信息编码与数据表示

信息编码与数据表示第1页，课件共61页，创作于2023年2月6.1.1数字化信息编码的概念第2页，课件共61页，创作于2023年2月数字（Digit）技术数字技术：是采用有限个状态（目前主要是0和1两个数字）来表示、处理、存储和传输一切信息的技术。数字化：全面采用数字技术实现信息系统。数字化现状：计算机：全部采用通信和信息存储：大量采用广播电视：数字电视和数字广播越来越近第3页，课件共61页，创作于2023年2月采用二进制数字技术的原因器件容易实现每一位只有两个状态，电路实现容易运算规则简单加法：0+0=0

0+1=1

1+0=1

1+1=0（进位）减法：0-0=0

0-1=1（借位）1-0=1

1-1=0乘法：0*0=0

0*1=0

1*0=0

1*1=1与逻辑（布尔）代数相吻合有坚实的数学工具作为设计的基础第4页，课件共61页，创作于2023年2月1、比特的概念比特（binarydigit，bit）在数字系统中是组成信息的最小单位；数字技术的处理对象，二进制位，位；比特只有两种状态：数字0或数字1；计算机中的数、文字、符号、图像、声音；等，都表现为比特的不同组合；一般用小写的字母“b”表示(bit)。第5页，课件共61页，创作于2023年2月字节Byte“比特”单位太小，计算机并不单独对比特进行处理、存储或传输；而是采用稍大一些的计量单位——字节（Byte）1字节=8比特b7b6b5b4b3b2b1b0最高位最低位1个字节，其中bi为一个比特第6页，课件共61页，创作于2023年2月2、比特的运算比特的表示数字电路中，电位的高低、脉冲的有无——两个状态“0”或“1”。逻辑思维中，命题的真或假——数字“1”或“0”。比特的运算使用的数学工具——逻辑代数（布尔代数）三种最基本的逻辑运算逻辑加、逻辑乘、取反第7页，课件共61页，创作于2023年2月逻辑加运算逻辑加也称“或”运算，用符号“OR”、“∨”或“＋”表示。运算规则如下： 0 0 1 1

∨0 ∨1 ∨0 ∨1 0 1 1 1

两个多位二进制数进行逻辑加运算时，按位独立进行，相邻位之间不发生关系。例如： 10111100 ∨00110110 10111110第8页，课件共61页，创作于2023年2月逻辑乘运算逻辑乘也称“与”运算，用符号“AND”、“∧”或“·”表示。运算规则如下： 0 0 1 1

∧0 ∧1 ∧0 ∧1 0 0 0 1

两个多位二进制数进行逻辑乘运算时，按位独立进行，相邻位之间不发生关系。例如： 10111100 ∨00110110 00110100第9页，课件共61页，创作于2023年2月取反运算取反：也称“非”运算，用符号“NOT”或“－”表示。运算规则如下：0→1 1→0第10页，课件共61页，创作于2023年2月3、比特的存储存储（记忆）1个比特需要使用具有两种稳定状态的设备。比方：现实生活中具有两种稳定态的物体举例：开关——开、关继电器——断开、吸合灯泡——亮、暗习惯上将两种状态之间转换的过程称为“开”或“关”。稳态1稳态2非稳态但会趋于一种稳态第11页，课件共61页，创作于2023年2月数字计算机中比特的存储装置触发器一种双稳态电路，用以记录一个比特；特点：工作频率(开关速度)极高，但集成度较低用途：成组构成CPU内部的少量的寄存器。电容器利用电容器的充放电状态表示1个比特；特点：工作频率低于触发器，但集成度较高；用途：计算机的大容量的内存。第12页，课件共61页，创作于2023年2月磁盘利用磁介质表面的磁化状态表示一个比特。光盘利用盘片表面上的微小凹坑表示一个比特。注意：寄存器内存磁盘光盘半导体存储器易失性存储器，断电以后信息丢失。非易失性存储器，可用来长期存储信息。第13页，课件共61页，创作于2023年2月4、存储容量的表示存储容量是存储器的重要指标，存储容量的度量通常要比字节大得多，使用2的幂次作为单位有助于存储器的设计。经常使用的单位有：“千字节”(KB)，1KB=210字节=1024B“兆字节”(MB)，1MB=220字节=1024KB“吉字节”(GB)，1GB=230字节=1024MB（千兆）“太字节”(TB)，1TB=240字节=1024GB（兆兆）第14页，课件共61页，创作于2023年2月小结掌握数字化的概念掌握比特的概念掌握比特的运算规则掌握比特的存储技术掌握存储容量的表示第15页，课件共61页，创作于2023年2月6.1.2进位计数制第16页，课件共61页，创作于2023年2月十进制数（Decimal）十进制的基数是“10”，使用十个符号0、1、2、3、4、5、6、7、8、9，逢十进一。例如：203.49＝2×102+0×101+3×100+4×10-1+9×10-2一般地说，一个十进制数KnKn-1

