《第3章 数据存储.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第3章 数据存储.ppt（130页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、第3章 数据存储,3.1 数据类型 3.2 存储数字 3.3 存储文本 3.4 存储音频 3.5 存储图象 3.6 存储视频,After reading this chapter, the reader should be able to:,OBJECTIVES,3.1 数据类型（1）,数据,文本,数字,图像,音频,视频,文字处理,工程程序,多媒体程序,3.1 数据类型（2）,计算机业界使用术语“多媒体”来定义包含数字、文本、图像、音频和视频的信息。,The computer industry uses the term“multimedia” to define information th
2、at contains numbers, text, images, audio, and video.,3.1 数据类型（3）,位（bit, binary digit的缩写） 位是存储在计算机中的最小数据单位，非0即1。,请举出几种只有二种稳定状态的设备？你能举出具有十种稳定状态的设备吗？,位模式 位模式是一个序列，也被称为位流。,3.1 数据类型（4）,16个位组成的位模式需要多少个开关？10000个这样的位模式需要多少个开关？,3.1 数据类型（5）,字节 长度为8的位模式被称为字节。通常用来测量内存或各种存储设备的容量大小。,内存能存储800万位信息的计算机，具有多少字节的内存？,Bi
3、t pattern,3.1 数据类型（6）,3.1 数据类型（7）,不同类型数据存储,3.1 数据类型（8）,数据压缩,错误检测和纠正,3.2 存储数字（1）,数字的二种表示方法,定点表示法,浮点表示法,整数,实数,实数,超大整数,3.2 存储数字（2）,存储单元,整数的定点表示法,存储单元,实数的定点表示法,3.2 存储数字（3）,整数通常使用定点表示法存储在内存中.,注:,整数存储的分类,3.2 存储数字（4）,整数表示,无符号整数,有符号整数,符号加绝对值格式,二进制反码格式,二进制补码格式,无符号整数的范围,位数为N，可以表示的二进制值的范围是多少？N=10，可以表示的二进制值的范围是
4、多少？,整数的表示（1）,Example 1,Store 7 in an 8-bit memory location.,Solution,First change the number to binary 111. Add five 0s to make a total of N (8) bits, 00000111. The number is stored in the memory location.,整数的表示（2）,Example 2,Store 258 in a 16-bit memory location.,Solution,First change the number to
5、binary 100000010. Add seven 0s to make a total of N (16) bits, 0000000100000010. The number is stored in the memory location.,整数的表示（3）,当译解一个保存在内存中的无符号整数 00101011时,从输出设备上得到什么结果?N位存储单元可以表达的整数是多少?超出这个范围会出现什么结果?,整数的表示（4）,Example 3,Interpret 00101011 in decimal if the number was stored as an unsigned int
6、eger.,Solution,Using the procedure shown in Figure 3-5 , the number in decimal is 43.,整数的表示（5）,整数的表示（6）,可表示的整数,溢出,11+9=,二类不同的计算机中无符号整数的存储,整数的表示（7）,整数的表示（8）,无符号整数一般用于哪些场合?,计数, 寻址,为其他数据类型排序等,整数的表示（9）,符号加绝对值表示方法：4位，8位，16位，32位位流中，我们是否可以使用最高位来表示符号，用其它位表示数的绝对值大小呢？,0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111,1
