Womit werden Daten in Computern gespeichert und verarbeitet?

Die Speicherung und Verarbeitung von Daten in Computern erfolgt „binär“. Da Binärzahlen nur zwei Grundsymbole haben, „0“ und „1“, und Computer aus logischen Schaltkreisen bestehen, haben logische Schaltkreise normalerweise nur zwei Zustände: Der Schalter ist ein und ausgeschaltet, und für diese beiden kann „1“ verwendet werden Zustände und „0“ zeigt an.

Daten im Computer werden binär dargestellt. Daten in Computern können entsprechend ihrer grundlegenden Verwendung in zwei Kategorien eingeteilt werden: numerische Daten und nicht numerische Daten. Numerische Daten stellen eine bestimmte Größe dar, die in positive und negative Größen unterteilt werden kann. Zu nicht-numerischen Daten gehören hauptsächlich Zeichen, Töne, Bilder usw. Diese Art von Daten muss mithilfe einer bestimmten Kodierungsmethode in eine binäre Darstellung umgewandelt werden, bevor sie im Computer gespeichert und verarbeitet werden kann.

(1) Das Konzept des Basissystems

Das Basissystem ist auch das Tragesystem, eine von Menschen vorgeschriebene Tragemethode. Für jedes Basissystem - X-Basissystem - bedeutet dies, dass die Zahl an einer bestimmten Position bei jeder Berechnung von X um eine Ziffer erhöht wird. Das Dezimalsystem rückt nach jedem Zehntel um eins vor, das Hexadezimalsystem rückt nach jedem Hexadezimal um eins vor, das Binärsystem rückt nach jeweils zwei vor

Wenn in einem Zahlensystem, das Übertragszählung verwendet, nur r Grundsymbole zur Darstellung eines Werts verwendet werden, spricht man von r- Vorwärts. System (Radix-r-Zahlensystem), r wird die Basis (Radix) des Zahlensystems genannt. Die gemeinsamen Merkmale verschiedener Zahlensysteme sind wie folgt:

(1) Jedes Zahlensystem verfügt über einen bestimmten Satz von Symbolen. Das Dezimalzahlensystem hat beispielsweise zehn Grundsymbole: 0,1,2...,9. Es gibt zwei Grundsymbole des binären Zahlensystems: 0 und 1.

(2) Jedes Zahlensystem verwendet eine Positionsdarstellung. Das heißt, die von den Symbolen an verschiedenen Positionen dargestellten Werte sind unterschiedlich, was mit der Gewichtung ihrer Positionen zusammenhängt.

Zum Beispiel: 1234,55 in Dezimalzahl kann ausgedrückt werden als

1234,55=1×10^3+2×10^2+3×10^1+4×10^0+5×10^(-1)+5 ×10^ (-2)

Es ist ersichtlich, dass der Wert des Gewichts in verschiedenen Carry-Zählsystemen genau einer bestimmten Potenz der Basis entspricht. Daher kann jede durch ein Übertragszählsystem dargestellte Zahl als durch Gewichte erweitertes Polynom geschrieben werden.

(2) Warum werden Binärdateien in Computern verwendet?

Die Verwendung von Binärdateien in Computern wird durch den Implementierungsmechanismus bestimmt. Wir können es so verstehen: Die Grundkomponenten eines Computers bestehen aus integrierten Schaltkreisen, und diese integrierten Schaltkreise können als aus Gate-Schaltkreisen zusammengesetzt betrachtet werden (natürlich ist das nicht so einfach).

