第1章-计算机与信息技术

2020/6/7,1,高等教育出版社高等教育电子音像出版社,2020/6/7,2,内容简介本章主要介绍计算机的发展、计算机系统的组成、计算机中数据的表示、信息安全等内容。学习重点理解计算机的体系结构，基本硬件组成；从逻辑结构上理解计算机的工作原理；了解数值、字符（文本）、图形、图像、声音、动画等数据类型在计算机中的表示方法。计划用学时建议课堂讲授46学时，上机24学时。,2020/6/7,3,1.1计算机系统,1.1.1计算机的发展与应用,1.计算机的发展历史,算盘最早的手动式计算工具。计算尺机械式计算工具。,计算机科学的奠基人,图灵机,图灵测试,第一台计算机：ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorandComputer，电子数字积分计算机）。冯诺依曼（JohnVonNeumann，1903-1957年），ENIAC的研制成功标志着电子计算机时代的到来。冯诺依曼也因此被誉为“电子计算机之父”。冯诺依曼后来提出的“存储程序和程序控制”概念，对计算机体系结构和工作原理产生了重大影响，以此概念为基础的计算机称为冯诺依曼型计算机。,阿兰图灵（AlanTuring，1912-1954年）,2020/6/7,4,1.计算机的发展历史,电子管,晶体管,计算机技术飞速发展，其体积不断变小，功能、速度迅速提高。根据所采用的主要物理器件来划分，计算机大致经历了电子管、晶体管、集成电路、大规模和超大规模集成电路四代的变化。,集成电路,大规模和超大规模集成电路,ENIAC,1946-1957年,1958-1963年,19641970年,1971年至今,巨型化,微型化,1.1计算机系统,1.1.1计算机的发展与应用,2020/6/7,5,2.计算机的特点及应用,特点：高速度；高精度；有逻辑判别能力；容量大；通用性强。,（1）数值计算；（2）自动控制；（3）数据处理；（4）计算机辅助设计（CAD）以及CAM、CAT、CAI等；（5）电子商务：B2B、B2C、B2G等；（6）人工智能；（7）虚拟现实。,应用领域：,1.1计算机系统,1.1.1计算机的发展与应用,2020/6/7,6,3.计算机的发展趋势,（1）网络化（2）多媒体技术（3）智能化（4）智慧地球,1964年，Intel公司创始人之一摩尔博士（G.Moore）曾预言：集成电路上能被集成的晶体管数目，将会以每18个月翻一番的速度稳定增长，并在今后数十年内保持这种势头，称为“摩尔定理”。,IBM前首席执行官郭士纳曾提出：计算模式每隔15年发生一次变革，称为“十五年周期定律”。1965年前后发生的变革以大型机为标志；1980年前后以个人计算机的普及为标志；1995年前后则发生了互联网革命；2010年左右将发生新一轮革新浪潮，即“智慧地球”发展策略。,1.1计算机系统,1.1.1计算机的发展与应用,2020/6/7,7,4.未来的计算机,（1）光子计算机利用光子取代电子进行数据运算、传输和存储。优点：超高的运算速度、强大的并行处理能力、大存储量、非常强的抗干扰能力、与人脑相似的容错性等。据推测，运算速度可能比今天的超级计算机快100010000倍。（2）分子计算机逻辑元件采用生物芯片，由蛋白质分子构成。具有生物体的一些特点，能发挥生物体本身的调节机能来自动修复芯片故障，并能模仿人脑的思考机制。（3）量子计算机所谓量子计算机，是指利用处于多态的原子进行运算的计算机，取得特殊状态的原子来方便运算是现代量子力学的新突破。与传统计算机相比，未来量子计算机具有解题速度快、存储量大、搜索功能强大和安全性高等优势。,1.1计算机系统,1.1.1计算机的发展与应用,2020/6/7,8,计算机系统由计算机硬件系统和计算机软件系统两大部分组成。硬件系统机器系统，又称为裸机，只能识别由0和1组成的机器代码。软件系统指程序、程序所使用的数据以及相应的文档的集合。软件和硬件的功能没有一个明确的分界线。软件实现的功能用硬件实现，称为固化。例如，微机的ROM芯片中就是固化了系统的引导程序。硬件实现的功能用软件实现，称为硬件软化。例如，在多媒体计算机中，视频卡是用于对视频信息的处理，没有视频卡，通过播放软件也能实现。