电子教案2-2数据的存储与表示

大学计算机,第2章0和1,内容,2.1数制与运算,1,2,3,4,5,2.2数据的存储与表示,2.3计算与逻辑运算,2.4逻辑运算的自动执行数字电路,2.50和1的物理实现,2.6本章小结,数据的存储与表示,02,2.2.1存储容量单位及地址,1.位位(bit)也称比特,记为b。它是计算机中存储的最小单位,可用“0”和“1”来表示一个二进制数位。,5,2.字节字节(Byte)记为B。在计算机中,固定由8个二进制位构成一个字节。字节是计算机存储的基本单元,除字节外,还规定了更大的存储单位,就是千字节KB、兆字节MB、吉字节GB、太字节TB和拍字节PB。其大小关系为:1KB=210B=1024B1MB=220B=10241024B=1024KB1GB=230B=102410241024B=1024MB,6,1TB=240B=1024102410241024B=1024GB1PB=250B=10241024102410241024B=1024TB注意位和字节的区别。位是计算机中最小的数据单位,字节是计算机中最基本的信息单位。,3.字字(word)记为w,字和计算机中字长的概念有关。字长是指计算机在进行处理时一次作为一个整体进行处理的二进制数的位数,具有这一长度的二进制数则被称为该计算机中的一个字。字通常取字节的整数倍,是计算机进行数据存储和处理的运算单位。,7,计算机按照字长进行分类,可以分为8位机、16位机、32位机和64位机等。字长越长,计算机所表示数的范围就越大,处理能力也越强,运算精度也就越高。在不同字长的计算机中,字的长度也不相同。例如,在8位机中,一个字含有8个二进制位;而在64位机中,一个字则含有64个二进制位,8,2.2.2数值的表示,由数字0、1组成，主要进行算术运算。,通常将最高位定义为符号位，0表示正，1表示负,机器数：计算机内数的表示形式真值：实际表示的数值,机器数真值01000011100001111000011-1000011,计算机所能处理的数据可分为数值型和非数值型两种。本节仅介绍带符号的数值型数据,9,原码、反码和补码,原码：N原=(00000011)2M原=(10000011)2,N=3=(00000011)2M=3,反码：N反=(00000011)2M反=(11111100)2,补码：N补=(00000011)2M补=(11111101)2,10,例：（5）4？（5）原10000101（5）反11111010（5）补11111011,（4）原（4）反（4）补00000100,111110110000010011111111补码，再求一次补，可得原码10000001原码，1,11,例：（9）（5）？（9）原10001001（9）反11110110（9）补11110111,（5）补11111011,1111011111111011111110010补码，再求一次补，得原码10001110原码，14,12,定点纯整数,定点数和浮点数的表示,定点纯小数,定点数,13,浮点数,+345.6=+34.5610+1=3.45610+2=+0.345610+3,N=数符尾数10阶符阶码尾数的位数决定数的精度阶码的位数决定数的范围,定点整数,定点小数,规格化浮点数,数符,尾数,阶码,阶符,14,(110.011)B=11.00112+1=1.100112+10=0.1100112+11,N=数符尾数2阶符阶码,定点整数,定点小数,15,数值数据的编码,在计算机中，数值型数据的表示主要有两种形式，一种是纯二进制数，另一种是压缩十进制数形式，即BCD码。,16,（1）ASCII码西文字符使用最多、最普遍的是ASCII(AmericanStandardCodeforInformationInterchange)字符编码，即美国信息交换标准代码。,2.2.3字符的表示,17,表2-5七位ASCII代码表共16行8列，168128个字符,18,ASCII码每个字符用7位二进制表示，其排列为b6b5b4b3b2b1b0，而一个字符在计算机内实际是用8位表示。正常情况下，最高一位b7为“0”。在需要奇偶校验时，这一位可用于存放奇偶校验的值，此时称这一位为校验位。ASCII码是128个字符组成的字符集。其中编码031(00000000011111)称为控制符，不对应任何可印刷字符，用于计算机的通信控制或功能控制。编码32(0100000)是空格字符SP。编码127(1111111)是删除控制DEL码其余94个字符为可印刷字符。字符09的高3位(b6b5b4)为011，低4位为00001001。低4位正好是二进制的09。既满足正常排序关系，又有利于ASCII码与十进制码之间的转换。英文字母的编码按正常排序关系，且大、小写字母编码的对应关系相当简便，差别仅在b5位的值为0或1，有利于大、小写字母间的编码转换。,19,（2）Unicode编码,ASCII码只适合表示英文字符，世界上其他语言符号没有办法表示。Unicode采用16位编码，每一个字符需要2个字节。从原理上来说，Unicode可以表示现在正在使用的或者已经没有使用的任何语言中的字符。,20,2.2.4汉字的表示,国家标准局公布的常用汉字有6763个（一级汉字3755个，二级汉字3008个）。一级常用汉字3755个，按汉语拼音排列二级常用汉字3008个，按偏旁部首排列非汉字字符682个,汉字的编码用两个字节来表示一个汉字。,国家专门制定了汉字交换码，称为国标码。