Wenn der Computer arbeitet, ist der Stromkreis eingeschaltet, sodass an jedem Ausgangsanschluss Spannung anliegt. Der Spannungspegel wird durch Analog-Digital-Umwandlung in Binärwerte umgewandelt: Der hohe Pegel wird durch 1 und der niedrige Pegel durch 0 dargestellt. Das heißt, analoge Schaltkreise in digitale Schaltkreise umwandeln. Der hohe Pegel und der niedrige Pegel können hier künstlich bestimmt werden, wobei der niedrige Pegel unter 2,5 Volt und der hohe Pegel über 3,2 Volt liegt. Elektronische Computer können Informationen mit extrem hoher Geschwindigkeit verarbeiten und verarbeiten. und verfügt über hervorragende Möglichkeiten zur Informationsspeicherung. Daten werden im Computer durch den physischen Zustand des Geräts dargestellt, wobei ein binäres Zahlensystem verwendet wird. Alle vom Computer verarbeiteten Zeichen oder Symbole müssen auch durch binäre Kodierung dargestellt werden. Die Vorteile der Verwendung von Binärdateien bestehen darin, dass sie einfach darzustellen sind, über einfache Betriebsregeln verfügen und Geräte sparen. Es ist bekannt, dass Komponenten mit zwei stabilen Zuständen (z. B. Ein- und Ausschalten von Transistoren, Ein- und Ausschalten von Relais, Pegel elektrischer Impulse usw.) leicht zu finden sind, es ist jedoch erforderlich, Komponenten mit 10 stabilen Zuständen zu finden Dezimal-10-Zahlen sind schwierig

1) Die Technologie ist einfach zu implementieren. Logikschaltungen bestehen normalerweise nur aus zwei Zuständen. Diese beiden Zustände können als „1“ verwendet werden „0“ bedeutet. (2) Vereinfachte Operationsregeln: Es gibt drei Kombinationen von Summen- und Produktoperationen zweier Binärzahlen. Die Operationsregeln sind einfach, was zur Vereinfachung der internen Struktur des Computers und zur Verbesserung der Operationsgeschwindigkeit beiträgt. (3) Geeignet für logische Operationen: Die logische Algebra ist die theoretische Grundlage für logische Operationen. Es gibt nur zwei Ziffern im Binärsystem, was in der logischen Algebra mit „wahr“ und „falsch“ übereinstimmt. (4) Einfach zu konvertieren, Binär- und Dezimalzahlen lassen sich leicht ineinander umwandeln. (5) Die binäre Darstellung von Daten bietet den Vorteil einer starken Entstörungsfähigkeit und einer hohen Zuverlässigkeit. Da jedes Datenbit nur zwei Zustände hat: hoch und niedrig, kann bei einer gewissen Störung immer noch zuverlässig unterschieden werden, ob es hoch oder niedrig ist.

(3), warum erscheinen Oktal- und Hexadezimalzahlen?

Die allgemeine Denkweise des Menschen wird in Dezimalzahlen ausgedrückt, während Computer in Binärzahlen ausgedrückt werden, aber für Programmierer müssen sie alle direkt mit Taschenrechnern umgehen, wenn wir erhalten eine große Folge von Binärzahlen. Zum Beispiel ein 4-Byte-Int-Datentyp: 0000 1010 1111 0101 1000 1111 11111 1111. Ich denke, jeder Programmierer wird sehr verärgert sein, wenn er eine so große Zeichenfolge aus 0 und 1 sieht. Daher muss es eine prägnantere und flexiblere Möglichkeit geben, dieses Datenpaar darzustellen.

Sie können sagen, dass die Verwendung von Dezimalzahlen die Art und Weise des Computerdenkens (binär) nicht genau ausdrücken kann. Tatsächlich werden Hexadezimalzahlen häufiger verwendet, wie oben beschrieben Daten vom Typ int werden direkt in Oktal konvertiert, 32./3 Rest 2 bedeutet, dass wir vorne 0 hinzufügen müssen, aber bei der Konvertierung in Hexadezimal ist es anders. 32/4 = 8, direkt als Zeichenfolge mit 8 Hexadezimalwerten geschrieben, einfach und klar.

Die Verwendung von Hexadezimalzahlen zur Darstellung binärer Zeichenfolgen ist also zweifellos die beste Möglichkeit, weshalb Oktal- und Hexadezimalzahlen vorkommen.

