项目三 任务二 三数的编码和字符编码（课件）-《计算机基础及应用》（河北科技技术出版社）同步精品课堂

1.3.2 数的编码 字符的编码 计算机基础及应用 同步精品课堂 河北科学技术出版社 任务一 计算机的发展 任务二 计算机的特点和分类 任务三 计算机的应用 任务四 计算机的前沿技术 同步精品课堂 目录 任务二 数的编码 任务三 字符的编码 xzdv掌握国家标准《机械制图》中有关图幅、比例、字体图线等基本规定。 教学目标 一 1.掌握机器数与真值的转换 2.掌握数的定点和浮点表示 3.掌握原码反码和补码的转换 4.了解西方字符编码(ASCII码) 5.掌握汉字代码 教学重点 二 教学重点： 机器数与真值的转换 掌握浮点数 掌握原码、反码、补码的转换 ASCII码的转换 教学难点： 原码、反码、补码的转换 输入码、国标码、内码、字形码转换 导入新课 三 走进超市，拿起一瓶饮料，瓶身上的条形码十分醒目。收银员扫码，商品价格等信息立马出现在收银机上。这条形码，就是一种编码，能把商品信息 “告诉” 机器。​ 计算机也得处理海量信息，像数字、字符。 可计算机只懂 “0” 和 “1” 的语言，那普通的数字和字符，怎么被计算机读懂和存储的呢？ 接下来，咱们就探究数的编码与字符的编码，一起揭开计算机处理信息的神秘面纱 。 任务二 数的编码 “冯曼”体系结构：1946年6月，美籍匈牙利科学家冯•诺依曼提出了在计算机内存储程序的概念，计算机由控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备五大部分组成。人们把按照这一原理设计的计算机称为“冯•诺依曼型计算机”。它奠定了现代计算机结构理论，被誉为计算机发展史上的里程碑。迄今为止，计算机的体系结构和工作原理还一直沿用冯•诺依曼提出的这个计算机方案，其工作原理的核心是“存储程序”和“程序控制”。 数的编码 四 存储程序工作原理 一、进位计数制 一、机器数与真值 01 机器数 在计算机中数据和符号全部数字化,最高位为符号位,且用0表示正、用1表示负,那么把包括符号在内的一个二进制数我们称为机器数。 eg:十进制中的数 +3 ,计算机字长为8位,转换成二进制就是00000011。如果是 -3 ,就是 10000011 。这里的 00000011 和 10000011 就是机器数。 02 真值 用“ +” 、 “-”号表示的二进制数。 有符号数 10000011,其最高位 1代表负,其真正数值是 -3 而不是形式值 131(10000011转换成十进制等于 131)。为区别起见,将带符号位的机器数对应的真正数值称为机器数的真值。 “冯曼”体系结构：1946年6月，美籍匈牙利科学家冯•诺依曼提出了在计算机内存储程序的概念，计算机由控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备五大部分组成。人们把按照这一原理设计的计算机称为“冯•诺依曼型计算机”。它奠定了现代计算机结构理论，被誉为计算机发展史上的里程碑。迄今为止，计算机的体系结构和工作原理还一直沿用冯•诺依曼提出的这个计算机方案，其工作原理的核心是“存储程序”和“程序控制”。 数的编码 四 存储程序工作原理 一、进位计数制 01 定点数 是小数点在数中的位置固定不变的数,数的最高位为符号位,小数点可在符号位之后,也可在数的末尾,小数点本身不需要表示出来,它是隐含的。 缺点：只有纯小数或整数才能用定点数表示。有定点纯小数和定点纯整数两种。 02 浮点数 小数点在数中的位置是浮动的、不固定的数。 一般浮点数既有整数部分又有小数部分,通常对于任何一个二进制数N,总可以表示成: N=±2P×S N、P、S均为二进制数 P 为N的 阶码 , 一般为定点整数 , 常用补码表示, 阶码指明小数点在数据中的位置, 它决定浮点的表示范围； S 为 N 的 尾数 ,一般为定点小数 , 常用补码或原码表示,尾数部分给出了浮点数的有效数字位数,它决定了浮点数的精度。 二、数的定点和浮点表示 “冯曼”体系结构：1946年6月，美籍匈牙利科学家冯•诺依曼提出了在计算机内存储程序的概念，计算机由控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备五大部分组成。