计算机中的信息存储.ppt

计算机基础,联系方式 邮 箱：,天津财经大学信息科学与技术系董静,成绩评定方式,成绩评定方式,期末成绩70%,平时成绩30%,内容简介,本书分为基础知识、现代办公技术和应用技术3篇8章。,第一篇（第13章）为基础知识篇 第二篇（第46章）现代办公技术篇 第三篇（第78章）为应用技术篇,第一篇 计算机基本知识篇,计算机基本概念 计算机中信息表示 数据压缩,第一章 计算机基本概念,什么是计算机 计算机的发展,1.1 什么是计算机,？,对计算机(Computer)人们往往从不同角度提出不同的见解,有多种描述:,3、计算机是一种能够高速运算、具有内部存储能力、由程序控制其操作过程的电子装置。,2、计算机是一种能快速而高效地自动完成信息处理的电子设备,1、计算机是一种可以自动进行信息处理的工具,1.1.1、第一台电子计算机的诞生,古代算盘,1.1.1、第一台电子计算机的诞生,ENIAC,1.1.1、第一台电子计算机的诞生,微型计算机,二、计算机的特点,主要特点,计算精度高,存储能力强,逻辑判断功能,运算速度快,通用性强,三、计算机的分类,(1) 按工作原理分类 计算机内信息表示形式和处理方式的不同，可将计算机分为以下两大类：电子数字计算机和电子模拟计算机。 电子数字计算机采用的是数字技术，特点是：参与运算的数值信息是断续的离散量； 电子模拟计算机：采用的是模拟技术，其特点是：参与运算的数值信息是连续量。,三、计算机的分类,(2) 按应用分类 通用计算机和专用计算机。 专用计算机：是为某一特定领域而设计的计算机，它的应用面很窄； 通用计算机：应用范围广，适用于各个领域。,三、计算机的分类,（3）按规模分类 巨型机(Super Computer),小巨型机(Minis Supercomputer),大型主机(Main Frame),工作站(Workstation),个人 计算机(微型机)(PC),它们的基本区别在于其体积大小、功率消耗、硬件性能指标及软件配置等的不同。,1.2 计算机的发展,阴极射线管或汞延迟,纸带、卡片,未来计算机的发展表现为四种趋势,多极化,多媒体化,智能化,网络化,第三章 计算机中的信息表示,进位计数制 二进制代码和二进制数码 不同数制间的转换 数值信息在计算机中的运算 文字信息在计算机中的表示 多媒体信息在计算机中的表示 数据压缩,1、信息：,信息的概念 信息是对人有用的数据 数据与信息的区别 数据包含信息 数据处理之后产生结果为信息 信息具有相对性，时效性 许多场合信息和数据不加区分,2、信息处理,信息处理（ 数据处理） 计算机对数据的采集和输入、存储、建库、处理、加工、转换、合并、分类、计算、统计、汇总、传送等操作的过程。 信息处理目的是什么？ 向人们提供有用的信息。 信息处理的本质即是数据处理，因此数据处理的主要目标是获取有用的信息。,3.1 计算机的数制,进位计数包括三方面的要素：基数、位权和进位规则。 （1）基数（ Radix，简写为R ） 基数就是在进位计数制中可使用的数字符号的个数，也就是符号集中数字的个数。通常用R表示基数。 例如：十进制中可用0，1，2，3，4，5，6，7，8，9十个数；二进制中可用0，1两个数。,3.1 计算机的数制（续）,（2）位权 基数为R的进数制，其位权就是R的i次幂，表示为Ri 。 例如：二进制的位权就是2i；八进制的位权就是8i。,（3）进位规则 进位计数制的规则就是逢“基”进一，这里的“基”也就是基数R，即逢R进一。 例如：十进制数，基数为10，则其进位规则是逢十进一；二进制数，基数为2，进位规则是逢二进一。,3.1 计算机的数制（续）,3.1 计算机的数制,09共十个数字来表示（基数为10） 每个数字所处的位置不同，所代表的意义也不同（位权是10的整次幂） 逢十进一,1. 十进制,（1995.121）10 =1995.121D=1103+9102+9101+5100+ 1101+210-2+110-3,2. 