2022/12/12北京大學1注意事項注意事項助教分配已完成，注意看課程網站；Email，電話發給助教；上交作業的格式：標題、學號、姓名；2022/12/11北京大學1注意事項注意事項2022/12/12北京大學2內容回顧前講問題計算機是什么？馮諾依曼體系結構是怎樣？操作系統的基本功能是什么？2022/12/11北京大學2內容回顧前講問題第三講信息的編碼、存儲與管理北京大學

信息科學技術學院2022年12月12日第三講信息的編碼、存儲與管理2022年12月11日2022/12/12北京大學4本講內容數制轉換及二進制運算數制及數制轉換、二進制數的運算數字化原理聲音、圖像、視頻等信息的編碼信息的輸入與輸出鍵盤/鼠標輸入、顯示打印輸出等等信息存儲的原理及設備存儲介質、存儲器及其工作原理信息的管理文件系統、數據庫2022/12/11北京大學4本講內容數制轉換及二進制運算數制轉換及二進制運算數制轉換及二進制運算2022/12/12北京大學6數制及數制轉換數制也稱計數制，是指用一組固定的符號和統一的規則來表示數值的方法。按進位的方法進行計數，稱為進位計數制。計算機系統中幾種常用進位計數制：十位制(Decimalnotation)

二進制(Binarynotation)

八進制(Octalnotation)

十六進制數(Hexdecimalnotation)計算能力等價2022/12/11北京大學6數制及數制轉換數制也稱計數制，2022/12/12北京大學7數制及數制轉換十進制數的特點是用十個數碼(0～9)表示所有的數，基數是10，采用逢十進一的記數方法。二進制數的特點是用兩個數碼(0～1)表示所有的數，基數是2，采用逢二進一的記數方法，八進制數的特點是用八個數碼(0～7)表示所有的數，基數是8，采用逢八進一的記數方法。十六進制數的特點是用十六個數碼(0～F)表示所有的數，基數是16，采用逢十六進一的記數方法。2022/12/11北京大學7數制及數制轉換十進制數的特點是2022/12/12北京大學8數制及數制轉換2022/12/11北京大學8數制及數制轉換2022/12/12北京大學9例:十進制數253在不同數制下的表示253=2×102+5×101+3×100

=An×2n+A(n-1)×2(n-1)+…+A1×21+A0×20

=Bm×8m+B(m-1)×8(m-1)+…+B1×81+B0×80

=Ck×16k+C(k-1)×16(k-1)+…+C1×161+C0×160AnA(n-1)…A1A0

：二進制數BmB(m-1)…B1B0

：十進制數CkC(k-1)…C1C0

：十六進制數數制及數制轉換2022/12/11北京大學9例:十進制數253在不同數制2022/12/12北京大學10

不同數制之間的轉換，實質是基數間的轉換。一般轉換的原則是：如果兩個有理數相等，則兩數的整數部分和小數部分一定分別相等。因此，各數制之間進行轉換時，通常對整數部分和小數部分分別進行轉換。數制及數制轉換2022/12/11北京大學10不同數制之間的轉2022/12/12北京大學11整數的轉換數制及數制轉換十進制數轉換成二進制數把十進制數轉換為二進制數的方法是：整數轉換用“除2取余法”；小數轉換用“乘2取整法”。111111012022/12/11北京大學11整數的轉換數制及數制轉換112022/12/12北京大學12十進制數轉換成二進制數將(0.745)10轉換成四位二進制小數，轉換過程如下：0.745×2＝1.490取出整數10.490×2＝0.980取出整數00.980×2＝1.960取出整數10.960×2＝1.920取出整數10.920轉換結束這里，第四次乘積的小數部分不為0，但已滿足題目所要求的精度，所以，(0.745)10≈(0.1011)2。顯然，在轉換過程中，做的乘法次數越多，結果就越精確。小數的轉換數制及數制轉換2022/12/11北京大學12十進制數轉換成二進制數小數的2022/12/12北京大學13十進制數轉換成八進制數和十六進制數十進制數轉換成八進制數的方法是：整數部分轉換采用“除8取余法”；小數部分轉換采用“乘8取整法”。十進制數轉換成十六進制數的方法是：整數部分轉換采用“除16取余法”；小數部分轉換采用“乘16取整法”。數制及數制轉換2022/12/11北京大學13十進制數轉換成八進制數和十六2022/12/12北京大學14二進制與八進制及十六進制之間的轉換數制及數制轉換2022/12/11北京大學14二進制與八進制及十六進制之間2022/12/12北京大學15非十進制數轉換成十進制數非十進制數轉換成十進制數的方法是，把各個非十進制數按權展開求和即可。即把二進制數（或八進制數，或十六進制數）寫成2（或8或者16）的各次冪之和的形式，然后計算其結果。11111101.1011=1×27+1×26+1×25+1×24+1×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1+0×2-2+1×2-3+1×2-4

=253.6875(375)8=3×82+7×81+5×80=253(FD)16=D×161+F×160=253.745精度原因數制及數制轉換2022/12/11北京大學15非十進制數轉換成十進制數.72022/12/12北京大學16數制及數制轉換問題：任意2個數制之間的轉換方法？如15進制數轉換為12進制，該如何進行？2022/12/11北京大學16數制及數制轉換問題：任意2個2022/12/12北京大學17二進制數的運算在計算機內部，最基本的數制表示是二進制。其運算包括：算術運算：加、減、乘、除邏輯運算：與、或、非、異或2022/12/11北京大學17二進制數的運算在計算機內部，2022/12/12北京大學18二進制數的算術運算

