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1、第第1章章 信息的数量化表信息的数量化表示示 n英语里的“Calculus”（计算）一词来源于（计算）一词来源于拉丁语，既有拉丁语，既有“算法算法”的含义的含义，也有肾脏或胆囊里的“结石”的意思。古人用石头计算捕获的猎物，石头就是他们的计算工具。n美国著名科普大师阿西莫夫说过， 人类最早的 “计算机” 是手指， 英语单词英语单词“Digit” 既表示既表示“手指手指”又表示又表示“整数数字整数数字”。n中国数学史专家考证，大约在新石器时代早期，即远古传说里伏羲、黄帝之前，先民使用的“计算机”是结绳，即用绳子打结用绳子打结的多少来表示数的概念。的多少来表示数的概念。数字对联n成都武侯祠：n两表筹
2、三顾，一对足千秋两表筹三顾，一对足千秋数字对联n济南大名湖：n四面荷花三面柳，四面荷花三面柳，一城山色半城湖一城山色半城湖乾隆对联n一次乾隆遇到一位141岁老人，出上联：n“花甲重开，外加三七岁花甲重开，外加三七岁”n要求纪晓岚对下联，纪根据杜甫的“人生七十古来稀”对出下联。n提示：乾隆的表达式为：60X2+3X7=141 n纪晓岚是清代进士，官至礼部尚书、协办大学士。他领衔编撰了我国历史上规模最大的一部文献全书四库全书，并撰写了在学术上极其重要的四库全书总目提要。位于北京宣武区珠市口西大街241号的纪晓岚故居又称阅微草堂，是纪晓岚的寓所堂号。 n其对是“古稀双倍，还多一个春秋”二进制表示信息
3、最简单n特点：定义明确n 符号简明n 运算方便n 实现容易第1章 信息的数量化表示方法n要点：n理论上来讲，任何信息都可以转换成0和1的数字序列，即数字化信息。n数字信息交换方便、各种信息都可以以数字方式编码组合，从一个系统传送到另一个系统。 n数字化信息在传输、存储、处理等方面都优于信号连续变化的模拟信号信息。n计算机可以直接处理数字化信息，使传递和处理信息结为一体。1.1 数字化信息方法n1.1.1 模拟信号与数字信号n模拟信号模拟信号是指用连续变化的物理量（例如电流、电压）表示的信息，其信号的幅度，或频率，或相位随时间作连续变化，如目前广播的声音信号，或图像信号等。 n数字信号数字信号是
4、用有限个“0”和“1”的代码来表示信息中某一个字符，当很多字符组合起来时，才能表达完整的信息。n现今，模拟信号可通过数字化的方法转化成数字信号；反之，数字信号又可通过模拟化的方法转化成模拟信号。完成这两种转化的器件分别称为“模数转换模数转换”和“数模转换数模转换”。 n模拟信号数字化最常用的方法是“脉冲编码调制”，即PCM。PCM要经过三个步骤才能完成。第一步“取样”，第二步“量化”，第三步“编码”。当然，这些工作是由集成电路去完成的。编码n数字通信过程中的一个重要环节就是编码。编码的一个重要目的就是尽量压缩线路信号的传输带宽，以便提高发送信码的速率。当然，考虑到同步、抗干扰、特性匹配等因素，
5、编码在降低传输带宽方面的效率不一定很高。下面总结几种常用编码方式加以描述。 n计算机的数字数据可以通过网卡在特殊线路上直接传输。直接传输数字数据的最大好处是速度快。n数字信号在传输之前要先进行编码，常用的有非归零编码（Non Return to Zero）、曼彻斯特编码（Manchester）等。n为了提高传输效率，要把计算机真正要传输的数据装配到一个个数据包中，每个数据包可以通过不同的链路到达目的端。 n非归零编码非归零编码（Non Return to Zero）n负电平=0，正电平=1n单独的同步脉冲信号。n曼彻斯特编码曼彻斯特编码（Manchester）n每位的前二分之一为反码，后二分之
6、一为源码。n中间必有电平跳变，实现自同步。n差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码（Difference Manchester）n每位的中间为同步n每位的开始处，电平有跳变=0，电平无跳变=1。 1.1.2 数字信号的传输n一个数字终端产生的原始信号经编码后送到媒介传输，其相应传输特性和对媒介的要求都要发生变化，一般可以认为，原始码流经编码后，其传输速率发生了变化，传输带宽也就跟着发生变化，从而对媒介的带宽要求也就不一样，在媒介带宽一定的情况下，为了能传输更高速率的数据流，我们就要设法通过编码方式降低传输速率，减少传输带宽，从而减轻对媒介的要求。1.数字数据的数字信号传输n为了提高传输效率，要把计算