二进制,使用两个数字符号，即0或1 （基数为2） 每个数字所处的位置不同，所代表的意义也不同（位权是2的整次幂） 逢二进一,(11010.101)2=11010.101B= 124123+022+121+020+ 12-10 2-2+12-3,二进制的两种运算,算术运算(进位和借位),加法: 0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=10 减法: 0-0=0 10-1=1 1-0=1 1-1=0,逻辑或: 0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=1 逻辑与: 00=0 01=0 10=0 11=1,逻辑运算(按位进行),3. 八进制,基数为8、每位可取07中的任意一个数字 每个数字所处的位置不同，所代表的意义也不同（位权是8的整次幂） 逢八进一,例如，八进制数加法,7+1=,10,而不等于8,基数为十六 组成十六进制数的符号共有16 个 其中： 09这十个数由数字09来表示 1015这六个数由英文字母AF表示 逢十六进一,例如，十六进制数,4. 十六进制,91,A,F1,10,5. 总结,R进制数的三要素如下所示。 基数为R，即共有R个数，分别是： 0 R-1。 位权以R为底，指数是小数点左侧为0，1，小数点右侧为-1，-2，。 进位规则：逢R进一。,位权展开： （N）R = an-1Rn-1+an-2Rn-2+ +a1R1 + a0R0+a-1R-1 + + a-mR-m =,6.几种进位计数制数值的比较,3.2 数制间的转换,1. 二、八、十六进制转换成十进制 转换规则：按位权展开，公式为： （1010101)2=126025124023 122 0 21120 =641641(85)10 （简单记忆8421码）,3.2 数制间的转换,1. 二、八、十六进制转换成十进制 转换规则：按位权展开，公式为： (16A.B)16(1162616110160 1116-1)10 (25696100.69)10 (362.69)10 (34.6)8= ? (34.6)8=(28.75)10,2、十进制数转换成非十进制数,转换原理为： 整数部分十进制转换成R 进制（非十进制）的规则是”除R逆取余法”； 小数部分十进制转换成R进制（非十进制）的规则是“乘R顺取整法”。,2、十进制数转换成非十进制数（续1）,(a) 纯整数部分的转换 “除R逆取余至商为零为止”,19,2,9,2,4,2,2,2,1,2,0,余1,余1,余0,余0,余1,（高位）,（低位）,故：(19)10(10011)2,例1. 将(19)10转换为二进制数。,2、十进制数转换成非十进制数（续2）,(b) 纯小数部分的转换 “乘2顺取整至小数部分为零为止” 例2. 将(0.125)10转换为二进制数。,0. 500,2,1 . 000,（低位）,故：(0.125)10(0.001)2,0 .250, 2,0.125 （高位） 2,2、十进制数转换为非十进制数（续3）,例3. 将（19.125)10转换成二进制数。 （19)10（10011）2 （0. 125)10（0.001）2 故： （19.125）10=（10011.001）2,注意1：,并非所有的十进制小数都能用有限位的二进制小数来表示。例4. 将(0.63)10转换为二进制。,0.63,2,1. 26,2,0. 52,2,1 . 04,2,0 . 08,（高位）,（低位）,因为，小数部分乘以2会无限循环下去，故：,（0.63)10(0.1010)2,（近似值）,2、十进制数转换为非十进制数（续4）,（2）十进制数转换成八进制数 原理：整数部分 “除8逆取余法”；小数部分“乘8顺取整法”。,（3）十进制数转换成十六进制数 原理：整数部分 “除16逆取余法”；小数部分“乘16顺取整法”。,2、十进制数转换为非十进制数（续5）,2、十进制数转换为非十进制数（续6）,3.二进制与八进制或十六进制之间的转换,(1) 二进制与八进制之间的转换,转换方法： 以小数点为界，整数部分从右向左，每三位二进制代表一位八进制，不足三位的左侧补零；小数部分从左向右，每三位二进制代表一位八进制，不足三位的右侧补零。,3.二进制与八进制或十六进制之间的转换,二进制到八进制 (011 110 111 . 100 010 101)2(367.425)8 3 6 7 . 4 2 5 八进制到二进制 (16.327)8(001 110 . 