计算机中信息的表示与存储

一、信息与数据的概念

（一）信息的定义

信息是对客观事物的反映，从本质上讲，它是对社会以及自然界中事物的特征、现象、本质及规律的描述。信息是客观事物性质或特征在人脑中的反映，它只有通过数据形式表示出来才能被人理解和接收。

（二）数据的定义

数据是载荷或记录信息的按一定规则排列组合的物理符号，可以是数字、文字、图像，也可以是计算机代码。数据是信息的具体表现形式，数据经过加工处理之后，成为信息。

二、计算机中的数据表示

（一）二进制的优点

计算机中采用二进制有以下优点：

  • 物理上最容易实现：可以用高、低两个电平表示“1”和“0”，也可以用脉冲的有无或者脉冲的正负极性表示它们.
  • 算术运算规则简单，容易实现：二进制的加法、减法等运算规则简单，便于计算机进行计算.
  • 与逻辑值相对应：两个符号“1”和“0”正好与逻辑值“是”（或称“真”）和“否”（或称“假”）相对应，为计算机实现逻辑运算和程序中的逻辑判断提供了便利条件.
  • 可靠性强：只有0和1两种数字符号，在存储、处理和传输过程中的可靠性最强，不易出错，提高了计算机本身的稳定性和可靠性.

（二）计算机中数据的单位

  • 位（bit）：在计算机中数据的最小单位是位，位是指一位二进制数.
  • 字节（Byte）：字节是计算机中用来表示存储空间大小的最基本的容量单位，一个字节由8个位组成.
  • 存储容量单位：
    • 1 KB = 1024 B = 2^{10} B
    • 1 MB = 1024 KB = 1024×1024 B = 2^{20} B
    • 1 GB = 1024 MB = 1024×2^{20} B = 2^{30} B
    • 1 TB = 1024 GB = 1024×2^{30} B = 2^{40} B
    • 千字节（KB）、兆字节（MB）、吉字节（GB）和太字节（TB）等单位也可以表示存储容量.

三、进位计数制及转换

（一）数制的概念

数制，就是人们利用符号来计数的科学方法，又称计数制。数制有很多种，如最常使用的十进制、钟表的六十进制、年月的十二进制等，它们均是进位计数制，是指按进位的原则进行计数。进位计数制有数码、基数和位权三个要素。

（二）数制的特点

  • 数码：指具有R个不同的数字符号：0，1，…，（R－1）.
  • 基数：基数是“R”。进位制的基数是指该进位制中允许选用的基本数码的个数.
  • 位权：指一个数字在某个固定位置上所代表的值，处在不同位置上的数字所代表的值不同，每个数字的位置决定了它的值或者位权.

（三）数制的表示方法

  • 后缀字符：为了标识不同的数制，可在数的后面加上后缀字符，如D（十进制）、B（二进制）、Q（八进制）、H（十六进制）.
  • 圆括号括起来：可以将数用圆括号括起来，如（10，2，8，16）表示该括号内的数是哪一种进位制中的数.

（四）数制转换

  • 非十进制数转换为十进制数：将非十进制数各位按位权展开求和即可.
  • 二进制与十六进制之间的转换：
    • 二进制数转换为十六进制数：以小数点为界，整数部分从小数点开始向左每四位一组，不足四位在左边以0补足四位，小数部分从小数点开始向右每四位一组，不足四位在右边以0补足四位，然后将每组二进制转为相应的十六进制数.
    • 十六进制数转换为二进制数：只需将每位十六进制数转换为相应的四位二进制数即可.

四、信息的编码

（一）编码的概念

信息需要按照规定好的二进制形式表示才能被计算机处理，这些规定的形式就是信息编码。编码时要考虑信息的特性，并且要方便计算机的存储和处理，还涉及世界范围内有关信息的表示、交换、处理、存储的基本问题.

（二）信息的类型

  • 简单的类型：数字和文字
  • 复杂的类型：表格、声音、图形和图像

（三）常见的编码方式

  • BCD码：专门解决用二进制数表示十进数的问题.
  • ASCII码：在计算机系统中使用最广泛的是美国标准信息交换代码，即ASCII码（American Standard Code for Information Interchange）. ASCII码有7位版本和8位版本，国际通用，包括32个通用控制字符、10个十进制数码、52个英文大小写字母和34个专用符号，共128（即2^7）个元素.
  • 汉字的编码：
    • 国标码：1980年我国颁布了《信息交换用汉字编码字符集·基本集》（GB 2312－80），这个标准所收集的字符及其编码称为国标码，又叫国标交换码.
    • 区位码：区位码指出了该汉字或字符在字符集中的位置，区位码与汉字是一一对应的. 汉字的区位码和国标码之间是有联系的，每个汉字的区号和位号加上十进制数32或十六进制20H之后，对应的二进制代码才是它的国标码.
    • 机内码：供计算机系统内部进行存储、加工处理、传输等统一使用的代码，又称为汉字内部码或汉字内码. 汉字的机内码和国标码的对应关系如下：机内码=国标码+8080H.
    • 汉字的输入码：汉字输入码又称外码，是为了将汉字输入到计算机而设计的代码. 汉字输入码可分为数字码（如区位码、电报码）、拼音码（如智能全拼、智能ABC、搜狗拼音）、字形码（如五笔字型、表形码）、音形码（如自然码、全息码）等.
    • 字形码：汉字字形码是汉字字库中存储的汉字字形的数字化信息，用于汉字的显示和打印. 常用的字形点阵有16×16点阵、24×24点阵、64×64点阵等.