如：汉字“啊”，其国标码为3021H，即：0011000000100001,21,汉字信息处理系统的模型：,在计算机中，为了与ASCII码区分，将国标码中两个字节的最高位定为1作为汉字机内码。如：汉字“啊”，其国标码为3021H，机内码为B0A1（H），即1011000010100001,22,(1)输入码中文的字数繁多。在计算机系统中使用汉字，必须为汉字设计相应的编码方法。主要分为：数字编码、拼音编码和字形编码。,智能化输入：语音识别输入联机手写输入扫描输入,(2)国标码,(3)机内码,23,(4)字形码（汉字字模）用于在显示器或打印机输出汉字。,1616点阵字模,1616256bit32B,24,以1616点阵为例，每个汉字占(1616)832个字节，两级汉字约占256KB。(327700)1024字库中存储了每个汉字的点阵代码，当显示输出时才检索字库，输出字模点阵得到字形。,若为2424点阵，则每个汉字占(2424)872个字节，存储10个汉字约需要720B。,25,1.图像的表示,图像是由像素点阵构成的位图,这里指静止图像。静止的图像是一个矩阵,由一些排成行列的点组成,这些点称之为像素点(Pixel),这种图像称为位图(Bitmap)。,26,2.2.50和1来表示多媒体信息,1-27,图形也以图的形式展示，但它并不依赖于外部实体，它可以根据需要，用一种描述的方式给出景物的需求，称为模型(model)。人们进行景物描述的过程称为“建模”(modeling)，计算机则根据模型可以生成相应的图像的过程称为“绘制”(rendering)，最终所产生的图像称为“合成图像”(syntheticimage)。下面的图2-7给出了图形生成的全过程。,2.图形的表示,（1）元素元素是组成图形的基本单位之一。所谓元素即是一些基本几何元素，如点、直线以及圆、椭圆、双曲线及抛物线等二次曲线等，任何一个图形均可由一些元素按一定规则组成。元素一般可由一组数值表示，如点可以用笛卡尔坐标中的一个数字偶对:(x,y)表示，它可见图2-19(a)，如直线段可用两个点:(x,y)及(x,y)表示，它可见图2-19(b)，而圆则可用圆心:(x,y)及半径r表示，它可见图2-19(c)，而圆弧则可用圆心:(x,y)，半径r以及圆上两个点:(x,y)及(x,y)表示，它可见图2-19(d)。,1-28,1-29,图2-9图元素的表示,由于元素都可以用数字表示，而数字则可用二进制数字表示，因此图形中的元素可以用二进制数字表示。（2）属性属性是元素的说明，如对一个几何线段除用元素表示它的几何形体外，还需要作一些外形性质上的说明，如曲线的宽度、色彩、方向以及曲线标识等等。下面的表2-8给出了图2-19(d)中圆弧的一个性质说明。它表示这个弧段标识号为AB，宽度为0.3cm，颜色为红色，方向为顺时针（它表示该弧段为自(x,y)开始顺时针至(x,y)的那一段）。,1-30,属性一般可用文字或符号表示，它属文本类型，因此它也可以用二进位数表示。由上面两部分介绍可以看出，图形也可以用二进位数表示。,1-31,3.声音的表示,声音是通过一定介质（如空气，水等）传播的连续的波，在物理学中称声波。声音的强弱体现在声波的振幅上，音调的高低体现在声音的周期或频率上。把模拟声音信号转变为数字声音信号的过程称为声音的数字化，通过对声音信号进行采样、量化和编码来实现。,32,33,4.颜色的数字化表示,RGB颜色模式是一种加色模式，图像使用红Red、绿Green、蓝Blue3种颜色分量，图像中每个像素的每种颜色分量可取从0黑色255白色范围的强度值，其混合颜色即为该像素的颜色，多达1670万种。绝大部分的可见光谱可以用红、绿、蓝RGB三色光按不同比例和强度的混合来表示，这种颜色模式主要用于计算机屏幕显示。,34,计算机中的颜色表示法,直接用分量表示例如：（255，0，0）就表示红色，三个数字分别表示红、绿、蓝的三个颜色分量用颜色的对应英文表示例如：Red表示红色。这些英文必须是系统中承认的颜色，自己定义的不予认可。三个分量用16进制表示，用六位16进制的数表示一种颜色例如：#FF0000表示红色,5.视频的数字化表示,36,1.视频数字化过程,视频是连续的图像图像是离散的视频,视频是图像的动态形式动态的图像是由一系列的静态画面按一定的顺序排列组成。每一幅称为“帧（Frame）”。这些帧以一定的速度连续地投射到屏幕上，由于视觉的暂留现象产生动态效果视频分为模拟视频和数字视频。视频信号在生成、传递及显示过程中所遵循的标准即制式，常用的电视制式有NTSC制、PAL制、SECAM制。美国、日本等国家采用NTSC制式，中国、德国等国家采用PAL制式，法国、俄罗斯等国家采用SECAM制式。,视频信息的采集,视频信息的采样,在PAL彩色电视制式中采用YUV彩色空间，Y表示亮度信号，U、V表示压缩幅度的色差信号。计算机的显示器显示时采用RGB彩色空间，这就要求在显示每个像素前要把YUV彩色分量转换成RGB值。具体的转换公式如下：Y=0.299R0.587G0.114BU=0.169R0.331G0.5BV=0.5R0.419G0.081B,视频信息的数字化采样由于人眼对颜色远没有对亮度敏感，所以为了减少数字视频的数据量，色差信号的采样频率可以比亮度信号的采样频率低一些。如果用Y:U:V来表示YUV三分量的采样比例，数字视频的采样格式有：4:1:1格式、4:2:2格式、4:4:4格式。ITU-R建议使用4:2:2格式，即色