本课件为教师罗英伟参加信息学院青年教师教学基本功.ppt

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1、本课件为教师罗英伟参加信息学院青年教师教学基本功比赛时所作，当时获得信息学院一等奖。其内容为北京大学本科生主干必修课“计算概论”中的一节。第六讲人机互动——与计算机的信息交流北京大学信息科学技术学院数制及其转换二进制数的运算数字化原理信息的输入与输出汉字的输入/输出过程多媒体技术主要内容指令编码数值表示字符编码颜色编码声音编码图像编码影像编码基本编码规则三、数字化原理“冯.偌依曼体系结构”的基本思路：采用二进制形式表示数据和指令。程序与数据预先存入主存，工作时连续自动高速顺序执行。即“存储程序”思想。由运算器、存储器、控制器、I/O设备五大部分组成。。在现在的计算机内部，一律采用二进制表

2、示数据和指令。三、数字化原理计算机内的数据二进制：存储，基本表示格式。虽然世界上信息的表现形式多种多样，在计算机里它们的形式得到了概括和统一。任何信息在计算机中都以二值的数字形式被存储、被处理，还通过各种通讯媒体被传输和接收。编码：赋予意义，基本的共识性数据，如字符、数值、颜色、图像、声音、影像等。很多应用程序可以解释它们。数据结构：复杂数据，各种数据的组合，如Word文件、地图等，其中可以包括字符、数字、图像、声音等，往往只有特定的应用软件才能解释。三、数字化原理将计算机内部所能进行的各种基本操作用二进制数表示出来，以便于计算机的识别于运行。如：加法00000001减法00000010

3、乘法00000011除法00000100跳转00000101……则：1+3可以表示为0000000100000001000000112*4可以表示为000000100000001100000100三、数字化原理——指令的编码每条指令，都用固定长度的二进制数表示三、数字化原理——数值的表示在计算机内部，由于要表示符号等因素，因此并不是直接以原始的二进制数本身来存储的，而是要经过一定的编码，包括：原码、补码和反码。有关这三种码的含义及其所表示的数据的方式（整数和浮点数），有兴趣的同学可以在课后阅读有关文献。此外，计算机内用来表示数据的二进制位数也不是无限的，往往用固定位数来表示数据，因此，其

4、表达的数据范围是有限的（在“程序设计”中会涉及）：8位：0～255（28-1）16位：0～65535（216-1）32位：0～40亿（232-1）64位：天文数字（264）三、数字化原理——字符编码：ASCII码字符的编码ASCII码是美国国家标准信息交换码(AmericannationalStandardCodeforInformationInterchange)的简称，是目前国际上使用最广泛的字符编码。ASCII码的编码规则为：每个字符用7位二进制数(d6d5d4d3d2d1d0)来表示，7位二进制共有128种状态(27=128)，可表示128个字符，7位编码的取值范围为000000

5、0～1111111。在计算机内，每个字符的ASCII码用1个字节(8位)来存放，字节的最高位(d7)为校验位，通常用“0”来填充，后7位(d6d5d4d3d2d1d0)为编码值。7位编码的ASCII码字符集包括了128个字符，称为标准的ASCII码字符集。三、数字化原理——字符编码：ASCII码ASCII码1、常用汉字有3000～5000个，无法用一个字节编码。2、我国公布的《通用汉字字符集(基本集)及其交换码标准》GB2312-80共收集了7445个字符，用两个字节编码一个字符，每个字节最高位为0。GB2312-80编码简称国标码。3、汉字内码是汉字在计算机内部存储、处理和传输用的信息

6、编码。它必须与ASCII码兼容但又不能冲突。内码是把国标码两个字节的最高位置“1”得到的。三、数字化原理——字符编码：汉字编码三、数字化原理——颜色的编码现实生活中的颜色是连续的、无穷无尽的，但在计算机内部，表达数据的二进制位数是有限的，因此，不可能像字符那样对颜色进行穷举，需要对颜色的连续光谱和其他和视觉有关的连续特性进行离散化。所谓离散化就是把连续量划分为离散的区段，对每一种区段都进行编码。除受二进制位数限制外，计算机内实际颜色表示还受到硬件设备能力的限制。颜色系统：单色系统彩色系统声音是随时间变化的声波波形。与颜色类似，对声音波形需要进行离散化采样。声波的离散化采样是在两个维度上独

7、立进行的。从时间维上进行时间的离散化（按一定的均匀时间间隔采样），同时，每一个采样点的高度值（声音波形的振幅）也是经过离散化，纪录为n个bit的整数编码。两者合在一起表示了声音波形的编码文件。这种记录声音的方式称为声音的波形编码。三、数字化原理——声音的编码三、数字化原理——声音的编码采样点的时间间隔越小，就与原始波形函数越符合。声音编码中的“采样频率”，指得就是单位时间对声音波形的采样次数。采样频率用Hz（赫兹）为单位，每秒钟采样