计算机科学导论课件：chap2-data-representation-new
计算机科学导论-概述 ppt课件
程序（存储在存储器中）
输入 8,12,22,3
输3,出8,12,22
冯•诺依曼模型（John Von Neumann1903－1957）
现代计算机都是基于冯•诺依曼模型
1. 4个子系统 2. 程序存储 3. 指令顺序执行
计算机硬件 计算机软件
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计算机概述——计算机系统分层结构
通信
程序
网络，多台计算机联接在一起，实现信息交换和资 源共享
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《计算机科学导论》教材
教材 《计算机科学导论》 机械工业出版社 刘艺等译 参考书：
➢ 计算机科学导论，王玲，宋斌编著，清华大学出版社， 2008
➢ 计算机科学导论（第2版），瞿中 等编著，清华大学 出版社， 2007
➢ 计算机科学导论（第7版）（影印版），布鲁克希尔 著，清华大学出版社 ，2004
第10讲：数据库
（第14章）
第11讲：人工智能与计算理论 （第17，18章）
学习建议
内容多，用系统的思想学习，掌握基本概念、 基本原理、基本操作；
听讲与自学相结合，可以快速浏览几本书，有 针对性的上网查阅或图书查阅；
多上机，多实践，提高动手能力
本讲内容
1.1．计算机系统分层结构 1.2．计算机的发展历史 1.3．计算机的分类 1.4．计算机应用
计算机科学导论
第一讲 概述
课程简介
《计算机科学导论》是计算机类各专业全程教学内容的导 引课程，介绍计算机硬件、软件、数据组织和计算理论等方面的 内容，包括编码及计算机体系结构的基本原理、操作系统、计算 机网络、算法、程序设计语言、数据结构和数据库、人工智能以 及计算理论等专业知识的知识点以及与信息技术有关的社会人文 等知识，力求使学生对计算机科学有比较全面的了解。与此同时， 使读者对后续课程的学习有一个概括的了解，为今后的学习打下 良好的基础。
计算机科学导论第一章绪 论ppt课件
Wilkes 制造产生.
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国内第一台模拟电子计算机 1956年，东北大学教授李华天带领工作人员开发 研制出国内第一台模拟电子计算机。 全套设备占地面积 40 平方米，拥有 5 个 2.3 米高的
1930 普林斯顿大学客座教授， 1931 年他成
为美国普林斯顿大学的第一批终身教授
1933 年转到该校的高级研究所，成为最初 六位教授之一，并在那里工作了一生．
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四个子系统 Four subsystems
基于冯诺依曼模型的计算机分为四个子系统: 存储器memory 、算术逻辑单元 arithmetic logic unit, 控制单元control unit、输入输出单元 input/output
17世纪，法国Blaise Pascal发明了 Pascaline. 一个用来进行加减运算的计算 机器。20世纪，尼克劳斯.澳思发明了一种结构化程序设计语言Pascal 17世纪后期，德国数学家Gottfried Leibnitz 发明了既能进行乘除又能加减 的更复杂的机器，该机器称为莱布尼茨之轮 Leibnitz’ wheel.
Figure 1.2 基于图灵模型的计算机：可编程数据处理器
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Figure 1.3 相同的程序，不同的数据
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Figure 1.4 相同的数据，不同的程序
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通用图灵机 The universal Turing machine
通用图灵机是对现代计算机的首次描述， 该机器只要提供了合适的程序就能做任何计算。
计算机导论-第2章-数据表示
Chapter 2 Data RepresentationKnowledge point:2.1 Data Types.2.2 Data inside the Computer.2.3 Representing Data.2.4 Hexadecimal and Octal notation.REVIEW QUESTIONS five types of data that a computer can process. ( Knowledge point2.1)A：Numbers, text, images, audio, and video.2.How does a computer deal with all the data types it must process? ( Knowledge point 2.2) A：All data types are transformed into bit pattern.3.4.What is the difference between ASCII and extended ASCII? ( Knowledge point 2.3)A：ASCII is a bit pattern made of 7 bits and extended ASCII is a bit pattern made of 8 bits.5.What is EBCDIC? ( Knowledge point 2.3)A：Extended Binary Coded Decimal Interchange Code.6.How is bit pattern length related to the number of symbols the bit pattern can represent?( Knowledge point 2.3)A：The relationship is logarithmic.7.8.9.What steps are needed to convert audio data to bit patterns? ( Knowledge point 2.3)A：Sampling, Quantization, and Coding.10.What is the relationship between image data and video data? ( Knowledge point 2.3)A：Video is a representation of images in time.MULTIPLE-CHOICE QUESTIONS11. Which of the following can be classified as data? ( Knowledge point 2.1) da. numbersb. videoc. audiod. all of the above12. To store a byte, you need d electronic switches. ( Knowledge point 2.2)a. 1b. 2c. 4d. 813. A byte consists of c bits. ( Knowledge point 2.2)a. 2b. 4c. 8d. 1614. In a set with 64 symbols, each symbol requires a bit pattern length of c bits. ( Knowledge point 2.3)a. 4b. 5c. 6d. 715. How many symbols can be represented by a bit pattern with 10 bits? ( Knowledge point2.3) da. 128b. 256c. 512d. 102416. In extended ASCII, each symbol is b bits. ( Knowledge point 2.3)a. 7b. 8c. 9d. 1017. If the ASCII code for E is 1000101, then the ASCII code for e is d. ( Knowledge point 2.3)a. 1000110b. 1000111c. 0000110d. 110010118.In extended ASCII, a a of the bit pattern for regular ASCII code. ( Knowledge point 2.3)a. 0 bit is added to the leftb. 