一般来说，同一功能用硬件实现，速度快，可减少所需存储容量，但灵活性和适应性差，且成本较高；用软件实现，可提高灵活性和适应性，但通常是以降低速度为代价的。,1.1计算机系统,1.1.2计算机的基本工作原理,1.计算机系统的组成,2020/6/7,9,将程序与数据装入计算机的“大脑”（存储设备），计算机按照程序规定的流程依次执行一条条的指令，最终完成程序所要实现的目标。,存储程序（内存）,自动地执行程序,此原理由冯诺依曼于1946年提出，主要思想包括：将程序和数据存放到计算机内部的存储器中；计算机在程序的控制下一步一步地进行处理，直到得出结果；程序和数据采用二进制形式存储；计算机硬件由五大部件组成。,1.1计算机系统,1.1.2计算机的基本工作原理,2.存储程序和程序控制原理,2020/6/7,10,存储程序计算机由算术逻辑单元（ALU，简称运算器）、控制器（CU）、存储器（Memory）、输入/输出设备（I/O设备）等五个部分组成。,1.1计算机系统,1.1.3计算机的硬件系统,2020/6/7,11,1.运算器和控制器,1.1计算机系统,1.1.3计算机硬件系统,运算器的主要功能是进行算术运算和逻辑运算。在控制器控制下，运算器接收待运算的数据，完成程序指令指定的算术或逻辑运算。运算器中的数据取自内存，运算的结果又送回内存。运算器又称算术逻辑单元（ArithmeticandLogicUnit，ALU）。控制器（ControlUnit，CU）是指挥和协调整个计算机系统的部件，是计算机的“指挥中心”。它从存储器中逐条取出指令、分析指令，然后根据指令要求完成相应操作，产生一系列的控制命令，使计算机的各个部件协调工作。,2020/6/7,12,2.中央处理器（CPU）,又称微处理器。CPU是计算机的大脑，计算机在它的指挥控制下工作。它是微机系统中最昂贵的部件。可以以CPU来命名计算机，如386计算机、486计算机和Pentium4计算机等。1971年，美国Intel公司推出4004芯片是第一枚微处理器芯片，Intel系列CPU包括Pentium（奔腾）系列、Itanium（安腾）系列。,P4CPU正面和背面,1.1计算机系统,1.1.3计算机硬件系统,2020/6/7,13,2.中央处理器（CPU）,衡量CPU性能的技术指标：CPU的主频、字长和高速缓冲存储器（Cache）。主频。主频就是CPU的时钟频率，也就是CPU内核运算时的工作频率。例如Pentium667中的667指的就是CPU的主频为667MHz。字长。是指CPU一次可处理的二进制位数，影响计算机的精度和速度。字长有8位、16位、32位、64位等。字长越长，一次读写数的范围越大，处理数据的速度越快。高速缓冲存储器（Cache）。高速缓存出现在CPU上，解决CPU与内存速度不匹配问题。,L1Cache（一级缓存）,L2Cache（二级缓存）,内存,外存储器,1.1计算机系统,1.1.3计算机硬件系统,2020/6/7,14,3.存储器,计算机中存储器也分为内存和外存。,（1）内存用来存放当前程序和数据。中央处理器直接从内存中读取程序和数据来进行处理。计算机中主要有三种类型的物理内存：只读存储器（ROM）、动态随机存取存储器（DRAM）、静态随机存取存储器（SRAM），后两种统称为RAM。ROM（只读存储器，ReadOnlyMemory）RAM（随机存取存储器，RandomAccessMemory）：分为DRAM和SRAM,一种新型DRAM,1.1计算机系统,1.1.3计算机硬件系统,2020/6/7,15,3.存储器,（2）外存（计算机常用外存有硬盘、光盘、U盘等）。硬盘由多个同心盘片组成，铝合金片为片基，涂上磁性材料，盘片每一个面上位置相同的磁道共同构成一个柱面，磁道等分成若干段，每段为一个扇区，一个扇区存放512个字节。,1.1计算机系统,1.1.3计算机硬件系统,2020/6/7,16,3.存储器,光盘光盘是通过光学原理实现。光盘具有存储密度大、制作成本低、不怕磁和热、工作稳定、寿命长、便于携带等特点。光存储器的速度较慢，更适合于作为备份或存档的存储介质，光盘可分为只读光盘和可读写光盘。大容量可移动存储器有闪盘或优盘（U盘）、移动硬盘等。它们共同的特点是小巧、轻便、速度快并具有足够的容量，适用于大量数据文件（如图形文件）的转移。目前生产的移动硬盘和U盘都支持USB接口。