计算机软考笔记之《数据存储》

1、引言

 计算机是一个可编程的数据处理机器。

2、数据类型

 计算机中使用的5种不同的数据类型：数字、文本、音频、图像和视频。 

 计算机工业中使用术语“多媒体”来定义包含数字、文本、音频、图像和视频的信息。

（1）计算机内部的数据

  所有计算机外部的数据类型的数据都采用统一的数据表示法转换后存入计算机中，当数据从计算机输出时再还原回来。这种通用的格式称为位模式。 

①位

②位模式：它是一个序列，有时也称为位流。通常长度为8的位模式被称为一个字节。有时用字这个术语指代更长的位模式。

③数据压缩

④错误检测和纠正

3、存储数字

  两个问题：

如何存储数字的符号？

如何显示十进制小数点？计算机使用两种不同的表示方法：定点和浮点。第一种用于把数字作为整数存储---没有小数部分，第二种把数字作为实数部分---带有小数部分。

（1）存储整数：整数通常使用的定点表示法存储在内存中。

①无符号表示法

存储无符号整数--译解无符号整数--溢出--无符号整数的应用（计数、寻址、为其他数据类型排序）

②符号加绝对值表示法

在符号加绝对值格式表示法中，最左位用于定义整数的符号。0表示正整数，1表示负整数。

在符号加绝对值格式表示法中，有两个0：+0和-0。

符号加绝对值表示法的溢出和符号加绝对值表示法的应用（不用于存储整数，而用于存储部分实数，另外通常用于采集模拟信号，例如：音频）

③二进制补码表示法

几乎所有的计算机都使用二进制补码表示法来存储位于n位存储单元中的有符号整数。

两种运算：反码和补码。

在二进制补码表示法，最左位决定符号。如果它是0，该整数为正；如果是1，该整数为负。

*以二进制补码格式存储整数

*以二进制补码格式还原整数

*二进制补码表示法仅有一个0

*二进制补码表示法的溢出

*二进制补码表示法的应用：是计算机中用于存储整数的标准表示法。

④3种系统的比较

（2）存储实数

带有很大的整数部分或很小的小数部分的实数不应该用定点表示法存储。

①浮点表示法：

  用于维持正确度或精度的解决方法是使用浮点表示法。一个数字的浮点表示法由3部分组成：符号、位移量和定点数。科学计数法使用了浮点表示法的概念（）。

②规范化：

  科学计数法（用于十进制）和浮点表示法（用于二进制）都在小数点左边使用了唯一的非零数码，这称为规范化。

③符号、指数和尾数：

  在一个二进制数规范化之后，我们只存储了该数的3部分信息：符号、指数和尾数（小数点右边的位）。注意小数点和定点部分左边的位并没有存储，它们是隐含的。尾数是带符号的小数部分，像以符号加绝对值表示法存储的整数那样对待。

④余码系统

⑤IEEE（电气和电子工程师协会）标准：

  两种最常用的存储浮点数的标准是单精度数格式（该标准有时称为余127码）和双精度数格式（余1023码）。

⑥IEEE标准浮点数的存储

⑦将存储为IEEE标准浮点格式的数字还原。

⑧上溢和下溢

⑨存储零

10截断误差：原始数字与还原后数字的差异称为截断误差。

4、存储文本

文本由符号组成，我们用位模式来表示任何一个符号。

代码：不同的位模式集合被设计用于表示文本符号。每一个集合称为代码。表示符号的过程称为编码。

常用代码：

①ASCII(美国国家标准协会ANSI开发的美国信息交换标准码)

②Unicode：如今ASCII是其一部分。

③其他编码不太流行

5、存储音频

（1）采样--采样率

（2) 量化

（3）编码--每样本位（位深度）

（4）声音编码标准：主流标准是MP3（MPEG Layer 3）

6、存储图像

存储在计算机中的图像使用两种不同的技术：光栅图或矢量图

（1）光栅图

①解析度

②色彩深度

*真彩色

*索引色（调色板色）

③图像编码标准

JPEG（联合图像专家组）使用真彩色模式，但压缩图像来减少位的数量。

GIF（图形交换模式）使用索引色模式。

（2) 矢量图(几何模型或面向对象图形)

  矢量图图像编码方法并不存储每个像素的位模式。一个图像被分解成几何图形的组合。

  矢量图是由定义如何绘制这些形状的一系列命令构成的。

  矢量图不适合存储照片图像的细微精妙。

7、存储视频

  视频是图像在时间上的表示（称为帧），需要注意现在视频通常是被压缩存储的。常见的视频压缩技术是MPEG。