計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)與C++語(yǔ)言【3】-數(shù)據(jù)表示及字符編碼

1、u數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 是對(duì)是對(duì)事實(shí)或概念的事實(shí)或概念的一種一種符號(hào)表示形式。可以符號(hào)表示形式。可以用人用人工方式或自動(dòng)化裝置進(jìn)行通信、翻譯轉(zhuǎn)換或加工處工方式或自動(dòng)化裝置進(jìn)行通信、翻譯轉(zhuǎn)換或加工處理理。u數(shù)值型數(shù)據(jù)數(shù)值型數(shù)據(jù) 具有特定值的一類(lèi)數(shù)據(jù)，可用來(lái)表示數(shù)量的多少，具有特定值的一類(lèi)數(shù)據(jù)，可用來(lái)表示數(shù)量的多少，可進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算?？蛇M(jìn)行算術(shù)運(yùn)算。u非數(shù)值型數(shù)據(jù)非數(shù)值型數(shù)據(jù) 包括字符包括字符、字符串、圖形、字符串、圖形、圖像、音頻、視頻等。圖像、音頻、視頻等。 u媒體媒體 媒體又稱(chēng)媒介，指承載信息的手段、方法、工具、設(shè)備或裝媒體又稱(chēng)媒介，指承載信息的手段、方法、工具、設(shè)備或裝置。置。感覺(jué)媒體感覺(jué)媒體：能使人的

2、各種感覺(jué)器官直接產(chǎn)生感覺(jué)的一類(lèi)媒體。：能使人的各種感覺(jué)器官直接產(chǎn)生感覺(jué)的一類(lèi)媒體。如聲音、文字、圖畫(huà)、氣味等，它們是人類(lèi)使用信息的有效形如聲音、文字、圖畫(huà)、氣味等，它們是人類(lèi)使用信息的有效形式。式。表示媒體表示媒體：為了使計(jì)算機(jī)有效地處理、傳輸感覺(jué)媒體而在計(jì)：為了使計(jì)算機(jī)有效地處理、傳輸感覺(jué)媒體而在計(jì)算機(jī)內(nèi)部采用的特殊表示形式，即數(shù)值、文字、圖像、音頻、算機(jī)內(nèi)部采用的特殊表示形式，即數(shù)值、文字、圖像、音頻、視頻等的二進(jìn)制編碼表示。視頻等的二進(jìn)制編碼表示。存儲(chǔ)媒體存儲(chǔ)媒體：用于存放表示媒體以便計(jì)算機(jī)加工處理的物理實(shí)：用于存放表示媒體以便計(jì)算機(jī)加工處理的物理實(shí)體。如磁盤(pán)、光盤(pán)、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器等。體。

3、如磁盤(pán)、光盤(pán)、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器等。傳輸媒體傳輸媒體：用來(lái)將表示媒體從一臺(tái)計(jì)算機(jī)傳送到另一臺(tái)計(jì)算：用來(lái)將表示媒體從一臺(tái)計(jì)算機(jī)傳送到另一臺(tái)計(jì)算機(jī)的通信載體，如電話線、雙絞線、光纖、無(wú)線電頻道、紅外機(jī)的通信載體，如電話線、雙絞線、光纖、無(wú)線電頻道、紅外線等。線等。常見(jiàn)編碼：常見(jiàn)編碼： 身份證號(hào)、校園卡號(hào)、五線譜、電報(bào)碼、身份證號(hào)、校園卡號(hào)、五線譜、電報(bào)碼、。數(shù)字編碼：數(shù)字編碼： ASCIIASCII編碼、數(shù)值的二進(jìn)制表示、圖像的數(shù)字表示、編碼、數(shù)值的二進(jìn)制表示、圖像的數(shù)字表示、。u編碼編碼 用少量簡(jiǎn)單的基本符號(hào)，對(duì)大量復(fù)雜多樣的信息進(jìn)用少量簡(jiǎn)單的基本符號(hào)，對(duì)大量復(fù)雜多樣的信息進(jìn)行一定規(guī)律的組合表示。行一