,1.1计算机系统,1.1.3计算机硬件系统,移动硬盘,2020/6/7,17,3.存储器,外存与内存有许多不同之处：内存掉电信息丢失，如磁盘上的信息可以长期保存，CD-ROM可以永久保存。外存容量与内存相比，可以大得多。外存速度慢，内存速度快。内存与CPU直接进行信息交换。外存要通过内存。存储器的存储单位常用的有：位、字节、千字节、兆字节等。位（Bit，比特）：位是度量数据的最小单位，只有0和1。字节（Byte，简称B）：一个字节由8位二进制位组成，是信息存储基本单位。其他常用的单位有：B（字节）1B=8bitsKB（千字节）1KB=1024BMB（兆字节）1MB=1024KBGB（千兆字节）1GB=1024MBTB（太字节）1TB=1024GBPB（批字节）1PB=1024TB,1.1计算机系统,1.1.3计算机硬件系统,2020/6/7,18,3.存储器,（3）信息的分层存储原理,1.1计算机系统,1.1.3计算机硬件系统,位于金字塔顶端的计算机中工作速度最快又最紧缺的存储资源：CPU中的“寄存器”，寄存器的高速存储单元，其工作速度与信息处理的运算部件合拍，从信息传输的通路上看，寄存器与处理部件距离最近，处理部件执行指令时，一般都直接与寄存器进行操作。寄存器一般成本较高。主存储器（内存）中存放正在运行的程序和数据，而在外部存储器（外存，包括硬磁盘、光盘、U盘等），则存放着更大量的备用信息，计算机系统所需要的系统软件和应用软件都存储在外部存储器中。,2020/6/7,19,4.常用输入设备,常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描机、光笔、磁盘驱动器、触摸屏、麦克风、数码照相机等。,1.1计算机系统,1.1.3计算机硬件系统,5.常用输出设备,常用的输出设备有显示器、打印机、绘图仪、磁盘驱动器、音响等。,2020/6/7,20,（1）主板（MainBoard）,主板又称母板（MotherBoard）或系统底板（SystemBoard），是其他硬件的载体，CPU、内存、硬盘驱动器、光盘驱动器、显示卡等都插接在主板上，微型计算机通过主板将CPU、各种器件和外部设备有机地组合起来。,6.微型计算机的硬件配置,1.1计算机系统,1.1.3计算机硬件系统,2020/6/7,21,（2）微机的总线组成计算机的各部件需要用线路连接起来，构成计算机硬件系统。输入/输出（I/O）设备必须有电缆连到总线上，连接点叫作端口或称为接口。总线（Bus）是计算机内数据传输的路径，总线就像“高速公路”，总线上的信号则被视为高速公路上的“车辆”。按照总线上传输的信息的种类分为：数据总线、地址总线和控制总线；按照数据在总线上的传送方式分为：并行总线和串行总线；按照总线的位置和连接的部件分为：内部总线、系统总线和外部总线。常见的总线标准有：ISA（IndustryStandardArchitecture）总线，少部分微机使用。PCI（PeripheralComponentInterconnect）总线，外围设备互连总线。AGP（AcceleratedGraphicsPort）总线，加速图形端口总线，专门用作高性能图形及视频支持。,6.微型计算机的硬件配置,1.1计算机系统,1.1.3计算机硬件系统,2020/6/7,22,（3）输入/输出接口IDE，连接硬盘驱动器、CD-ROM驱动器等。SCSI，连接硬盘、CD-ROM驱动器、扫描仪和打印机等。特点是高速、价格高。串行接口和并行接口。串口COM主要连接鼠标、扫描仪等。并口LPT主要连接打印机。USB（UniversalSerialBus）即通用串行总线，是一种外部设备总线标准，它的出现使PC的外部设备连接具有即插即用功能。USB是现在PC的标准功能，大多数主板带有多个USB接口。可以连接到USB上的设备有键盘、鼠标、打印机、显示器、扫描仪、数码相机、移动硬盘、U盘等。,6.微型计算机的硬件配置,1.1计算机系统,1.1.3计算机硬件系统,2020/6/7,23,6.微型计算机的硬件配置,1.1计算机系统,1.1.3计算机硬件系统,2020/6/7,24,2020/6/7,25,程序人们为使计算机完成某项特定任务而编写的、按一定次序排列和执行的命令（或指令）和数据的集合。