...K1K0.K-1K-2...K-m

所代表的实际数值是：S＝Kn×10n＋Kn-1×10n-1＋...＋K1×101＋K0×100＋K-1×10-1＋K-2×10-2+…＋K-m×10-m个位十位十分之一位百分之一位第n位的权第n位的系数第17页，课件共61页，创作于2023年2月二进制数（Binary）二进制的基数是“2”，使用两个符号0和1，逢二进一：

(101.01)2＝1×22＋0×21＋1×20＋0×2-1＋1×2-2

＝(5.25)10一般地说，一个二进制数S＝KnKn-1...K1K0.K-1K-2...K-m所代表的实际数值是：S=Kn×2n

＋Kn-1×2n-1＋…＋K1×21

＋K0×20

＋K-1×2-1

＋K-2×2-2＋…＋K-m×2-m第18页，课件共61页，创作于2023年2月二进制数的运算对二进制数也可以进行算术运算算术运算：两个一位数的加法和减法的基本运算规则是： 加法 减法

0011 0011＋0＋1＋0＋1 －0－1－0－101110 0110

（向高位进1） （向高位借1）两个多位二进制数的加、减法可以从低位到高位按上述规则进行，但必须考虑进位和借位的处理第19页，课件共61页，创作于2023年2月八进制数（Octonary）八进制数使用0、1、2、3、4、5、6、7八个符号，逢八进一。(365.2)8=3×82＋6×81＋5×80＋2×8－1

=(245.25)10第20页，课件共61页，创作于2023年2月十六进制数（Hexadecimal）十六进制数使用十六个符号：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F，其中A、B、C、D、E、F分别代表十进制的10、11、12、13、14、15。逢十六进一(F5.4)16=15×161＋5×160＋4×16－1=(245.25)10第21页，课件共61页，创作于2023年2月为什么要有不同进制？计算机中只使用二进制现实中最常用的是十进制八进制和十六进制是给程序员用的二进制数太长，书写、阅读、记忆均不便；32位二进制数用十六进制书写时，只需8位。八进制和十六进制与二进制之间的转换直观、方便。除二进制外，其他进制的数在输入进计算机之前全部被转换成二进制。第22页，课件共61页，创作于2023年2月6.1.3数制之间的转换第23页，课件共61页，创作于2023年2月十进制数与二进制数的转换（1）二进制数=>十进制数位权相加法，计算按权展开式的和例如：将11101.1011B转换为十进制数。

1×24+1×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1+0×2-2+1×2-3+1×2-4=16+8+4+0+1+0.5+0+0.125+0.0625=29.6875第24页，课件共61页，创作于2023年2月（2）十进制整数=>二进制整数：除２取余（3）十进制小数=>二进制小数：乘２取整例如：将

29.6875转换为二进制数。(1)先转换整数部分29292142……172……032……112……10……1.小数点离小数点最近的一位=11101B第25页，课件共61页，创作于2023年2月（2）再转换小数部分0.68750.6875×21.3750×20.375……10.75……0×21.5×20.5……11.00.0……1.小数点离小数点最近的一位=0.1011B第26页，课件共61页，创作于2023年2月转换表八进制数二进制数八进制数二进制数

00004100100151012010611030117111二进制数转换为八进制数举例：

001101001110.110100B→1516.64Q八进制数转换为二进制数举例：

2467.32Q

→010100110111.011010B

八进制数与二进制数的转换第27页，课件共61页，创作于2023年2月十六进制数与二进制数的转换转换表十六进制数二进制数 十六进制数 二进制数

00000 81000

10001 91001

20010 A1010

30011 B1011

40100 C1100 50101 D1101 60110 E1110 70111 F1111二进制数转换为十六进制数举例：

001101001110.11001100B→34E.CCH十六进制数转换为二进制数举例：

35A2.CFH

→0011010110100010.11001111B第28页，课件共61页，创作于2023年2月十进制二进制十六进制八进制000000010001112001022300113340100445010155601106670111778100081091001911101010A12111011B13121100C14131101D15141110E16151111F17第29页，课件共61页，创作于2023年2月BCD整数BCD整数（BinaryCodedDecimal）称为“二进制编码的十进制整数”，使用4个二进位表示1个十进制数字。例如：(43)BCD＝

