第4讲 计算机中的编码
第4讲数据通信和编码技术
带宽
对于模拟信号而言，带宽又称为频宽，以赫兹（Hz） 为单位。
对于数字信号而言，带宽是指单位时间内链路能够经 过旳数据量。
为了与模拟信道旳带宽进行区别，数字信道旳带宽一 般直接用波特率或符号率来描述。
时延(delay 或 latency)
信号从源端发送到宿端所需要旳时间 发送时延 传播时延 处理时延
数据通信和编码技术
1 数据通信概述 2 数据传播方式 3 传播介质 4 数据编码技术
1 数据通信概述
数据通信系统基本概念 数据通信系统旳模型 数据通信系统旳技术指标
1.1 数据通信系统基本概念
数据（Data）——数据通信中传播旳二进制代码，是传播 信息旳载体
信息（Information）——数据旳内容和解释 信号(Signal)——数据在传播过程中旳电磁波表达形式
模拟旳和数字旳数据、信号
模拟数据 模拟数据 数字数据 数字数据
放大器 整形器
PCM 编码器
调制器
数字 发送器
模拟信号 数字信号 模拟信号 数字信号
1.1 数据通信系统基本概念
数据通信：在两点或多点之间以二进制形式进行信息互换 信源：一次通信中发送信息旳一端 信宿：一次通信中接受信息旳一端 信道：信源和信宿之间旳通信线路
公里
抗干扰能力 较强
介于双绞线和 光纤旳成本之 间
在6至8公里
光 缆
直径细、质地柔 软旳能传导光波 旳介质
用在点到 点链路上
距离内可不使 用中继器实现 高速率数据传
不受电磁干扰 或噪声旳影响
播
较贵
2.2 无线传播介质
电磁波，根据其频谱可分为无线电波、微波、 红外线和激光等
unicode编码详解，一看就懂
unicode编码详解，⼀看就懂⼀、Unicode编码1 UTF-8 -16 -32编码和Unicode编码 Unicode编码是⼀种计算机字符编码标准，其实个⼈认为叫字符集更为准确；⽽我们熟悉的UTF-8 UTF-16 UTF-32是Unicode的具体实现(怎么存储在计算机)。
1）Unicode编码规范制定标准： 把世界上所有能出现的字符，都为其分配⼀个数字来表⽰，⽐如，数字U+7F57被分配给了汉字中的"罗"字。
Unicode编码的标准⾥字符数量⼀直实在新增（包括⼀些稀有字符，当然emoji表情字符也属于unicode编码哈哈），19年3⽉刚发布了Unicode12.0版本，⽐之前的版本新增了⼀些字符，现在在标准中的字符⼀共有137929个，⽽Unicode编码⽬前规划了U+0000⾄U+10FFFF为unicode编码（以世界上字符的数量应该是很久不会考虑扩展的），算⼀下⽬前还剩下976183（1114112-137929）个代码点，这976183个代码点是规划在unicode中的数字，但是还没被分配对应的字符。
2）UTF-8编码： UTF-8可以说是当前互联⽹最常⽤的编码格式了，它基于Unicode字符集进⾏编码设计。
它最⼤的特点是变长字节的编码设计，⼀个字符最长4个字节，最少1个字节，⼤部分的中⽂字符占3个字节。
编码规则如下： 1.⽤⼀个字节表⽰的字符，第⼀位设为 0，后⾯的 7 位对应这个字符的 Unicode 码点。
由于这128个字符的unicode完全对照ASCII码，可以说完全向下兼容ASCII码。
即ASCII编码的⽂件可以⽤UTF-8打开⽽不乱码； 2.⽤⼀个字节以上表⽰的字符，假设是N个字节表⽰这个字符：则该字符第⼀个字节的前N位都为1，第N+1位为0，剩下的N-1个字节的前两位都设为10，剩下没有主动设值的位置则使⽤这个字符的Unicode⼆进制代码点从低位到⾼位填充，不够⽤0补⾜。
计算机中的数制及其编码
一、计算机中的数制及其转换
2. 数制之间的转换
(4) 二、十六进制之间的转换
二进制十六进制: 以小数点为界，分别向左、向右四位一组分段，不足四位 补0(整部在前，小数部分在后)，然后将每段换成对应的十 六进制数码。 十六进制二进制： 将每位十六进制数码换成对应的四位二进制数，然后去前 后无效的0。 例7 (10110101.10101011)2 =(1011 0101. 1010 1011)2 =(B5.AB)16 (56A.C4)16 =(0101 0110 1010. 1100 0100)2
一、计算机中的数制及其转换
2. 数制之间的转换
(2) 十进制数转换为非十进制数
例4 (123.45)10 =(？ 2 123……..1 2 61…….1 2 30……0 2 15…...1 2 7…..1 2 3…..1 2 1….1 0 )2 低位
0
1
高位
除 到 商 为 0 时 停 止
1
1 0 0 1
一、计算机中的数制及其转换
2. 数制之间的转换
(1) 非十进制数转换为十进制数
例2：(345.67)8 = 3*82 + 4*81 + 5*80 + 6*8-1 + 7*8-2 = 192 + 32 + 5 + 0.75 + 0.109375 = (229.859375)10
例3： (2FA.D)16 = 2*162 + 15*161 + 10*160 + 13*16-1 = 512 + 240 + 10 + 0.8125 = (762.8125)10
+101.0001 1111.0001 10.1 ×100 000 000 +101 10100 101.0001 11001.0101 101 101 101
大学计算机第4讲-冯-诺依曼计算机器-程序执行
自动存取：存储器的工作原理 (1)什么是存储器?
