？信息時代的到來，無疑是信息技術，信息技術的核心，以及在核心處理和存儲的信息。
2.1數據表示
2.1.1信息、數字和字符
1。信息代表
存儲數據的邏輯器件有兩種狀態，即高電位和低電位，分別對應“1”和“0”。在計算機中，如果有壹個潛在狀態的信息單元，那麽壹個二進制數可以代表兩個信息單元。如果使用2位二進制數，它可以表示4個信息單元，3位二進制數可以表示8個信息單元。二進制數和信息單元的位數之間的關系可以用次數的冪來表示。也就是說，當使用n位二進制數時，不同數量的信息單元可以表示為2。
反過來，如果18新聞機構說，應該用多個二進制嗎？如果使用信息單元16，其中4位二進制數可以表示為5位二進制數，則信息可以表示為32個單元。需要表示18個信息單元的數據，至少壹個5位二進制數。
計算機數據以存儲單元的形式存儲，通常是8位二進制數或壹個字節。用於計算的存儲容量(1024)稱為1k字節存儲單位，K(1024 K)存儲單位稱為1m字節，M(1024M)稱為1G字存儲單位。
2。數字表示
以二進制格式存儲十進制數的數字數據存儲。要表示數值數據類型，需要解決三個問題。
首先，確定量的長度。數的長度在數學上是指用十進制表示的位數，例如，258 3位，124 578 6位。這臺計算機中二進制數字的長度。有時候，因為計算機的存儲容量是以字節來衡量的，所以通常是以字節來衡量數據長度。需要指出的是，不同數字長度的數學，寫的是多少。計算機，如果數據的長度也取決於波數，無論存儲還是處理都很不方便。所以同壹臺電腦上的數據長度往往是統壹的，不足的部分用“0”填充。
其次，正負點數。計算機，總是用最有意義的二進制數所代表的符號數，“0”代表正約定，“1”代表負數，這叫量的性格；余數仍然代表壹個值。通常放在本地存儲器中的數字符號的個數稱為大數機，機外的人數為真值數。如果數字是8位，那麽這臺機器裏存儲了多少個真值？(-0101100)B、機器號10101100，如圖2.1.1。
圖2.1.1電話號碼存儲在本機中，
計算機數量所代表的範圍是有限的字長和數據類型。確定在此範圍內可以表示的機器數量和類型的字長數據也是預先確定的。例如，如果壹個整數的字長為8位，最大值為011111，則最高位為符號位，所以這個數的最大值為127。如果值超過127，就是必要的“溢出”。
另外，小數點。計算機中的數字數據總是隱含小數點的位置，以節省存儲空間。這個隱含小數點的位置可以是固定的，也可以是可變的。前者叫定點數，後者叫浮點數。
1)定點數字表示:
定點整數，小數點位置約定後面的最低值位用於表示整數。
分為有符號和無符號整數兩種。最高位為符號位的有符號整數。整數表示的數字是準確的，但是數字的範圍是有限的。根據存儲字的長度，可以用8，16，32位，每種表示的數值範圍見表2.1.1。
表2.1.1代表性不同位之和
用二進制無符號整數表示的有符號整數的表示範圍
八
16
32
如果我們把長度為32767 2147483647≈0.21×1010的有符號整數的4字節整數表示的範圍擴大到32767 214748≈0.210億。但是，每個數字占用的存儲空間卻翻倍了。
定點小數，小數點前最高小數位數小於1。
如果定點數表示十進制分數-0.6876，則與-0.101100000011...二進制數-0.6876，是存儲只截取的無限小數的個數。
如果用2個字節來表示壹個定點小數，則2-15(10-4？10-5)，這是最準確的4到5度的長度(以小數計算)。這個範圍和精度，即使在正常的應用中，也很難達到要求。以便用更多或更少數量的浮點表示來表達。
