《電腦資料表示法》課件

電腦資料表示法計(jì)算機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的基本方法和規(guī)則。涵蓋數(shù)字、字符、圖像、音頻等多種類型資料的表示方法。課程簡(jiǎn)介數(shù)據(jù)表示了解電腦如何存儲(chǔ)、處理和顯示各種類型的數(shù)據(jù)。編碼與解碼學(xué)習(xí)如何將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為機(jī)器可讀的格式，以及如何解碼數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)技術(shù)探索不同的存儲(chǔ)設(shè)備及其工作原理，例如磁盤、光盤和內(nèi)存。課程目標(biāo)深入理解數(shù)據(jù)表示掌握數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方式，包括數(shù)字、字符、圖像和音頻等。掌握常見(jiàn)編碼規(guī)范了解ASCII、Unicode等編碼標(biāo)準(zhǔn)及其應(yīng)用場(chǎng)景。認(rèn)識(shí)存儲(chǔ)設(shè)備了解磁盤、光盤等存儲(chǔ)設(shè)備的原理和特點(diǎn)。資料的性質(zhì)和種類資料的性質(zhì)資料是信息的載體。它可以是數(shù)字、文字、圖像、音頻、視頻等。資料存在于現(xiàn)實(shí)世界，需要被感知、獲取、加工和傳播。資料的種類資料可分為數(shù)字資料、文本資料、圖像資料、音頻資料、視頻資料等。不同種類的資料具有不同的特征和用途。資料表示法的基本要素11.數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)類型決定了數(shù)據(jù)的本質(zhì)，例如整數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)、字符和布爾值。計(jì)算機(jī)根據(jù)數(shù)據(jù)類型分配存儲(chǔ)空間并進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算。22.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述了數(shù)據(jù)之間的邏輯關(guān)系，例如數(shù)組、鏈表、樹和圖。不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景，影響著數(shù)據(jù)的組織方式和訪問(wèn)效率。33.數(shù)據(jù)編碼數(shù)據(jù)編碼將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的二進(jìn)制形式，例如ASCII碼、Unicode編碼和圖像壓縮算法。編碼方案影響著數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間和傳輸效率。44.數(shù)據(jù)格式數(shù)據(jù)格式規(guī)定了數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)和傳輸方式，例如文件格式、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)。格式的兼容性影響著數(shù)據(jù)的共享和互操作性。數(shù)制與數(shù)的表示進(jìn)制的概念進(jìn)制是指用多少個(gè)不同的數(shù)字符號(hào)來(lái)表示數(shù)。常見(jiàn)進(jìn)制二進(jìn)制(Binary):0和1十進(jìn)制(Decimal):0到9十六進(jìn)制(Hexadecimal):0到9和A到F數(shù)的表示方法數(shù)的表示方法取決于所采用的進(jìn)制，每個(gè)進(jìn)制都有其獨(dú)特的符號(hào)和位權(quán)。位權(quán)每個(gè)數(shù)字符號(hào)所代表的數(shù)值大小與它在數(shù)中的位置有關(guān)，稱為位權(quán)。數(shù)的進(jìn)制轉(zhuǎn)換進(jìn)制轉(zhuǎn)換是將一個(gè)進(jìn)制的數(shù)轉(zhuǎn)換為另一個(gè)進(jìn)制的數(shù)的過(guò)程，通常涉及十進(jìn)制、二進(jìn)制、八進(jìn)制和十六進(jìn)制等常見(jiàn)進(jìn)制。1十進(jìn)制我們?nèi)粘Ｊ褂玫臄?shù)制2二進(jìn)制計(jì)算機(jī)內(nèi)部使用的數(shù)制3八進(jìn)制簡(jiǎn)化二進(jìn)制表示4十六進(jìn)制更簡(jiǎn)潔地表示二進(jìn)制數(shù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換方法包括：除基取余法、乘基取整法、權(quán)值法等。掌握進(jìn)制轉(zhuǎn)換方法對(duì)于理解計(jì)算機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)表示和進(jìn)行程序開(kāi)發(fā)至關(guān)重要。