软件各种程序、数据及其文档的总称。由两部分组成，一是计算机可执行的程序及相关数据；二是与程序开发运行、维护和使用有关的文档，包括文字资料、使用手册、程序说明书等。计算机软件分成系统软件和应用软件两大类。系统软件：为使计算机系统正常高效地运转所配备的各种管理及维护系统的软件。用于扩展计算机功能，提高计算机工作效率，方便用户使用。应用软件：为解决科学计算、信息处理以及各类实际问题而编制的程序。,1.软件的概念,1.1计算机系统,1.1.4计算机软件系统,2020/6/7,26,系统软件是为整个计算机系统配置的，用来管理计算机的硬件和软件资源。（1）操作系统操作系统（OperationSystem）是对计算机系统的全部硬件和软件资源进行统一管理、统一调度、统一分配的系统软件。操作系统：把硬件资源潜在的功能用一系列命令的形式提供给用户，成为用户与计算机硬件的接口和桥梁。操作系统主要具有以下功能：处理机管理：在多用户、多任务环境下，解决对CPU资源的分配调度。存储管理：主要管理内存资源，合理地为程序运行分配内存空间。文件管理：是指对数据信息的存取管理。设备管理：对外部设备（如输入/输出、外存储器）及其支持设备的管理。作业管理：用户提交给计算机的一个计算任务称为一个作业，使用户能有效地组织自己的作业流程。常用的操作系统有：Windows、Unix、Linux、NovellNetware等。,2.系统软件,1.1计算机系统,1.1.4计算机软件系统,2020/6/7,27,（2）语言处理程序计算机只能接收由0和1组成的代码，即机器语言程序。高级语言程序必须经过“翻译”形成机器语言程序，计算机才能执行。语言处理程序完成翻译工作。机器语言：每一条指令都是由0和1组成的二进制代码序列。程序能被计算机直接执行，速度快，效率高。缺点是二进制代码难记，编写和阅读困难。汇编语言：将二进制形式的机器指令代码用人们容易理解记忆的助记符来表示的计算机语言。用汇编语言编写的程序，称为汇编语言源程序，由汇编程序翻译成机器语言目标程序，翻译过程称为汇编。除机器语言和汇编语言外，其他程序设计语言统称为高级语言。,2.系统软件,1.1计算机系统,1.1.4计算机软件系统,2020/6/7,28,（2）语言处理程序高级语言：用人们容易理解的求解问题的描述方法来表示的计算机语言。解释方式：高级语言编写的源程序由解释程序边“解释”边执行。,编译方式：高级语言编写的源程序由编译程序经过“编译”产生目标程序，链接后生成可执行程序，然后执行。,2.系统软件,1.1计算机系统,1.1.4计算机软件系统,2020/6/7,29,（3）测试程序、诊断程序、调试程序、监控程序测试程序：是能检查出程序中错误的程序。诊断程序：帮助系统管理员或程序员检测计算机系统的故障，以便维护。调试程序：跟踪程序执行，以便发现和纠正程序中错误。监控程序：分配、管理主机和外设的操作，实现人机联系和监控。,2.系统软件,1.1计算机系统,1.1.4计算机软件系统,2020/6/7,30,用户为解决某一特定问题而设计、开发的软件称为应用软件。把解决各类特别问题的应用程序的组合称为软件包。（1）办公软件：文字处理：WPS、中文Word等。表格处理：如Excel等。（2）图形处理：Photoshop、Paintshop等。（3）网络应用软件：浏览器、邮件收发、文件下载等。（4）数据库系统：SQLServer、FoxPro、Oracle等。（5）计算机辅助软件：CAD、CAM、CAT、CAI等。,3.应用软件,1.1计算机系统,1.1.4计算机软件系统,2020/6/7,31,（1）数据数据（Data）是一种物理符号系列，它用来记录或标记事物的物理情况。数据有不同的种类，称为数据类型，例如表示成绩、价格和身高等多少的数据，是数值型数据；表示人名、地名和单位名称的数据，是字符型数据。（2）信息信息（Information）是经过加工处理并对人类社会实践和生产活动产生决策影响的数据。数据经过加工处理之后所得的信息，仍然以数据的形式出现。（3）数据处理数据处理，也称为信息处理。对数据进行收集、存储、分类、计算、加工、检索和传输。,信息=数据+处理,1.数据与信息,1.2计算机信息技术基础,1.2.1数据与信息,2020/6/7,32,2.