存储器的基本结构
概念映射
存储器
存储单元 存储位(存0或存1) 地址编码An-1…A0 单元控制线Wi 输出缓冲器 …
宿舍楼
房间 床位(住人/不住人) 房间号 房间钥匙 公共的走廊及大门 ……
从存储器与宿舍楼的概念对比中，你能发现什 么异同吗？
自动存取：存储器的工作原理 (2)存储器是怎样存储0和1的? 又是怎样控制存取的?
图灵机的思想与模型简介 (4)小结?
输入
程序&指令 (计算规则)
按计算规则(程序)对输 入进行变换得到输出
输出
输入/输出都是0和1的形 式表达
程序和指令也是0和1的形 式表达
程序可用状态转换 图来表达
冯.诺依曼计算机: 思想与构成
战德臣
哈尔滨工业大学 教授.博士生导师 教育部大学计算机课程教学指导委员会委员
OK Z hanD C
Research Center on Intelligent Computing for Enterprises & Services,
Harbin Institute of Technology
冯.诺依曼计算机: 思想与构成 (1)什么是冯.诺依曼计算机?
冯.诺依曼(Von.Neumann)计算机
基本目标: 理解程序是如何被执行的
基本思维：机器级算法与程序机器指令与指令系统存储器存储程序运 算器与控制器机器级程序的执行；算法程序化程序指令化指令存储化 执行信号化
机器指令与机器级程序
战德臣
哈尔滨工业大学 教授.博士生导师 教育部大学计算机课程教学指导委员会委员
OK Z hanD C
Research Center on Intelligent Computing for Enterprises & Services,
第4讲 EPC物联网体系结构—EPC编码及RFID技术
256位
EPC-256编码类型， 分为typeⅠ、 typeⅡ和typeⅢ三 种类型，它的域名 管理分别占32位、 64位和128位
3.1 EPC编码
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3.1 EPC编码
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（1） EPC-64 I型编码
Ⅰ型EPC-64编码提供的占有2个数字位的版本号编码。
21位被分配给了具体的EPC域名管理者，17位被用于标 识产品具体的分类信息，最后的24位序列具体地标识了具 体的产品的个体。
政治观点的限制， 是无歧视性的编码。
3. 核心技术
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3.1 EPC编码 3.2 RFID技术 3.3 对象域名解析服务ONS 3.4 EPC信息服务（EPCIS）
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3.2 RFID技术
为什么要讲RFID技术? EPC、RFID、条形码关系
条形码
条形码是应用了不同宽度的黑白条码反射光来编码， 具有成本低廉，使用方便，缺点是编码容量不足。
RFID
RFID标签是存储了具体的EPC标准的产品编码信息的产品 标签，它会因不同应用场合的具体要求而表现出不同的封 装形式，如纽扣类、IC卡类以及条形码形式等。
EPC
EPC是编码标准，规定了对具体不同商品 产品唯一的编码格式。
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3.2 RFID技术
（1） RFID概念
RFID是Radio Frequency Identification的缩写，即射频识别。 RFID是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自
Bloc识k别D卡2 号码:B12lo3ck45D637
进入日期:
Block D4
Access control Block C1
Nov.25,03 时间: 10h:35m:16s
信息编码详细讲解
练习：
1011101B= 93 D ( 89 )10= ( 1011001 ) 2 1001011B= 4BH 11111001B= F9H 6FH= 01101111B
英文、数字等字符的编码
字母的摩斯编码
A .B -... C -.-. D -.. E. F ..-. G --. H .... I .. J .--K -.L .-.. M -N -.