定點(diǎn)小數(shù)的表示小數(shù)點(diǎn)固定定點(diǎn)小數(shù)表示法中，小數(shù)點(diǎn)位置固定，不會(huì)隨著數(shù)值變化。整數(shù)部分和分?jǐn)?shù)部分它將數(shù)值分為整數(shù)部分和小數(shù)部分，分別用二進(jìn)制位表示。二進(jìn)制表示計(jì)算機(jī)內(nèi)部使用二進(jìn)制表示定點(diǎn)小數(shù)，每個(gè)二進(jìn)制位代表一個(gè)權(quán)值。浮點(diǎn)數(shù)的表示尾數(shù)部分表示浮點(diǎn)數(shù)的有效數(shù)字，決定浮點(diǎn)數(shù)的精度。指數(shù)部分表示浮點(diǎn)數(shù)的小數(shù)點(diǎn)位置，決定浮點(diǎn)數(shù)的大小范圍。符號(hào)位用來(lái)表示浮點(diǎn)數(shù)的正負(fù)號(hào)。布爾代數(shù)與邏輯運(yùn)算布爾代數(shù)布爾代數(shù)是用來(lái)描述邏輯運(yùn)算的數(shù)學(xué)系統(tǒng)，它使用邏輯值“真”和“假”進(jìn)行運(yùn)算。邏輯運(yùn)算邏輯運(yùn)算包括與、或、非等基本運(yùn)算，用于處理邏輯值。應(yīng)用布爾代數(shù)和邏輯運(yùn)算在計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)字電路設(shè)計(jì)等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。字符的表示11.字符編碼計(jì)算機(jī)系統(tǒng)使用數(shù)字來(lái)表示字符。22.編碼方案不同的編碼方案使用不同的數(shù)字來(lái)表示相同的字符。33.常見(jiàn)編碼ASCII、Unicode和GBK是常見(jiàn)的字符編碼方案。44.字符集每個(gè)編碼方案都包含一個(gè)字符集，定義了哪些字符可以被編碼。ASCII碼名稱含義ASCII美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼范圍0-127種類控制字符和可顯示字符特點(diǎn)字符編碼標(biāo)準(zhǔn)，使用7位二進(jìn)制表示ASCII碼是計(jì)算機(jī)中最常用的字符編碼標(biāo)準(zhǔn)之一，它將字母、數(shù)字、標(biāo)點(diǎn)符號(hào)等字符用7位二進(jìn)制表示，用于表示英語(yǔ)字符。它分為控制字符和可顯示字符，控制字符用于控制計(jì)算機(jī)設(shè)備，可顯示字符用于顯示文本內(nèi)容。Unicode編碼Unicode是一種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)字符集，包含了世界上大多數(shù)語(yǔ)言的字符。Unicode采用固定長(zhǎng)度編碼，每個(gè)字符占用2個(gè)字節(jié)，可以表示超過(guò)65,536個(gè)字符。Unicode可以解決不同語(yǔ)言之間字符編碼不兼容的問(wèn)題，并支持更廣泛的字符集。1M字符2字節(jié)65K字符圖像的表示圖像是一種視覺(jué)信息，包含像素、顏色、亮度等信息。它可以通過(guò)各種設(shè)備進(jìn)行采集和處理，并以數(shù)字的形式存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中。計(jì)算機(jī)處理圖像，將圖像分解成像素，每個(gè)像素代表一個(gè)顏色值。圖像的表示方法主要分為兩種：位圖和矢量圖。位圖與矢量圖位圖位圖使用像素來(lái)表示圖像。每個(gè)像素對(duì)應(yīng)一個(gè)顏色值。放大后，圖像會(huì)變得模糊。矢量圖矢量圖使用數(shù)學(xué)公式來(lái)描述圖像的形狀和顏色。放大后，圖像不會(huì)失真。矢量圖更適用于圖形設(shè)計(jì)，如logo或圖標(biāo)。應(yīng)用場(chǎng)景位圖適合顯示照片，而矢量圖適合顯示圖形。例如，照片通常是位圖，而logo通常是矢量圖。顏色的數(shù)字表示顏色可以使用數(shù)字來(lái)表示，以便計(jì)算機(jī)能夠存儲(chǔ)和處理。最常見(jiàn)的顏色表示方法是RGB模型，它使用三個(gè)值來(lái)表示紅、綠和藍(lán)的強(qiáng)度。例如，黑色用(0,0,0)表示，白色用(255,255,255)表示，紅色用(255,0,0)表示。音頻的表示音頻信號(hào)是模擬信號(hào)，需要轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)才能存儲(chǔ)和處理。采樣和量化是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的兩個(gè)關(guān)鍵步驟。采樣是將連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為離散的樣本，量化是將每個(gè)樣本轉(zhuǎn)換為數(shù)字表示。