第01章 数据存储.ppt
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1、教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系第第1章章 数据存储数据存储1.1 位和位存储位和位存储1.2 主存储器主存储器1.3 海量存储器海量存储器1.4 用位模式表示信息用位模式表示信息1.5 二进制系统二进制系统1.6 整数存储整数存储1.7 小数的存储小数的存储1.8 数据压缩数据压缩1.9 通信差错通信差错教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系1.1 位和位存储位和位存储计算机中,信息是以计算机中,信息是以0和和1的模式编码的。的模式编码的。数字数字0和和1称为位(称为位(bit,binary digits)。)。教学进度教学进
2、度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系1.1.1 布尔运算布尔运算处理真假值的运算称为布尔运算处理真假值的运算称为布尔运算(Boolean operation)。)。位位0代表假值代表假值位位1代表真值代表真值布尔运算类型:布尔运算类型:AND(与)(与)OR(或)(或)XOR(异或)(异或)NOT(非)(非)教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系布尔运算布尔运算与与AND:0*0=00*1=01*0=01*1=1或或OR:0+0=00+1=11+0=11+1=1非非NOT:0=11=0异或异或XOR:00=001=110=111=0教学进度教学进
3、度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系1.1.2 门和触发器门和触发器门(门(gate)是一种设备,给出一种布尔运)是一种设备,给出一种布尔运算输入值时,可以得出该布尔运算的输算输入值时,可以得出该布尔运算的输出值。出值。触发器(触发器(flip-flop)是可以产生)是可以产生0或或1输出输出值的电路,它的值会一直保持不变,除值的电路,它的值会一直保持不变,除非其它电路过来的临时脉冲使其改变成非其它电路过来的临时脉冲使其改变成另一个值,即输出值是在外界的刺激下另一个值,即输出值是在外界的刺激下在两个值之间相互转换的。在两个值之间相互转换的。教学进度教学进度教学进度教学进度计算
4、机科学与工程系计算机科学与工程系门门教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系触发器触发器1教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系触发器触发器2教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系1.1.3 十六进制记数法十六进制记数法十六进制记数法(十六进制记数法(hexadecimal notation)计算机位模式计算机位模式101101010011用简写符号来表示位,一个符号表示用简写符号来表示位,一个符号表示4位位教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系十六进制编码系统十六进制编码系统
5、例:例:10110101 B510110101 B51010010011001000 A4C8 1010010011001000 A4C8 教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系练习题练习题1、什么样的位模式输入可以使得下面的、什么样的位模式输入可以使得下面的电路输出值为电路输出值为1?输出输出输入输入上面的两个输入中有且只有一个必须为上面的两个输入中有且只有一个必须为1 1,且最下面的输入必须为,且最下面的输入必须为1 1。教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系练习题续练习题续2、二进制位模式、二进制位模式0110101011110
6、010用用16进进制计数法表示为制计数法表示为 。3、十六进制、十六进制5FD97用二进制位模式表示用二进制位模式表示为为 。6AF26AF20101111111011001011101011111110110010111教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系1.2 主存储器主存储器存储单元(存储单元(cell):主存储器的可管理单):主存储器的可管理单位。一个典型的存储单元是一个字节位。一个典型的存储单元是一个字节(byte),即一个),即一个8位的串。位的串。最高有效位(最高有效位(most significant bit):存储):存储单元行的左端称为高位端
7、(单元行的左端称为高位端(high-order end),高位端的最左一位称为最高有效位),高位端的最左一位称为最高有效位或高位。或高位。最低有效位(最低有效位(least significant bit):存储):存储单元行的右端称为低位端(单元行的右端称为低位端(low-order end),低位端的最右一位称为最低有效位),低位端的最右一位称为最低有效位或低位。或低位。教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系字节型存储单元的结构字节型存储单元的结构教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系地址(地址(address)为了区分主存储器中
8、的各存储单元,每为了区分主存储器中的各存储单元,每一个存储单元都被赋予了一个唯一的名一个存储单元都被赋予了一个唯一的名字,称为地址。字,称为地址。地址用数字表示;地址用数字表示;所有存储单元看做是排成一行的;所有存储单元看做是排成一行的;从从0开始编号。开始编号。教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系按地址排列的存储单元按地址排列的存储单元教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系存储器类型存储器类型随机存储器(随机存储器(RAM):反映用任意顺序):反映用任意顺序存取存储单元的能力;存取存储单元的能力;动态随机存储器(动态随机存储器(D
9、RAM):包含刷新):包含刷新电路,具有不稳定性的存储器。电路,具有不稳定性的存储器。教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系存储器容量的度量存储器容量的度量Kilobyte:210 bytes=1024 bytes例例:3 KB=3 1024 BMegabyte:220 bytes=1,048,576 bytes例例:3 MB=3 1,048,576 BGigabyte:230 bytes=1,073,741,824 bytes例例:3 GB=3 1,073,741,824 B教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系练习题练习题1、如果