7、000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111,+0 +1 +2 +3 +4 +5 +6 +7,-0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7,符号加绝对值整数的范围,整数的表示（10）,位数为N，用符号加绝对值整数可以表示的二进制值的范围是多少？N=10，用符号加绝对值整数可以表示的二进制值的范围是多少？,在符号加绝对值表示法中，最左边的位用于定义数的符号。如果是1，表示该数是负数，如果是0，表示该数是正数。,注:,整数的表示法（11）,Example 4,在8位存储单元中存储用符号加绝对值表示法的+7.,Solution,首先转换该数为二进制111，该二进制位
8、数不足7位，在其左边补0000，使其总位数为7位0000111。然后，如果是正数，则在最左边加0，如果是负数，则在最左边加1，使其总位数为8 00000111,整数的表示法（12）,Example 5,在8位存储单元中存储用符号加绝对值表示法的+28.,Solution,首先转换该数为二进制11100，该二进制位数不足7位，在其左边补00，使其总位数为7位0011100。然后，如果是正数，则在最左边加0，如果是负数，则在最左边加1，使其总位数为8 00011100,整数的表示法（13）,Example 6,在16位存储单元中存储用符号加绝对值表示法的-258。,Solution,首先转换该数为
9、二进制100000010，该二进制位数不足15位，在其左边补000000，使其总位数为15位000000100000010。然后在最左边加1，使其总位数为16位 1000000100000010,整数的表示法（14）,Example 7,将用符号加绝对值格式表示法存储的10100001复原成整数。,Solution,因为最左位是1，符号为负。其余位（0100001）转换成十进制数33，加上符号后该整数是-33。,整数的表示法（15）,在符号加绝对值表示法中0有二种表示方法：正数0和负数0.在8位存储单元中:+0 00000000-0 10000000,注:,整数的表示（16）,两种不同的计算机
10、中符号加绝对值整数的存储,整数的表示法（17）,符号加绝对值表示法存在溢出吗？,整数的表示法（18）,-5-7=-12？,整数的表示法（19）,整数的表示法（20）,5+6=11,在反码表示法中有2个0。在8位存储单元中:+0 00000000-0 11111111,注:,整数的表示法（21）,整数的表示法（22）,反码: 该运算简单反转各位,即把1变为0,把0变为1.,在反码表示法中，最左边的位用于定义数的符号。如果是1，表示该数是负数，如果是0，表示该数是正数。,注:,整数的表示法（23）,Example 8,在8位存储单元中存储反码表示法的+7.,Solution,首先转换该数为二进制1
11、11，该二进制位数不足8位，在其左边补00000，使其总位数为8位。 原码表示: 00000111注:正数的反码就是其原码本身.,整数的表示法（24）,Example 10,Solution,把数变换成二进制100000010. 在左边加上7个0使其变为16位0000000100000010. 因为符号是负的，所以把每一位变换为它的反码形式。结果为：: 1111111011111101,整数的表示法（25）,在16位存储单元中存储用反码表示的-258。,两种不同的计算机中二进制反码格式整数的存储,整数的表示法（26）,Example 11,把以二进制反码格式存储的数11110110译成十进制数
12、.,Solution,最左边是负数，现转换成反码00001001. 该反码是十进制数9，所以原来的数是9。注意反码的反码即为本身。,整数的表示法（27）,二进制反码表示需要转换所有的位，如果把正数转换成它的反码形式，就得到相应的负数。如果把负数转换成它的反码形式，就得到相应的正数。如果对一个数取二次反码，就得到原来的值。,注:,整数的表示法（28）,二进制补码表示法是当今使用最普遍、最重要、应用最广泛的整数表示法.,注:,整数的表示法（29）,二进制补码表示法:将整数变成二进制数,如果整数是正数或零,以原码存储;如果是负数,计算机取其补码存储,整数的表示法（30）,二进制补码二种求法:1.原码
13、取反码+12.最右边第一个1左边所有数取反码.,00110100,取反:11001011,+ 00000001,补码:11001100,00110100,00110100,取反:11001100,补码:11001100,整数的表示法（31）,二进制补码还原为整数: 1. 如果最左位是1,计算机取其补码.如果最左位是0,计算机不进行操作. 2. 计算机将该整数转换为十进制数.,11001011,取反 00110100,00110101,11001011,取反:00110101,00110101,+1 00000001,结果:-53,11001011,结果:-53,整数的表示法（32）,在补码表示
