《大学计算机基础与计算思维》课件 第2章 信息的表示与存储

《大学计算机基础与计算思维》第2章信息的表示与存储目录CONTENT1信息与编码3数据在计算机中的表示2进位计数制及其相互转换信息与编码2.11.信息信息：音讯、消息，泛指人类社会传播的一切内容。信息是由客观事物得到的，使人们能够认知客观事物的各种信息、情报、数字、信号、图形、图像、语言等所包括的内容。信息是为了满足用户决策的需要而经过加工处理的数据，或者说，信息是数据处理的结果。信息不能独立存在，必须依附于某种载体之上。信息无处不在，具有可传递性、共享性、可处理性。42.1信息与编码2.1信息与编码2.编码用预先规定的方法将文字、数字或其它对象编成数码，即使用计算机数据世界中的一串0、1代码来编码。计算机中的一切信息都是以0和1组成的二进制形式存储的。

52.1信息与编码2.编码：0、1代码表示的二进制作为计算机的编码技术实现简单简化运算规则适合逻辑运算抗干扰能力强，可靠性高6进位计数制及其相互转换2.22.2.1进位计数制进位计数制：把一组特定的数字符号按先后顺序排列起来，由低位向高位进位计数的方法，简称“进制”。一种进位计数制包含一组固定的数码符号和三个基本要素：数码、基数、数位和位权。数码：一组用来表示某种数制的符号。例如，十进制的数码是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9；二进制的数码是0、1。基数：某种计数制可以使用的数码个数，也是在做加减法时的进位或借位数。数位：数码在一个数中所处的位置。位权：是以基数为底的幂，表示处于该位的数码所代表的数值大小8例：十进制数4567.23，其基数为10，数码、数位、位权92.2.1进位计数制几种常用的进制102.2.1进位计数制十进制的数值0~15与其他进制的对照表112.2.1进位计数制不同进制数据的表示122.2.1进位计数制

二进制：

（1011）2或1011B

八进制：

（1011）8或1011O

十进制：

（9186）10或9186D

十六进制：（13F）16或13FH1.二进制、八进制、十六进制转换为十进制

“二进制数”转换为“十进制数”方法：按位权展开并相加，即：将二进制按其各位置的数值与其位权形式展开，权重为2，并求和，结果即为对应的十进制数。如：其他数制转换为“十进制数”方法：同理，八进制和十六进制也按其各位置数值与其位权形式展开。如：132.2.2进制转换2.十进制整数转换为其他进制整数

整数部分的转换方法为：除以基数倒取余数法。方法：用十进制整数连续地除以目标进制的基数（例如，十进制转换成二进制，则除以基数2），每次取余数，直到商为0为止。将得到的余数倒序排列（即：最后得到的余数是最高位），就得到转换后的结果。例：142.2.2进制转换计算结果：(29)10=(11101)2计算结果：(13)10=(15)8计算结果：(156)10=(9C)162.十进制整数转换为其他进制整数

小数部分的转换方法为：乘基数取整法。方法：用十进制小数连续地乘以目标进制的基数，每次取走整数部分，直到小数部分为0或达到所要求的精度为止。将每次取出的整数部分正序排列（即先得到的整数是高位），就得到转换后的结果。例：152.2.2进制转换计算结果：(29.375)10=(11101.011)2计算结果（保留3位小数）：(0.33)10=(0.547)163.二进制、八进制、十六进制的互相转换

二进制转换成八进制：以小数点为分界线，整数部分从右往左，小数部分从左往右，每3位分成一组，不足3位补0，每组转换成一位八进制数。反之，八进制转换成二进制时，是将一位八进制数拆分成3位二进制数。例：将二进制数10110101转换成八进制。结果：(10110101)2=(265)8例：(31)8=(011001)2

162.2.2进制转换3.二进制、八进制、十六进制的互相转换

二进制转换成十六进制:以小数点为分界线，整数部分从右往左，小数部分从左往右，每4位分成一组，不足4位补0，每组转换成一位十六进制数。反之，十六进制转换成二进制时，是将一位十六进制数拆分成4位二进制数。例：(00101101)2=(2D)16(4F)16=(01001111)2例：八进制数513转换成十六进制。172.2.2进制转换4.微软Windows操作系统自带的计算器