7、机真正要传输的数据装配到一个个数据包中，每个数据包可以通过不同的链路到达目的端。 网络适配器（network adapter）n网络适配器网络适配器也称网卡，它担任计算机之间交换数据的任务。如果要把微机接入网络，需要根据微机总线的类型选择网络适配器的种类。速率为10/100M bit/s的Ethernet网卡是目前国内LAN中使用最多的一种产品。n网卡上配有与网线连接的标准插头座BNC、AUI 或RJ45，通过网线上的插头与网络相连。RJ45 用于连接双绞线，AUI用于连接粗缆，BNC用于连接细缆，只能使用其中一种形式与网络连接。无线网卡n计算机通过无线网卡入网。具有高分辨率显示屏的无线手机也
8、是入网设备。 2. 数字数据的模拟信号传输 n计算机的二进制数据是用电流的高/低来表示1/0的。这种非高即低的电流频率范围非常宽，处于0或1的稳定状态中，电流变化为0；在0与1之间转化时，电流变化非常剧烈，普通电话线不能直接正确传输这种宽带数字信号。要想利用普通电话线传输计算机数字信号，必须设法把数字信号转换为普通电话线可传输的等效模拟信号。普通调制解调器（普通调制解调器（Modem）n调制器可以把数字信号变为模拟信号，解调器可以把模拟信号恢复为数字信号，调制器和解调器往往装在同一盒子或同一电路板上，因而统称调制解调器。网络上用的调制解调器还有模拟打电话时的拨号、应答、挂机等功能。基于有线电视
9、的线缆调制解调器（Cable Modem）n可以达到下行8Mb/s、上行2Mb/s的高速率。 特殊传输线n直接传输数字信号需要使用特殊的传输线。n(1)双绞线n(2)同轴电缆 n(3)光缆1.2 信息数字化工具n除了常用的键盘、鼠标、显示器、打印机作为信息的输入、输出设备外，用于声音、图形、影像等多种媒体的数字化工具发展的也很快。1.2.1 常用图像输入、输出设备nNuScan6039扫描仪特点：扫描仪特点：n36bit彩色 12bit灰阶n最高分辨率：9600dpi*9600dpin光学分辨率：600dpi*1200dpinSCSI接口方式n具有色彩较正功能(DCR)数字照像机数字照像机nC
10、-2000ZOOM 特点:n211万象素,1/2英寸CCD n3倍光学变焦,2.5倍数码变焦 n可外接闪光灯 n可拍摄数码活动影片 n光圈先决和快门先决EPSON PhotoPC 3000Zn特点n480万像素n6倍光学数字变焦nUSB接口 全面通用n全套附件 一应俱全数字摄像机数字摄像机n1GR-DVX709特点：n3.8英寸102万像素广角CCD n使用超高频段处理器，解像素高达530线 n2.5英寸彩色液晶屏及彩色取景器 n200倍数码变焦及数码超宽广角方式 nUSB端子及USB连线影像输出设备n NovaJet 630大型喷墨绘图机规格 n打印技术：热汽泡式喷墨微粒爆发性喷墨技术n打印
11、解析度：600600dpi,300300dpiPENROD P2400SP 热升华打印机n技术参数技术参数n打印原理：干式n打印头：240点/每点40微米n分辨率：单色文本：1200dpi600dpi （适用于TrueType字体)彩色图形：600dpi600dpin打印速度：单色文本：240CPS（以10CPI打印）彩色：大约每页3分钟（A4满幅面）n用纸尺寸：最大A41.2.2 模拟量与数字量相互转换设备nSound Blaster 16声卡，卡上有一个IDE接口和CD音频接口，外部接口有麦克风插口(Mic)、立体声输出插口(Speaker) 连接音箱或耳机；线性输入(Line in) 可