2)浮點表示法:
在科學計算中，國王或特殊的少數“浮點數”或“科學記數法”表示實數，“浮點數”由兩部分組成，即尾數和指數。比如尾數是0.23456，5階碼。
浮點是指小數點的位置是浮動的，代碼可以取不同的值。為了便於計算機中小數點和浮點數的規定寫法中的規格化形式，即尾數絕對值大於等於0.1小於1的方法，唯壹定義了該位的小數點。尾數的長度會影響精度數，其符號決定符號數。浮點數的指數相當於數學指數，它的大小，將決定這個數的取值範圍。
類似地，任何標準浮點二進制數都表示:
說“是尾數”“字符數，秩碼，休息。它存儲在計算機表中，如圖2.1.2所示。
訂單代碼數字字符尾數的符號順序
圖2.1.2浮點存儲格式
比如設置尾數8，序列碼6，然後用二進制數存儲壹個浮點數，如圖2.1.3。
圖2.1.3商店
3)原碼、倒數和補碼的表示
信源編碼
上面描述的定點和浮點表示表明壹些符號數據具有以下成員數(包括尾數和指數)的絕對值。這種方法很簡單，但是運算符不僅可以使其他減法操作數既正又負，所以原碼計算往往伴隨著大量的判斷。比如兩個數相加，如果符號不同，其實是在減法；如果符號是兩個不同數字的減法，則進行實際的加法運算，等等。結果，算術單元的復雜性增加，並且計算時間增加。
“補充”和“反編碼”
負數怎麽處理？因此，提出了“補碼”和“補碼”的編碼方法。互補算術的主要優點是負的和恰當的處理，以及減法變換。無論加法的區別，無論操作數為負的時候，運算符都應該什麽都不做，從而大大簡化了加法和減法。補碼運算通常是通過補碼的計算來實現的，所以它不僅要包括壹個完整的討論過的算術值，還要包括編碼系統(原、逆、補碼)。
3。特點:
的字符編碼？表示壹系列非數字數據(如字符、標點符號等)的方法。)的二進制數稱為編碼。說26個英文字母中的字母和5個數字代表26個字符就夠了。但是每個字母都是區分大小寫的，有很多標點符號和其他特殊字符(比如$，#，@，&，+等。).所有的符號，壹個* * *有95個不同的字符來代表。最寬的？常用的三種代碼是ASCII和ANSI EBCDIC代碼，第四種代碼是Unicode代碼的發展。
1)ASCII(美國信息交換碼信息的美國標準碼)使用最廣泛。文件中使用的ASCII代碼是壹個ASCII文件。標準的ASCII碼使用7個二進制數字來表示128個符號，包括英文大小寫字母、標點符號、數字和特殊控制字符。
2) ANSI(美國國家學會，美國國家標準學會)用8位二進制數表示每個字符代碼。八個二進制數可以表示256個信息單元，因此，256個字符、符號等。可以被編碼。ANSI 128字符ASCII定義的編碼，只需加壹個0，最高位。例如，在ASCII編碼中，字符“a”表示為100001，在ANSI編碼中，表示為0100001。128字符用ASCII編碼，128符號用ANSI編碼，如版權符號、英鎊符號、外文字符等。
3)擴展二進制編碼十進制交換碼(EBCDIC)是IBM的壹種8字符代碼，是為大型機開發的。值得註意的是，EBCDIC編碼的ASCII或ANSI編碼是不同的。在EBCDIC編碼之前，有128個字符。
壹般來說，標準是數字、字母、標點符號和特殊字符的128 ASCII字符編碼，這就夠了。ANSI代碼表示所有ASCII代碼的128個字符，同時表示歐洲語言中的字符。EBCDIC編碼表示EBCDIC的性質和控制編碼標準。但是，有壹種編碼方案支持可選字符集不支持的非字母語言的組合，如中文和日語。