011 010 111)2 (1110.01101111)2,3.二进制与八进制或十六进制之间的转换,练习：1、将二进制（11101110.00101011）2 转换成八进制数： 2、将八进制（714.431）8转换成二进制数：,3.二进制与八进制或十六进制之间的转换,练习：1、将二进制（11101110.00101011）2 转换成八进制数： 补零011 101 110 . 001 010 110 补零 3 5 6 . 1 2 6 即（11101110.00101011）2 =（356.126）8 2、将八进制（714.431）8转换成二进制数： 7 1 4 . 4 3 1 111 001 100 . 100 011 001 即（714.431）8 =（111001100.100011001）2,(2) 二进制与十六进制间的转换,转换方法： 以小数点为界，整数部分从右向左，每四位二进制代表一位十六进制，不足四位的左侧补零；小数部分从左向右，每四位二进制代表一位十六进制，不足四位的右侧补零。,3.二进制与八进制或十六进制之间的转换,二进制 十六进制,(1110 0101 1010 . 1011 1001)2 E 5 A . B 9 （E5A.B9）16,(4C.2E)16(0100 1100 . 0010 1110)2 4 C 2 E (1001100.0010111)2,3.二进制与八进制或十六进制之间的转换,十六进制 二进制,3.二进制与八进制或十六进制之间的转换,练习：1、 （10111100101.00011001101）2转换成相应的十六进制数： 2、将十六进制数（1AC0.6D）16转换成相应的二进制数：,3.二进制与八进制或十六进制之间的转换,练习：1、 （10111100101.00011001101）2转换成相应的十六进制数： 补零0101 1110 0101.0001 1001 1010补零 5 E 5 . 1 9 A 即（10111100101.00011001101）2 =（5E5.19A）16 2、将十六进制数（1AC0.6D）16转换成相应的二进制数： 1 A C 0 . 6 D 0001 1010 1100 0000 . 0110 1101 即（1AC0.6D）16 =（1101011000000.01101101）2,4.二进制的特点,1.可行性（简单可行，易于实现）,2.简易行（运算规则简单）,3.逻辑性（适合逻辑运算）,4.可靠性（出错率低）,3.3 二进制的算术运算,1、加法运算 二进制数的加法运算法则是： (1) 0+0=0；(2) 0+1=1+0=1 (3) 1+1=10(逢二进一) 例15：(1010)2+(1011)2 1 0 1 0 1 0 1 1 进位 + 1 1 1 0 1 0 1,3.3 二进制的算术运算,2、减法运算 二进制数的减法运算法则是： （1）00=11=0；（2）10=1 （3）01=1(此时要向高位借位，借1当2) 例16：(11100101)2(10011010)2 借位 、 、 、 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1,3.3 二进制的算术运算,3、乘法运算：法则是： (1) 00=0；(2) 01=10=0；(3) 11=1 例17：(1011)2(1101)2 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1,3.3 二进制的算术运算,4、除法运算 二进制数的除法运算法则是： (1)00=0 ；(2)11=1 (3)01=0(10是无意义的) 例18：(111011)2(1011)2 1 0 1 1 0 1 1 ) 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0 结果为：商(101)2，余数(100)2,3.4 二进制的逻辑运算,逻辑是通过一定的条件从而得到一种结论的因 果关系。 逻辑运算是指对这样的条件与结论的因果关系 进行分析，而得到的一种运算，其运算结果并 不表示数值大小，而是表示条件与结论的逻辑 状态，即成立或不成立。 