人们把按照这一原理设计的计算机称为“冯•诺依曼型计算机”。它奠定了现代计算机结构理论，被誉为计算机发展史上的里程碑。迄今为止，计算机的体系结构和工作原理还一直沿用冯•诺依曼提出的这个计算机方案，其工作原理的核心是“存储程序”和“程序控制”。 数的编码 四 存储程序工作原理 一、进位计数制 01 原码 其符号位用 0表示正, 1表示负,其余各位表示真值本身。如果是 8位二进制: + 1的原码是00000001 - 1的原码是10000001 （1）“0”的原码有两种表示法:00000000表示+0,10000000表示 -0。 （2）若微机字长为8位,则原码的表示范围为 -127~+127;若字长为16 位,则原码的表示范围为-32767~+32767。 02 反码 正数的反码是其本身同原码, 负数的反码是在其原码的基础上,符号位不变,其余各个位取反。 +1的反码是00000001 - 1的反码是11111110 （1）“0”的反码有两种表示法:00000000表示+0,11111111表示-0。 （2）若微机字长为8位,则反码的表示范围为-127~+127;若字长为16位,则反码的表示范围为-32767~+32767。 03 补码 正数的补码同原码,负数的补码为反码加 1。负数的补码是在其原码的基础上 , 符号位不变 , 其余各位取反 , 最后 +1 。 +1的补码是00000001 - 1的补码是11111111 （1）[+0]补=[-0]补=00000000,无+0和-0之分。 （2）正因为补码中没有+0和-0之分,所以8位二进制补码所能表示的数值范围为 -128~+127;16 位二进制补码所能表示的数值范围为-32768~+32767。 三、原码反码和补码 “冯曼”体系结构：1946年6月，美籍匈牙利科学家冯•诺依曼提出了在计算机内存储程序的概念，计算机由控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备五大部分组成。人们把按照这一原理设计的计算机称为“冯•诺依曼型计算机”。它奠定了现代计算机结构理论，被誉为计算机发展史上的里程碑。迄今为止，计算机的体系结构和工作原理还一直沿用冯•诺依曼提出的这个计算机方案，其工作原理的核心是“存储程序”和“程序控制”。 数的编码 四 存储程序工作原理 一、进位计数制 三、原码反码和补码 表3 几个典型的8位原码、反码和补码 真值 +0 -0 +1 -1 +127 -127 -128 原码 00000000 10000000 00000001 10000001 01111111 11111111 溢出 反码 00000000 11111111 00000001 11111110 01111111 10000000 溢出 补码 00000000 00000000 00000001 11111111 01111111 10000001 10000000 数的编码 四 存储程序工作原理 一、进位计数制 三、机器数和真值转换 01 原码转换为真值 根据原码定义，将原码数值位各位按权展开求和，由符号位决定数的正负，即可由原码求出真值 例如：已知【X】原=00011111B，【Y】原=10011101B，求X和Y。 解：X的符号位为0为正数，数值位X=0*26 + 0*25 + 1*24 + 1*23 + 1*22 + 1*21 + 1*20 =31 Y的符号位为1为负数，数值位Y=-(0*26 + 0*25 + 1*24 + 1*23 + 1*22 + 0*21 + 1*20 ) =-29 02 补码转换为真值 求补码的真值，先求出补码对应的原码，再按原码转换为真值的方法即可求出其真值。正数的原码与补码相同。负数的原码可在补码基础上再次求补，就是原码 例如：已知【X】原=0001111B，【Y】原=11100101B，求X和Y。 解：X的符号位为0为正数， [x]补=[x]原=00001111B，X=15 Y的符号位为1为负数， [Y]补=[[Y]补]]补=10011011B，Y=-27 数的编码 四 三、机器数和真值转换 03 补码的加减运算 在计算机中，凡是带符号的数一律用补码表示，运算结果自然也是补码。