4)Unicode編碼是壹組16位編碼，可以表示超過65000個不同的單位。Unicode可以代表現在使用的字符，或者不再使用任何語言。這種編碼對國際商務和交流有用嗎，可能需要包含在不同語言的文件中嗎？比如中文，日文，英文。此外，Unicode編碼的本地化軟件可用於特定國家。此外，使用Unicode編碼，軟件開發人員可以使用屏幕提示、菜單和錯誤消息提示，這些都適用於語言？不同的國家。
2.1.2圖像數據和視頻數據的表示
兩種截然不同的圖形編碼模式，增加#圖形編碼和矢量編碼方式。兩種不同的編碼方式影響圖像質量、圖像大小、存儲空間、圖像傳輸時間和圖像的難易程度。該視頻是壹種圖像數據，其由與數量相關聯的圖像數據通過上述連續再現而形成。壹般來說，電視信號中使用的視頻信號是模擬信號；計算機的視頻信號是數字信號。
1。位圖圖像:
基於像素在屏幕上的位置來存儲圖像的位圖圖像。最簡單的位圖圖像是單色圖像。單色圖像只有黑白。如果對應壹個像素單位，則在計算機中使用0的黑色圖像。如果對應的是白色，那麽計算機1。
對於單色圖像，用於表示全屏圖像的圖像單元的數量正好等於屏幕上的像素數量。如果水平分辨率是640，480垂直分辨率，那麽水平分辨率和垂直分辨率的屏幕乘以640×480 = 307，200，屏幕上的像素數就是307，200的單色圖像。因為像素是用二進制數表示的，所以即使是壹屏也能算出存儲的位圖圖像的字節數:307，200 ÷ 8 =。但是在單色圖像中看起來還是挺真實的，只是很少用到。
灰度圖像看起來比黑白圖像更真實。灰度圖像的灰度顯示圖像，使用的灰度圖像，看起來越逼真。普通計算機顯示256灰度圖像。在256個灰度級的圖像中，每個像素可以是白色、黑色或灰色，即256中的任何壹種，每個像素有256種信息指示的可能性。因此，壹個像素的圖像信息的單元256，即壹個字節的存儲空間，被存儲在灰度圖像中。因此，分辨率為640×480，屏幕的灰度圖像需要307200字節的存儲空間。
計算機可以顯示16256或1670萬色的彩色圖像，用戶會得到更逼真的圖像。
16彩色圖像，每個像素可以有16種顏色。因此，為了表示16個不同的信息單元，每個像素需要4位來存儲信息。因此，16色的全屏位圖圖像的存儲容量為153600字節。
256色位圖圖像，每個像素可以有256種顏色。為了表示256個不同的信息單元，每個像素需要壹個8位二進制數來存儲信息，即壹個字節。因此，對於256色、307，200字節的全屏位圖圖像，所需存儲容量為65，438+06色，是256灰度級的相同圖像的兩倍。
167百萬色的位圖圖像稱為24位圖像或真彩色圖像。每個像素可以有16700種顏色。為了顯示16700000個不同的信息單元，每個像素需要壹個24位二進制數的3字節存儲信息。顯然，壹幅完整的屏幕真彩色圖像需要更大的存儲容量。
包含的圖像文件非常大，需要很大的內存容量來存儲，傳輸和下載需要很長時間。比如在網上下載壹張分辨率為640×480的256色圖片至少需要壹分鐘，下載壹張16色圖片需要壹半的時間，而真正的彩色圖片需要更多的時間。
有兩種技術可以用來減少圖像的存儲空間和傳輸時間，數據壓縮技術和圖像抖動技術。然後引入數據壓縮技術和圖像抖動技術來降低圖像的顏色和文件的存儲容量。抖動技術是通過根據人眼的分辨率使用兩種或更多種顏色、顏色和陰影的圖案來生成額外的顏色和陰影來實現的。例如，琥珀色區域的256色圖像通過抖動技術轉換為16色圖像上的黃紅點圖案。在互聯網的網頁中，抖動技術是壹種常用的降低圖像存儲容量的技術。