两个逻辑数据进行运算时，每位之间相互独， 分别按位进行运算，不存在算数运算中的进 位和借位，运算结果仍为逻辑数据。,3.4 二进制的逻辑运算,1、逻辑加法(又称逻辑“或”运算) (1)运算符号： +或 (2)运算法则： 0+0=0或00=0 0+1=1或01=1 1+0=1或10=1 1+1=1或11=1,3.4 二进制的逻辑运算,例：(10011010)2(00101011)2 = (10111011)2 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1,3.4 二进制的逻辑运算,2、逻辑乘法(又称逻辑“与”运算) (1)运算符号： 或或 (2)运算法则： 00=0或00=0或00=0 01=0或01=0或01=0 10=0或10=0或10=0 11=1或11=1或11=1,3.4 二进制的逻辑运算,例：(10101101)2(00101011)2= (00101001)2 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1,3.4 二进制的逻辑运算,3、逻辑否定(非) (1)运算符号： (2)运算法则： 0 = 1 1 = 0 例20：11011001= (00100110)2,3.5 真值与机器数,计算机中数据的表示 1、什么是数据 在日常生活中，数据信息包括数字、符号、声音、 图形、图像等。 2、数据的单位 (1)位(bit)：最小的数据单位，二进制数中的一位（0或1） (2)字节(Byte，简写为“B”)：计算机中用来表示存储容量的最小单位。 1B=8bits；1KB=210B=1024B 1MB=220B=1024KB 1GB=230B=1024MB（十亿） 1TB=240B=1024GB（万亿）,3.5 真值与机器数,(3)字长是计算机性能的重要标志。CPU在单位时间内（同一时间）能一次处理的二进制数的位数叫字长。 字长越长，在相同时间里能够传送的信息越多运 算速度越快，寻址空间越大，内存容量越大；支 持的指令数越多，功能越强。 按照字长将计算机分为8位，16位，32位，64 位。,3.5 真值与机器数,真值与机器数 例如： +90表示成：01011010 又如：-89表示成：11011001 1、机器数:一个数在机器中的表示形式即编码。 2、真值：机器数真正表示的数值即数本身。,符号位，表示正,符号位，表示负,3.5 真值与机器数,3、机器数所表示的数的范围受设备限制 表示数据的字为数据字，表示指令的字为指令字； 计算机是以字为单位对数据进行处理的，字长一定， 则计算机的数据字所能表示的数的范围也就确定了。 4、溢出 指运算结果超出了某种数据类型所表示的数的范围。,3.6定点和浮点数,能否直接用“0”和“1”来表示小数点？ 对于小数点来说，重要的不是小数点本身，而是它的位 置。 定点和浮点数 1、介码的引入,3.6 定点和浮点数,2、定点数 (1)定点整数 (2)定点小数,3.6 定点和浮点数,3、浮点数 一个任意的数N表示为：N（2）=2jS(其中2为基数) 浮点数在机器中的表示方法如下：,3.6 定点和浮点数,尾数S：表示N的有效数字。 介码：表示小数点浮动的位数。 数符：表示浮点数的正负。 阶符：表示小数点的浮动方向，阶符为正数向右 移，阶符为负数向左移。,3.6 定点和浮点数,4、实例 +110101.011011表示为: +0.110101011011*26,3.7 原码、补码和反码,带符号数的表示 常用的机器数有三种：原码、反码、补码 1、原码 1、原码的定义 将数的符号数码化，即用一个二进制位表示符 号：对正数，该位取0，对负数，该位取1。而 数值部分保持数的原有形式。这样所得的结果为 该数的原码表示。,3.7 原码、补码和反码,2、原码表示法 例如： X1= 1010110 X1原=+1010110原=01010110 X2= 1001010 X2原=1001010原=11001010,3.7 原码、补码和反码,3、原码表示的特点 （1）直观，与真值转换方便； （2）进行乘除运算方便； （3）加减运算麻烦；,3.7 原码、补码和反码,2、补码 1、补码表示法 正数：补码同原码。 负数：负数的补码等于其原码符号位外各 位“求反”（1变0，0变1），末位再加 1。