(4), das Problem der gegenseitigen Konvertierung zwischen Basen

Üblicherweise verwendete Basen sind binär, dezimal, oktal und hexadezimal

Konvertierung zwischen binär und dezimal

Dezimal in binär

Die Methode ist: Dezimal Die Restmethode ist zu Teilen Sie eine Zahl durch 2, dh teilen Sie eine Dezimalzahl durch 2, und der Rest ist die Zahl an der Gewichtsposition. Der erhaltene Quotientenwert wird weiterhin durch 2 geteilt und die Operation wird nach unten fortgesetzt, bis der Quotient 0 ist.

(Die spezifische Verwendung ist wie unten gezeigt)

Binär zu Dezimalzahl

Die Methode ist: Erweitern Sie die Binärzahlen entsprechend ihrer Gewichtung und addieren Sie sie, um die Dezimalzahl zu erhalten.

(Die spezifische Verwendung ist wie unten gezeigt)

Konvertierung zwischen Binär und Oktal

Binär in Oktal

Die Methode ist: 3-stellige Binärzahlen werden entsprechend ihrer Gewichtung erweitert und addiert, um eine 1-stellige Zahl zu erhalten Oktalzahl. (Hinweis: Bei der Konvertierung von 3-stelligen Binärzahlen in Oktalzahlen beginnt die Konvertierung von rechts nach links, und 0 wird hinzugefügt, wenn die Zahl nicht ausreicht.)

(Die spezifische Verwendung ist im Bild unten dargestellt)

Oktalzahl in Binärzahl umwandeln

Die Methode lautet: Die Oktalzahl wird durch 2 geteilt und der Rest wird erhalten, und die Binärzahl wird erhalten Für jede Oktalzahl gibt es 3 Binärzahlen. Wenn diese nicht ausreichen, fügen Sie sie zur Null ganz links hinzu. (Die spezifische Verwendung ist wie unten gezeigt) Vier in einem. (Beachten Sie, dass die Konvertierung von 4-stelliger Binärzahl in Hexadezimalzahl von rechts nach links erfolgt und 0 hinzugefügt wird, wenn die Zahl nicht ausreicht.) (Die spezifische Verwendung ist wie unten gezeigt) 4 Binär, falls nicht ausreichend, ganz links Nullen auffüllen.

(Die spezifische Verwendung ist wie unten gezeigt)

Konvertierung zwischen Dezimal-, Oktal- und Hexadezimalzahl

Es gibt zwei Methoden, um Dezimalzahlen in Oktal- oder Hexadezimalzahlen umzuwandeln.

Erste: Indirekte Methode – Dezimalzahl in Binärzahl umwandeln, und dann Konvertieren von binär in oktal oder hexadezimal. Auf die Verwendung von Bildern wird hier nicht mehr näher eingegangen.

Zweitens: Direkte Methode – Konvertieren Sie Dezimalzahlen in Oktal- oder Hexadezimalzahlen, indem Sie durch 8 oder 16 dividieren und den Rest bilden, bis der Quotient 0 ist.

(Die spezifische Verwendung ist wie unten gezeigt)

Oktal- oder Hexadezimalzahl in Dezimalzahl umwandeln

Die Methode ist: Erweitern Sie die Oktal- und Hexadezimalzahlen entsprechend ihrer Gewichtung und addieren Sie sie, um die Dezimalzahl zu erhalten.

(Die spezifische Verwendung ist wie unten gezeigt)

Konvertierung zwischen Hexadezimal und Oktal

Es gibt zwei Methoden zur Konvertierung zwischen Oktal und Hexadezimal.

Die erste: Konvertierung zwischen ihnen. Sie kann zuerst in Binär umgewandelt werden dann ineinander umgewandelt.

Zweitens: Die Umrechnung zwischen ihnen kann zuerst in eine Dezimalzahl und dann ineinander umgewandelt werden.

Eine weitere Erklärung zur Verwendung von Bildern erfolgt hier nicht.

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