第二章 数据的机器级表示

**数据是计算机处理的对象。**从不同的处理角度来看,数据有不同的表现形态。

从外部形式来看,计算机可处理数值、文字、图,声音,视频以及各种模拟信息量。

从算法描述的角度来看,有图、表、树、队列,矩阵等结构类型的数据。

从高级语言程序员的角度来看,有数组、结构、指针、实数﹑整数、布尔数、字符和字符串等类型的数据。

不管以什么形态出现,在计算机内部数据最终都由机器指令来处理。从计算机指令集体系结构(Instruction Set Architecture,ISA)角度来看,计算机中底层的机器级表示数据只有几类简单的基本数据类型,由它们可以组合成各种复杂类型的数据。

计算机内部处理的所有数据都必须是“数字化编码”了的数据。现实世界中的感觉媒体信息(如声音,文字,图画,活动图像等)由输人设备转化为二进制编码表示,因此,输入设备必须具有“离散化”和“编码”两方面的功能。因为计算机中用来存储、加工和传输数据的部件都是位数有限的部件,所以计算机中只能表示和处理离散的信息。“数字化编码”过程,就是指对感觉媒体信息进行定时采样,将现实世界中的连续信息转换为计算机中的离散的“样本”信息,然后对它们用“0”和“1”进行数字化编码的过程。 所谓编码,就是用少量简单的基本符号,对大量复杂多样的信息进行一定规律的组合。基本符号的种类和组合规则是信息编码的两大要素。例如,电报码中用4位十进制数字表示汉字;从键盘上输入汉字时用汉语拼音(即26个英文字母)表示汉字等,都是编码的典型例子。

在计算机系统内部,所有信息都是用二进制进行编码的。也就是说计算机内部采用的是二进制表示方式。这样做的原因有以下几点。

如图2.1中虚线框所示,指令所处理的基本数据类型分为两种:数值型数据和非数值型数据。

数值型数据可用来表示数量的多少,可比较其大小,分为整数和实数,整数又分为无符号整数和带符号整数。在计算机内部,整数用定点数表示,实数用浮点数表示。

非数值型数据没有大小之分,不表示数量的多少,主要包括字符数据和逻辑数据。

在计算机内部,数值数据的表示方法有两种

表示一个数值数据要确定三个要素:**进位计数制、定/浮点表示和编码规则。**任何给定的一个二进制0/1序列,在未确定它采用什么进位计数制、定点还是浮点表示以及编码表示方法之前,它所代表的数值数据的值是无法确定的。

各进位计数制之间数据的转换方法

计算机中数值的正/负号也用0和1表示，一般规定：0表示正好，1表示负号。

主要有四种定点数编码表示方法：原码、补码、反码和移码

通常将数值数据在计算机内部编码表示的数称为机器数,而机器数真正的值(即现实世界中带有正负号的数)称为机器数的真值。

1、原码表示法

2、补码表示法

反码表示法

移码表示法