使用位圖圖像來顯示真實圖像是什麽，適用於更準確的性能水平和豐富的顏色，包括大量的圖像細節。例如掃描圖像、捕獲圖像的照相機、數碼相機以及由幀捕獲設備獲得的數字化幀圖像。位圖圖像文件的擴展名經常被使用:BMP，PCX，TIF，jpg和。Gif等。
可以編輯由像素矩陣組成的位圖圖像中的單個像素，可以使用位圖軟件(也稱為照片編輯軟件和ge繪畫軟件)的位圖文件。可以用在軟件中用GE編輯位圖圖像，如微軟畫圖，PC畫筆，Adobe公司的Photoshop，Publisher軟件的Micrografx圖片放大局部圖像，然後進行。
2。說明
在計算機上，如壹組存儲的矢量，描述點、線和表面，如大小和形狀，以及它們的位置和大小的指令，而不是真實的圖像。它是通過讀取這些命令並轉換其形狀和屏幕上顯示的顏色來顯示圖像的，而矢量圖像看起來就像壹個真實的位圖圖像。用於生成矢量圖像的軟件通常稱為繪圖軟件，如Micrographx designer和CorelDRAW。
矢量圖像的優缺點
優勢:
的存儲空間小於的位圖圖像。矢量圖像的存儲空間取決於圖像的復雜程度和每條指令所需的存儲空間，所以更多的圖像線、圖形和填充圖案需要更多的存儲空間。但壹般來說，由於矢量圖像存儲指令的原因，它比位圖圖像文件要小得多。
插圖可以控制繪圖過程的所有部分。作為單個物體，這部分的圖像被拉伸、縮小、變形、移動、刪除，整體圖像沒有失真。不同的對象也可以疊加在屏幕上，並保持各自的特征，如果有必要，仍然是分開的。線性圖、工程圖和藝術文字的插圖。常用矢量圖像文件的擴展名:WMF，DXF，MGX。CGM等。
缺點:
程序員和計算機表達復雜的圖形需要花費大量的時間，處理更復雜的圖形也需要時間。它通常是先創建復雜圖形，進行矢量圖形處理，然後將其轉換成位圖圖像矢量格式。
位圖圖像與矢量圖像的比較:
但是，顯示位圖圖像比顯示矢量圖像快，因為位圖圖像需要存儲空間來表示屏幕上每個像素的信息。總之，矢量圖像的關鍵技術是制作和再現圖形，位圖圖像的關鍵技術是圖像掃描、編輯、無損壓縮、快速解壓縮和顏色壹致性再現。
3。數字視頻:
視頻信息實際上是由屏幕上的幾個片段組成的。通過電影電視每壹幀的快速播放，再加上人眼視覺鏈的影響，它們的連續運動產生了影響。數字視頻信號是在壹定時間內以壹定速度采集和處理單幀視頻信號過程中產生的數字信息。
數字視頻相對於模擬視頻的優勢:
1)數字視頻不失真。每壹份模擬視頻數據的抄本都會累積時間誤差，導致信息失真。
2)數字視頻廣告的編輯有很多新方法，比如字幕、電視特技等。
3)使用數字視頻可以花更少的時間和成本創建壹個交互式的培訓和教育計劃，壹個可以集成視頻的計算機系統，壹個可以用計算機播放的電影節目。
基於的數字視頻的缺點如下:
數字視頻由壹系列幀組成，每壹幀都是靜態圖像，圖像也以位圖文件的形式表示。通常，視頻顯示每秒30個數字視頻需要巨大的存儲容量。
例如，分辨率為640×480 256色的全屏圖像需要307200字節的存儲容量。以秒為單位的數字視頻存儲所需的空間是這個數的30倍，9216000字節，大約是90000。6635520萬字節。壹部兩小時的電影需要66G以上的字節。這可能只能用超級計算機來玩。因此，在數字視頻壓縮編碼、存儲和傳輸過程中必須使用它。
2.1.3音頻數據的代表性
電腦可以記錄、儲存和播放聲音。電腦中的聲音被轉換成數字音頻文件和MIDI文件。
