第2章数码系统-数据在计算机内部的表示形式

第2章数码系统--数据在计算机内部的表示形式CATALOGUE目录数码系统基本概念进制数与编码规则计算机内部数据存储与传输方式数值型数据在计算机内部表示方法非数值型数据在计算机内部表示方法总结与展望数码系统基本概念CATALOGUE01数码（digital）指的是采用0和1表示的二进制数字系统，是计算机内部信息处理的基础。数码定义数码技术经历了从真空管、晶体管、集成电路到大规模集成电路的四个发展阶段，逐渐成为信息技术领域的核心技术。发展历程数码定义及发展历程数码系统组成要素二进制数二进制数是数码系统的基本要素，由0和1组成，可以表示任何数字、字母和符号等信息。字节（byte）字节是计算机中用于计量存储容量的一种单位，通常由8个二进制位组成。位（bit）位是二进制数的基本单位，一个二进制数可以表示一个位，多个二进制数组合起来可以表示一个字节（byte）。编码方式编码方式是指将各种信息转换为二进制代码的方法，如ASCII码、Unicode码等。计算机内部采用二进制数码系统存储各种数据，包括数字、文本、图像、音频和视频等。数据存储计算机可以对二进制数码进行各种算术和逻辑运算，实现数据的加工和处理。数据处理计算机之间或计算机内部各部件之间的数据传输也采用二进制数码系统，保证了数据传输的准确性和可靠性。数据传输计算机程序是由一系列二进制代码组成的，通过对这些代码的执行可以控制计算机的各种操作。程序控制计算机内部数据表示意义进制数与编码规则CATALOGUE02请输入您的内容进制数与编码规则计算机内部数据存储与传输方式CATALOGUE03内存由许多存储单元组成，每个存储单元都有唯一地址，可以存储一定字节的数据。内存储器基本结构内存寻址方式内存读写操作计算机通过地址总线将地址信息发送到内存，内存根据地址信息定位到相应的存储单元。CPU通过数据总线与内存进行数据传输，实现数据的读取和写入。030201内存储器结构与工作原理CPU寄存器与内存间的数据传输CPU通过寄存器与内存进行数据传输，先将数据从内存读取到寄存器，再进行相应的处理，最后将结果写回到内存。CPU缓存与内存间的数据传输CPU缓存是位于CPU和内存之间的临时存储器，用于提高数据访问速度。当CPU需要访问数据时，会先查看缓存中是否有该数据，如果有则直接从缓存中读取，否则从内存中读取并同时将该数据块复制到缓存中。DMA传输方式DMA（DirectMemoryAccess）是一种不经过CPU而直接从内存存取数据的数据交换方式。在DMA模式下，外设可以和内存直接进行数据传输，降低了CPU的负载。CPU与内存间数据传输过程剖析中断传输方式当I/O设备准备好数据时，会向CPU发送中断请求。CPU响应中断后，会暂停当前任务并保存现场信息，然后跳转到中断处理程序执行I/O操作。中断处理完成后，CPU再恢复现场信息并继续执行原任务。DMA传输方式在I/O设备间的应用在I/O设备间进行数据传输时，可以采用DMA传输方式。这种方式下，I/O设备可以直接与内存进行数据传输而不需要CPU的参与，从而提高了数据传输效率。通道传输方式通道是一种特殊的处理器，可以独立于CPU控制一组I/O操作。在通道传输方式下，CPU只需向通道发送一条指令即可启动一组I/O操作，然后由通道负责控制整个操作过程直到完成。这种方式进一步减轻了CPU的负担并提高了I/O操作的并行性。I/O设备间数据传输方式探讨数值型数据在计算机内部表示方法CATALOGUE04小数点位置固定，表示范围有限，运算相对简单。小数点位置可变，表示范围大，精度可调，运算复杂。定点数和浮点数概念及特点阐述浮点数定点数

原码、反码和补码表示方法比较原码符号位和数值部分绝对值的二进制表示，简单直观，但加减运算复杂。反码正数的反码与原码相同，负数的反码是符号位不变，其余各位取反，解决了原码加减运算的复杂性，但仍有局限性。补码正数的补码与原码相同，负数的补码是反码加1，使得加减运算可以统一处理，简化了计算机内部电路设计。直接丢弃超出表示范围的高位部分，可能导致精度损失。截断法根据一定规则对超出表示范围的部分进行舍入，减少精度损失。舍入法通过特定算法或硬件支持检测溢出，并进行相应处理，如抛出异常或采取其他计算策略。溢出检测与处理溢出处理策略分析非数值型数据在计算机内部表示方法CATALOGUE05Unicode编码统一码，采用16位二进制数表示一个字符，可以表示世界上几乎所有的字符，包括各种语言文字和特殊符号。UTF-8编码可变长编码，用1到4个字节表示一个字符，兼容ASCII码，广泛应用于网页和网络数据传输。ASCII码美国标准信息交换代码，用7位二进制数表示一个字符，共128个编码，包括大小写英文字母、数字、标点符号等。字符型数据编码方式探讨如JPEG、PNG、GIF等，采用不同的压缩算法和颜色空间来表示图像，具有不同的特点和适用场景。图像存储格式如MP3、WAV、AAC等，采用不同的压缩算法和采样率来表示音频，具有不同的音质和文件大小。音频存储格式如MP4、AVI、MKV等，采用不同的压缩算法和编码方式来表示视频，具有不同的清晰度、流畅度和兼容性。视频存储格式图像和音频视频信息存储格式介绍压缩技术原理通过去除数据中的冗余信息或减少数据的表示精度来实现数据压缩，包括无损压缩和有损压缩两种方式。压缩技术应用举例在图像、音频和视频等领域广泛应用，如JPEG图像压缩、MP3音频压缩和H.264视频压缩等标准，可以显著降低文件大小和网络传输带宽需求。压缩技术原理及应用举例总结与展望CATALOGUE06本章知识点回顾总结八进制和十六进制数制介绍了八进制和十六进制数制的表示方法及其与二进制、十进制数之间的转换。二进制数制及其转换详细阐述了二进制数制的表示方法、二进制数与十进制数之间的转换方法以及二进制数的运算规则。数码系统基本概念介绍了数码系统的定义、数码的表示方法、数码的运算等基本概念。数据在计算机内部的表示深入探讨了数据在计算机内部的表示形式，包括原码、反码、补码等表示方法，以及定点数和浮点数的表示。字符编码介绍了字符编码的基本概念，包括ASCII码、Unicode编码等，以及中文字符的编码方式。数码系统融合01随着计算机技术的发展，数码系统之间的界限将逐渐模糊，不同数制之间的转换将更加便捷。高性能计算需求驱动数码系统创新02未来高性能计算的需求将推动数码系统的创新，例如光计算、生物计算和量子计算等新兴技术可能改变传统的数码系统。智能化数码系统03人工智能技术的发展将促进数码系统的智能化，使得计算机能够更加智能地处理和分析数据。数码系统发展趋势预测随着不同设备和系统的普及，如何实现跨平台数据交互是一个重要挑战。需要研究新的数据表示和传输技术，以确保不同设备和系统之间的顺畅通信。跨平台数据交互随着大数据