4、定規(guī)律的組合表示。u一切信息編碼的兩大要素一切信息編碼的兩大要素 基本符號(hào)的種類(lèi)，組合規(guī)則?；痉?hào)的種類(lèi)，組合規(guī)則。u數(shù)字化編碼數(shù)字化編碼 基本符號(hào)基本符號(hào)0、1，不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)組合規(guī)則不同。，不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)組合規(guī)則不同。只需按下述公式計(jì)算：只需按下述公式計(jì)算：101011001122112101221(T) )-mR-mK-R-KRKRKn-Rn-Kn-Rn-(K R)-mK-K-.KKKKn-Kn-(KR(S)R R數(shù)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制（數(shù)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制（2/22/2）M十進(jìn)制正數(shù)轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制正數(shù)轉(zhuǎn)化為R進(jìn)制？進(jìn)制？0255、0.2、1/3、(001 011 010 110.101 011

5、100) 2= (1326.534) 8 1 3 2 6 5 3 4(0101 1101.0101 1010) 2= (5D.5A) 16 5 D 5 Au二進(jìn)制轉(zhuǎn)化成八二進(jìn)制轉(zhuǎn)化成八(十六十六)進(jìn)制進(jìn)制M八八(十六十六)進(jìn)制如何轉(zhuǎn)換到二進(jìn)制？進(jìn)制如何轉(zhuǎn)換到二進(jìn)制？定點(diǎn)小數(shù)定點(diǎn)小數(shù): N = N N N .Ns-1-n+1-2小數(shù)點(diǎn)位置符號(hào)位：0正1負(fù)真值的絕對(duì)值定點(diǎn)整數(shù)定點(diǎn)整數(shù) : N = N N . N N01sn-2小數(shù)點(diǎn)位置符號(hào)位：0正1負(fù)真值的絕對(duì)值 計(jì)算機(jī)內(nèi)部總是計(jì)算機(jī)內(nèi)部總是用定長(zhǎng)的用定長(zhǎng)的二進(jìn)制位表示，因此可二進(jìn)制位表示，因此可表示數(shù)的范圍和精度是有限的！表示數(shù)的范圍和精度是有

6、限的！u由于表示的特點(diǎn)由于表示的特點(diǎn)，定點(diǎn)數(shù)能夠表示的數(shù)的范圍較，定點(diǎn)數(shù)能夠表示的數(shù)的范圍較小，不能滿(mǎn)足數(shù)據(jù)處理要求，產(chǎn)生了浮點(diǎn)表示小，不能滿(mǎn)足數(shù)據(jù)處理要求，產(chǎn)生了浮點(diǎn)表示方式。方式。u任何一個(gè)二進(jìn)制數(shù)任何一個(gè)二進(jìn)制數(shù)N可以表示為：可以表示為：N = S 2E，S稱(chēng)為尾數(shù)，稱(chēng)為尾數(shù)，E稱(chēng)為階碼，稱(chēng)為階碼，2是階碼的是階碼的基數(shù)?；鶖?shù)。uE的不同取值使得的不同取值使得S中的小數(shù)點(diǎn)位置可以浮動(dòng)，因中的小數(shù)點(diǎn)位置可以浮動(dòng)，因此稱(chēng)為浮點(diǎn)數(shù)。如：此稱(chēng)為浮點(diǎn)數(shù)。如：1.01101 23， 10.1101 22 表示表示的數(shù)的數(shù)相同。相同。u浮點(diǎn)數(shù)在機(jī)器內(nèi)部的表示由浮點(diǎn)數(shù)在機(jī)器內(nèi)部的表示由3部分構(gòu)成部分構(gòu)成