采樣和量化1采樣將連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字信號(hào)。2量化將離散的信號(hào)幅度值映射到有限數(shù)量的離散級(jí)別。3編碼將量化后的信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字代碼。采樣和量化是將模擬音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字音頻信號(hào)的關(guān)鍵步驟。采樣將連續(xù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為離散信號(hào)，而量化則將信號(hào)幅度值轉(zhuǎn)換為有限數(shù)量的離散級(jí)別。編碼將這些級(jí)別轉(zhuǎn)換成數(shù)字代碼，以便在計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)和處理。壓縮編碼技術(shù)減少存儲(chǔ)空間壓縮編碼技術(shù)通過(guò)移除冗余信息來(lái)減少數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間。這在存儲(chǔ)和傳輸大型文件時(shí)非常有用。提高傳輸效率壓縮編碼技術(shù)可以顯著降低數(shù)據(jù)傳輸所需的時(shí)間和帶寬。這在互聯(lián)網(wǎng)上傳輸視頻和音頻文件時(shí)尤其重要。視頻的表示視頻是動(dòng)態(tài)圖像和聲音的集合，是信息傳遞的重要載體。視頻數(shù)據(jù)量很大，需要高效的表示方法。視頻由一系列靜止圖像構(gòu)成，稱為幀。幀率表示每秒顯示的幀數(shù)，幀率越高，視頻越流暢。視頻數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)非常重要，可以減少存儲(chǔ)空間和傳輸帶寬。幀、場(chǎng)、像素幀視頻中的幀類似于一幅靜止的圖像，視頻由連續(xù)的幀組成，以呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)畫面。場(chǎng)為了提高視頻播放的流暢度，將幀分解為兩個(gè)場(chǎng)，分別表示奇數(shù)行和偶數(shù)行像素。像素像素是圖像的基本單元，每個(gè)像素代表圖像中的一個(gè)點(diǎn)，由顏色信息構(gòu)成。壓縮編碼技術(shù)1減少冗余視頻數(shù)據(jù)包含大量冗余信息，壓縮技術(shù)通過(guò)去除冗余，降低數(shù)據(jù)量。2提高效率壓縮后的數(shù)據(jù)更小，傳輸更快，存儲(chǔ)更節(jié)省空間。3多種類型視頻壓縮技術(shù)包括幀內(nèi)壓縮、幀間壓縮、變換編碼等，根據(jù)不同場(chǎng)景選擇合適的技術(shù)。4壓縮標(biāo)準(zhǔn)常見(jiàn)的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)包括H.264、H.265等，這些標(biāo)準(zhǔn)定義了壓縮和解壓縮的規(guī)則。多媒體編碼標(biāo)準(zhǔn)MPEGMPEG是運(yùn)動(dòng)圖像專家組標(biāo)準(zhǔn)，由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO和國(guó)際電工委員會(huì)IEC共同制定。MPEG標(biāo)準(zhǔn)廣泛應(yīng)用于數(shù)字電視廣播、視頻壓縮、音頻壓縮和多媒體存儲(chǔ)等領(lǐng)域。H.264/AVCH.264/AVC是視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，由ITU-T和ISO/IEC共同制定。H.264/AVC比以前的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)更有效，可以實(shí)現(xiàn)更高的壓縮比，提高視頻質(zhì)量。AACAAC是高級(jí)音頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，由ISO/IEC制定。AAC可以提供比MP3更高的音質(zhì)，支持更高的采樣率和比特率，并具有更低的延遲。存儲(chǔ)設(shè)備與存儲(chǔ)單位硬盤驅(qū)動(dòng)器硬盤驅(qū)動(dòng)器(HDD)是用于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的設(shè)備，它們使用磁性介質(zhì)來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。它們通常用于存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)，如操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序和文件。