0100

0011(59601)BCD＝

0101

1001

0110

0000

0001第30页，课件共61页，创作于2023年2月小结进制二进制、十进制、八进制、十六进制进制之间的转换二-十转换（系数*权的总合）十-二转换（除二取余、乘二取证）二-八转换（1个8进制位对应3个二进制位）二-十六转换（1个16进制位对应4个二进制位）其他转换BCD数第31页，课件共61页，创作于2023年2月6.1.4

二进制数

在计算机内的表示第32页，课件共61页，创作于2023年2月计算机中的数值信息分类整数和实数:它们都是用二进制表示的，但表示方法有很大差别。第33页，课件共61页，创作于2023年2月整数的概念整数不使用小数点，或者说小数点始终隐含在个位数的右面整数的分类：不带符号的整数(unsignedinteger)，一定是正整数 取值范围： 8位0～255(28－1)， 16位0～65535(216－1)，

32位0～232－1带符号的整数(signedinteger)，既可表示正整数，又可表示负整数。第34页，课件共61页，创作于2023年2月无符号整数的表示采用“自然码”表示：取值范围由位数决定：8位： 可表示0～255(28-1)范围内的所有正整数16位： 可表示0～65535(216-1)范围内的所有正整数n位： 可表示0～2n-1范围内的所有正整数。十进制数8位无符号整数

00000000010000000120000001030000001140000010050000010125211111100253111111012541111111025511111111······第35页，课件共61页，创作于2023年2月带符号整数的表示（1）符号如何表示？ 用最高位表示，“0”表示正号(+),“1”表示负号(-)数值部分如何表示？

(1)原码表示： 整数的绝对值以二进制自然码表示

(2)补码表示： 正整数：绝对值以二进制自然码表示 负整数：绝对值使用补码表示第36页，课件共61页，创作于2023年2月带符号数的表示方法：用1位表示符号，其余用来表示数值部分···符号位数值部分最低位最高位举例：

[+43]的8位原码为：

00101011[-43]的8位原码为：

10101011第37页，课件共61页，创作于2023年2月负数的绝对值如何用补码表示？先表示为自然码将自然码的每一位取反码在最低位加“1”例1:[-43]用8位补码表示所以：[-43]

的8位补码为：11010101例2：[-64]用8位补码表示所以：[-64]

的8位补码为：1100000043=>0101011取反：1010100加1：101010164=>1000000取反：0111111加1：1000000“各位取反，末尾加1”第38页，课件共61页，创作于2023年2月原码和补码的特点原码表示法优点：与日常使用的十进制表示方法一致，简单直观缺点：加法与减法运算规则不统一，增加了成本；两个机器0：“00000000”、“10000000”，不方便运算补码表示法优点：加法与减法运算规则统一，没有“-0”,可表示的数比原码多一个缺点：不直观，人使用不方便结论：带符号整数在计算机内不采用“原码”而采用“补码”的形式表示！第39页，课件共61页，创作于2023年2月表数范围原码可表示的整数范围8位原码：-27+1～27-1（-127～127）16位原码：-215+1～215-1（-32767～32767）n位原码：-2n-1+1～2n-1-1补码可表示的整数范围

8位补码：-27～27-1

（-128～127)

n位补码：-2n-1～2n-1-1-128表示为10000000+127表示为01111111第40页，课件共61页，创作于2023年2月小结：3种整数的比较8位二进制码表示无符号整数时的数值表示带符号整数(原码)时的值表示带符号整数(补码)时的值0000000000000000001111……………………0111111112712712710000000128-0-12810000001129-1-127……………………11111111255-127-1

计算机中整数有多种，同一个二进制代码表示不同类型的整数时，其含义（数值）可能不同一个代码它到底代表哪种整数（或其它东西），是由指令决定的第41页，课件共61页，创作于2023年2月实数（浮点数）的表示实数：既有整数部分又有小数部分的数。任何一个实数总可以表达成一个乘幂和一个纯小数之积，例如：

56.725=102×(0.56725)－0.0034756=10－2×(－0.34756)指数部分指出实数中小数点的位置，括号里是一个纯小数。二进制数的情况完全类同，例如：1001.011=2100×(0.1001011)－0.0010101=2－10×(－0.10101)第42页，课件共61页，创作于2023年2月浮点表示法：计算机内部表示实数的方法。实数=尾数*2指数实数N可表示为：

