计算机科学与程序设计导论PPT第2章 数据化和数据的运算-final.pptx

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1、主要内容内容提要引言：基本概念1.现实世界和计算机世界2.数据化3.数据的运算引言：基本概念数据代表着对某件事物的描述，是事实或观察的结果，是对客观事物的逻辑归纳，是用于表示客观事物的未经加工的原始素材。数据可以被记录、分析和重组。数据化是对客观事物或者客观行为的符号化描述。数字化是将数据转换为计算机能处理的0和1的二进制码的过程，目的是使用计算机对数据进行计算、以到达快速处理的目的。信息是有价值的数据，通常是对数据处理加工后的结果。信息化是把数据转换为信息的过程。需要以现代通信、网络、数据库技术为基础，对所研究的数据（对象各要素）汇总至数据库，供特定人群生活、工作、学习、辅助决策等，用以提高

2、人们各种行为的效率。1.现实世界和计算机世界现实世界的基本元素和主要行为基本元素人和物主要行为人对物体的处理物体的表示物体之间的联系物体的存储对物体及其关系的处理计算机的功能计算机存在的价值帮助人们来存储处理各种事物，所以我们需要将现实世界中的事物映射到计算机中，即需要计算机来识别现实世界中的事物并模拟人对事物的处理方式，进行事务处理。计算机基本功能存储和数据处理能力数据化物体的能力对数据进行处理核心功能-对数据的处理现实世界与计算机世界的模型映射对数据的思考（1）信号：如图中人们所看到的红色苹果、所听到的声音等。（2）消息建模：人们对这些外在信号所承载的消息，通过大脑的已有认知进行了相应的转

3、换，以数学、文字的方式给其内涵建立相应的符号模型，即数学模型和文字模型。（3）数学计算和逻辑推理（人脑）：对所获得的消息进行计算、加工和处理，以形成进一步的知识。（4）数学计算和逻辑推理（机器）：如机械式的算盘、计算尺到现代功能强大的电子计算机，无非是寻找一个有力的工具来提升人们进行计算、推理的效率。电子计算机在很大程度上替代了人脑的功能，因此又被称为“电脑”。（5）数据：现代计算机只能处理0和1组成的数字序列，它对人们所熟悉的数字、文字、声音、图像等通过数字化编码技术形成各种各样的“数据”。（6）信息：计算机通过“计算”功能对原始的数据进行处理和加工，进一步形成了新的信息。如上面的：“2.5

4、个苹果”、“意大利足球队获得2022年世界杯冠军是一个愚人节笑话”之类的信息。数据类型二进制数据数字声音视频图像文字比特和位模式比特存储在计算机中的最小单位位设备的某一状态位模式计算机中所有二进制的0、1代码所组成的数字串2.数据化数值的数据化数值的数据化十进制十六进制十二进制八进制人类识别的数据二进制计算机识别的数据十进制0，1，2，3，4，5，6，7，8，9组成逢10进1二进制0,1组成逢2进1八进制0，1，2，3，4，5，6，7组成逢八进一转换成为3个二进制的位十六进制可以转换成为4个二进制位数值的进制不同进制系统的转换关系其他进制转换为十进制任何一个进制转换为十进制的方法是把其和的形式

5、用十进制的加法运算加起来十进制数转换为二进制把十进制数写成和的形式，根据幂值将对应位置0或者置1，比如5.5D=122+021+120+12-1，从左往右写出101.1，注意小数点的位置在20之后八进制与二进制之间的转换将二进制转换为八进制时要三三分组，小数点左右两边不足三位要分别往左往右补0。将八进制转换为二进制时，一个八进制位转换为3个二进制位，左边的0不可以省掉，转换举例见图2-8十六进制与二进制之间的转换与八进制到二进制转换相同的道理，一个十六进制用四个二进制位表示，所以二进制转换为十六进制时，四个二进制位转换为一个十六进制位，反之亦然整数的表示及运算整数的表示整数型-没有小数部分的数