固態(tài)硬盤固態(tài)硬盤(SSD)使用閃存芯片來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，比HDD更快、更安靜，但價(jià)格更貴。它們?cè)絹?lái)越多地用于筆記本電腦和臺(tái)式機(jī)中。閃存盤閃存盤，也稱為USB驅(qū)動(dòng)器，是一種小型便攜式存儲(chǔ)設(shè)備，使用閃存芯片來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。它們用于存儲(chǔ)和傳輸小文件，以及備份數(shù)據(jù)。光盤光盤，包括CD和DVD，使用激光來(lái)讀寫數(shù)據(jù)，它們用于存儲(chǔ)音頻、視頻和其他數(shù)據(jù)，但速度較慢且容量有限。存儲(chǔ)設(shè)備的容量與速度容量速度表示存儲(chǔ)設(shè)備所能存儲(chǔ)的總數(shù)據(jù)量。表示存儲(chǔ)設(shè)備讀取和寫入數(shù)據(jù)的快慢。常用單位：字節(jié)（Byte）、千字節(jié)（KB）、兆字節(jié)（MB）、吉字節(jié)（GB）、太字節(jié)（TB）常用單位：納秒（ns）、微秒（μs）、毫秒（ms）、秒（s）。容量越大，存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)越多。速度越快，數(shù)據(jù)讀取和寫入的速度越快。磁盤的組成和工作原理1磁盤組成磁盤通常由盤片、磁頭、主軸電機(jī)、磁頭臂、控制電路等組成。盤片記錄數(shù)據(jù)，磁頭讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)，主軸電機(jī)旋轉(zhuǎn)盤片，磁頭臂移動(dòng)磁頭，控制電路控制整個(gè)磁盤工作。2磁盤讀寫原理磁頭懸浮在盤片表面上方，利用電磁感應(yīng)原理，通過(guò)磁頭線圈電流變化改變盤片磁化狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)寫入。讀取時(shí)，磁化區(qū)域改變磁頭線圈電流，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。3磁盤工作過(guò)程用戶發(fā)出讀寫數(shù)據(jù)指令，控制電路將指令轉(zhuǎn)換為磁頭動(dòng)作，磁頭臂移動(dòng)磁頭，磁頭在盤片表面進(jìn)行讀寫操作，最后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絻?nèi)存或外設(shè)。光存儲(chǔ)設(shè)備光盤光盤使用激光讀取和寫入數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)被記錄在光盤的反射層上。DVDDVD與光盤類似，但存儲(chǔ)容量更大，可以存儲(chǔ)更多的數(shù)據(jù)。藍(lán)光光盤藍(lán)光光盤使用藍(lán)光激光讀取和寫入數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)容量更大，可用于存儲(chǔ)高清視頻等數(shù)據(jù)。半導(dǎo)體存儲(chǔ)設(shè)備高密度存儲(chǔ)半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片利用半導(dǎo)體材料的特性，實(shí)現(xiàn)高密度存儲(chǔ)，能夠在有限空間內(nèi)存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)?？焖僮x寫閃存芯片以其快速的讀寫速度和非易失性，成為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中重要的存儲(chǔ)介質(zhì)。隨機(jī)存取內(nèi)存條是常見(jiàn)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)設(shè)備，支持隨機(jī)存取，能夠快速訪問(wèn)任何位置的數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)容量不斷增大從最初的KB到現(xiàn)在的TB、PB甚至ZB，存儲(chǔ)容量不斷提升，滿足了人們對(duì)海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)需求。速度持續(xù)提升硬盤、固態(tài)硬盤、內(nèi)存等存儲(chǔ)設(shè)備的讀寫速度不斷提高，為數(shù)據(jù)處理和訪問(wèn)提供了更快的速度。技術(shù)革新從傳統(tǒng)的機(jī)械硬盤到現(xiàn)在的固態(tài)硬盤、云存儲(chǔ)、DNA存儲(chǔ)等，存儲(chǔ)技術(shù)不斷革新，為未來(lái)發(fā)展提供了更大的空間。應(yīng)用場(chǎng)景擴(kuò)展存儲(chǔ)技術(shù)應(yīng)用于各種領(lǐng)域，如云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等，推動(dòng)了各個(gè)領(lǐng)域的進(jìn)