Windows10为例，单击“开始”菜单→“所有程序”→“附件”→“计算器”，在打开的计算器窗口中单击“查看”→“程序员”，即可调出可进行整数进制转换的计算器。182.2.2进制转换数据在计算机中的表示2.31.位（bit,b）

计算机中表示信息的最小单位，即一个0或1。一位二进制可表示21=2种信息，取值分别为0、1；两位二进制可表示22=4种信息，取值分别为00、01、10、11；，n位二进制可表示2n种信息。2.字节字节（Byte,B）计算机处理信息的基本单位，一个字节由8位构成，经常写成1B=8b。一个字节可以表示28=256种不同信息。3.字长（word）计算机一次可处理的二进制数码的组合称为字（Word），字的位数称为字长。字长是计算机一次存取、处理和传输的二进制的位数，通常是字节的整数倍。目前微机常用的字长有32位和64位，即32位机和64位机，字长是衡量计算机性能的一个重要指标，字长越长，一次传送的二进制位数越多，运算速度越快，可以表示的状态越多，运算精度越高，数据的表示范围越大，计算机性能越好.202.3.1存储单位及存储容量4.存储容量存储容量是衡量计算机存储能力的重要指标，用字节（B）来表示。由于存储器的容量比较大，为了阅读与书写方便，又引入KB（千字节）、MB（兆字节）、GB（吉字节）、TB（太字节）、PB（拍字节）作为存储容量的单位，它们之间的换算进率为210=1024。1KB=1024B 1MB=1024KB 1GB=1024MB1TB=1024GB 1PB=1024TB212.3.1存储单位及存储容量1.机器数

数值在机器内的表达形式称为机器数，机器数的位数（长度）是固定的，例如，64位机能够表示的机器数长度是64位。由于计算机中只能表示0和1，所以要想使计算机能够完整地表示一个数值数据，必须解决两个问题：一、数据的符号（正负号），二、小数点的表示1.数据的符号表示：机器数的最高位为符号位，0表示正号，1表示负号；其余各位为数值位。机器数所代表的实际数值，称为真值，一般用十进制数表示。222.3.2数值型数据2.整数的表示

整数一般采用定点表示法，即小数点位置固定，小数点隐含固定在最右边。小数点是假设的，并不实际存储。整数分为无符号整数和有符号整数。

假设机器数长度为8位，10011010这一串二进制数，若代表的是有符号数，则最高位的1表示负号，后面7位是数值位，转换成十进制是-26；若是无符号数，则8位全部是数值位，转换成十进制是154。3.实数的表示实数是带有整数部分和小数部分的数。实数的存储，不仅需要以0、1的二进制形式来表示，还要指明小数点的位置。小数点在计算机中通常有两种表示方法：定点小数和浮点数。232.3.2数值型数据3.

实数的表示

定点小数是把小数点隐含固定在数值部分最高位的左边、符号位的右边。浮点数：在浮点表示方法中，任何一个数都可表示为N=M×RE。M：尾数，是一个定点小数，它表示数的有效数值。E：阶码，是一个带符号的整数，它表示小数点在该数中的位置。R：基数，一般取2、8、10或16，在同一体系结构的计算机中，基数是固定的，通常不需要存储。242.3.2数值型数据西文字符的表示

在英文输入法状态下输入的所有字符，包括大小写英文字母、数字、标点符号、一些控制符等。西文字符采用ASCII码（AmericanStandardCodeforInformationInterchange，美国信息交换标准代码）进行编码，每个字符均由7位二进制组成，共可表示27=128种字符。252.3.3西文字符大写字母A的ASCII码的二进制为1000001，对应的十进制形式为65，且26个大写字母是连续编码的，即B、C……Z的ASCII码依次为66、67……90；小写字母a的ASCII码为97，且26个小写字母也是连续编码的。大小写字母的ASCII码相差32。汉字编码计算机内部处理的信息，都是用二进制代码表示的，汉字也不例外。根据应用目的的不同，汉字编码分为外码、交换码、机内码和字形码等。1.外码（输入码）外码又称为输入码，是用来将汉字输入到计算机中的一组键盘符号；常用的输入码有拼音码、五笔字型码、自然码、表形码、认知码、区位码和电报码等；同一个汉字，采用不同的输入方法，相应的外码也就不同。2.汉字交换码汉字交换码是计算机与其他系统或设备之间交换汉字信息的标准编码。国标码字符集中收集了常用汉字和图形符号7445个，其中图形符号682个，汉字6763个，按照汉字的使用频度分为两级，第一级为常用汉字3755个，第二级为次常用汉字3008个。汉字用2字节表示，每个字节用七位码（最高位为0）。262.3.4汉字编码汉字编码3.机内码每一个汉字都有一个确定的二进制代码，通常用2个字节表示。计算机在处理到最高位是“1”的代码时把它理解为汉字的机内码，在处理到最高位是“0”的代码时把它理解为西文字符的ASCII码。4.汉字的字型码