O --P .--. Q --.R .-. S ... TU ..V ...W .-X -..Y -.-Z --..
常用缩写
• CQ —— Calling any station（连络任一站台） • SOS ——（紧急呼救=国际通用）
则处理后的音频文件存储容量约是原文件的
（A）1/2
（B）1/3
（C）1/4
（D）3/4
将某播放时长为20秒的音频wav文件进行如下操作：
①增加前10秒音频音量2Db
②将右声道设置为静音
③保存处理后的音频文件
则处理后的音频文件与原文件的存储容量之比约为
（A）1 : 1 （B）1 : 2
（C）1 : 3
信息编码就是采用某种原则或方法 编制代码来表示信息；
信息编码的根本目的是为了能对信 息进行有效的处理，有时也是为了对信 息加密，使其不为局外人所知。
不同领域有着不同的信息编码原则 和方法
著名科学家冯·诺依曼计算机内的数据和程序采用二进制代 码表示。电子计算机将所有输入的信息（数据、程序等）都 转化为机器能识别和处理的二进制数字代码，由“0”、“1” 组成的代码叫二进制代码。
计算机中的数制和码制教案
计算机中的数制和码制教案一、教学目标1. 了解数制的概念，掌握不同数制之间的转换方法。
2. 理解二进制在计算机中的重要性，学会二进制的表示方法。
3. 掌握不同编码方式的特点和应用场景，了解计算机中常见的码制。
二、教学内容1. 数制的基本概念：十进制、二进制、八进制、十六进制等。
2. 数制之间的转换方法：十进制与二进制、八进制、十六进制的相互转换；二进制与八进制、十六进制的相互转换。
3. 二进制在计算机中的表示方法：位、字节、字等。
4. 常见的码制：ASCII码、Uni码、汉字编码等。
三、教学重点与难点1. 重点：数制之间的转换方法，二进制在计算机中的表示方法。
2. 难点：不同码制之间的相互转换。
四、教学方法1. 采用讲授法，讲解数制的基本概念、数制之间的转换方法以及码制的特点和应用。
2. 利用实例进行分析，帮助学生理解不同码制的具体应用。
3. 引导学生进行自主学习，通过练习巩固所学知识。
五、教学过程1. 引入：讲解数制的概念，引导学生了解不同数制之间的区别和联系。
2. 讲解：详细讲解十进制、二进制、八进制、十六进制之间的转换方法，以及二进制在计算机中的表示方法。
3. 拓展：介绍常见的码制，如ASCII码、Uni码、汉字编码等，分析它们的特点和应用场景。
4. 练习：布置练习题，让学生巩固所学知识，能够熟练进行不同数制之间的转换，以及理解和应用不同码制。
5. 总结：对本节课的内容进行总结，强调数制和码制在计算机中的重要性，以及在不同领域中的应用。
六、教学评估1. 课堂参与度评估：观察学生在课堂上的参与程度，包括提问、回答问题、讨论等，以了解学生对数制和码制的理解和掌握程度。
2. 练习题解答评估：评估学生完成练习题的情况，包括准确性、速度和解决问题的能力，以检验学生对数制转换和码制的应用能力。
七、教学策略1. 数制转换的实际应用：通过实际应用场景，如计算机存储容量的表示，让学生理解数制转换的重要性。
2. 互动教学：鼓励学生提问和参与讨论，通过小组合作或角色扮演等活动，提高学生的参与度和学习兴趣。
关于编码的知识
关于编码的知识1. 编码的基本概念编码是将信息转换为特定格式的过程，以便于存储、传输或处理。
编码可以应用于各种领域，如数据压缩、图像处理、音频处理等。
在计算机科学中，编码通常指的是将文本、图像、音频、视频等数据转换为二进制码的过程。
2. 编码的历史与发展编码技术的发展与计算机科学和信息技术的进步密切相关。
在计算机发展的初期，编码主要是为了解决计算机内部的存储和传输问题。
随着互联网的普及和多媒体技术的不断发展，编码技术也得到了广泛的应用。
现在，编码技术已经成为计算机科学和信息技术领域的重要分支之一。
3. 编码的分类与特点根据不同的分类标准，编码可以分为多种类型。
根据处理的数据类型，编码可以分为文本编码、图像编码、音频编码和视频编码等。
根据应用场景，编码可以分为有损编码和无损编码。
有损编码会去除一些人眼不太敏感的数据，从而减小文件大小，但可能会对图像质量造成一定影响；无损编码则不会丢失原始数据，但可能会占用更多的存储空间。