计算机采用二进制的优势,1.2计算机信息技术基础,1.2.1数据与信息,计算机采用二进制编码的好处是：在计算机中二进制数易于表示。二进制算术运算比较简单。采用二进制可节省设备。在分析和设计计算时可以采用逻辑代数。,任何形式的数据，无论是数值、文字、图形、图像、声音、视频，进入计算机都必须先把它转换计算机能识别的二进制编码。,2020/6/7,33,3.信息的存储单位,位：计算机内部信息都是用二进制数表示，计算机只使用0和1两个数字，即二进制位（BinaryDigits），位是计算机的最小单位。字节：CPU向存储器传递或从存储器取出信息时，不能存取单个的“位”，而是用“字节”（Byte）和“字”（Word）来工作。一个字节由8个二进制位组成。一个西文字符占一个字节（半角），中文字占两个字节（全角）。,1.2计算机信息技术基础,1.2.1数据与信息,01100101,1B=8bit,2020/6/7,34,1.信息编码技术,在计算机内部，所有的信息都是以二进制的形式来表示的。对于不同类型的数据，如数值数据，字符数据（包括各种符号、汉字），声音、图形、图像、动画等多媒体数据等，其表示方法不一样。,各类数据在计算机中的转换过程,1.2计算机信息技术基础,1.2.2数制及数制转换,2020/6/7,35,1.常用的进位计数制,如果数制采用R个基本符号（例如0，1，2，R-1）表示数值，称为R进制数，R称为该数制的“基数”，而数制中每一固定位置对应的单位值称为“权”。,1.2计算机信息技术基础,1.2.2数制及数制转换,2020/6/7,36,1.常用的进位计数制,任意一个R进制数N可表示为：,例如，十进制数195.06按权展开可表示为：195.06=1102+9101+5100+010-1+610-2,1.2计算机信息技术基础,1.2.2数制及数制转换,2020/6/7,37,归纳起来，R进制数有以下特点：有R个数码。R为基数，即基数是R进制数表示一位所需要的符号数目。R进制数逢R进1。十进制数逢十进一，二进制数逢二进一，八进制数逢八进一，十六进制数逢十六进一。用位权表示法。处于不同位置上的数字代表的值是确定的，称为权。权与基数的关系是，R进制中的权的值恰好是基数的幂次。因此，一个数值总可以表示成按权展开的多项式和。R进制数通常表示成“（数值）数制符号”。例如二进制、八进制、十进制和十六进制数表示为：(10111)B，(763.13)O，(967.652)D，(A4B.8F)H。,1.常用的进位计数制,1.2计算机信息技术基础,1.2.2数制及数制转换,2020/6/7,38,2.不同进位计数制的转换,（1）R进制数转换成十进制数将其按位权的形式展开，然后按十进制的运算规则计算结果就是该数值对应的十进制数，即各位数码与它的权相乘，其积相加，和数就是十进制数。,1.2计算机信息技术基础,1.2.2数制及数制转换,2020/6/7,39,2.不同进位计数制的转换,（2）十进制数转换成R进制数整数与小数两部分分别转换。整数部分：“除R取余”。小数部分：“乘R取整”。,1.2计算机信息技术基础,1.2.2数制及数制转换,例如，将十进制数(54.5625)D转换成二进制数。,2020/6/7,40,2.不同进位计数制的转换,（3）二、八、十六进制数间的相互转换,1.2计算机信息技术基础,1.2.2数制及数制转换,2020/6/7,41,在计算机内部，所有的信息都是以二进制的形式来表示的。虽然客观世界信息的表示各种各样，任何信息在计算机中都以二值的形式被存储、被处理，通过各种通信媒体被传输和接收。不同种类的数据，在计算机中的表示方式是不一样的，通过编码，对这些二值数据赋予意义，如字符、数值、颜色、图像、声音、影像等进行编码表示，使计算机能够识别。,各类数据在计算机中的转换过程,1.3信息的编码技术,1.3.1数字化原理,2020/6/7,42,需要解决三个问题：正负。只有0和1，要表示正(+)、负(-)号，也必须用0和1。把最高位定义为符号位，用0表示正，1表示负，称为数符；其余位表示数值。正、负符号数值化的数称为机器数，机器数对应的数值为真值。如，真值(-1101100)B，其机器数为(11101100)B。小数点。小数点的位置是隐含的，以便节省存储空间。小数点位置可以是固定的，也可以是可变的。