,3.7 原码、补码和反码,补码表示的例子 X1= 1010110， X1原=01010110 X1补=01010110 X2= 1001010 X2原=11001010 X2补=10110101+1=10110110,3.7 原码、补码和反码,2、补码的性质 3、利用补码进行加减运算 例： 4、对补码例子的小节,3.7 原码、补码和反码,3.7 原码、补码和反码,3、反码 1、反码表示法 正数：其反码与原码相同，也与补码相同。 负数：其反码等于原码除符号位外，各位“求反” （末位不加1） 利用反码也可以使带符号的加减法转化为单纯的 加法，但麻烦一些。一般把求反码作为求补的中 间过程。即：X补=X反+1。,3.7 原码、补码和反码,1、例子 例如： X1= 1010110 X1原=01010110 X1反=01010110 X2= 1001010 X2原=11001010 X2反=10110101,3.7 原码、补码和反码,（1）机器数为正数： X原=X补； 机器数为负数： X补=X反+1 例：X原=10011010 求X补： X原=10011010 X反=11100101 1 X补=11100110,（2）机器数为正数： X原=X补； 机器数为负数： X原=X补补。 例：X补=11100110 求X原。 X补=11100110 X补反=10011001 1 X补补=10011010 =X原,3.8 文字信息在计算机内的表示,BCD码 1、BCD码的引入 2、8421码 BCD编码的方法很多，通常采用8421BCD编码,3.8 文字信息在计算机内的表示,3.8 文字信息在计算机内的表示,3、BCD码,3.8 文字信息在计算机内的表示,ASCII码 1、ASCII码表 ASCII码中表示字符的编码范围用十六进制表示为21H7EH。 09、AZ、az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）。 2、ASCII码的存储,3.8 文字信息在计算机内的表示,汉字编码 1、汉字的输入码(外码) 将汉字输入到计算机中所用的编码。 (1)音码 (2)形码 (3)音形码,输入码,国标码,机内码,地址码,字形码,汉字输入,汉字输出,3.8 文字信息在计算机内的表示,2、信息交换用汉字编码字符集基本集(国标码) (1)常用汉字及其分级。 一级常用汉字3755个，二级常用汉字3008个。 一级汉字按拼音字母顺序排列；二级汉字按部首顺序排列。 (2)国标码的保存 (3)区位码 (4)区位码和国标码之间的关系 将其区号和位号分别转换为十六进制，再分别加上20H，就得到了其国标码。,3.8 文字信息在计算机内的表示,3、汉字的机内码 是计算机系统内部存储、处理汉字时统一使用的 代码。 内码由国标码变换而来，即将国标码的每个字节 的最高位置1，其他位均不变，就得到内码。 这样，在计算机内部就能够区分是汉字编码还是 ASCII码了，某个字节最高位为0代表ASCII码， 为1代表汉字编码。 汉字的机内码为汉字的国标码+8080H,3.8 文字信息在计算机内的表示,4、汉字的字形码 显示或打印汉字时所用的 编码。 (1)点阵法 例：“中”字的1616点阵字形示意图 (2)矢量法 5、汉字地址码 指每个汉字字形码在 汉字字库中的存储位 置。,3.8 文字信息在计算机内的表示,其他汉字编码 1、UCS编码与Unicode编码 (1)UCS的编码格式： UCS有两种格式：UCS2和UCS4。 BMP： （Basic Multilingual Plane） (2)Unicode编码 (3)Unicode与UCS的关系:,3.8 文字信息在计算机内的表示,2、GBK编码 (1)GBK字符集 (2)GBK编码的码位分配及顺序 汉字区。 图形符号区。 用户自定义区：分为三个小区。 AAA1HAFFEH，码位 564 个。 F8A1HFEFEH，码位 658 个。 A140HA7A0H，码位 672 个。,3.8 文字信息在计算机内的表示,3、GB180302000（GBK2K） (1)特点 (2)编码方法 4、BIG5编码 (1)名称的由来 (2)Big5字符集 (3)Big5的字符编码方法 (