14、法中，最左边的位用于定义数的符号。如果是1，表示该数是负数，如果是0，表示该数是正数。,注:,整数的表示法（33）,Example 12,Solution,首先转换该数为二进制111，该二进制位数不足8位，在其左边补00000，使其总位数为8位。 00000111,整数的表示法（34）,在8位存储单元中存储补码表示法的+7.,Example 13,Solution,首先将该数的绝对值转换为二进制 101000.加上10个0使其总数为16位:, 0000000000101000，因为是负数，因此从右边第一个1右边的数取反得到结果： 1111111111011000,整数的表示法（35）,在16位
15、存储单元中存储用补码表示的-40。,两种不同的计算机中二进制补码表示法示例,整数的表示法（36）,在补码表示法中只有1个0。在8位存储单元中:0 00000000,注:,整数的表示法（37）,Example 14,将二进制补码整数11110110 转换成十进制数。,Solution,最左边是 1.该数是负数. 使右边的10不变，其余的位取反。得到的结果是00001010。得到的二进制补码数是10，所以原来的数是10。,整数的表示法（38）,Example 15,对00110100进行二次补码运算,结果如何?,Solution,整数的表示法（39）,00110100,00110100,取反:11
16、001100,1次补码:11001100,11001100,11001100,取反:00110100,2次补码00110100,二进制补码可以通过对除了最右边的0到第一个1（包括1）以外的所有位取反实现。如果对正数求二进制补码，则得到相应的负数，如果对负数求其二进制补码，则得到相应的正数。如果对一个数取二次二进制补码，就得到原来的数。,注:,整数的表示法（40）,人类最简单的算术运算是什么？为何要用二进制补码方式表示数据?二进制补码表示法有溢出吗?8位存储单元最高位为符号位,可表示的数的范围是多少?,整数的表示法（41）,整数的表示法（42）,-3-7=-10？,整数的表示法（43）,5+6=
17、11,整数表示法小结,整数的表示法（44）,在十进制系统中,假定小数点右边2个数码,左边14个数码,如果试图表示十进制数1.00234,系统存储的数字是多少?在十进制系统中,假定小数点右边6个数码,左边10个数码,如果试图表示十进制数236154302345.00,系统存储的数字是多少?,3.2 存储实数（1）,3.2 存储实数（2）,带有很大整数部分或很小小数部分的实数不应该用定点表示法存储.,注:,3.2 存储实数（3）,+236154302345.12=+2.3615430234512X1011=+23615.430234512X107=.,-0.00000734512=-0.73451
18、2X10-5=-73.4512X10-7=7.3451210-6.,3.2 存储实数（3）,浮点表示法: 该表示法允许小数点浮动:我们可以在小数点的左右有不同数量的数码. 该表示法每一个数字都由3部分组成,符号,位移量,定点数.,Example 16,科学记数法，定点部分在小数点左边只有一个数码，而且位移量是10的幂次。写出7425 000 000 000 000 000 000.00的科学记数式。,Solution,+ 7.425 X 1021+7.425E21,3.2 存储实数（4）,Example 17,写出-0.000 000 000 000 023 2的科学记数式。,Solution
19、,2.32 X 10-14-2.32E-14,3.2 存储实数（5）,Example 18,用浮点格式表示数字（10100100000000000000000000000000.00）2,Solution,+ 1.01001 X 232,3.2 存储实数（6）,Example 19,用浮点格式表示数字-（0.00000000000000000000000101）2,Solution,- 1.01 X 2-24,3.2 存储实数（7）,规范化：科学记数法（十进制）和浮点表示法（用于二进制）都在小数点左边使用唯一的非零数码，这称为规范化。,十进制： d.xxxxxxxxxxx d为19的数，x是0
20、9的数,3.2 存储实数（8）,二进制： 1.yyyyyyyyyyyyy y是01的数,符号、指数和尾数：浮点数的符号用一个二进制位来存储。浮点数的指数定义为小数点移动的位数。尾数是指小数点右边的二进制数。,3.2 存储实数（9）,二进制：+ 26 X 1.0001110101 + 6 0001110101,符号 指数 尾数,3.2 存储实数（10）,注意小数点和定点左边的位1并没有存储，默认为1，它们是隐含的。尾数是带有符号的小数部分，可以作为无符号整数存储，像以符号加绝对值表示法存储的整数那样对待。,注:,余码系统：指数尽管可以用二进制补码来表示。但被一种称之为余码系统的新的表示方法所代替
