)編碼1、定點數(shù)編碼方法定點數(shù)：小數(shù)點位置固定不變的數(shù)。定點數(shù)有定點整數(shù)和定點小數(shù)。添加存儲長度可以提高小數(shù)的精度?！纠?-21】將二進制數(shù)-0.1001001

17、用2個字節(jié)存儲為定點小數(shù)。定點整數(shù)和定點小數(shù)：1100100100000000S小數(shù)點符號位S小數(shù)點第30頁 共108頁5.1.4 二進制小數(shù)編碼2、浮點數(shù)編碼方法實數(shù)可以表示成：一個純小數(shù)和一個乘冪之積的方式?！纠?-22】123.45=0.12345103【例5-23】0.0034574=0.3457410-2【例5-24】3.14=3.14100=0.314101規(guī)格化表示方式小數(shù)點位置變化的數(shù)稱為浮點數(shù)。浮點數(shù)指數(shù)表示：指數(shù)稱為“階碼，小數(shù)稱為“尾數(shù)。二進制數(shù)的階碼和尾數(shù)都用二進制數(shù)表示?！纠?-25】1001.0112=0.100101122100【例5-26】-0.00101012

18、=-0.1010122-10第31頁 共108頁5.1.4 二進制小數(shù)編碼恣意二進制浮點數(shù)公式：N=M2E 5-2式中，M為尾數(shù)純小數(shù)部分，整數(shù)E為階碼，M與E都帶符號。二進制浮點數(shù)特征：尾數(shù)的位數(shù)決議數(shù)的精度；階碼的位數(shù)決議數(shù)的范圍。階符階碼E尾符S尾數(shù)M （定點整數(shù)） （定點小數(shù)）第32頁 共108頁5.1.4 二進制小數(shù)編碼【例5-27】-0.000110112=-0.1101122-11的32位編碼如下：以上數(shù)據(jù)在計算機中的32位存儲格式如下：階符階碼尾符尾數(shù)10000011111011000 00000000 000000031 2423 1615 87 01000001111101

19、1000000000000000000第33頁 共108頁5.1.4 二進制小數(shù)編碼3二進制小數(shù)的截斷誤差1浮點數(shù)存儲空間不夠引起的截斷誤差截斷誤差舍入誤差： 二進制浮點數(shù)存儲時，假設尾數(shù)存儲空間不夠，會導致部分小數(shù)喪失。 可以運用較長的尾數(shù)域，減少截斷誤差?！纠?-28】二進制數(shù)10.101存儲為8位浮點數(shù)時，將引起截斷誤差。010 010101（最后一位丟失）第34頁 共108頁5.1.4 二進制小數(shù)編碼2數(shù)值轉換引起的截斷誤差截斷誤差的另外一個來源是無窮展開式。二進制中，有無窮展開式的數(shù)值多于十進制數(shù)。十進制小數(shù)轉換成二進制時，不能保證準確轉換；二進制小數(shù)轉換成十進制，也遇到同樣的問題。

20、【例5-29】十進制數(shù)0.8轉換為二進制時為：0.11001100.【例5-30】十進制數(shù)1/10轉換為二進制數(shù)時，也會遇到無窮展開式問題。十二進制小數(shù)轉換時，可根據(jù)精度要求取近似值，或采用0舍1入規(guī)那么。第35頁 共108頁5.1.4 二進制小數(shù)編碼3浮點數(shù)的相加順序一個大數(shù)加上一個小數(shù)，那么小數(shù)能夠被截斷。多個數(shù)值相加的原那么是先相加小數(shù)字，防止產(chǎn)生截斷誤差。大多數(shù)商用軟件提供的計算精度曾經(jīng)足夠了。特殊運用領域如導航系統(tǒng)，小誤差能夠在運算中累加，產(chǎn)生嚴重后果。第36頁 共108頁5.1.4 二進制小數(shù)編碼4、浮點數(shù)運算的精度十進制數(shù)轉換為二進制數(shù)時，需求的二進制數(shù)位數(shù)為： Log210/L