0 bit is added to the rightc. 1 bit is added to the leftd. 1 bit is added to the right19. c is a code used in IBM mainframes. ( Knowledge point 2.3)a. ASCIIb. Extended ASCIIc. EBCDICd. Unicode20. d is a 16-bit code that can represent symbols in languages other than English. ( Knowledge point 2.3)a. ASCIIb. Extended ASCIIc. EBCDICd. Unicode21. d is a code used by the Java language to represent characters. ( Knowledge point2.3)a. ASCIIb. Extended ASCIIc. EBCDICd. Unicode22. A 32-bit code was developed by b to represent symbols in all languages. ( Knowledge point 2.3)a. ANSIb. ISOc. EBCDICd. Hamming23. An image can be represented in a computer using the d method. ( Knowledge point 2.3)a. bitmap graphicb. vector graphicc. matrix graphicd. a or b24.The bitmap graphic method and the vector graphic method are used to represent c in a computer. ( Knowledge point 2.3)a. audio b . video c. images d. numbers25.In the a graphic method of representing an image in a computer, each pixel is assigned one or more bit patterns. ( Knowledge point 2.3)a. bitmapb. vectorc. quantizedd. binary26. In the b graphic method of representing an image in a computer, the image is decomposed into a combination of curves and lines. ( Knowledge point 2.3)a. bitmapb. vectorc. quantizedd. binary27. In the a graphic method of representing an image in a computer, rescaling of the image creates a ragged or grainy image. ( Knowledge point 2.3)a. bitmapb. vectorc. quantizedd. binary28. When you want to download music to a computer, the audio signal must be d. ( Knowledge point 2.3)a. sampledb. quantizedc. codedd. all of the above EXERCISES29. Given 5 bits, how many distinct 5-bit patterns can you have? ( Knowledge point 2.2)A：25=3232. A machine has eight different cycles. How many bits are needed to represent each cycle? ( Knowledge point 2.3)A：log28=333. A student’s grade in a course can be A, B, C, D, F, W (withdraw), or I (incomplete). How many bits are needed to represent the grade? ( Knowledge point 2.3)A：log27≈334. A company has decided to assign a unique bit pattern to each employee. If the company has 900 employees, what is the minimum number of bits needed to create this system ofrepresentation? How many patterns are unassigned? If the company hires another 300 employees, should it increase the number of bits? Explain your answer. ( Knowledge point 2.3)A：log2900≈10,210-900=124,Yes, 900+300>21035. If you use a 4-bit pattern to represent the digits 0 to 9, how many bit patterns are wasted? ( Knowledge point 2.3)A：24-10=636. A gray scale picture is digitized using four different gray levels. If the picture is composed of 100×100 pixels, how many bits are needed to represent the picture? ( Knowledge point 2.3)A：100×100×log24=20000(bits)37. An audio signal is sampled 8000 times per second. Each sample is represented by 256 different levels. How many bits per second are needed to represent this signal? ( Knowledge point 2.3)A：log2256×8000=64000(bits)42. How many hexadecimal digits are needed to convert a 19-bit pattern? ( Knowledge point 2.4)A：543. How many octal digits are needed to convert a 19-bit pattern? ( Knowledge point 2.4)A：744. How many hexadecimal digits are needed to convert a 6-byte pattern? ( Knowledge point 2.4)A：12。
北京理工大学计算机导论课件第二章
社科类 数学类 物理类 电子类 外语类 机械类 化工类
320 560 880 1225 1600
Overview (con.) Data entered into a computer is called input. The processed information are called output. The cycle of input, process, output, and storage is called the information processing cycle.
Question : How do you handle all these data types (text, number, image, audio and video)?
Text
1234… 890….
