第2章數(shù)碼系統(tǒng)-數(shù)據在計算機內部的表示形式

第2章數(shù)碼系統(tǒng)--數(shù)據在計算機內部的表示形式CATALOGUE目錄數(shù)碼系統(tǒng)基本概念進制數(shù)與編碼規(guī)則計算機內部數(shù)據存儲與傳輸方式數(shù)值型數(shù)據在計算機內部表示方法非數(shù)值型數(shù)據在計算機內部表示方法總結與展望數(shù)碼系統(tǒng)基本概念CATALOGUE01數(shù)碼（digital）指的是采用0和1表示的二進制數(shù)字系統(tǒng)，是計算機內部信息處理的基礎。數(shù)碼定義數(shù)碼技術經歷了從真空管、晶體管、集成電路到大規(guī)模集成電路的四個發(fā)展階段，逐漸成為信息技術領域的核心技術。發(fā)展歷程數(shù)碼定義及發(fā)展歷程數(shù)碼系統(tǒng)組成要素二進制數(shù)二進制數(shù)是數(shù)碼系統(tǒng)的基本要素，由0和1組成，可以表示任何數(shù)字、字母和符號等信息。字節(jié)（byte）字節(jié)是計算機中用于計量存儲容量的一種單位，通常由8個二進制位組成。位（bit）位是二進制數(shù)的基本單位，一個二進制數(shù)可以表示一個位，多個二進制數(shù)組合起來可以表示一個字節(jié)（byte）。編碼方式編碼方式是指將各種信息轉換為二進制代碼的方法，如ASCII碼、Unicode碼等。計算機內部采用二進制數(shù)碼系統(tǒng)存儲各種數(shù)據，包括數(shù)字、文本、圖像、音頻和視頻等。數(shù)據存儲計算機可以對二進制數(shù)碼進行各種算術和邏輯運算，實現(xiàn)數(shù)據的加工和處理。數(shù)據處理計算機之間或計算機內部各部件之間的數(shù)據傳輸也采用二進制數(shù)碼系統(tǒng)，保證了數(shù)據傳輸?shù)臏蚀_性和可靠性。數(shù)據傳輸計算機程序是由一系列二進制代碼組成的，通過對這些代碼的執(zhí)行可以控制計算機的各種操作。程序控制計算機內部數(shù)據表示意義進制數(shù)與編碼規(guī)則CATALOGUE02請輸入您的內容進制數(shù)與編碼規(guī)則計算機內部數(shù)據存儲與傳輸方式CATALOGUE03內存由許多存儲單元組成，每個存儲單元都有唯一地址，可以存儲一定字節(jié)的數(shù)據。內存儲器基本結構內存尋址方式內存讀寫操作計算機通過地址總線將地址信息發(fā)送到內存，內存根據地址信息定位到相應的存儲單元。CPU通過數(shù)據總線與內存進行數(shù)據傳輸，實現(xiàn)數(shù)據的讀取和寫入。030201內存儲器結構與工作原理CPU寄存器與內存間的數(shù)據傳輸CPU通過寄存器與內存進行數(shù)據傳輸，先將數(shù)據從內存讀取到寄存器，再進行相應的處理，最后將結果寫回到內存。CPU緩存與內存間的數(shù)據傳輸CPU緩存是位于CPU和內存之間的臨時存儲器，用于提高數(shù)據訪問速度。當CPU需要訪問數(shù)據時，會先查看緩存中是否有該數(shù)據，如果有則直接從緩存中讀取，否則從內存中讀取并同時將該數(shù)據塊復制到緩存中。DMA傳輸方式DMA（DirectMemoryAccess）是一種不經過CPU而直接從內存存取數(shù)據的數(shù)據交換方式。在DMA模式下，外設可以和內存直接進行數(shù)據傳輸，降低了CPU的負載。CPU與內存間數(shù)據傳輸過程剖析中斷傳輸方式當I/O設備準備好數(shù)據時，會向CPU發(fā)送中斷請求。CPU響應中斷后，會暫停當前任務并保存現(xiàn)場信息，然后跳轉到中斷處理程序執(zhí)行I/O操作。中斷處理完成后，CPU再恢復現(xiàn)場信息并繼續(xù)執(zhí)行原任務。DMA傳輸方式在I/O設備間的應用在I/O設備間進行數(shù)據傳輸時，可以采用DMA傳輸方式。這種方式下，I/O設備可以直接與內存進行數(shù)據傳輸而不需要CPU的參與，從而提高了數(shù)據傳輸效率。通道傳輸方式通道是一種特殊的處理器，可以獨立于CPU控制一組I/O操作。在通道傳輸方式下，CPU只需向通道發(fā)送一條指令即可啟動一組I/O操作，然后由通道負責控制整個操作過程直到完成。這種方式進一步減輕了CPU的負擔并提高了I/O操作的并行性。I/O設備間數(shù)據傳輸方式探討數(shù)值型數(shù)據在計算機內部表示方法CATALOGUE04小數(shù)點位置固定，表示范圍有限，運算相對簡單。小數(shù)點位置可變，表示范圍大，精度可調，運算復雜。定點數(shù)和浮點數(shù)概念及特點闡述浮點數(shù)定點數(shù)