7、不同類(lèi)型不同類(lèi)型的數(shù)的數(shù)(float、double)，其其i、j不同。不同。階碼(i位)數(shù)符(1位)尾數(shù)(j位)11120202nnnXXXXX原n比特比特整數(shù)整數(shù)02220111XXXXXnnn原n比特比特整數(shù)整數(shù)+0+0原原 -0-0原原 , ,一定會(huì)帶來(lái)不便！一定會(huì)帶來(lái)不便！u優(yōu)點(diǎn) 表示簡(jiǎn)單，易于理解，真值轉(zhuǎn)換方便； 乘除運(yùn)算簡(jiǎn)單。u缺點(diǎn) +、-運(yùn)算麻煩。+、-運(yùn)算完全與筆算相同，如兩個(gè)正數(shù)相減，首先要判斷被減數(shù)的絕對(duì)值與減數(shù)的絕對(duì)值的大小，然后決定是顛倒過(guò)來(lái)相減，還是直接相減。最后在結(jié)果的前面加上正確的正負(fù)號(hào)。所以，勢(shì)必花費(fèi)較多的運(yùn)算時(shí)間，降低運(yùn)算速度，使運(yùn)算器的邏輯復(fù)雜化。 0的表示

8、不唯一，對(duì)處理帶來(lái)了不便。M設(shè)法克服這些缺點(diǎn)設(shè)法克服這些缺點(diǎn)補(bǔ)碼表示！補(bǔ)碼表示！n比特比特整數(shù)整數(shù)) 12(mod02122011-XX-XXXnnnn反n比特比特整數(shù)整數(shù))2(mod0222011nnnnXXXXX補(bǔ)u無(wú)符號(hào)整數(shù)沒(méi)有符號(hào)位，所有的位都用于表示數(shù)值，如：unsigned int、unsigned long等。u有符號(hào)整數(shù)的最高位為符號(hào)位。如：int、long等。M求出若干整數(shù)的補(bǔ)碼，通過(guò)調(diào)試手段驗(yàn)證內(nèi)存中的內(nèi)容！求出若干整數(shù)的補(bǔ)碼，通過(guò)調(diào)試手段驗(yàn)證內(nèi)存中的內(nèi)容！M注意字節(jié)序注意字節(jié)序big endian(大尾，高位字節(jié)在后或高地址大尾，高位字節(jié)在后或高地址)和和little e

9、ndian(小尾，低位字節(jié)在后或高地址小尾，低位字節(jié)在后或高地址)！MPowerPC系列系列CPU和和Intel的的x86系列系列CPU分別分別使用使用BE和和LE；C+的字節(jié)序與目標(biāo)的字節(jié)序與目標(biāo)CPU相關(guān)；相關(guān)；Java總總采用采用BE，所有所有網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議使用使用BE。 MC+中整數(shù)類(lèi)之間的賦值是內(nèi)存的原樣中整數(shù)類(lèi)之間的賦值是內(nèi)存的原樣拷貝！拷貝！M實(shí)現(xiàn)正整數(shù)的二進(jìn)制表示的置位、反轉(zhuǎn)等！實(shí)現(xiàn)正整數(shù)的二進(jìn)制表示的置位、反轉(zhuǎn)等！補(bǔ)碼加減法公式：符號(hào)位和數(shù)位一樣運(yùn)算。 X+Y補(bǔ)=X補(bǔ)+Y補(bǔ) 公式一 X-Y補(bǔ)=X補(bǔ)-Y補(bǔ) 公式二 X-Y補(bǔ)=X補(bǔ)+-Y補(bǔ) 公式三問(wèn)：為什么要有多種編碼表