前者称为定点数，后者称为浮点数。数的长度。机器数表示的范围受到字长和数据的类型的限制。例如，若表示一个整数，字长为8位，最大值01111111，最高位是符号位，因此能表示的数的最大值为127，若数值超出127，就要“溢出”。为了表示较大或较小的数，可用浮点数来表示。,1.3信息的编码技术,1.3.2数值的表示,2020/6/7,43,1.带符号数的编码表示,原码。整数X的原码指：其数符位0表示正，1表示负；其数值部分就是X绝对值的二进制表示。通常用X原表示X的原码。反码。整数X的反码指：对于正数与原码相同；对于负数，数符位为1，其数值位为X的绝对值取反。通常用X反表示X的反码。补码。整数X的补码指：对于正数与原码相同；对于负数，数符位为1，其数值位为X的绝对值取反后加1，即为反码加1。通常用X补表示X的补码。,1.3信息的编码技术,1.3.2数值的表示,2020/6/7,44,1.定点数和浮点数,1.3信息的编码表示,1.3.2数值的表示,2020/6/7,45,1.定点数和浮点数,浮点数表示表示特大或特小的数，采用“浮点数”或称“科学表示法”表示。“浮点数”由两部分组成，尾数和阶码，底数是事先约定的，在机器数中不出现。,1.3信息的编码表示,1.3.2数值的表示,2020/6/7,46,1.西文字符ASCII码,ASCII字符编码（AmericanStandardCodeforInformationInterchange，美国信息交换标准代码），国际标准。ASCII是1字节编码，编码的范围是0255。256组编码的ASCII码又被分为两大部分：基本ASCII码和扩充ASCII码。基本ASCII码在ASCII码中，二进制最高位为0的编码称为基本ASCII码，其编码范围是十进制0127，即基本ASCII码有128组编码。基本ASCII码只需要7位二进制进行编码就可以了，又称为7位字符编码。由于存储器是按字节作为最小单位来组织的，7位编码仍然需要占1个字节的存储空间，编码前补一个二进制0成为一个字节。,1.3信息的编码表示,1.3.3字符编码,2020/6/7,47,十进制数值032和127(即NULSP和DEL)共34个字符编码称为控制字符；其余的94个字符称为图形字符(又称为普通字符)。在这些字符中，09、AZ、az都是顺序排列的，且小写字母比对应的大写字母的码值大32，这有利于大、小写字母之间的编码转换。字符编码有一定的规律，例如：字符“a”的编码为1100001，对应的十进制数是97；则“b”的编码值是98，“A”的编码值65（注：97-32=65）；数字字符“0”的编码为0110000，对应的十进制数是48；则“1”的编码值是49，“9”的编码值是57；SP空格字符的编码为0100000，对应的十进制数是32。,1.西文字符ASCII码,1.3信息的编码表示,1.3.3字符编码,2020/6/7,48,扩充ASCII码扩充ASCII码的二进制最高位是1，其范围为128255，也是128个。各国都利用扩充ASCII码来定义自己国家的文字代码。字形编码显示西文字符，把ASCII码转化为字符点阵。计算机内部总是存储字符编码，而不存储字形编码，只在输出时根据字符编码(如ASCII码)，在字形编码库中取出相应的字形码，送到输出设备输出。,1.西文字符ASCII码,1.3信息的编码表示,1.3.3字符编码,2020/6/7,49,128字符集满足英文处理的需要，编码容易。汉字是象形文字，编码困难。内码是指计算机内部进行存储、传递和运算所使用的数字代码。例如，字符“A”的内码是65(41H)。外码是指计算机与人进行交换的字形编码，例如，字符“B”的外码是它的字形编码。在键盘上进行输入的过程是“外码内码”的转换；屏幕或打印机输出信息是“内码外码”的转换。,2.汉字编码,1.3信息的编码表示,1.3.3字符编码,2020/6/7,50,汉字国标码常用汉字约40005000个。1字节=8位二进制数（256）。一个字节无法表示众多汉字。汉字内码用两个扩充的ASCII码组成，即汉字内码为两个字节。我国国家标准局1981年公布了国标GB231280汉字编码字符集。规定汉字及符号构成9494的矩阵，每一行称为一个区，每一列称为一个位。组成有94区(0194)，每区有94位(0194)的汉字字符集。