2019-2020-1学期 20192429 《网络空间安全专业导论》第一周学习总结

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第二章 二进制数值与记数系统
2.1 数字与计算

• 数字：抽象数学系统的一个单位，服从算术法则。
• 自然数：0或通过在0上重复加1得到的任何数。
• 负数：小于0的数，是在相应的正数前加上负号得到的数
• 整数：自然数、自然数的负数或0
• 有理数：整数或两个整数的商（不包括被0除的情况）
  2.2位置记数法
• 基数：记数系统的基本数值，规定了这个系统中使用的数字量和数位位置的值
  基数还决定了数位位置的含义，当给记数系统中的最后一个数加1后，必须执行数位位置左移
• 位置记数法：数位按顺序排列，每一个数位有一个位置，数字的值是每个数位和位值的乘积之和
• 0的重要性：0的发现给人类思维无限的潜力，没有其他的人类创新可以给人类智能的发展带来如此深远的影响。
  2.2.1 二进制、八进制和十六进制
• 任何记数系统中的最大数字比基数小1，eg：以10为基数的记数系统具有十个数字（0-9）
  2.2.2 其他记数系统中的运算
• 二进制加法使用 进位
• 二进制减法使用 借位
  2.2.3 以2的幂为基数的记数系统
• 把二进制数转换成八进制数，从最右边的二进制数位起，每三个数位一组，将每组数字转换成相应的八进制数
• 表示一位十六进制数需要四位二进制数
  2.2.4 把十进制数转换成其他数制的数
  •转换十进制数的规则涉及新基数的除法
• While（商不是0）
  用新基数除这个十进制数
  把余数作为答案左边的下一个数字
  用商代替这个十进制数
  2.2.5 二进制数值与计算机
• 二进制数字：二进制记数系统中的一位数字，可以是0或1。
• 位：二进制数字的简称
• 字节：8个二进制位。
• 字：一个或多个字节，字中的位数称为计算机的字长。
  ** 小结**
• 数是用位置记数法编写的，其中数字按顺序排列，每个数字具有一个位值，数值等于每个数字与它的位值的乘积之和。
• 任何用位置记数法表示的数都可以进行算术运算
• 二进制、八进制和十六进制数是相关的

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** 第三章 数据表示法**
3.1 数据与计算机

• 数据：基本值或事实。

• 信息：用有效的方式组织或处理过的数据。

• 多媒体：几种不同的媒体类型。

• 带宽:在固定时间内从一个地点传输到另一个地点的最大位数或字节数。

• 数据压缩：减少存储一段数据所需的空间。

• 压缩率：压缩后的数据大小除以原始数据大小的值。

• 有损压缩：会丢失信息的数据压缩技术。

• 无损压缩：不会丢失信息的数据压缩技术。
  3.1.1 模拟数据与数字数据

• 模拟数据：用连续形式表示的信息。

• 数字数据：用离散形式表示的信息。

• 数字化：把信息分割成离散的片段。
  数字信号只在两个极端之间跳跃，被称为脉冲编码调制（PCM)

• 重新计时：在信号降级太多之前将它重置为原始状态的行为。
  数字信号会被周期性的重新计时
  3.1.2 二进制表示法

• n位二进制数字能表示2^{n种状态，因为n位数字可以构成2}n种0和1的组合
  每当可用的位数增加一位，可以表示的状态的数量就会多一倍

• 计算机体系结构一次能够寻址和移动的位数有一个最小值，通常是2的幂，如8、16或32位。
  分配给任何类型的数据的最小存储量通常是2的幂的倍数。
  3.2 数字数据表示法
  3.2.1负数表示法

• 符号数值表示法：符号表示数所属的分类（正数或负数）、值表示数的量值的数字表示法。
  对带符号的整数执行加法和减法操作可以被描述为向一个方向或另一个方向移动一定的数字单位。

• 溢出：：给结果预留的位数存不下计算出的值的状况。
  溢出问题： 溢出是无限的世界映射到有限的机器上会发生的典型问题。无论给一个数字分配多少位，总有潜在的表示这些位不能满足的数的需要。

• 定长量数
  在这种模式下执行加法，只需要对两个数求和，然后舍弃进位即可，所以该模式引出了十进制补码的概念。
  十进制补码：一种负数表示法，负数I用10的k次幂减I表示。

• 二进制补码
  如果数的最左边一位是“0”，那么说明这个数字是正数；如果是“1”说明这个数字是负数。
  3.2.2 实数表示法

• 小数点：在记数系统中，把一个实数分割成整数部分和小数部分的点。

• 实值：非整数的值

• 浮点表示法：标明了符号、尾数和指数的实数表示法。
  十进制的实值的公式定义：符号×尾数×10^exp
  二进制的实值的公式定义：符号×尾数×2^exp

• 科学记数法：另一种浮点表示法
  3.3 文本表示法
  字符集:字符和表示它们的代码的清单
  3.3.1 ASCII字符集
  每个ASCII字符都有自己的顺序，这是由存储它们所用的代码决定的。
  3.3.2 Unicode字符集
  Unicode字符集的一个方便之处就是它把ASCII字符集作为了一个子集。也可以说Unicode字符集被设计为ASCII的超集。
  3.3.3 文本压缩

• 关键字编码：用单个字符代替常用的单词。

• 行程长度编码：把一系列重复字符替换为它们重复出现的次数。

• 赫夫曼编码：用变长的二进制串表示字符，使常用的字符具有较短的编码。
  3.4 音频数据表示法
  声音的整体效果是受很多因素影响的，包括设备的质量、声音的类型和人的听力等。
  3.4.1音频格式
  流行的音频数据格式：WAV、AU、AIFF、VQF和MP3等。
  3.4.2 MP3音频格式
  MP3格式使用有损压缩和无损压缩两种压缩方法
  3.5 图像与图形表示法
  3.5.1颜色表示法

• 色深度：用于表示颜色的数据量，通常用表示颜色的位数来表示色深度。

• 增强彩色：是指色深度为16位的颜色。

• 真彩色：是指色深度为24位的颜色。
  3.5.2 数字化图像与图形

• 像素：用于表示图像的独立点，代表图像的元素

• 分辨率:用于表示图像的像素个数。

• 光栅图形格式：逐个像素存储图像信息的格式。
  JPEG利用了人眼的特性，它被看作 存储照片颜色图像的首选格式。它采用的压缩模式相当复杂，有效地减少了生成地文件大小。
  PNG图像的压缩效果通常比GIF图像的更好，同时提供的色深度范围也更广。不过，PNG图像不支持动画，也不像GIF格式那样广受支持。
  3.5.3 图形的矢量表示法

• 矢量图形：用线段和几何形表示图像的方法。它也是一系列描述线段的方向、线宽和颜色的命令。
  网上最流行的矢量图形格式是Flash，它的图像存储为二进制格式，创建Flash图像需要专用的编辑器
  3.6 视频表示法

• 视频编译码器：用于缩减电影大小的方法，使电影能够在计算机或网络上播放。

• 时间压缩：根据连续帧之间的差别压缩电影的技术

• 空间压缩：基于静态图像的压缩技术的电影压缩技术。
  当今流行的视频编译码器：Sorenson、Cinepak、MPEG和Real Video
  ** 小结**

• 由于计算机只能操作二进制数值，所以所有类型的数据都必须表示为二进制形式。

• 数据可以分为两类：连续的（模拟的)和 离散的（数字的）。

• 整数值由它们对应的二进制值表示，负数的表示方法有符号数值表示法和 补码表示法。

• 音频信息被表示为数字化的声波

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