字型码是汉字的输出码，输出汉字时都采用图形方式，无论汉字的笔画多少，每个汉字都可以写在同样大小的方块中。为了能准确地表达汉字的字型，对于每一个汉字都有相应的字型码，目前大多数汉字系统中都是以点阵的方式来存储和输出汉字的字型。272.3.4汉字编码汉字编码中文西文信息编码282.3.4汉字编码1.声音编码多媒体就是多重媒体的意思，可以理解为直接作用于人感官的文字、图形、图像、动画、声音和视频等各种媒体的统称，即多种信息载体的表现形式和传递方式。自然界中的声音非常复杂，波形也相对复杂。计算机要处理自然界的声音，需要将波形数据转换成0、1代码组成的数字数据，即音频数字化。波形声音转换成数字化音频需要经过抽样、量化、编码三个步骤。292.3.5多媒体及其编码1.声音编码计算机音频的编码格式有多种标准，常见音频文件格式有MIDI格式、WAV格式、MP3格式和RealAudio格式。MIDI（MusicalInstrumentDigitalInterface，乐器数字接口）是数字音乐/电子合成乐器国际标准。WAV为微软公司（Microsoft）开发的一种声音文件格式，它符合RIFF文件规范，用于保存Windows平台的音频信息资源，被Windows平台及其应用程序所广泛支持的文件。MP3是一种音频压缩技术，也称为动态影像专家压缩标准音频层面3（MovingPictureExpertsGroupAudioLayerⅢ），简称为MP3。RealAudio（即时播音系统）是ProgressiveNetworks公司所开发的软体系统，是一种新型流式音频StreamingAudio文件格式。其他音频文件格式还有AIFF、AU、WMA等。常见的音频工具：

windows附件里自带的录音机、媒体播放器外，还有其他常见的音频播放软件如Winamp、RealPlayer等。专业的音频加工处理软件有Audition、GoldWave等。302.3.5多媒体及其编码2.图像编码图像编码与声音编码类似，也需要对模拟图形进行数字化转换，即模拟图像信号转换成数字化信号。312.3.5多媒体及其编码2.图像编码常见的图像文件格式有BMP格式、GIF格式和JPEG格式等。BMP（全称Bitmap）：Windows操作系统中的标准图像文件格式。由于压缩比很小，图像质量比较高，但是占用较大空间，常用于存储在单机中使用，少见于频繁的网络传输。GIF（GraphicsInterchangeFormat）：“图像互换格式”，GIF文件的数据，是一种基于LZW算法的连续色调的无损压缩格式，其压缩率一般在50%左右。JPEG：常见的一种图像格式，由联合照片专家组（JointPhotographicExpertsGroup）开发并命名。其他常见图像文件格式还有TIFF、PNG、WDP等。常用的图像处理软件有Windows系统自带的“画图”软件和Adobe公司的Photoshop。322.3.5多媒体及其编码3.视频编码视频编码是指通过压缩技术，将原始视频格式的文件转换成另一种视频格式文件的方式。AVI（AudioVideoInterleaved）：即音频视频交错格式，是将音频和视频同步组合在一起可以同步播放的文件格式。mpeg、mpg、dat等格式同属MPEG，其全名为MovingPicturesExpertsGroup/MotionPicturesExpertsGroup，即动态图像专家组，是国际通用的运动图像压缩算法