10、示？問(wèn)：為什么要有多種編碼表示？答：簡(jiǎn)化數(shù)字的算術(shù)運(yùn)算，易于硬件實(shí)現(xiàn)。答：簡(jiǎn)化數(shù)字的算術(shù)運(yùn)算，易于硬件實(shí)現(xiàn)。 加減運(yùn)算采用補(bǔ)碼，乘除運(yùn)算采用原碼。加減運(yùn)算采用補(bǔ)碼，乘除運(yùn)算采用原碼。u大多數(shù)系統(tǒng)的浮點(diǎn)數(shù)表示采用IEEE 754制定的標(biāo)準(zhǔn)為指數(shù)為尾數(shù)，表示正負(fù)，或其中可以表示為：除外一個(gè)規(guī)格化的浮點(diǎn)數(shù)e102. 1) 1(2) 1(N)0(e1sesMsmmMp小數(shù)點(diǎn)左側(cè)固定為1，為了保存更多有效數(shù)字，不予保存。指數(shù)部分用“移碼”表示。float中各段分為1、8、23位，共32位， E=e+127double中各段分為1、11、52位，共64位，E=e+1023127和1023稱(chēng)為“偏置量(Bi

11、as)”，E是“移碼”。m1 m2 mpEs 在內(nèi)存中的表示為三部分：在內(nèi)存中的表示為三部分：0 0：小數(shù)點(diǎn)左側(cè)固定為：小數(shù)點(diǎn)左側(cè)固定為1,01,0無(wú)法保存只能特殊處理。無(wú)法保存只能特殊處理。NaNNaN：負(fù)數(shù)開(kāi)平方，結(jié)果無(wú)定義，不是一個(gè)數(shù)。：負(fù)數(shù)開(kāi)平方，結(jié)果無(wú)定義，不是一個(gè)數(shù)。：浮點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算結(jié)果超出了可表示范圍，視為：浮點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算結(jié)果超出了可表示范圍，視為無(wú)窮大。無(wú)窮大。非規(guī)格化數(shù)非規(guī)格化數(shù)：設(shè)：設(shè)float數(shù)數(shù)X=1.001 2-125，Y= 1.0001 2-125 ，對(duì)應(yīng)十進(jìn)制的，對(duì)應(yīng)十進(jìn)制的 2.6448623 10-38 和和 2.4979255 10-38。X-Y= 0.0001

12、 2-125，表達(dá)為規(guī)范浮點(diǎn)數(shù)則，表達(dá)為規(guī)范浮點(diǎn)數(shù)則為為 1.0 2-129，超出了，超出了float的表示范圍，只能近似為的表示范圍，只能近似為0，這意味著這意味著1/(X-Y)這一運(yùn)算可能出現(xiàn)問(wèn)題。這一運(yùn)算可能出現(xiàn)問(wèn)題。M編程輸出產(chǎn)生特殊值的表達(dá)式！編程輸出產(chǎn)生特殊值的表達(dá)式！移碼移碼E E的范圍及表示的范圍及表示 floatfloat用用8 8位表示移碼位表示移碼，偏置量，偏置量為為127127，可表示的指數(shù)，可表示的指數(shù)范圍為范圍為-127,128-127,128，對(duì)應(yīng)的移碼范圍為，對(duì)應(yīng)的移碼范圍為0,2550,255。此。此范圍用無(wú)符號(hào)整數(shù)的二進(jìn)制表示。范圍用無(wú)符號(hào)整數(shù)的二進(jìn)制表示。

13、E=0E=0或或255255與尾數(shù)的不同組合表示特殊浮點(diǎn)數(shù)（見(jiàn)前與尾數(shù)的不同組合表示特殊浮點(diǎn)數(shù)（見(jiàn)前文表文表）。）。內(nèi)似的約定可推至內(nèi)似的約定可推至doubledoubleM給出幾個(gè)浮點(diǎn)數(shù)的表示，通過(guò)調(diào)試手段驗(yàn)證內(nèi)存給出幾個(gè)浮點(diǎn)數(shù)的表示，通過(guò)調(diào)試手段驗(yàn)證內(nèi)存中的內(nèi)容！中的內(nèi)容！u“美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換代碼美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換代碼”(American Standard Code for Information Interchange)，簡(jiǎn)稱(chēng)，簡(jiǎn)稱(chēng)ASCII碼。碼。u基本基本ASCII用用7位二進(jìn)制編碼，可表示位二進(jìn)制編碼，可表示27=128個(gè)字符。個(gè)字符。uASCII中，中，編碼值編碼值031不對(duì)應(yīng)任何

