计算机中数据的表示课件

计算机中数据的表示计算机如何理解和处理现实世界的信息？数据的基本单元1比特比特(bit)是计算机中最小的数据单位，它只有两种状态：0或1。2字节字节(byte)由8个比特组成，是计算机中常用的数据单位。3字字(word)是计算机一次可以处理的最大数据单位，通常为2个或4个字节。数据的编码方式二进制编码计算机内部使用二进制编码表示数据，每个位只有0或1两种状态。十进制编码人类使用十进制编码表示数据，每个位有10种状态，从0到9。字符编码使用特定的编码规则将字符转换为二进制数据，例如ASCII和Unicode。数据的四种基本类型整数表示整数值，例如10,-5,0。浮点数表示实数，例如3.14,-2.718。字符表示单个字符，例如'A','b','1'。布尔值表示真或假，例如True,False。整数的表示二进制表示计算机使用二进制系统来表示整数，每个位代表0或1。十进制转换将十进制整数转换为二进制，使用除二取余法，将余数按逆序排列。负数表示常用的负数表示方法有补码和原码，补码更适合计算机运算。整数范围整数的范围由数据类型决定，例如int通常表示32位整数。定点数的表示1符号位表示正负数2整数部分表示数值的整数部分3小数部分表示数值的小数部分定点数的表示方法将小数点的位置固定在某个位置，例如，定点整数和小点小数。这种表示方法简单易懂，但表示范围有限，精度也不高。浮点数的表示1科学计数法用符号位、指数和尾数表示2IEEE754标准广泛应用于计算机中3精度限制浮点数表示存在精度损失字符的表示1ASCII最初的字符编码方案，使用7位表示字符，共128个字符，包括字母、数字和一些符号。2Unicode一个更强大的字符编码方案，使用16位或32位表示字符，涵盖了世界上大多数语言的字符。3UTF-8Unicode的变体，使用变长编码，兼容ASCII，并支持不同语言的字符。ASCII编码标准编码ASCII（AmericanStandardCodeforInformationInterchange）是美国信息交换标准代码，是计算机中常用的字符编码标准。字符映射ASCII使用7位二进制数表示每个字符，共可以表示128个字符，包括大小写字母、数字、标点符号和控制字符。扩展ASCII为了表示更多字符，扩展ASCII使用8位二进制数，可以表示256个字符，包括一些特殊字符和外文字符。Unicode编码统一的字符编码标准支持多种语言和字符集使用16位或32位编码数据的对齐对齐方式确保数据在内存中的排列方式一致，无论是在不同平台、不同架构的计算机上，还是在同一台计算机上的不同进程之间。原因为了保证数据传输和共享的正确性，以及不同程序对数据的读取和操作能够保持一致。大端模式和小端模式大端模式高位字节存储在低地址，低位字节存储在高地址。小端模式低位字节存储在低地址，高位字节存储在高地址。数据的存储结构数组连续存储，访问效率高链表非连续存储，灵活，适合动态数据树层次结构，适合数据分类和检索图复杂关系，适合网络分析和社交网络数组的存储1连续存储数组元素在内存中连续存储，方便访问。2地址计算通过数组首地址和偏移量计算元素地址。3随机访问支持随机访问，效率高。链表的存储1节点每个节点包含数据和指向下一个节点的指针。2链接节点之间的链接形成线性序列，允许在内存中非连续存储数据。3动态分配链表的节点可以根据需要动态分配和释放内存，适应数据的变化。树的存储节点树的基本单元，包含数据和指向子节点的指针。边连接节点的链接，表示节点之间的关系。根节点树的起始节点，没有父节点。子树以某个节点为根节点的子树。图的存储1邻接矩阵二维数组表示2邻接表链表表示3边集数组存储边图的存储方式多种多样，主要包括邻接矩阵、邻接表和边集数组。邻接矩阵使用二维数组表示图，适用于稠密图。邻接表则使用链表表示图，适用于稀疏图。边集数组则直接存储边的信息，适用于存储无向图。数据压缩减少数据量数据压缩旨在减少存储或传输数据的空间需求。提高效率压缩可以提高存储和传输数据的效率，减少带宽使用和存储空间占用。加速处理压缩后的数据可以更快地进行处理和分析，因为它们占用的资源更少。无损压缩算法行程长度编码重复数据压缩。霍夫曼编码统计出现频率，短编码高频，长编码低频。LZW编码字典压缩，重复字符序列用索引代替。有损压缩算法信息丢失有损压缩算法通过舍弃部分数据来减小文件大小。不可逆无法完全恢复原始数据。高压缩率能将文件压缩到更小的尺寸。广泛应用常用于图像、音频和视频压缩。数据加密数据加密是一种保护敏感信息的常用技术。它将数据转换为不可读的格式，只有拥有解密密钥的人才能访问它。加密过程涉及使用算法和密钥将原始数据转换为密文。解密过程则使用相同的密钥或相关密钥来恢复原始数据。数据加密在各种场景中都有应用，例如银行交易、电子邮件、网络通信等，有效地防止了数据泄露和未经授权的访问。对称加密算法DES数据加密标准，是一种分组密码算法，使用56位密钥对64位数据块进行加密和解密AES高级加密标准，是目前最常用的对称加密算法，使用128、192或256位密钥对128位数据块进行加密和解密Blowfish一种分组密码算法，使用可变长度密钥对64位数据块进行加密和解密，性能高，应用广泛非对称加密算法密钥对非对称加密算法使用一对密钥：公钥和私钥。公钥加密，私钥解密公钥可以自由分发，而私钥必须保密。安全性非对称加密算法比对称加密算法更安全，因为私钥不会在网络上传输。数据交换格式XML可扩展标记语言(XML)是一种用于结构化数据的标记语言，它使用标签来定义数据的结构和内容。JSONJavaScript对象符号(JSON)是一种轻量级的数据交换格式，它使用键值对来表示数据。YAMLYAML（YAMLAin'tMarkupLanguage）是一种人类可读的数据序列化格式，它使用缩进和关键字来定义数据的结构和内容。XML结构化数据XML是一种用于存储和传输结构化数据的标记语言。可扩展性XML允许自定义标签，使其适合各种数据格式。平台独立性XML在不同平台之间可移植，确保数据在不同系统上都能被理解。JSON数据交换格式JSON是一种轻量级的数据交换格式，易于人类阅读和编写，也易于机器解析和生成。语法简洁JSON使用键值对的方式存储数据，语法简洁明了，易于理解。广泛应用JSON在Web开发、移动应用、API接口等领域得到广泛应用，是当前主流的数据交换格式之一。YAML人类可读YAML旨在提供一种人类可读的数据序列化格式，易于阅读和编写。数据结构YAML支持各种数据结构，包括列表、映射和标量值，适用于各种应用程序。广泛应用YAML在配置管理、数据序列化和API交互等领域被广泛使用。数据库中的数据表示1关系型数据库关系型数据库使用表格来存储数据，并使用关系来表示数据之间的联系。2文档型数据库文档型数据库使用JSON或XML等格式来存储数据，每个文档都是一个独立的单元。3图数据库图数据库使用节点和边来表示数据之间的关系，适合存储社交网络等复杂数据。关系型数据库数据组织关系型数据库采用表格形式存储数据，以行和列表示，方便管理和查询。SQL查询语言使用SQL语言进行数据操作，包括数据插入、更新、删除和查询，提供强大的数据管理功能。数据库管理系统DBMS提供数据存储、管理、查询和维护等功能，确保数据安全性和完整性。文档型数据库JSON格式文档型数据库使用JSON格式存储数据，以键值对的形式组织数据，易于理解和使用。灵活的模式