区码和位码组合在一起，便形成了“区位码”。区位码与汉字一一对应。例：“洲”是第54区、第62位的汉字，区位码为5462。为了与基本ASCII码兼容，每个字节的值大于32(032为非图形字符码值)，区号和位号各加32就构成了国标码，所以“洲”的国标码为8694。,2.汉字编码,1.3信息的编码表示,1.3.3字符编码,2020/6/7,51,汉字机内码一个国标码占两个字节，每个字节最高位为“0”；英文字符的机内代码是7位ASCII码，最高位也为“0”。为了汉字编码和ASCII码，将国标码的每个字节的最高位由“0”变为“1”，变换后的国标码称为汉字机内码。汉字机内码的每个字节的值都大于128，西文字符的ASCII码值均小于128。汉字的两位内码是按如下的规则来确定的：高位字节=区码+32+128(=区码+20H+80H)低位字节=位码+32+128(=位码+20H+80H)在区码和位码上都加32（即20H）是为了避开基本ASCII码的控制码；加上128（即80H）是为了把最高二进制位(即第8位)定为1，使高位字节和低位字节都为扩充的ASCII码。这就是汉字字符集为9494的原因。,2.汉字编码,1.3信息的编码表示,1.3.3字符编码,2020/6/7,52,汉字机内码例如：“昆”是第32区，第05位的汉字，即区码为20H，位码为05H。高位字节=20H+20H+80H=C0H=(11000000)B低位字节=05H+20H+80H=A5H=(10100005)B“昆”的内码是C0A5H，是由C0H和A5H两个扩充ASCII码表示。“明”是第35区，第87位的汉字，即区码为23H，位码为57H。高位字节=23H+20H+80H=C3H=(11000011)B低位字节=57H+20H+80H=F7H=(11110111)B因此“明”的内码是C3F7H，是由C3H和F7H两个扩充ASCII码表示。要查看汉字的机内码，可用Debug命令。,2.汉字编码,1.3信息的编码表示,1.3.3字符编码,2020/6/7,53,汉字外码西文的每一个外码都与键盘上的按键一一对应。汉字不可能如此，否则仅汉字键最少也要3000多个按键。汉字的外码即它的输入编码有：a)音码：汉语拼音或拼音的缩写字母作编码。如全拼音码、双拼音码等。b)形码：根据汉字结构特征的笔形编码，或根据笔画形状进行编码，或从字形出发划分字根进行编码。如表形码、首尾码、五笔字形码等。c)音形混合码：以字的音为主，字形为辅。如自然码、快速码等。,2.汉字编码,1.3信息的编码表示,1.3.3字符编码,2020/6/7,54,汉字字形码表示汉字图形的代码称为汉字字形码。字形编码：点阵码和矢量码。点阵码：汉字字形码指的就是这个汉字字形点阵的代码。简易型汉字为1616点阵，提高型汉字为3232点阵、4848点阵等。点阵规模越大，字形越清晰美观，所占存储空间也就越大。如果汉字以3232点阵表示，则存储一个汉字需3232/8=128字节。矢量码：存储的是描述汉字字形的轮廓特征，当输出汉字时，通过计算，描述出生成所需大小和形状的汉字字型。矢量化字形描述与最终文字显示的大小、分辨率无关，因此可产生高质量的汉字输出。,2.汉字编码,1.3信息的编码表示,1.3.3字符编码,2020/6/7,55,汉字地址码每个汉字字形码在汉字字库中的相对地址称为汉字地址码。向输出设备输出汉字时，必须通过地址码，才能在汉字库中取到所需的字形码，最终在输出设备上形成可见的汉字字形。其他汉字编码Unicode是另一个国际编码标准，采用双字节编码统一地表示世界各国的主要文字，包含符号6811个，汉字20902个。我国制定了新的中文编码扩展国家标准GBK码，以2字节表示汉字，GBK编码与GB内码兼容。,2.汉字编码,1.3信息的编码表示,1.3.3字符编码,2020/6/7,56,声音：随时间而连续变化的波，声音信号又称音频信号，是模拟信号，主要由振幅与频率来描述。,采样采样是每隔一定时间间隔（采样周期）在模拟波形上取一个振幅值。采样频率即每秒钟的采样次数，采样频率越高，质量越高，数据量越大。量化是将每个采样点得到的振幅值以数字存储。量化位数（即采样精度）是存放振幅值的二进制位数，位数越大，精度越高，质量越好，信息存储量越大。量化后的数据以一定的格式记录下来，称为编码。