其运算特点是：符号位和数值位一起参加运算，并且自动获得结果（包括符号位与数值位） 补码加法的运算规则为：[X+Y]补=[X]补+[Y]补 补码减法的运算规则为：[X-Y]补=[X]补+[-Y]补 数的编码 四 三、机器数和真值转换 任务三 字符编码 西方字符编码(ASCII码) 四 01 基本ASCII码 计算机中常用的西文字符编码是美国信息交换标准代码：ASCII码。分为7位码和8位码两个版本。7位码是国际通用码，有效数字7位，最高位置0,共8位二进制位，一个字符占用一个字节，是半角字符。编码范围从00000000B----01111111B（00H~7FH）；表示128个不同的字符。其中通用控制字符34个，阿拉伯数字10个，大、小写英文字母52个，各种标点符号和运算符号32个。表4：基本ASCII码。 02 扩展ASCII码 8位ASCII码允许最高位为1，后128个称为扩展ASCII码。 十进制ASCII码 十六进制ASCII码 表示的英文字符 0～31、127 00H～1FH、7FH 回车、删除等控制字符 32 20H 空格 48～57 30H～39H 0～9 65～90 41H～5AH A到Z共26个大写英文字母 97～122 61H～7AH a到z共26个小写英文字母 其余   一些标点、运算符号 字符编码--汉字代码 四 01 汉字输入码（外码） 由计算机外部输入汉字而编制的汉字编码，又称为汉字外部码简称外码。主要有以下四类： （1）顺序码：将汉字按一定顺序排好，然后逐个赋予一个号码作为该汉字的编码。例区位码、电报码等。 区位码把全部汉字和图形符号排列在一个94行*94列的矩阵中，构成一个二维表格。 “区”：二维表中的每一行为一区，范围是01—94表示区号； “位”：二维表中的每一列为一位，范围是01—94表示列号； 区位码：每个汉字的区号和位号的组合（高两位是区号，低两位是位号） 比如：汉字“中”在区位码二维表格中的第54行48列，那么它的区号为54，位号为48，则“中”字区位码为5448。 （2）音码：根据汉字的读音进行编码。例全拼输入法、智能ABC输入法、搜狗拼音、QQ拼音等。 （3）形码：根据汉字的字型进行编码。如五笔字型、郑码输入法、表形码输入法、大众码等 （4）音形码：根据汉字的读音和字型进行编码。例双拼码、五十字元等 字符编码--汉字代码 四 02 汉字交换码（国标码） 汉字信息处理系统之间或通信系统之间传输信息时，对每一个汉字所规定的统一编码。我国的国家标准是《信息交换用汉字编码字符集——基本集》即GB2312-80，又称国标码。 国标码收录的就是区位码中的所有字符，共7445个。有6763个汉字和682个非汉字图形符号。汉字中有一级常用汉字3755个，按拼音排序在区位码的16到55区；二级汉字3008个按部首排序在区位码的56到87区。 因汉字符号非常的多,需用16位二进制来表示一个汉字符号，即用两个字节存储一个国标码，是全角字符。标准规定国标码的编码范围是2121H—7E7EH（两个字节的最高位都是0）。 国标码与区位码的关系：区位码的区号和位号分别转换为十六进制，再分别加20H就得到该字的国标码中的高位字节和低位字节，合起来就是它们的国标码。 例如： “中”字区位码为5448，区号54转换为十六进制为36H，加20H后为56H；位号48转换为十六进制为30H，加20H后为50H；“中”的国标码为5650H。 字符编码--汉字代码 四 03 汉字机内码（内码） 西方字符的标准交换码ASCII码是用一个字节来表示的，编码范围是00H～7FH；汉字国标码是用两个字节来表示，编码范围是2121H～7E7EH，很明显它们相关字节的最高位都是0，有相同编码部分。为了在计算机中把汉字和西文字符区别开并相互兼容，特规定：把国标码每个字节的最高位由0置为1，作为汉字内码（即内码的两个字节的最高位都是1，编码范围是A1A1H～FEFEH），在计算机内部使用。这样计算机就可以用字节的最高位来区分西文和汉字，字节最高位为0时表示ASCII码，为1时表示汉字。