14、可印刷（或稱(chēng)有字形）不對(duì)應(yīng)任何可印刷（或稱(chēng)有字形）字符，通常稱(chēng)它們?yōu)榭刂谱址?，用于通信控制或?jì)算機(jī)設(shè)備字符，通常稱(chēng)它們?yōu)榭刂谱址?，用于通信控制或?jì)算機(jī)設(shè)備的功能控制。編碼值為的功能控制。編碼值為32的是空格字符的是空格字符SP。編碼值為。編碼值為127的是的是刪除控制刪除控制DEL碼。其余的碼。其余的94個(gè)字符稱(chēng)為可印刷字符。個(gè)字符稱(chēng)為可印刷字符。u擴(kuò)展擴(kuò)展ASCII(Latin-1 )用用8位二進(jìn)制編碼，可表示位二進(jìn)制編碼，可表示28=256個(gè)字符。個(gè)字符。除基本除基本ASCII字符，還包括西歐語(yǔ)言、希臘語(yǔ)、泰語(yǔ)、阿拉伯字符，還包括西歐語(yǔ)言、希臘語(yǔ)、泰語(yǔ)、阿拉伯語(yǔ)、希伯來(lái)語(yǔ)對(duì)應(yīng)的文字符號(hào)。語(yǔ)

15、、希伯來(lái)語(yǔ)對(duì)應(yīng)的文字符號(hào)。 7657654321432100000000100101001001101110010010110111011011111100000000NULNULDLEDLESPSP0 0 P Pp p00010001SOHSOHDC1DC1！1 1A AQ Qa aq q00100010STXSTXDC2DC2”2 2B BR Rb br r00110011ETXETXDC3DC3# #3 3C CS Sc cs s01000100EOTEOTDC4DC4$ $4 4D DT Td dt t01010101ENQENQNAKNAK% %5 5E EU Ue eu u0110

16、0110ACKACKSYNSYN& &6 6F FV Vf fv v7位ASCII碼7位ASCII碼7657654321432100000000100101001001101110010010110111011011111101110111BELBELETBETB7 7G GW Wg gw w10001000BSBSCANCAN（8 8H HX Xh hx x10011001HTHTEMEM）9 9I IY Yi iy y10101010LFLFSUBSUB* *：J JZ Zj jz z10111011VTVTESCESC+ +；K K k k 11001100FFFFFSF

17、S， N Nn n 11111111SISIVSVS/ /？O Oo oDELDELu 特點(diǎn)特點(diǎn)（1 1）漢字是一種象形文字，據(jù)統(tǒng)計(jì)，從甲）漢字是一種象形文字，據(jù)統(tǒng)計(jì)，從甲骨文至今約有六萬(wàn)左右的漢字。常見(jiàn)的漢骨文至今約有六萬(wàn)左右的漢字。常見(jiàn)的漢字約有七千個(gè)。字約有七千個(gè)。（2 2）漢字字形結(jié)構(gòu)復(fù)雜，筆劃繁多。）漢字字形結(jié)構(gòu)復(fù)雜，筆劃繁多。（3 3）漢字同音字多，多音字多。）漢字同音字多，多音字多。 1980年國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局頒布實(shí)施了GB2312-80信息交換用漢字編碼字符集(基本集)。該標(biāo)準(zhǔn)收入了6763個(gè)常用漢字(其中一級(jí)漢字3755個(gè)，按漢語(yǔ)拼音排序；二級(jí)漢字3008個(gè)，按偏旁部首排序)，以及