6、值型数据，分为有符号和无符号类型无符号整数-存储只需将数值转换为二进制存储即可有符号的整数-取最高代表正负号，其中0代表正数、1代表负数无符号的运算有符号的运算-引入补码补码的定义：与原码相加等于0的那个码反码的定义：将二进制除符号位数按位取反，所得的新二进制数称为原二进制数的反码。（取反操作指：1变0；0变1）原码、反码和补码举例实数的表示定点表示定点表示：小数点按照约定的形式给出不能表示很大或者高精度的实数浮点表示由3部分组成：符号、指数和尾数常用的存储浮点数IEEE标准文本的数据化：将文字转化为二进制符号的编码信息从一种形式或格式转换为二进制码的过程英文和ASCII编码显示现代英语和其他

7、西欧语言可定义27=128种不同的符号Unicode编码包括字符集、编码方案本质上是一套标准声音的定义和属性声音的定义是一种能量波，是在具有弹性的媒质中传播的一种机械波声音属性振幅：对应声音的大小频率：对应声音的音高声音数字化的方法和过程方法采样量化编码采样和量化采样在模拟信号上选择数量有限的点来度量它们的值并记录下来量化将样本转换为一个整数的过程四舍五入的方法将每一个采样值归并到某一个临近的整数不同的采样频率和量化深度所得的波形效果如图2-14，可见，量化位数越多、采用频率越大，得到的波形信息越光滑编码编码将量化的样本值被编成二进制信息的过程采样频率越高，量化比特数越大，数码率就越高，所需要

8、的传输带宽就越宽音频编码标准音频编码标准MP3/WAV等CD质量：每秒44100个样本每样本16位MP3：有损压缩法图像的定义和分类图像是客观对象的一种表示，是所有具有视觉效果的画面图像分类位图和矢量图位图由许许多多的像素点组成易交换使用，占用空间大旋转缩放产生锯齿矢量图通过数学的向量方式进行计算所占空间小与分辨率无关，旋转缩放光滑位图数据化表示：主要性能指标分辨率图像中存储的信息量单位面积的像素点越多，越逼真颜色深度储存1像素的颜色所用的位数色彩深度越高，可用的颜色就越多图像和视频的数据化图像和视频视频图像（称为帧）在时间上的表示每一幅图像或帧转化成一系列位模式并储存,组合起来就可表示视频频

9、通常是被压缩存储视频编码标准视频编码标准-对视频进行压缩才便于存储和传播MPEG-1标准352288像素视频压缩格式就是VCD格式MPEG-2标准720576像素视频压缩格式就是DVD格式MPEG-4、RM、WMV压缩比更高HDV高清压缩格式3.数据的运算逻辑运算逻辑运算一位逻辑运算与（）或（+）非（-）位模式上的逻辑运算输入的符号不止一位执行的操作是对相对于的位分布执行逻辑运算移位运算逻辑移位运算指逻辑左移和逻辑右移，移出的空位都用0来补逻辑移位应用于不带符号位的数的模式逻辑右移运算把每一位向右移动一个位置逻辑左移运算把每一位向左移动一个位置循环移位循环右移（或右旋转）把每一位向右移动一个位

10、置循环左移（或左旋转）把每一位向左移动一个位置算数移位运算算术右移被用来对整数除以2；而算术左移被用来对整数乘以2算数运算分类整数算数运算实数算数运算整数的算术运算以二进制补码形式存储减法运算相当于加上负数逻辑异或XOR进行求和运算逻辑与AND实现求进位实数的算术运算浮点的形式存储变换指数为最大的指数加1，使得两个数的指数相等将尾数按照整数的加法运算相加将尾数按照整数的加法运算相加算数运算举例6.375+2.5=8.875的计算过程，首先将其转换为二进制数110.011+10.1，用32位单精度表示如下，第一位为符号位，接下来加粗的8位是指数位，后面部分是尾数。第一步需要将两个数的指数转换为3