21、og22=3.33bit如，將32位包含小數(shù)點十進制數(shù)轉換成二進制數(shù)時；總共需求：323.3=106位二進制數(shù)。IEEE 754規(guī)范規(guī)定的浮點數(shù)規(guī)格如表5-4所示。浮點數(shù)規(guī)格總長（位） 符號位S（位） 階碼e（位）尾數(shù)M（位）尾數(shù)最大有效值單精度浮點數(shù)規(guī)格3218238 388 608雙精度浮點數(shù)規(guī)格64111524.51015擴展雙精度數(shù)規(guī)格180115641.81019擴展雙精度數(shù)規(guī)格21281151125.11033第37頁 共108頁5.1.4 二進制小數(shù)編碼【擴展】二進制浮點數(shù)的存儲。26.0D=11010.0B=+1.10100*24010000011 10100000000000

22、000000000+127=131=10000011B單精度 32位 例：第38頁 共108頁 第5章 信息編碼1.1.1 計算機的開展第39頁 共108頁5.1.5 二進制補碼運算1、原碼在二進制數(shù)運算中存在的問題原碼運算的復雜性：做x+y運算時，要判別兩個數(shù)的符號，添加了運算時間。原碼會出現(xiàn)：000000002=+010，100000002=-010的“正0負0問題。符號位會對運算結果產(chǎn)生影響，導致運算出錯?！纠?-31】010000102+010000012=100000112進位導致的錯誤【例5-32】000000102+100000012=100000112符號位相加導致的錯誤可見原

23、碼運算會導致復雜性添加。二進制數(shù)的補碼可以帶符號運算，而運算結果不會產(chǎn)生錯誤；計算機中的數(shù)值廣泛采用補碼的方式進展存儲和計算。第40頁 共108頁5.1.5 二進制補碼運算2、二進制數(shù)的反碼編碼方法引入反碼是補碼運算的需求。二進制正數(shù)的反碼與原碼一樣；負數(shù)的反碼是對該數(shù)的原碼除符號位外各位取反?！纠?-33】二進制數(shù)字長為8位時，+510=00000101原=00000101反【例5-34】二進制數(shù)字長為8位時，-510=10000101原=11111010反第41頁 共108頁5.1.5 二進制補碼運算3、二進制數(shù)的補碼編碼方法正數(shù)的補碼=原碼。負數(shù)的補碼=原碼取反+1。原碼、反碼和補碼，符

24、號位都不變。【例5-35】1010的原碼為：1010=00001010原 -1010的原碼為：-1010=10001010原【例5-36】1010的反碼為：1010=00001010反 -1010的反碼為：=11110101反【例5-37】1010的補碼為：1010=00001010補 -1010的補碼為：-1010=11110110補第42頁 共108頁5.1.5 二進制補碼運算二進制數(shù)各種編碼的表示方法如表5-5所示。十進制數(shù)真值原碼反碼補碼0000000000000000000000000000100000001111111100000000+1+10000000100000001000

25、00001-1-1100000011111111011111111+15+1111000011110111000001110001-15-1111100011111111000011110001-127-1111111111111111000000010000001-128-1000000010000000第43頁 共108頁5.1.5 二進制補碼運算4、補碼的運算規(guī)那么補碼算法思想：把正數(shù)和負數(shù)都轉換為補碼方式，使減法變成加一個負數(shù)的方式，從而使正負數(shù)的加減運算轉換為單純的加法運算。補碼運算結論：補碼兩數(shù)加法運算時，結果仍為補碼。補碼的符號位可以與數(shù)值位一同參與運算。運算結果如有進位，判別能

26、否溢出；假設不是溢出，那么將進位舍去不要。第44頁 共108頁5.1.5 二進制補碼運算不論對正數(shù)和負數(shù)，補碼都具有以下性質：A補B補AB補 5-3A補補A原 5-4式中，A、B為正整數(shù)、負整數(shù)、0均可。小數(shù)的情況，在以后課程討論。【例5-38】A=-7010，B=-5510，求A與B相加之和。1將A、B轉換為補碼；-7010=-(64+4+2)10=11000110原=10111001反+00000001=10111010補-5510=-(32+16+4+2+1)10=10110111原=11001000反+00000001=11001001補2進展補碼加法運算； 10111010 + 11

27、001001進位1自然丟失10000011第45頁 共108頁5.1.5 二進制補碼運算3將運算結果補碼進展求補運算取反加1，得到原碼。 10000011補=11111100反+00000001=11111101原=-12510結論：補碼加法運算不用思索數(shù)值正負，直接進展補碼加法即可。減法可以經(jīng)過補碼的加法運算實現(xiàn)。假設運算結果最高位為0，表示結果為正數(shù)；假設最高位為1，那么結果為負數(shù)。第46頁 共108頁 計算機第47頁 共108頁5.2.1 英文字符編碼1、BCDIC編碼早期計算機字符編碼從霍爾瑞斯Herman Hollerith卡片開展而來；霍爾瑞斯卡片在1890年的美國人口普查中運用。