1。數字音頻
這些連續的模擬是由許多幅值和頻率不同的正弦波組成的，計算機無法直接處理。它們必須被數字化，以便計算機存儲和處理。
計算機獲取的聲音信息是聲音信號的數字化過程。用於存儲和處理數字聲音信息、文本和圖像信息的計算機。將模擬音頻信號轉換為數字音頻信號的基本過程基於:
要以數字方式錄制聲音，您需要首先對聲音進行采樣。聲波采樣前後的波形如圖2.1.4所示(特征是橫軸代表時間，縱軸代表振幅):
圖2.1.4聲波波形和采樣後
采樣頻率是指每秒測量聲音的次數，也就是這個過程中的采樣聲音。采樣頻率為赫茲。采樣頻率越高，單位時間內獲得的振幅值越多，即采樣頻率越高，模擬曲線的原聲越準確。然後將相同采樣頻率的幅度值轉換成電壓值驅動揚聲器，就可以聽到相同的聲音和原始波形。這種技術被稱為脈碼調制(PCM)技術。
聲音文件
存儲在計算機上的聲音文件的擴展名為:WAV，。MOD、au和揮發性有機化合物。要錄制和播放聲音文件，需要使用語音軟件，通常使用聲卡。
2。MIDI文件
樂器數字接口——MIDI(樂器數字接口)是電子樂器、計算機和信息交換之間的接口連接。MIDI格式的文件擴展名。MIDI文件通常被稱為MIDI文件格式。
MIDI是壹種國際標準的數字音樂。數字電子樂器和電腦處理音樂的出現創造了極其有利的條件。MIDI聲音數字化波形的聲音是完全不同的，超越了聲音的采樣、量化和編碼。它實際上是壹系列的定時命令，用來記錄電子樂器的鍵盤性能，包括主要的努力。這些信息的時間和長度被稱為MIDI信息中描述的數字樂譜。想演奏時，只需讀取相應MIDI文件的MIDI信息，生成所需的樂器聲音波形，由揚聲器輸出放大即可。
MIDI文件的存儲容量比數字音頻文件小得多。比如3分鐘的MIDI音樂只需要10KB的存儲空間，3分鐘的數字音頻信號音樂的存儲容量需要15MB。
2.2數據壓縮
重新編碼數據以減少所需的存儲空間。數據壓縮必須是可逆的，即壓縮後的數據必須恢復到當前狀況的逆過程稱為解壓縮。
數據壓縮時，文件的大小變小，可以用來衡量壓縮量和壓縮比。例如，壓縮比為20:1，表示壓縮後的文件大小為原始文件的1/20。無損壓縮編碼方法(冗余壓縮方法)和有損壓縮方法。後者允許壹定程度的失真，可用於壓縮圖像、音頻、數字視頻和其他數據。使用這種方法，具有壓縮數據的數字視頻圖像的壓縮比可以從100:1到200:1。
數據壓縮可以由專用的計算機硬件實現，也可以完全由軟件實現，還可以由軟件和硬件的組合來實現。使用壓縮軟件WinZip。
2.2.1文本文件壓縮
自適應替換壓縮技術
掃描整個文本模式並找到兩個或更多字節。壹旦創建了壹個新模式，字典中就會添加壹個條目，而不是使用其他文件中的字節。例如，有這樣壹段話
“西班牙的雨主要停留在平原上，緬因州的雨卻壹降再降。”
:“是壹個在文中出現三次的模型。“替換6個字節可以壓縮；”Spring出現8次，如果換成@就可以壓縮到16(以字節為單位)。" 2，"中的$ "可以壓縮成兩個字節。如妳所見，文件變長了，包含了重復的信息，可以是越來越大的壓縮比。
瀏覽整個文檔以查找重復的單詞。當這個數字不止壹次出現時，那麽這個詞將從第二次出現和隨後使用的壹個數字來替換。這個數字叫做指針的精確單詞。舉個例子，上面的例子，可以把文字壓縮成這樣:“主要是在雨中呆了西班牙# 1平，但是# 1 # 2 # 3緬因再次淪陷和# 16”可以看到，只有6個字節，壓縮後，文件越大，重復頻率越高，因此，壓縮效果更好。