4. 编码的原理与技术编码的原理主要是基于数据的冗余性和人眼或听觉系统的感知特性。
例如，图像中有很多像素是相似的或者相邻的，可以利用这些冗余性来压缩图像数据；视频中有很多帧之间的内容是相似的或者连续的，可以利用这些相似性来压缩视频数据。
5. 编码的应用领域编码的应用领域非常广泛。
在音频领域，音频编码用于将模拟音频信号转换为数字音频信号，以便于存储和传输；在视频领域，视频编码用于将模拟视频信号转换为数字视频信号，以便于存储和传输；在图像处理领域，图像编码用于将图像数据转换为二进制码，以便于存储和传输；在网络通信领域，编码用于将数据转换为二进制码，以便于在计算机网络中传输。
6. 编码的未来发展趋势随着技术的不断进步和应用需求的不断提高，编码技术也在不断发展。
未来，编码技术将更加注重高效性和可扩展性。
同时，随着人工智能和机器学习技术的不断发展，编码技术也将更加智能化和自动化。
例如，可以利用机器学习技术自动选择最佳的编码参数或算法，从而提高编码效率和质量。
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① 10010110.1001B = （ 0001 0101 0000.0101 0110 0010 0101）BCD ② 1F3DH= （ 7997 ）D =（ 0111 1001 1001 0111 ）BCD ③ 若以奇校验传送字母B，则B的ASCII=（ 11000010 ）H
5
BCD码在计算机中的存储方式
以压缩BCD码形式存放：
用4位二进制码表示1位BCD码 一个存储单元中存放2位BCD数
以扩展BCD码形式存放
用8位二进制码表示1位BCD码.即高4位为0，低4位为有效位 每个存储单元存放1位BCD
6
ASCII码
西文字符编码 将每个字母、数字、标点、控制符用1Byte二进制码表示 其中：
e
01100101
4
00110100
F
01000110
f
01100110
5
00110101
G
01000111
g
01100111
6
00110110
H
01001000
h
01101000
7
00110111
I
01001001
i
01101001
8
00111000
J
01001010
j
01101010
9
00111001
标准ASCII的有效位：7 bit，最高位默认为0
7
ASCII编码例
A
01000001
a
01100001
0
Байду номын сангаас
00110000
B
01000010
b
01100010
1
00110001
C
01000011
c
01100011
2
00110010
D
01000100
d
01100100
3
00110011
E
01000101
计算机中的编码
编码
编码
所有信需息要从由一计种算形机式处或理格的式信转息换，为都另需一要种编形码式的过程 用代码来表示各种信息，以便于计算机处理。
需要编码的信息种类
使所数有值信息都以二进制码形式表示 字符 声音 图形、图像
2
计算机中的编码
数值编码：
二进制码 BCD码
编码即 变换
ASCII码的奇偶校验
奇校验
加上校验位后编码中“1”的个数为奇数。 例：A的ASCII码是41H（1000001B）
以奇校验传送则为 C1H（11000001B）
偶校验
加上校验位后 编码中“1”的个数为偶数。
上例若以偶校验传送，则为 41H。
9
随堂练习
按15权0值.5展62开5，求和
4
BCD码与十进制和二进制数之间的转换
BCD码与十进制数之间存在直接对应关系 例：
(1001 1000 0110.0011)BCD= 986.3
BCD码与二进制的转换：
先转换为十进制数，再转换二进制数；反之同样。
例：
（0001 0001 .0010 0101）BCD =11 .25 =（1011 .01） B
西文字符编码
ASCII码
3
BCD码
BCD（Binary Coded Decimal）码
用二进制表示的十进制数 特点：
保留十进制的权，数字用0和1表示。
0000 ……
1001
8421BCD编码：
用4位二进制码表示1位十进制数，每4位之间有一个空格
0 ……
9
1010—1111是非法BCD码，只是合法的十六进制数