28、6位字符編碼系統(tǒng)BCDIC二進制與十進制交換編碼源自Hollerith碼；1960年代逐漸擴展為8位EBCDIC碼；IBM大型計算機采用EBCDIC碼規(guī)范。第48頁 共108頁5.2.1 英文字符編碼2、ASCII編碼1ASCII碼編碼規(guī)那么ASCII美國信息交換規(guī)范碼碼用7位二進制數(shù)對1個字符進展編碼；ASCII可以表示27=128個字符編碼。計算機以1個字節(jié)存放1個ASCII碼字符；ASCII碼每個字節(jié)最高位為0；2ASCII碼運用案例【例5-39】“Hello的ASCII編碼。Hello0100100001100101011011000110110001101111第49頁 共108頁5

29、.2.1 英文字符編碼1ASCII碼編碼規(guī)那么第50頁 共108頁5.2.1 英文字符編碼3ASCII碼編碼規(guī)律09字符碼高4位編碼為0011，低4位為00001001；去掉高4位時，低4位正好是09的二進制數(shù)。ASCII碼26個字母編碼是延續(xù)的；字母AZ碼值為6590；字母az碼值為97122；大寫字母第6位值為0，小寫字母第6位值為1；它們之間的ASCII碼值十進制方式相差32；ASCII編碼定義了33個無法顯示的控制碼；ASCII控制碼目前極少運用。第51頁 共108頁5.2.1 英文字符編碼3、擴展ASCII碼ANSI碼ASCII碼不能滿足非英語國家的需求。如，無法表示英磅符號；如，無

30、法顯示重音符號；如，無法顯示希臘語、希伯來語、阿拉伯語、俄語、漢語等。ASCII碼只用了7位，很多國家就運用128255的碼字來表示其他符號。1981年PC機推出時，就固化了一個256個符號的字符集。當PC機在美國之外銷售時，這些擴展的ASCII碼就完全亂套了。第52頁 共108頁5.2.1 英文字符編碼ANSI美國國家規(guī)范學會規(guī)范終了了這種混亂。ANSI規(guī)范：低128個碼字采用規(guī)范ASCII編碼；高128個碼字根據(jù)言語不同，采用“碼頁處置方式。如，IBM字符集碼頁為437；如，以色列碼頁是862；Windows國際版有很多這樣的碼頁，涵蓋了各種言語。第53頁 共108頁5.2.1 英文字符編

31、碼【擴展】ANSI擴展ASCII碼。第54頁 共108頁 第5章 信息編碼1.1.1 計算機的開展第55頁 共108頁5.2.2 漢字字符編碼1、雙字節(jié)字符集DBCS亞洲國家常用文字符號大約2萬多個。8位編碼不能滿足需求，處理方案是采用DBCS雙字節(jié)字符集編碼。DBCS用2個字節(jié)定義1個字符，當2個字節(jié)編碼值低于128時為ASCII碼，編碼值高于128時，為所在國家定義的編碼?！纠?-41】漢字早期采用雙字節(jié)編碼，字節(jié)最高位為0表示規(guī)范ASCII碼；字節(jié)最高位為1時，用2個字節(jié)表示一個漢字。即有的字符用1個字節(jié)表示如英文，有的字符用2個字節(jié)表示如漢字。第56頁 共108頁5.2.2 漢字字符編

32、碼雙字節(jié)編碼換存在以下問題：1程序中處置字符串時，指針挪動能夠會導致錯誤；2字符串存儲時，需求計算字符串的長度；3喪失雙字節(jié)字符的高位字節(jié)后，會產(chǎn)生“亂碼景象；4在存儲和傳輸中，是高字節(jié)在前，還是低字節(jié)在前？第57頁 共108頁5.2.2 漢字字符編碼2、漢字編碼1GB2312-80字符集漢字編碼1981年，GB2312-80規(guī)范公布。GB2312-80規(guī)范規(guī)定：1個漢字用2個字節(jié)表示；每個字節(jié)只運用低7位，最高位為0；共收錄6 763個簡體漢字、682個符號；一級漢字3 755個，以拼音排序；二級漢字3 008個，以偏旁排序。【例5-42】“啊字的國標碼為：00110000001000013