10、地址为、如果地址为5的存储单元存有值的存储单元存有值8,那,那么将值么将值5写入写入6号存储单元和将号存储单元和将5号存储号存储单元的内容移到单元的内容移到6号存储单元之间有什号存储单元之间有什么差别?么差别?2、拥有、拥有4KB的计算机存储器里有多少个的计算机存储器里有多少个二进制位?二进制位?4102483276885 556 686 6教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系1.3 海量存储器海量存储器海量存储系统(海量存储系统(mass storage)优点:更稳定、容量大、价格低、可拆卸优点:更稳定、容量大、价格低、可拆卸缺点:需要机械运动,数据存取花费的
11、时缺点:需要机械运动,数据存取花费的时间长间长联机(联机(on-line):设备或信息已经与计算):设备或信息已经与计算机相连接,不需要人的干预就可以使用;机相连接,不需要人的干预就可以使用;脱机(脱机(0ff-line):必须有人的干预,设备):必须有人的干预,设备和信息才可以被计算机使用。和信息才可以被计算机使用。教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系1.3.1 磁学系统磁学系统磁盘磁盘教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系磁带磁带教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系1.3.2 光学系统光学系统光盘
12、(光盘(compact disk,CD)DVD(digital versatile disk)教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系1.3.3 闪存驱动器闪存驱动器基于磁学和光学的海量存储系统,通过基于磁学和光学的海量存储系统,通过物理运动来存储和读取信息,数据存储物理运动来存储和读取信息,数据存储和读取的速度比较慢。和读取的速度比较慢。闪存(闪存(flash memory):用电子信号将):用电子信号将二进制位直接送到存储介质中,使得二二进制位直接送到存储介质中,使得二氧化硅的微小晶格截获电子,从而转换氧化硅的微小晶格截获电子,从而转换微电子电路的性质。微电子电
13、路的性质。教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系1.3.4 文件存储及检索文件存储及检索文件(文件(file):海量存储系统中的信息单):海量存储系统中的信息单元。元。逻辑记录(逻辑记录(logical record)字段(字段(field)键字段(键字段(key field)键()键(key)物理记录(物理记录(physical record)缓冲区(缓冲区(buffer):一个设备向另一个):一个设备向另一个设备传输的过程中临时存储数据的区域。设备传输的过程中临时存储数据的区域。教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系1.4 用位模
14、式表示信息用位模式表示信息1.4.1 文本的表示文本的表示文本形式的信息通常用一种代码表示,文本形式的信息通常用一种代码表示,文本中的每一个不同的符号均赋予其相文本中的每一个不同的符号均赋予其相应的唯一的位模式。应的唯一的位模式。ASCII:7位(扩展位(扩展8位)位)Unicode:16位位ISO标准码:标准码:32位位教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系报文报文“Hello”的的ASCII码码教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系1.4.2 数值的表示数值的表示 二进制计数法(二进制计数法(binary notation)整数:
15、二进制补码整数:二进制补码小数:浮点数小数:浮点数教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系1.4.3 图像的表示图像的表示位图(位图(bit map)技术)技术像素(像素(pixel)RGB亮度、色度亮度、色度图像不能轻易调节到任意大小图像不能轻易调节到任意大小矢量(矢量(vector)技术)技术将图像表示为一组直线和曲线将图像表示为一组直线和曲线图像可缩放图像可缩放教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系1.4.4 声音的表示声音的表示采样采样按有规律的时间间隔采样声波的振幅,并按有规律的时间间隔采样声波的振幅,并记录所得到的数值序列,
16、对音乐本身编码。记录所得到的数值序列,对音乐本身编码。采样频率(采样频率(CD,44100次次/秒)秒)用于音乐录制的高保真,需要大容量存储用于音乐录制的高保真,需要大容量存储MIDI(乐器数字化接口)(乐器数字化接口)编码演奏者乐谱编码演奏者乐谱用于音乐合成或辅助音效用于音乐合成或辅助音效教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系编码的声波编码的声波教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系数制:按进位原则进行计数,逢数制:按进位原则进行计数,逢R进一。进一。基数:数制中所需的数字字符个数。基数:数制中所需的数字字符个数。R进制的基数进制的
17、基数=R位权:是一个与数字位置有关的常数,位权位权:是一个与数字位置有关的常数,位权=Rn其中其中n取值:以小数点为界,向左取值:以小数点为界,向左 0,1,2,3,向右向右-1,-2,-3例:例:(275.8)10=210271015100810-1常用数制常用数制十进制十进制二进制二进制八进制八进制十六进制十六进制数字符号数字符号090,10709,A,B,C,D,E,F基基 数数1028161.5 二进制系统二进制系统教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系位权相加法位权相加法:各位数码乘以位权,再相加。各位数码乘以位权,再相加。例:例:(1011.1)2=1
18、23+022+121+120+12-1 =8+0+2+1+0.5=(11.5)10二进制转换为十进制二进制转换为十进制教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系十进制十进制整数整数 二进制二进制整数整数除除2取余数直到商为取余数直到商为0;由下而上排列。由下而上排列。2 75 1 2 37 1 2 18 0 2 9 1 2 4 0 2 2 0 2 1 1 0结果为:结果为:1001011十进制十进制小数小数 二进制二进制小数小数乘乘2取整直到小数部分为取整直到小数部分为0或或达到精度;由上而下排列。达到精度;由上而下排列。0.6875 21 1.3750 2 0 0.
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