所以机内码就是汉字信息处理系统内部存储、处理汉字而使用的编码，简称内码。 国标码和内码的转换规则为：国标码的两个字节分别加80H，得到汉字的内码，即内码=国标码+8080H。 例如： 汉字“中”的国标码为5650H，5650H+8080H=D6D0H，“中”字的机内码为D6D0H。 字符编码--汉字代码 四 04 汉字输出码（汉字字形码、汉字字库、汉字字模、点阵码） 存储在计算机内的汉字需要在屏幕上显示或在打印机上输出时，需要知道汉字的字形信息。汉字内码并不能直接反映汉字的字形，而要采用专门的字形码。 点阵字形是将字符的字形分解成若干“点”组成的点阵，将此点阵置于网格上，每一小方格是点阵中的一个“点”，点阵中的每一个点可以有黑白两种颜色，有字形笔画的点用黑色;反之用白色，这样就能描写出汉字字形了。 下图是汉字“学”的点阵，如果用十进制的“1”表示黑色点，用“0”表示没有笔画的白色点，每一行16个点用两字节表示，则需32字节描述一个汉字的字形，即一个字形码占32字节。根据汉字输出的要求不同，点阵的多少也不同。简易型汉字为16*16点阵，提高型汉字为24*24 点阵、32*32点阵，甚至更高。点阵越大，描述的字形越细致美观，质量越高，所占存储空间也越大。汉字点阵的信息量是很大的，以16*16点阵为例，每个汉字要占用32个字节，国标码两级6763个汉字要占用约212KB存储空间。 字符编码--汉字代码 四 04 汉字输出码（汉字字形码、汉字字库、汉字字模、点阵码） 汉字“学”的 16*16点阵编码： 字符编码--汉字代码 四 汉字信息处理系统 输入 汉字外码 国标码 机内码 汉字字形码 输出 师生互动 五 1.机器数和真值二者的区别？ 2.西文字符编码大写字母A和小写字母a的ASCII值相差多少？ 3.计算机系统中，数值一律采用什么码表示和存储？ 1. 机器数：计算机中数据和符号全部数字化，最高位为符号位 真值：最高位为符号位 2. 大写字母ASCII值和小写ASCII值的相差32 3 . 在计算机系统中，数值一律采用补码表示和存储 随堂练习 六 1.标准 ASCII 码用（ ）位二进制数表示一个字符。​ A. 7​ B. 8​ C. 16​ D. 32 答案：A​ 解析：标准 ASCII 码采用 7 位二进制编码，可表示 128 个字符，包括英文字母（大小写）、数字、标点符号及一些控制字符。8 位二进制数是扩展 ASCII 码（包含 256 个字符）或在存储时为了方便以字节（8 位）为单位存储，16 位和 32 位通常用于更复杂的字符编码或数据类型，故本题选 A 随堂练习 六 2.已知字符‘A’的 ASCII 码值为 65，那么字符‘E’的 ASCII 码值为（ ）。​ A. 66​ B. 67​ C. 68​ D. 69 答案：D​ 解析：在 ASCII 码表中，字符是按顺序依次排列的，‘A’到‘E’依次递增 4，因为‘A’的 ASCII 码值为 65，所以‘E’的 ASCII 码值为 65 + 4 = 69，本题选 D。 随堂练习 六 3.若某机器数为 10000001，当它表示原码时，对应的真值是（ ）。​ A. +129​ B. -129​ C. +1​ D. -1 答案：D​ 解析：在原码表示中，最高位为符号位，1 表示负数，后面的位为数值位。机器数 10000001，最高位 1 表示负数，数值位为 0000001，转换为十进制是 1，所以真值为 -1，本题选 D 随堂练习 六 4.浮点数的精度取决于阶码的位数。（ ） 答案：×​ 解析：浮点数的精度取决于尾数的位数，尾数表示数值的有效数字部分，位数越多精度越高；阶码决定浮点数能表示的数值范围，所以该说法错误。。 随堂练习 六 5.简述原码、反码和补码的之间的转换关系。 答案：原码：是一种简单的机器数表示法，最高位为符号位（0 表示正数，1 表示负数），其余各位为数值位，即该数的绝对值的二进制表示 反码：正数的反码与原码相同；负数的反码是在原码的基础上，符号位不变，其余各位取反 补码：正数的补码与原码相同；负数的补码是在反码的基础上，最低位加 1 最后课堂小结 七 谢谢 $$