21、。在原指数的基础上加上另一个正整数，将它们统一移到非负的一边，这个偏移量的值是2m-1-1.,3.2 存储实数（11）,加7,浮点数的IEEE标准,3.2 存储实数（12）,3.2 存储实数（13）,1) 存储符号在最高位S（0或1）,2) 将十进制数字转化为二进制,3) 规范化,4) 找到指数E和尾数值M,5) 连接符号、指数和尾数,IEEE标准浮点数表示法,Example 20,在Excess_127 系统中将25存储在8位存储单元中。,Solution,先将25与幻数127相加得到102。转换成二进制数就是1100110。补一位使它的总位数为8位。最终得到的结果就是01100110。,3
22、.2 存储实数（14）,Example 21,把Excess_127系统表示的11111110转换成十进制数.,Solution,首先把该二进制数转换成十进制数，结果是254. 然后减去127，得到十进制数127。,3.2 存储实数（15）,Example 22,写出十进制数5.75的余127码（单精度）表示法。,Solution,1）符号为正，所以S=02）十进制转换为二进制：5.75=（101.11）23）规范化（101.11）2=（1.1011)2X 22E=2+127=129=(10000001)2, M=1011,需增加19个0 0 10000001 1011000000000000
23、0000000,3.2 存储实数（16）,Example 23,写出十进制数-161.875的余127码（单精度）表示法。,Solution,1）符号为负，所以S=12）十进制转换为二进制：161.875=（10100001.111）23）规范化（10100001.111）2=（1.0100001111)2X 27E=7+127=134=(10000110)2, M=0100001111,需增加13个0 1 10000110 01000011110000000000000,3.2 存储实数（17）,Example 24,写出十进制数-0.0234375的余127码（单精度）表示法。,Solut
24、ion,1）符号为负，所以S=12）十进制转换为二进制：0.0234375=（0.0000011）23）规范化（0.0000011）2=（1.1)2X 2-6E=-6+127=121=(01111001)2, M=（1）2,需增加122个0 1 01111001 10000000000000000000000,3.2 存储实数（18）,规范化示例,3.2 存储实数（19）,Example 25,给出下列规范化数的单精度表示法: + 26 x 1.01000111001,Solution,符号是正,用0表示,指数是6,在Excess_127 系统表示法中,给指数加上127,得到133.用二进制表
25、示, 就是10000101.尾数是01000111001.当位数增加到23位,即得到01000111001000000000000 0 10000101 01000111001000000000000,3.2 存储实数（20）,浮点表示法的示例,3.2 存储实数（21）,Example 26,将下面IEEE标准存储的数写成规范化后的二进制数. 1 01111100 11001100000000000000000,Solution,符号是负的. 指数是 3 (124 127). 该数规范化后是: -2-3 x 1.110011,3.2 存储实数（22）,3.2 存储实数（23）,1) 找到S、E
26、和M 的值,2）如果S=0，将符号设为正号，否则设为负号,3）找到位移量（E-127）,4)对尾数去规范化,5）将去规范化的数值转换为十进制以求出绝对值,将存储为IEEE浮点格式的数字还原,6）加上符号,Example 27,位模式（1100101000000000011100010001111）2以余127码格式存储于内存中，求该数值十进制计数法的值。,3.2 存储实数（24）,3.2 存储实数（25）,Solution,1） 1 10010100 000000001110001000011112） 符号为负3）位移量=E-127=148-127=214） 将（1.0000000011100
27、0100001111）X2215） 二进制数是(1000000001110001000011.11)2绝对值是2104378.75该数字是 -2104378.75,3.2 存储实数（26）,几个概念上溢和下溢存储零截断误差,3.2 存储实数（27）,0.0如何存储？1111111111111111.11111111111如何存储？,0 00000000 00000000000000000000000,0 10001101 11111111111111111111111,3.2 存储实数（28）,上一章作业问题,36，37，4128（ d）,3.3 存储文本（1）,位模式到底需要多少位来表示一个