原碼、反碼和補碼表示方法比較原碼符號位和數(shù)值部分絕對值的二進制表示，簡單直觀，但加減運算復雜。反碼正數(shù)的反碼與原碼相同，負數(shù)的反碼是符號位不變，其余各位取反，解決了原碼加減運算的復雜性，但仍有局限性。補碼正數(shù)的補碼與原碼相同，負數(shù)的補碼是反碼加1，使得加減運算可以統(tǒng)一處理，簡化了計算機內部電路設計。直接丟棄超出表示范圍的高位部分，可能導致精度損失。截斷法根據一定規(guī)則對超出表示范圍的部分進行舍入，減少精度損失。舍入法通過特定算法或硬件支持檢測溢出，并進行相應處理，如拋出異?；虿扇∑渌嬎悴呗?。溢出檢測與處理溢出處理策略分析非數(shù)值型數(shù)據在計算機內部表示方法CATALOGUE05Unicode編碼統(tǒng)一碼，采用16位二進制數(shù)表示一個字符，可以表示世界上幾乎所有的字符，包括各種語言文字和特殊符號。UTF-8編碼可變長編碼，用1到4個字節(jié)表示一個字符，兼容ASCII碼，廣泛應用于網頁和網絡數(shù)據傳輸。ASCII碼美國標準信息交換代碼，用7位二進制數(shù)表示一個字符，共128個編碼，包括大小寫英文字母、數(shù)字、標點符號等。字符型數(shù)據編碼方式探討如JPEG、PNG、GIF等，采用不同的壓縮算法和顏色空間來表示圖像，具有不同的特點和適用場景。圖像存儲格式如MP3、WAV、AAC等，采用不同的壓縮算法和采樣率來表示音頻，具有不同的音質和文件大小。音頻存儲格式如MP4、AVI、MKV等，采用不同的壓縮算法和編碼方式來表示視頻，具有不同的清晰度、流暢度和兼容性。視頻存儲格式圖像和音頻視頻信息存儲格式介紹壓縮技術原理通過去除數(shù)據中的冗余信息或減少數(shù)據的表示精度來實現(xiàn)數(shù)據壓縮，包括無損壓縮和有損壓縮兩種方式。壓縮技術應用舉例在圖像、音頻和視頻等領域廣泛應用，如JPEG圖像壓縮、MP3音頻壓縮和H.264視頻壓縮等標準，可以顯著降低文件大小和網絡傳輸帶寬需求。壓縮技術原理及應用舉例總結與展望CATALOGUE06本章知識點回顧總結八進制和十六進制數(shù)制介紹了八進制和十六進制數(shù)制的表示方法及其與二進制、十進制數(shù)之間的轉換。二進制數(shù)制及其轉換詳細闡述了二進制數(shù)制的表示方法、二進制數(shù)與十進制數(shù)之間的轉換方法以及二進制數(shù)的運算規(guī)則。數(shù)碼系統(tǒng)基本概念介紹了數(shù)碼系統(tǒng)的定義、數(shù)碼的表示方法、數(shù)碼的運算等基本概念。數(shù)據在計算機內部的表示深入探討了數(shù)據在計算機內部的表示形式，包括原碼、反碼、補碼等表示方法，以及定點數(shù)和浮點數(shù)的表示。字符編碼介紹了字符編碼的基本概念，包括ASCII碼、Unicode編碼等，以及中文字符的編碼方式。數(shù)碼系統(tǒng)融合01隨著計算機技術的發(fā)展，數(shù)碼系統(tǒng)之間的界限將逐漸模糊，不同數(shù)制之間的轉換將更加便捷。高性能計算需求驅動數(shù)碼系統(tǒng)創(chuàng)新02未來高性能計算的需求將推動數(shù)碼系統(tǒng)的創(chuàng)新，例如光計算、生物計算和量子計算等新興技術可能改變傳統(tǒng)的數(shù)碼系統(tǒng)。智能化數(shù)碼系統(tǒng)03人工智能技術的發(fā)展將促進數(shù)碼系統(tǒng)的智能化，使得計算機能夠更加智能地處理和分析數(shù)據。數(shù)碼系統(tǒng)發(fā)展趨勢預測隨著不同設備和系統(tǒng)的普及，如何實現(xiàn)跨平臺數(shù)據交互是一個重要挑戰(zhàn)。需要研究新的數(shù)據表示和傳輸技術，以確保不同設備和系統(tǒng)之間的順暢通信?？缙脚_數(shù)據交互隨著大數(shù)據