33、0H21H第58頁 共108頁5.2.2 漢字字符編碼【案例】GB2312-80編碼第59頁 共108頁5.2.2 漢字字符編碼2內碼國標碼最高位為0，與ASCII碼無法區(qū)分；因此，早期計算機內部，漢字編碼全部采用內碼表示。早期內碼是將國標碼兩個字節(jié)的最高位設定為1，堅持中英文的兼容性?！纠?-43】“啊字的內碼為：操作系統(tǒng)內部編碼，早期DOS系統(tǒng)采用ASCII碼；目前操作系統(tǒng)內部根本都采用Unicode字符集編碼，字節(jié)高位0、1兼有。1011000010100001B0HA1H第60頁 共108頁5.2.2 漢字字符編碼3編碼轉換部分編程言語提供了編碼轉換函數(shù)?！纠?-44】用PHP言語編碼

34、轉換函數(shù)，求字符串“中國的GB2312-80內碼。4BIG5字符集漢字編碼臺灣、香港地域普遍運用BIG5繁體漢字編碼規(guī)范；BIG5包括440個符號，13 060個漢字。第61頁 共108頁5.2.2 漢字字符編碼3、字形編碼ASCII、GB2312-80等處理了信息的存儲，傳輸，計算、處置等問題；字符的顯示和打印輸出時，需求另外對字形編碼。、通常，將一切字形編碼的集合稱為字庫。計算機中有幾十種中英文字庫。字形編碼有點陣字形和矢量字形兩種類型。漢字輸入鍵盤輸入漢字信息輸入碼機內碼字形碼顯示/打印輸出漢字輸出國標碼第62頁 共108頁5.2.2 漢字字符編碼1點陣字形編碼點陣字形是將每個字符分成1

35、616或其他分辨率的點陣圖像，然后用圖像點的有無普通為黑白表示字形的輪廓。缺陷：不能放大，放大后字符邊緣會出現(xiàn)鋸齒景象。第63頁 共108頁5.2.2 漢字字符編碼2矢量字形編碼矢量字形保管每個字符的數(shù)學描畫信息。如，筆劃的起始、終止坐標，半徑、弧度等。顯示和打印矢量字形時，要經(jīng)過一系列的運算才干輸出結果。矢量字形可以無限放大，筆劃輪廓依然堅持圓滑。Windows中絕大部分為矢量字形，只需很小的字符采用點陣字形。【例5-46】Windows中，矢量字符由數(shù)學方程和參數(shù)點組成。第64頁 共108頁5.2.2 漢字字符編碼【擴展】矢量字形。矢量字形=計算公式+字形參數(shù)計算公式：描畫函數(shù)、直線方程、

36、B樣條Bezier曲線擬合公式等字形參數(shù)：基點、基線、錨點、控制點、寬度、角度、顏色等矢量字符顯示：查找字符 取出參數(shù) 計算字形 顯示字符第65頁 共108頁5.2.2 漢字字符編碼3True Type矢量字形True Type是Apple和Microsoft公司提出的字形技術。TT是用函數(shù)描畫字體輪廓外形的指令集合。TT指令包括：字型構造，顏色填充，描畫函數(shù)，條件控制，提示信息，控制指令等。TT采用二次B樣條曲線和直線方程描畫字形外部輪廓。Windows矢量字庫保管在C:Windowsfonts目錄下；如，文件擴展名為FON，表示是點陣字庫；如，文件擴展名為TTF，表示是矢量字庫。第66頁

37、共108頁5.2.2 漢字字符編碼Windows中矢量字形與點陣字形的顯示效果如圖5-28所示。第67頁 共108頁 第5章 信息編碼1.1.1 計算機的開展第68頁 共108頁5.2.3 一致字符編碼1、國際通用字符集1Unicode一致碼字符集Unicode是一種國際通用字符編碼規(guī)范。Unicode目的：收錄世界上一切言語的文字和符號；對每個字符定義一個值代碼點；代碼點可用2字節(jié)表示UCS-2，也可用4字節(jié)表示UCS-4。Unicode字符稱號=代碼點值前面加上“U+。如，字符“A的稱號是“U+0041。Unicode和UCS獲得了網(wǎng)絡、操作系統(tǒng)、編程言語等廣泛支持。如，Windows N