18、英、俄、日文字母與其它符號(hào)682個(gè)，共計(jì)7445個(gè)符號(hào)。漢字在計(jì)算機(jī)處漢字在計(jì)算機(jī)處理過(guò)程中，有多理過(guò)程中，有多種編碼。種編碼。輸入碼輸入碼機(jī)內(nèi)碼機(jī)內(nèi)碼字形碼字形碼漢字輸入漢字輸出01020393940116878694例：“。”0102，“啊”1601，“鰲”8701例：例：0179 0179 ， 0283 0283 01區(qū) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 02區(qū) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 、 。 0 1 “ ” 1 2 2 3 【 】 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 例：例：啊啊 1601 1601， 筆筆 1742 174216 區(qū) 1 2 3 4

19、5 6 7 8 9 17 區(qū) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 啊 阿 埃 挨 哎 唉 哀 皚 癌 0 薄 雹 保 堡 飽 寶 抱 報(bào) 暴 1 藹 矮 艾 礙 愛(ài) 隘 鞍 氨 安 俺 1 豹 鮑 爆 杯 碑 悲 卑 北 輩 背 2 按 暗 岸 胺 案 骯 昂 盎 凹 敖 2 貝 鋇 倍 狽 備 憊 焙 被 奔 苯 3 熬 翱 襖 傲 奧 懊 澳 芭 捌 扒 3 本 笨 崩 繃 甭 泵 蹦 迸 逼 鼻 4 叭 吧 笆 八 疤 巴 拔 跋 靶 把 4 比 鄙 筆 彼 碧 蓖 蔽 畢 斃 毖 5 耙 壩 霸 罷 爸 白 柏 百 擺 佰 5 幣 庇 痹 閉 敝 弊 必 辟 壁 臂 6 敗 拜 稗

20、 斑 班 搬 扳 般 頒 板 6 避 陛 鞭 邊 編 貶 扁 便 變 卞 7 版 扮 拌 伴 瓣 半 辦 絆 邦 幫 7 辨 辯 辮 遍 標(biāo) 彪 膘 表 鱉 憋 8 梆 榜 膀 綁 棒 磅 蚌 鎊 傍 謗 8 別 癟 彬 斌 瀕 濱 賓 擯 兵 冰 9 苞 胞 包 褒 剝 9 柄 丙 秉 餅 炳 機(jī)內(nèi)碼機(jī)內(nèi)碼1、不斷發(fā)展，不斷發(fā)展，新版標(biāo)準(zhǔn)新版標(biāo)準(zhǔn)持續(xù)發(fā)布，字符集越來(lái)越大；持續(xù)發(fā)布，字符集越來(lái)越大；2、保持向下兼容、保持向下兼容、橫向兼容；、橫向兼容；3、越來(lái)越方便國(guó)際化，但也有兼容性問(wèn)題；、越來(lái)越方便國(guó)際化，但也有兼容性問(wèn)題；統(tǒng)一字符集的碼位結(jié)構(gòu)統(tǒng)一字符集的碼位結(jié)構(gòu)u統(tǒng)一字符集統(tǒng)一字符集UCS(Universal Character Set)是是ISO制定的制定的ISO 10646標(biāo)準(zhǔn)所定義的標(biāo)準(zhǔn)字符集。標(biāo)準(zhǔn)所定義的標(biāo)準(zhǔn)字符集。uUCS用用4個(gè)字節(jié)編碼一個(gè)字節(jié)編碼一個(gè)字符，最高字節(jié)為個(gè)字符，最高字節(jié)為group編號(hào)，共編號(hào)，共256個(gè)。個(gè)。次高字節(jié)為平面編號(hào)，次高字節(jié)為平面編號(hào)，每組每組256個(gè)。每個(gè)平面包個(gè)。每個(gè)平面包含含256256個(gè)碼位。個(gè)碼位。u這一編碼方案并不實(shí)這一編碼方案并不實(shí)用