N=±S×2±P（0<S<1)需要表示一个实数时，只需要表示出它的尾数部分和指数部分即可。其中：尾数是一个纯小数指数是一个整数，注意：在这里，指数编码被称作阶码。第43页，课件共61页，创作于2023年2月实数（浮点数）的表示16位机器数能够表示的实数的范围：（溢出 离散）011111

1111111111——

011111

0111111111（原码）最小值最大值–（1–2-9）×225-1———（1–2-9）×225-1阶码符号位尾数符号位阶码值的编码尾数值的编码151410980第44页，课件共61页，创作于2023年2月实数（浮点数）的表示浮点数的长度可以是32位、64位或更长。一般说来，位数越多，可表示的数的范围越大（阶码），精度越高（尾数）浮点数(实数）分类：短浮点数、浮点数、长浮点数、高精度浮点数第45页，课件共61页，创作于2023年2月6.1.5常用的信息编码——字符（字母、数字和常用标点符号等）编码第46页，课件共61页，创作于2023年2月字符、字符集及其码表文字的基本元素是字母和符号，统称为“字符”(character)，它包括：字母、数字、符号等字符集：一组特定字符的集合不同的字符集包含的字符数目与内容不同，如：中文字符集、西文字符集、日文字符集等字符的编码：字符集中每个字符都使用二进位(bit)表示，称为该字符的编码不同的字符其编码各不相同字符集中所有字符的编码的一览表，称为该字符集的码表第47页，课件共61页，创作于2023年2月西文字符的编码——ASCII码西文是表音文字(拼音文字)，它由拉丁字母、数字、标点符号以及一些特殊符号所组成美国标准信息交换码(AmericanStandardCodeforInformationInterchange,简称ASCII码)：ASCII字符集包含96个可打印字符和32个控制字符采用7个二进位进行编码计算机中使用1个字节存储1个ASCII字符ASCII码的问题7位代码空间太小第48页，课件共61页，创作于2023年2月表1-6ASCII码表b3b2b1b0位b6b5b4位[注：()内为ASCII码的十进制数）]000(00~15)001(16~31)010(32~47)011(48~63)100(64~79)101(80~95)110(96~111)111(112~127)0000NULDLESP0@P`p0001SOHDC1!1AQaq0010STXDC2“2BRbr0011ETXDC3#3CScs0100EOTDC4$4DTdt0101ENQNAK%5EUeu0110ACKSYN&6FVfv0111BELETB‘7GWgw1000BSCAN(8HXhx1001HTEM)9IYiy1010LFSUB*:JZjz1011VTESC+;K[k{1100EFFS，<L\l|1101CRGS-=M]m}1110S0RS.>N^n~1111S1US/?O_oDel第49页，课件共61页，创作于2023年2月6.1.6汉字编码输入码机内码字形码第50页，课件共61页，创作于2023年2月汉字如何编码？汉字系统必须包括以下功能模块：汉字输入、汉字存储、汉字处理、汉字输出先对应的汉字编码有：输入码——用于汉字输入机内码——用于存储、处理汉字输出码——用于显示汉字，如宋体、楷体等字形码第51页，课件共61页，创作于2023年2月1、汉字的输入码英文字母的输入方式——键盘与字母对应，该方式不适合汉字。因键盘按键数有限，汉字必须采用编码的方式输入输入编码方法分类数字编码——国际码、电报码字形编码——五笔字形吗、表形码字音编码——拼音码形音结合编码——快速码、自然码第52页，课件共61页，创作于2023年2月2、汉字的机内码以GB2312-80为基础的机内码，所有基本图形和字符编码为16位（2字节）。GB2312-80包含：常用图形、符号682个一级汉字：按拼音顺序排列，是最常用的汉字二级汉字：按偏旁部首排列所有图形字符排在一张94*94的信息交换编码表中——区位表求汉字机内码的步骤为：区位码→国际码→机内码第53页，课件共61页，创作于2023年2月一级汉字（3755个）二级汉字（3008个）（扩充使用）字母、数字和各种符号 ………………19423位号…………191655568794区号(按汉语拼音排列)(按偏旁部首排列)一、区位码根据汉字在表中的位置得到其区位码，如：字符“啊”位于第16行1列，其区位码是1601，转换成二进制为：0001000000000001B，用十六进制表示为：1001H拉丁字母、俄文、日文平假名与片假名、希腊字母、汉语拼音等共682个共6763个汉字和682个符号，每个汉字或符号都有一个确定位置，该位置的区号和位号就是这个汉字的“区位码”第54页，课件共61页，创作于2023年2月二、国际码“啊”的国际码=1001H+2020H=3021H第1字节第2字节00 7EA1 FE0081A1F