38、T/2000/XP/7/8、Linux等。第69頁 共108頁5.2.3 一致字符編碼2UCS-2通用字符集UCS-2是ISO國際規(guī)范化組織和Unicode共同定義的國際通用字符集。UCS-2代碼長度固定為2個字節(jié)16位。英文符號在ACSII碼前面加一個代碼點為0的字節(jié)。如，“A的ASCII碼為41H，它的UCS-2代碼點為U+0041H。UCS-2優(yōu)點：亞洲字符的存儲空間比UTF-8編碼少；處置字符的速度比UTF-8編碼快，由于編碼長度是固定的；對Windows和Java的支持更好。Windows 2000/XP/7/8在系統(tǒng)內部運用UCS-2字符集，必要時轉換為ASCII碼。第70頁 共1

39、08頁5.2.3 一致字符編碼2、Unicode字符的存儲和傳輸問題1“大端與“小端字節(jié)序斯威夫特中，小人國的內戰(zhàn)源于吃雞蛋時是終究從大端敲開還是從小端敲開，由此曾發(fā)生過六次叛亂，其中一個皇帝送了命，另一個丟了王位。第71頁 共108頁5.2.3 一致字符編碼字符編碼在存儲和傳輸中，同樣遇到了“大端與“小端的問題。如，“漢字Unicode編碼是U+6C49，寫入文件時，假設將“6C寫在前面，就是大端字節(jié)序BE，高位在前；假設將“49寫在前面，就是小端字節(jié)序LE，低位在前。x86計算機中，數(shù)據(jù)存儲和傳輸采用“小端字節(jié)序；在蘋果計算機中，采用“大端字節(jié)序。第72頁 共108頁5.2.3 一致字符編

40、碼【例5-47】字符串“Hello在Unicode編碼中；大端字節(jié)序是：U+0048 U+0065 U+006C U+ 006C U+006F小端字節(jié)序為：U+4800 U+6500 U+6C00 U+6C00 U+6F00第73頁 共108頁5.2.3 一致字符編碼2UBOM存儲方式計算機在不清楚“大端或“小端的情況下，如何進展數(shù)據(jù)解析呢？處理方法：在每個Unicode字符串的最前面；用“FE FF表示大端字節(jié)序BE；用“FF FE表示小端字節(jié)序LE；“FE FF是不存在的字符編碼，不會出現(xiàn)編碼沖突問題。第74頁 共108頁5.2.3 一致字符編碼3、UTF-16編碼1UTF-16編碼方法U

41、TF-16是采用Unicode字符集的編碼方法。UCS-2編碼固定2個字節(jié)表示一個字符，一共可表示216=65 535個字符。Unicode 4.0規(guī)范定義了一組附加字符編碼，附加字符用4個字節(jié)表示，Unicode 4.0定義了45 960個附加字符。UTF-16編碼=UCS-2字符集+附加字符UTF-16編碼可用2個字節(jié)表示，也可用4個字節(jié)表示。UTF-16編碼主要用于Windows 2000/XP/7/8操作系統(tǒng)。第75頁 共108頁5.2.3 一致字符編碼2UTF-16編碼案例例如，“中國字符的各個版本UTF-16編碼如表5-8所示。編碼標準“中國”字符的編碼序列說明UTF-16BE4E

42、 2D 56 FD大端字節(jié)序編碼UTF-16LE2D 4E FD 56小端字節(jié)序編碼UTF-16（BOM，BE）FE FF 4E 2D 56 FD字節(jié)序標示符+大端編碼UTF-16（BOM，LE）FF FE 2D 4E FD 56字節(jié)序標示符+小端編碼第76頁 共108頁5.2.3 一致字符編碼【擴展】Unicode編碼圖第77頁 共108頁5.2.3 一致字符編碼4、UTF-8編碼1UCS-2編碼對存儲空間的浪費UCS-2編碼需求在ACSII碼前加一個0字節(jié)碼 ；這樣，英文系統(tǒng)就會出現(xiàn)大量為0的字節(jié)。美國程序員無法忍受這種存儲空間翻倍；傳輸時間翻倍的浪費；這些程序員選擇忽略Unicode字符

43、集，這讓事情變得更加糟糕。處理的方法是采用UTF-8編碼。第78頁 共108頁5.2.3 一致字符編碼2UTF-8編碼方法UTF-8設計思想： 不修正那些沒有壞或不夠好的東西，只修正出問題的部分。UTF-8編碼方法：0127之間的碼字運用1個字節(jié)存儲；超越128的碼字運用24個字節(jié)存儲。UTF-8編碼的長度是可變的。ASCII碼與UTF-8碼完全一致，處理了美國程序員的煩惱。【例5-48】字符“中的編碼。UTF-8碼占3個字節(jié)，編碼為“E4 B8 AD；UTF-16編碼為“4E 2D，2個字節(jié)；GBK編碼為“D6 D0，2個字節(jié)。第79頁 共108頁5.2.3 一致字符編碼3UTF-8編碼的優(yōu)