Solution
The most efficient solution is to use a
1000101010111111
Byte is a kind of bit pattern. Its length is 8 bits.
1 byte = 8 bits
Data Representation (con.) How to represent different types of data: Number Representation Text Representation Image Representation Audio Representation
Data
information
Overview (con.)
There are several types of data. Data
Text Number Image Audio Video
计算机科学导论(董荣胜)6精品PPT课件
1．系统（System）和子系统（Subsystem）
系统是指由相互联系、相互作用的若干元素构成的，具有 特定功能的统一整体。系统可以形式化地定义为：S=<A， R> 其中： A表示系统S中所有元素的集合； R表示系统S中所有元素之间关系的集合。
一个大的系统往往是复杂的，它通常可以划分为一系列较 小的系统，这些系统称为子系统。子系统可以形式化地定义 为：Si=<Ai，Ri> 其中： SiS； AiA； RiR。
6.1 引 言
系统科学方法是指用系统的观点来认识和处理问题的各种 方法的总称，它是一般科学方法论中的重要内容。系统科学 方法为现代科学技术的研究带来了革命性的变化，并在社会、 经济和科学技术等各个方面都得到了广泛的应用。
模型方法是系统科学的基本方法，研究系统具体来说就是 研究它的模型。模型是对系统原型的抽象，是科学认识的基 础和决定性环节。
6.2.1 系统科学的基本概念
系统科学是探索系统的存在方式和运动变化规律的学问，是对系统本 质的理性认识，是人们认识客观世界的一个知识体系。计算学科中一些重 要的系统方法，如结构化方法、面向对象方法都沿用了系统科学的思想方 法。如何更好地借鉴系统科学的思想方法，是计算科学界应引起重视的问 题，而了解系统科学的基本概念和方法是我们自觉运用系统科学方法的基 础。
模型与实现是认识与实践的一种具体体现，在计算学科中， 它反映了抽象、理论和设计3个过程的基本内容。模型与实现 包括建模、验证和实现3方面的内容。其中，建模主要属于学 科抽象形态方面的内容，模型的验证主要属于学科理论形态 方面的内容，而模型的实现则主要属于学科设计形态方面的 内容。
本章主要介绍学科中有关系统建模（抽象）和实现（设计） 两方面的内容，至于模型的验证（理论），在上一章已经介 绍。
计算机导论ppt课件
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一般地，任意一个八进制数可以表示为： C ＝ c n－18 n－1 +c n－28 n－2 +…+c 18 1 +
c 08 0+c－18－1 +…+c－m8－m
在上式中，C i 只能取0～7之一的值；八进制 的基数是8。
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（4）十六进制
十六进制记数法也有两个特点：
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必须注意:
逐次除2取余的余数是按从低位到高位的 排列顺序与二进制整数数位相对应的；逐 次乘2取整的整数是按从高位向低位的排列 顺序与二进制小数数位相对应的。其共同 特点是以小数点为中心，逐次向左、右两 边排列。
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（1）八进制、十六进制数转换成十进制数
同二进制数到十进制数的转换，分别套用 相应公式 。
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例如： （10110.1）2 ＝ 1×2 4 ＋0×2 3 ＋1×2 1 ＋0×2 0 ＋1×2－1 ＝ （22.5）10
任意一个二进制数B，可以展开成多项式之和, 即
B = b n－12 n－1 +b n－22 n－2 +…+b 12 1+b 02 0+
b－12－1 +…+b－m2－m
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30
一个任意的十六进制数可以表示为： D ＝ d n－116 n－1 +d n－216 n－2 +…
+d 116 1+d 016 0 +d －116－1 +…+d－m16－m 在上式中，d i可以取0～F之一的值；十六进制 的基数是16。
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计算机导论第二章PPT课件
心
编
制
14
编辑版pppt
上海大学 Shanghai University
编码
两字节存放数值，其中最高位为符号位，则 42 84 用补码表示为：
计 算 中 心 编 制
15
编辑版pppt
上海大学 Shanghai University
编码
定点表示
计算机中表示的数值如果采用固定小数点位置的方法则 称为定点表示，分为定点整数和定点小数。如用16位表 示定点整数，则整数的有效范围：-（215-1）~（215-1）
m
S Ki Ri in
计
算 中
式中的R表示进制的基数，Ki表示R进制数中的一个数码，
心 Ri为第i位的权值，而n、m为整数
编 制
(101.011)B=1*22+0*21+1*20+0*2-1+1*2-2+1*2-3
3
编辑版pppt
上海大学 Shanghai University
常用数制对照表
计 算 中 心 编 制
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编辑版pppt
上海大学 Shanghai University
编码
数值数据
原码：符号位用“0”表示正，用“1”表示负。数值部分 用二进制的绝对值表示
反码：正数的反码是其原码，负数的反码则符号位为
“1”，数值部分是对应的原码按位取反
计 算
补码 ：正数的补码是其原码，负数的补码则是其反码再
中 加1
A1到A3：符号，408个 计 A4到C6：常用汉字，5401个 算 C9到F9：次常用字，7652个 中 心 编 制
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编辑版pppt
上海大学 Shanghai University
全套课件 《计算机科学技术导论(第二版)》-葛建梅
2．第二代计算机—晶体管计算机（1958～1964年） 其主要特征是由电子管改为晶体管。
3．第三代计算机—集成电路计算机（1965～1971年） 其主要特征是用半导体中小规模集成电路代替分立元
计算机可以对数字、文字、颜色、声音、图形、图像等 各种形式的数据进行加工处理。
计算机具有各种计算的能力。当用计算机进行数据处理 时，首先把要解决的实际问题，用计算机语言编写成计算机 程序，然后将待处理的数据和程序输入到计算机中，计算机 按程序的要求，一步一步地进行各种运算，直到存入的整个 程序执行完毕为止。