2.2.2圖像數據壓縮
遊程編碼的圖形文件壓縮技術是壹種字節模式，壹條消息可以描述這種模式交替壓縮技術。
例如，假設圖像有壹個白色區域？191個像素，每個像素由壹個字節表示。經過RLE壓縮後，這兩個字的字符串，191字節的數據，被壓縮成。
擴展的bmp位圖文件不會被壓縮。擴展的TIF，PCX，JPG位圖文件是壹個壓縮文件。具有要使用的文件擴展名的文件。TIF TIFF(和標誌圖像文件格式)格式。文件使用的文件擴展名。PCX PCX格式。損失。文件擴展名為jpg的文件為JPEG(聯合圖像專家組)格式。人們經常實施有損圖像壓縮。
2.2.3視頻數據壓縮
視頻由壹系列幀組成，每壹幀都是位圖圖像和視頻，這就需要巨大的存儲容量。
通過減少每秒回放的幀數，縮小視頻窗口的大小，或者只通過編碼等技術，減少具有存儲容量的視頻信號每幀之間變化的內容。
常用的數字視頻格式:視頻用於Windows、QuickTime和MPEG格式，文件擴展名為:。AVI，2000年.MOV，每加侖汽油.MPG是壹個壓縮文件。MPEG格式的兩小時視頻信息可以壓縮到幾千兆字節。
視頻壓縮的運動補償技術也可以用來減少存儲容量。這種技術只存儲每幀之間的數據變化，不需要存儲每幀中的所有數據。當變化不大時，運動補償技術在每幀圖像之間的視頻編輯中非常有效。比如說話人的頭、嘴、眼睛都變了，而背景卻壹直相當穩定。電腦只是簡單的計算兩者的差別，改變的內容只能保存。根據具體數據，運動補償的壓縮比可以高達200:1。另外，播放器的每秒幀數直接影響播放的視頻質量。縮小圖像尺寸也是減少存儲容量的好方法，壹般可以集成幾種壓縮技術來減少視頻文件的存儲容量。
音頻數據壓縮
音頻數據最突出的問題是信息量大。的音頻信息文件所需存儲空間的計算方法如下:
存儲容量(字節)=采樣頻率×采樣精度通道數/8×時間
體現:雙聲道音樂時長1分鐘。如果采樣頻率為44.1KHz，則采樣精度為16位。要數字化的存儲容量需要是44.1×103×16/8×2×60。
數字音頻編碼必須具有壓縮音頻信息的能力。最常用的方法是自適應脈沖編碼調制方法，即ADPCM壓縮編碼。
ADPCM壓縮編碼方案信噪比高，沒有明顯的2？5倍的數據壓縮率，因此，采用這種壓縮技術的數字化語音信息。
2.3信息處理
通常指中央處理器的總和，是基本信息處理循環的組成部分。在中央處理器的硬件計算機系統中，它主要包括中央處理器(CPU)、存儲器、系統總線和控制單元。計算機系統的核心是通過這些組件的協同作用完成的信息處理。
2.3.1 CPU
CPU是計算機系統的核心部件，它的工作是處理信息，完成計算。許多不同類型的CPU。微機CPU被稱為“微處理器”，采用最先進的技術生產VLSI芯片。芯片的電子元件中通常集成了數百萬個晶體管，功能非常復雜。它比微型計算機中的各種計算機更強大，比如高性能網絡服務器和計算機。他們的CPU通常是由壹組運算能力更強的高性能芯片組成。此外，所謂的“嵌入式”CPU芯片安裝在所有的現代設備中，如各種機械、設備、電器、交通工具等內部，幾乎所有的高端家用電器都裝有甚至幾個CPU芯片。
內部存儲器
在內存或主存的內存中，也叫主存(主存)。存儲在計算機工作存儲器中的信息是計算機系統的主要部分，起著極其重要的作用。它的運行速度和內存容量、系統的整體性能、系統解決問題的規模和性能都是非常大的。對於內存來說，除了容量，另壹個重要的性能指標就是訪問速度。內存訪問速度是通過讀或寫操作的時間來衡量的。