12、连接CD播放机、单放机合成器等；输出插口 (Line out) 可连接功放等；游戏杆和MIDI设备。1.3 数字化表示形式n1.3.1 数据信息表示进位计数制n1 基本概念 n 基数基数：允许使用基本数码的个数n 位权位权（权）： 数值=基本数码x权n2 二、八、十六进制n 二十进制： BCD码（8421码）、2421码、余3码三种十进制数的代码表示十进制8421码2421码余3码000000000001110001000101002001000100101300110011011040100010001115010110111000601101100100170111110110108100
13、01110101191001111111003 整数的数制转换n十 进制X（八、十六、）进制n用 X 除 ，商为0时反向取余数。nX（八、十六、）进制十 进制例 200 转为16进制16 200 16 12 余8 16 0 余12 （Ch）结果 200=C8h机器数的表示方法机器数的表示方法小数点在机器数中的表示方法：小数点在机器中是不存在的，只规定了默认的位置 。规定定点和浮点两种表示方法。定点小数定点小数：隐含的小数点在数中的位置固定。小于1的小数的小数点在最左位（高位）例如：小数0.625为：.101，其余位上的各有效位称为尾数。标有下划线的小数点仅为书写表示直观。定点整数定点整数：隐含
14、的小数点在数中的最右，可以不写出。例如：整数5为：101.2 机器数的三种码的表示形式n（1）原码原码 常用的直观表示法，最左位是符号位（0/1），其余是该数的绝对值。n（2）反码反码 正数的反码与原码相同，负数的反码为原码的各位分别取相反值。n（3）补码补码 正数的补码与原码相同，负数的补码为其反码+1后的值。n由于符号位占一位，因此码的位数常用n+1表示，原码中符号位不参加运算，补码或反码的符号位要参加运算。举例：4位二进制负数 真值原码反码补码-1011110111010010101+0000000000000000-0100001111100000-11000111110111111.
15、3.2 符号表示nASCII 码：用0255（共256个数）代表英文字母、阿拉伯数字等符号。n汉字内码：用上万个特殊数字代表上万个汉字及特殊符号。ASCII字符（要记住） 16进制数字符16进制数字符00Nul 空空20Sp 空格空格07Bel 铃7fDel 删除删除08Bs 退格退格30数字00aLf 换行41字母A0dCr 回车61字母a1.3.3 多媒体信息表示n采样方法采样方法：以一定的速率间隔测量连续变化的信号。n矢量法：以一个或若干表达式表示信号的值与时间、坐标等的函数关系。n点阵法：以像素点阵表示连续的图像。1.4 数值和符号运算n1.4.1 二进制算术运算n0+0=0,0+1=
16、1,1+0=1,1+1=10n0*0=0,0*1=0,1*0=0,1*1=1n1.4.2 逻辑运算n若1=真（或假），0=假（或真）n与运算1 and 1=1，1 and 0 =0, 0 and 1 =0,0 and 0 =0n或运算1 or 1 =1, 1 or 0 =1, 0 or 1 =1,0 or 0=0n非运算 not 1=0, not 0 =1 小结n任何信息都可以转换成0和1的数字序列，即数字化信息。n 数字信息交换方便、各种信息都可以以数字方式编码组合，从一个系统传送到另一个系统。n 计算机对数字化信息在传输、存储、处理等方面都优于对连续变化的模拟信号信息的处理。 n计算机可以
17、直接处理数字化信息，使传递和处理信息结为一体。目前许多家用电器都可以进行数字化处理模拟信息，具有与计算机的通信接口，成为计算机的一种外部输入/输出设备。n为了用电子线路实现方便，计算机内部数常用二进制。它的符号和小数点位置有特别规定。符号在最左边，0表示+号，1表示-号，小数点有定点和浮点两种表示方式。n字母、符号、汉字、声音、图像等也可以用特殊的二进制码表示。文字符号通过外码输入后，转为内码存储；以内码为索引号，根据对应的字模显示或打印输出。参考文献n1 毛汉书主编.Internet 与上网操作.北京：清华大学出版社，1999.7n2 卢湘红主编.计算机应用教程（Windows 2000环境）.北京：清华大学出版社，2001.3 n3 吴功宜、吴英编著.计算机网络应用技术教程. 北京：清华大学出版社，2002,4n4 高峰.浅谈数码影像.http:/结束n