每秒钟存储容量：采样频率采样精度（位数）声道数/8=字节数,模数(AD)转换数模(DA)转换,1.3信息的编码表示,1.3.4声音的编码,0,2020/6/7,57,1.3信息的编码表示,1.3.5图像的编码,常用的颜色系统有：单色系统：2色（占1位）。彩色系统：16色（4位），256色（8位），真彩色（16位或24位）。例如，16色用4位二进制表示。因为4位二进制位的表示范围是00001111(即015)共16个，恰好可以表示16色，其中在颜色编码中，0000表示黑色，1111表示白色。,1.颜色的编码,2020/6/7,58,一幅图像可认为是由若干行和若干列的像素点组成的阵列，每个像素点用若干个二进制代码进行编码，表示图像的颜色，这就是图像的数字化。描述图像重要的属性是：图像分辨率和颜色深度。图像分辨率是用每英寸中多少点表示，图像越精细，分辨率越高。,图像,1.3信息的编码表示,1.3.5图像的编码,2.图像的点阵表示,2020/6/7,59,图形和图像图形：指通过绘图软件绘制的直线、几何形状、任意曲线等组成的画面，图形文件中存放的是描述图形的指令，以矢量图形文件形式存储；图像：由扫描仪、数码照相机、数码摄像机等输入的画面，数字化后以位图形式存储。,图像图形,1.3信息的编码表示,1.3.5图像的编码,2.图形的矢量表示,2020/6/7,60,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。通常，伴随着视频图像还配有同步的声音。视频信息需要巨大的存储容量。数字化后，数据量的大小是帧乘以每幅图像的数据量。例如，要连续显示分辨率为1024768像素的24位真彩色的电视图像，按每秒30帧计算，显示1分钟，需要：102476824（位）30（帧/s）60（s）4GB一张650MB的光盘只能存放10s左右的电视图像，视频信息必须通过压缩来降低数据量。,1.3信息的编码表示,1.3.6影像的编码,2020/6/7,61,无损压缩把解码输出与原始输入完全一致的压缩系统称为无损压缩系统。压缩效率不高，但能确保解压后的数据不失真，一般用于文本数据、程序以及重要图形和图像的压缩。例如下列的字母文本：AAAAAABBBCCCCFFF占16个字节压缩后的文本为：6A3B4C3F占8个字节无损压缩软件WinZip、WinRAR等，无损压缩图像格式有BMP、TIFF、PCX、GIF等。有损压缩把解码输出与原始输入并不完全相同的压缩系统称为有损压缩系统。较高的压缩比。一般用于图像、视频和音频数据的压缩。这里的失真，是指在人的视觉、听觉允许的误差范围内。常用的图像压缩技术标准有JPEG，视频压缩技术标准有MPEG。,1.3信息的编码表示,1.3.7数据压缩,1.数据压缩方法,2020/6/7,62,数据压缩技术又称为数据编码技术，目前对多媒体信息的编码技术主要有：JPEG(JointPhotographicExpertsGroup)标准JPEG是适合于连续色调、多级灰度、彩色或单色静止图像数据压缩的国际标准。JPEG对单色和彩色图像的压缩比通常分别为10:1和15:1，许多Web浏览器都将JPEG图像作为一种标准文件格式。MPEG(MovingPictureExpertsGroup)标准MPEG又称为运动图形专家组。MPEG是一种动态图像压缩标准。它包括了MPEG视频、MPEG音频和MPEG系统三部分。MPEG平均压缩比为50:1。,1.3信息的编码表示,1.3.7数据压缩,2.数据压缩的国际标准,2020/6/7,63,文件是指包装在一起的一组信息，这些信息保存在外存储器中，存储在一起，作为一个整体被命名，可以独立地被使用、修改、更新和删除。一个文件的内容可以是一个能运行的应用程序、一篇文章、一个图形、一段数字化的声音信号、一段影像或者任何一批相关有用的数据，等等。文件的大小用这个文件所包含信息的字节数来计算。文件在存储时，除文件本身的信息内容，还存储一些重要信息，包括：文件名：文件的名称；类型：所存储的信息的类别；位置：信息在存储器中存放的位置；大小：文件的长度，用字节数为单位计算；其他：文件创建时间、修改时间、创建者等。,1.4信息的管理,1.4.1文件系统,1.文件的概念,2020/6/7,64,（