【Java基础学习打卡03】计算机中数据的表示、存储与处理

￡神魔★判官ぃ 2024-03-16 15:25 26阅读 0赞

#### 目录 ####

*  前言
 *  一、数据的表示
 *   *  1.数据与信息
     *  2.计算机中的数据
     *  3.计算机中数据的单位
 *  二、数据的存储
 *  三、数据的处理
 *   *  1.进位计数值
     *  2.进制间转换
 *  四、字符编码
 *  总结

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## 前言 ##

本小节主要介绍在计算机中数据的表示、存储与处理。要知道计算机内部使用二进制数据，也就是0和1组成的数据。要了解数据单位有哪几种，如何存储数据，有哪些进位计数值，如何转换。计算机字符编码是怎么回事。

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## 一、数据的表示 ##

### 1.数据与信息 ###

*  **数据**是没有被分析和解释的原始或未加工的材料，比如数字、字符等。
 *  **信息**则是已经被处理和组织，能够传达有意义的信息和知识的结果。

![在这里插入图片描述][3b20c9154f694b219d0e9fac292013c3.png_pic_center]  
在计算机应用中，数据和信息的界限有时是模糊的。它们之间的区别并不是绝对的，取决于数据的处理方式和行业应用。

### 2.计算机中的数据 ###

**冯·诺依曼**提出计算机使用二进制（17世纪至18世纪的德国数学家莱布尼茨第一个提出）。

计算机是使用二进制的形式来表示所有的数据和指令的。二进制（Binary）是一种数制，只包含0和1两个字符，是计算机系统中数据处理的最基本单位。

### 3.计算机中数据的单位 ###

计算机中的数据单位主要有以下几种：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>单位</th> 
   <th>说明</th> 
   <th></th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>位（Bit）</td> 
   <td>计算机中最基本的数据单位，它只有0和1两种状态。位是计算机处理信息的最小单位。</td> 
   <td></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>字节（Byte）</td> 
   <td>字节是计算机内存中存储、传输和处理信息的基本单位。</td> 
   <td>1Byte = 8Bit</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>千字节（KB）</td> 
   <td>千字节是计算机中常用的存储容量单位。</td> 
   <td>1KB= 1024Byte</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>兆字节（MB）</td> 
   <td>兆字节是计算机中大容量存储设备（如硬盘、光盘等）的常用容量单位。</td> 
   <td>1MB=1024KB</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>吉字节（GB）</td> 
   <td>吉字节是计算机中用于描述大型存储设备容量的单位。</td> 
   <td>1GB=1024MB</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>太字节（TB）</td> 
   <td>太字节是计算机中存储容量更大的单位。</td> 
   <td>1TB=1024GB</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

遵循国际标准，数据单位一般采用二进制计算（每个单位等于1024的倍数），而非十进制计算（每个单位等于10的倍数）。

**字长：** 计算机中的字长是指CPU每次能够处理的二进制数据的位数，通常计算机的字长越长，处理速度和能力越强，所能表示的整数范围也就越广。

## 二、数据的存储 ##

**计算机中存储数据的最小单位是Bit，存储容量的基本单位是字节。**

**计算机中数据的存储可以分为两个方面：内存存储和外存储。**

*  **内存存储**指的是计算机在运行程序时，所使用的内部存储器，通常被称为RAM (随机访问内存)。RAM在计算机关闭或断电时，其中的数据会被清除，因此数据的永久存储需要使用外存储方式。
 *  **外存储**是指计算机中用来存储程序和数据的非易失性存储器，常见的外存储器包括机械硬盘(HDD)、固态硬盘(SSD)、USB闪存盘、CD/DVD光盘等。这些存储器的数据可以长期保留，即使关闭电源也不会丢失。

数据在计算机中的存储方式，通常以二进制的形式储存在计算机的内部存储器和外部存储器中。计算机通过操作二进制码来实现对数据的储存、传输和处理。

## 三、数据的处理 ##

### 1.进位计数值 ###

二进制（Binary） 八进制（Octonary）  
十进制（Decimal） 十六进制（Hexadecimal）

**二进制**是计算机中最基本的进位计数值，使用数字 0 和 1 表示，也成为“二进制数（Binary）”。计算机内部的所有存储、传输和处理都是以二进制的形式进行的。

进位：逢2进1

**八进制**是一种在计算机领域中用的进位计数值，使用数字 0 至 7 表示，每三个二进制位可以表示一个八进制数位。在一些程序设计语言和操作系统中，八进制数值可以用前缀数字0来表示。

进位：逢8进1

**十六进制**是另一种在计算机领域中用的进位计数值，使用数字 0 至 9 和字母 A 至 F（AF表示1015） 表示，每四个二进制位可以表示一个十六进制数位。在一些程序设计语言和操作系统中，十六进制数值可以用前缀0x或h来表示。

进位：逢16进1

### 2.进制间转换 ###

**二进制转为十进制**（按权展开求和）将二进制的数写成加权系数展开式，而后根据十进制的加法规则进行求和。

**11001 = 1x 2 4 2^\{4\} 24\+1x 2 3 2^\{3\} 23\+0x 2 2 2^\{2\} 22\+0x 2 1 2^\{1\} 21\+1x 2 0 2^\{0\} 20=25**

规律：个位上的数字的次数是0，十位上的数字的次数是1，…，依次递增，而十分位的数字的次数是-1，百分位上数字的次数是-2，…，依次递减。

**十进制转为二进制**（除2取余，逆序排列）用2整除十进制整数，可以得到一个商和余数；再用2去除商，又会得到一个商和余数，如此进行，直到商为小于1时为止，然后把先得到的余数作为二进制数的低位有效位，后得到的余数作为二进制数的高位有效位，依次排列起来。

53 2 \\sqrt\[2\]\{53\} 253=26…1  
 26 2 \\sqrt\[2\]\{26\} 226=13…0  
 13 2 \\sqrt\[2\]\{13\} 213=6…1  
 6 2 \\sqrt\[2\]\{6\} 26=3…0  
 3 2 \\sqrt\[2\]\{3\} 23=1…1  
 1 2 \\sqrt\[2\]\{1\} 21=0…1

由下往上依次排列所得余数：110101

## 四、字符编码 ##

**计算机字符编码是将文本字符映射到数字代码的过程。** 由于计算机只能处理数字，因此需要一种方式将文本字符转换成数字，在计算机内部进行处理和存储。字符编码就是描述如何将字符映射为数字的一组规则。  
![在这里插入图片描述][5d1c6005e0ac4e5aa44681f5418de108.png_pic_center]  
常见的字符编码包括ASCII码、Unicode、UTF-8等。

ASCII码是最早的字符编码方式，它使用7位二进制数来表示128个字符，包括英文字母、数字和一些标点符号。  
![在这里插入图片描述][d568ce42d0a14b0985928a513e21cd44.jpeg_pic_center]  
**Unicode**是一种字符集标准，它将全世界所有的字符都标准化到一个集合中，使得不同的语言都可以使用相同的数字代码来表示字符。**UTF-8**是基于Unicode的一种变长字符编码方式，使用1到4个字节来编码每个字符。

通过字符编码，计算机可以在不同的系统和应用程序之间共享数据，并且支持多语言和跨语言通信。**我们日常编程中一般设置编码为UTF-8。**

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## 总结 ##

计算机中数据的表示、存储和处理，还有字符编码都需要了解。

[3b20c9154f694b219d0e9fac292013c3.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/16/e67a2492d77045c09ea69b0dd7da4856.png
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