44、點對歐洲字符只需較少的存儲空間；兼容ASCII碼，容易從ASCII碼向UTF-8遷移；與字節(jié)順序無關，可以在不同平臺之間交流；容錯才干高，不會產(chǎn)生連鎖錯誤如亂碼。類UNIX系統(tǒng)普遍采用UTF-8字符集；如，Linux系統(tǒng)默許的字符編碼是UTF-8；如，HTML和大多數(shù)閱讀器也支持UTF-8。第80頁 共108頁5.2.3 一致字符編碼【擴展】各種不同言語文字中，字符“他好的編碼。語言文種編碼標準字符集大小文字樣例簡體中文GB2312-806763你好、中國漢語繁體中文BIG-513053你好、中國漢語藏文Unicode592 （扎西德勒）日文SJIS6524（空寧尼其哇）韓文KSC560172

45、38（啊寧哈塞優(yōu)）英文ASCII128How are you俄文Windows 1251256（的比哦捏特）阿拉伯文Unicode193?迀 ?text（埃瑟蘭姆-啊累依庫姆）第81頁 共108頁 第5章 信息編碼1.1.1 計算機的開展第82頁 共108頁5.2.4 聲音數(shù)字化處置聲音、圖形、視頻等信息，需求轉換成二進制數(shù)后計算機才干存儲和處置。將模擬信號轉換成二進制數(shù)的過程稱為數(shù)字化處置。1、聲音的數(shù)字化過程自然聲音是延續(xù)變化的模擬量。如，對著話筒講話時，話筒根據(jù)周圍空氣壓力的變化，輸出延續(xù)變化的電壓值。模擬音頻信號地數(shù)字化過程如圖5-30所示。第83頁 共108頁5.2.4 聲音數(shù)字化處

46、置【擴展】缺點聲音的頻率。超聲波超聲波女性語音女性語音語音語音調幅廣播調幅廣播(AM)調頻廣播調頻廣播(FM)高級音響高級音響男性語音男性語音第84頁 共108頁5.2.4 聲音數(shù)字化處置1采樣模擬信號轉換成數(shù)字信號必需經(jīng)過采樣過程。采樣：在固定時間間隔內，對模擬音頻信號截取振幅值。單位時間內采樣次數(shù)采樣頻率越多，數(shù)字信號就越接近原聲。奈奎斯特采樣定理： 采樣頻率到達信號最高頻率的2倍時，可以無失真地恢復原信號。人耳聽力范圍在20Hz20kHz之間。采樣頻率到達： 20kHz2=40kHz，就可以滿足采樣要求。目前聲卡采樣頻率到達了44.1kHz或更高。第85頁 共108頁5.2.4 聲音數(shù)字

47、化處置【案例】音頻信號的采樣與量化處置。第86頁 共108頁5.2.4 聲音數(shù)字化處置2量化量化：將信號延續(xù)取值為有限多個離散值。量化精度普通用二進制數(shù)衡量。如聲卡量化位數(shù)為16位，有216=65 535種量化等級。聲卡大多為24位或32位量化精度。3編碼將采集的原始數(shù)據(jù)，按文件類型如WAV、MP3等編碼；再加上音頻文件的頭部，就得到了一個數(shù)字音頻文件。編碼任務由聲卡和音頻處置軟件如Adobe Audition共同完成。第87頁 共108頁5.2.4 聲音數(shù)字化處置【擴展】模擬電視信號的數(shù)字化。第88頁 共108頁5.2.4 聲音數(shù)字化處置2、聲音信號的輸入與輸出數(shù)字音頻信號可經(jīng)過網(wǎng)絡、光盤、數(shù)字話筒、MIDI接口等輸入計算機。模擬音頻信號輸入計算機后，由聲卡轉換為數(shù)字信號；這一過程稱為“模/數(shù)轉換A/D。播放音頻 播放軟件 音頻解緊縮 音頻芯片 ， 模擬音頻信號這一過程稱為“數(shù)/模轉換D/A。第89頁 共108頁5.2.4 聲音數(shù)字化處置【擴展】個人音樂任務