1．运算速度快 由于计算机是采用高速电子器件组成，因此能以极
高的速度工作。目前的巨型机运算速度已达到每秒几百 亿次运算，微机也可达到每秒亿次以上 。 2．计算精度高
由于计算机采用二进制表示数据，因此它的精度主 要取决于表示数据的位数，即机器字长。字长越长，其 精度越高 。
3．具有记忆能力
存储器是计算机的记忆部件，计算机把大量的数据 和程序存入存储器，并把处理或计算的结果保存在存储 器中。计算机存储器有内存和外存之分，目前，微型计 算机的内存容量一般可以达到512MB且可以进一步扩 展，外存（如硬盘）容量可以达到上百GB。
（3）表达沟通能力。包括书面文字表达能力和口头 与人沟通的能力。特别要强调的是，从事计算机领域的工 作英语表达能力尤为重要，要注重英语的听、说、读、写、 译能力的提高，这对于及时了解计算机学科的最新成果， 正确把握学科的发展趋势都是至关重要的。
大学生应具备以下几方面的能力：
（4）创新能力。现在社会是一个竞争的社会，要想 在竞争中处于有利地位，创新是基础。理论创新、技术创 新、制度创新、管理创新、教育创新，无论日后从事什么 工作都需要创新，没有创新思维和创新能力就不具备竞争 力。
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图书登记
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图书数量
5000 4000 3000 2000 1000
0 1234567 图书类别
社科类 数学类 物理类 电子类 外语类 机械类 化工类
95年 928 600 300 500 600 300 320 96年 1100 980 680 900 850 650 560 97年 2080 1280 920 1600 1011 890 880 98年 2650 1900 1020 2800 1400 1080 1225 99年 3108 2600 1866 3968 1911 1532 1600
Number Representation
Number Systems Conversion Between Number Systems Integer Representation Floating-point Representation
Operations on Bits
Arithmetic Operations Logical Operations
The words, numbers, and graphics used as the basis for human actions and decisions. The difference between data and information:
Data becomes information when it is presented in a format that people can understand and use.
Lecture 2
The information layer: Data and Number Representations
Outline
Data Representation
Data and Information Data Types Digital Data Representation How To Represent Different Types of Data
Objectives
Differentiate between data and information. Explain how text, images, audio and video
are represented in computers. Explain decimal notation, binary notation,
☺This universal format is called a bit pattern.
Digital Data Representation Digital device works with discrete, distinct data or
Data
information
Overview (con.)
There are several types of data.
Data
Text Number Image Audio Video
The computer industry uses the term
Note:
“multimedia” to define information
that contains numbers, text, images,
audio, and video.
Question : How do you handle all these data types (text, number, image, audio and video)?
Text
1234… 890….
hexadecimal notation, and octal notation. Apply conversions from one number
system to another.
Objectives
Explain how integers are stored in computers (sign-and-magnitude, one’s complement, twt 1
Data Representation
Overview
What’s data?
Data refers to the symbols that a computer uses to represent facts (such as people, events and things) and ideas. What’s information?
Solution
☺The most efficient solution is to use a uniform representation of data.
☺All data types from outside a computer are transformed into this uniform representation when stored in a computer and then transformed back when leaving the computer.
系列1 系列2 系列3 系列4 系列5
Overview (con.)
Data entered into a computer is called input. The processed information are called output. The cycle of input, process, output, and storage is called the information processing cycle.
Explain how the Excess system works. Explain how to represent a floating-point
number in computers. Apply bit operations such as arithmetic
operations, logical operations, and shift operations.