28、符号？英文和中文那一种语言需要的位模式长度更长？,“文本”的表示,Table 2.1 Number of symbols and bit pattern length,Number of Symbols-2481612825665,536,Bit Pattern Length-12347816,3.3 存储文本（2）,ASCII(American Standard Code for Information Interchange)美国信息交换标准码（7位）,请查出110的ASCII码？(336页）请查出ESC DLE CR BS的ASCII 码？,3.3 存储文本（3）,BYTE用ASCII码
29、表示,查336页的码表，看是否正确？请告诉我用16进制表示good和的码？,7H,6FH,6FH,64H 47H,4FH,4FH,44H,3.3 存储文本（4）,ASCII码可否用于表示数？为何不用码表示数？用码存储需多少字节，如果用二进制无符号整数表示需多少字节？,3.3 存储文本（5）,扩展ASCII码（8位）（Extended ASCII)EBCDIC码（8位）(Extended binary coded decimal interchange code)Unicode码（32位）统一字符编码标准,3.3 存储文本（6）,3.4 存储音频（1）,“音频”的表示,26.5, 27.8, 3
30、0.5, 28.3,.,27, 28, 31, 28,.,00011011,00011100,00011111,00011100.,3.4 存储音频（2）,几个概念量化编码每样本位位率MP3标准（44100个样本，16位）,3.4 存储音频（3）,图像,位图图形,矢量图形,3.5 存储图像（1）,“图像”的表示,3.5 存储图像（2）,“图像”的表示光栅图（位图)图形（黑白）,3.5 存储图像（3）,解析度（分辨率）：如：1280X1024每个图像被分为小的像素，代表图像的元素,“图像”的表示位图图形（黑白）,0,0,0,1,1,0,0,0,0,0,0,1,1,0,0,0,1,1,1,1,1,
31、1,1,1,0,0,0,1,1,0,0,0,0,0,0,1,1,0,0,0,0,0,1,0,0,1,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,1,0,0,0,0,0,1,3.5 存储图像（4）,“图像”的表示位图图形（黑白）,3.5 存储图像（5）,3.5 存储图像（6）,色彩深度：用于表示像素的位的数量，依赖于像素的颜色是如何由不同的编码技术来处理。三原色：红，蓝，绿真彩色：用24位来编码一个像素,3.5 存储图像（7）,混合色原理:,3.5 存储图像（8）,早期显示器成像原理,3.5 存储图像（9）,OLED彩色成像原理,“图像”的表示光栅图图形（彩色）,01111111 0111111
32、1 01111111,11111111 00000000 11111111,11111111 11111111 00000000,00000000 11111111 11111111,224=16777216,3.5 存储图像（10）,3.5 存储图像（11）,真彩色有多少种颜色？一个分辨率为1280X1024的显示器，显示一幅满屏图像需要占用多少字节存储器？实在太多了，又没有办法减一些呢？,224=16777216,M=24X1280X1024/8 =3932160B=3932.160KB =3.93216MB,3.5 存储图像（12）,索引色,0,16777216,真彩色,0,1,255,
33、索引,254,M=8X1280X1024/8=1310720B=1310.720KB=1.31072MB,“图像”的表示位图图形（彩色）,111111110000000000000000,111111111111111100000000,8X8黑白图像和8X8彩色图像哪一个占的存储空间大？大多少倍？,3.5 存储图像（13）,“图像”的表示光栅图图形（彩色）,3.5 存储图像（14）,3.5 存储图像（15）,一个300万像素的素码像机拍摄一张照片用真彩色和索引色各需多少存储位？,“图像”的表示矢量图,3.5 存储图像（13）,“图像”的表示矢量图 将图像分解成曲线和直线的组合，其中每一条曲线和直线由数学公式表示。,3.5 存储图像（14）,3.5 存储图像（15）,一个圆用矢量图存储需存储那些信息？矢量图适合那些场合？,“视频”的表示视频是图像(帧)在时间上的表示.(15章将讨论MPEG),3.6 存储视频（1）,图像与视频哪一个占的存储空间大？,3.6 存储视频（2）,