加法減法二進制數的運算2022/12/11北京大學18二進制數的算術運算加法減法2022/12/12北京大學19二進制數的算術運算

乘法除法二進制數的運算(10001111)2(6)10(38)10(6)10(2)102022/12/11北京大學19二進制數的算術運算乘法除法2022/12/12北京大學20二進制數的邏輯運算：沒有進位，按位運算邏輯非~

單操作數運算：~1＝0；~0＝1邏輯或|

雙操作數運算：0|0=0；0|1=11|0=1；1|1=1邏輯與&

雙操作數運算：0&0=0；0&1=01&0=0；1&1=1邏輯異或^雙操作數運算：0^0=0；0^1=11^0=1；1^1=0!11010=0010111001

|011011110111001

&

011010100111001

^0110110100二進制數的運算2022/12/11北京大學20二進制數的邏輯運算：沒有進位數字化原理數字化原理2022/12/12北京大學22“馮.偌依曼體系結構”的基本思路：由運算器、存儲器、控制器、I/O設備五大部分組成。程序與數據預先存入主存，工作時連續自動高速順序執行。即“存儲程序”思想。采用二進制形式表示數據和指令。雖然現實生活中的數據其表現形式多種多樣，但在現在的計算機內部，一律采用二進制表示數據和指令。數字化原理2022/12/11北京大學22“馮.偌依曼體系結構”的基常見的數據類型常見的數據類型計算機內的數據計算機內的數據采用統一的數據表示法位(bit):存儲在計算機中的最小數據單位,0或1位模式:表示數據的位序列,或位流字節(byte):長度為8的位模式稱為字節計算機內的數據計算機內的數據采用統一的數據表示法2022/12/12北京大學25

指令編碼數值表示字符編碼聲音編碼圖像編碼影像編碼基本編碼規則數字化原理2022/12/11北京大學25指令編碼數字化原理2022/12/12北京大學26

將計算機內部所能進行的各種基本操作用二進制數表示出來，以便于計算機的識別于運行。如：加法00000001

減法00000010

乘法00000011

除法00000100

跳轉00000101……則：1+3可以表示為0000000100000001000000112*4可以表示為000000100000001100000100每條指令，都用固定長度的二進制數表示數字化原理——指令的編碼2022/12/11北京大學26將計算機內部所能進行2022/12/12北京大學27

在計算機內部，由于要運算等因素，并不是直接以原始的二進制數本身來存儲的，而是要經過一定的編碼，包括：原碼、反碼和補碼。有關這三種碼的含義及其所表示的數據的方式（整數和浮點數），有興趣的同學可以在課后閱讀有關文獻。此外，計算機內用來表示數據的二進制位數也不是無限的，往往用固定位數來表示數據，因此，其表達的數據范圍是有限的（在“程序設計”中會涉及）：

8位：0～255（28-1）——

字節

16位：0～65535（216-1）

32位：0～40億（232-1）

64位：天文數字（264）數字化原理——數值的表示2022/12/11北京大學27在計算機內部，由2022/12/12北京大學28字符的編碼ASCII碼是美國國家標準信息交換碼(AmericanNationalStandardCodeforInformationInterchange)的簡稱，是目前國際上使用最廣泛的字符編碼。ASCII碼的編碼規則為：每個字符用7位二進制數(d6d5d4d3d2d1d0)來表示，7位二進制共有128種狀態(27=128)，可表示128個字符，7位編碼的取值范圍為0000000～1111111。在計算機內，每個字符的ASCII碼用1個字節(8位)來存放，字節的最高位(d7)為校驗位，通常用“0”來填充，后7位(d6d5d4d3d2d1d0)為編碼值。7位編碼的ASCII碼字符集包括了128個字符，稱為標準的ASCII碼字符集。字符編碼：ASCII碼2022/12/11北京大學28字符的編碼ASCII碼是2022/12/12北京大學29ASCII碼字符編碼：ASCII碼A：010000012022/12/11北京大學29ASCII碼字符編碼：ASC2022/12/12北京大學301、常用漢字有3000～5000個，無法用一個字節編碼。2、我國公布的《通用漢字字符集(基本集)及其交換碼標準》GB2312-80共收集了7445個字符，用兩個字節編碼表示一個字符，每個字節最高位為0。GB2312-80編碼簡稱國標碼。3、漢字內碼是漢字在計算機內部存儲、處理和傳輸用的信息編碼。它必須與ASCII碼兼容但又不能沖突。內碼是把國標碼兩個字節的最高位置“1”得到的。字符編碼：漢字編碼2022/12/11北京大學301、常用漢字有3000～502022/12/12北京大學31

聲音是隨時間變化的聲波波形。與顏色類似，對聲音波形需要進行離散化采樣。聲波的離散化采樣是在兩個維度上獨立進行的。從時間維上進行時間的離散化（按一定的均勻時間間隔采樣），同時，每一個采樣點的高度值（聲音波形的振幅）也是經過離散化，紀錄為n個bit的整數編碼。兩者合在一起表示了聲音波形的編碼文件。這種記錄聲音的方式稱為聲音的波形編碼。聲音的編碼2022/12/11北京大學31聲音是隨時間變化2022/12/12北京大學32

采樣點的時間間隔越小，就與原始波形函數越符合。聲音編碼中的“采樣頻率”，指得就是單位時間對聲音波形的采樣次數。采樣頻率用Hz（赫茲）為單位，每秒鐘采樣500次即為500Hz。顯然，采樣頻率高的聲音記錄質量會更好一些，為此所用的存儲空間也大一些。音樂CD的采樣頻率為44.1KHz。為了存儲一首4分鐘長的歌曲，假定它是雙聲道，每聲道2字節的采樣值，一次采樣需要占用32bit。這樣每1秒鐘的音樂就需要44100×4≈160K字節，總計需要4×60×160K≈36MB。需要的存儲容量是非常大的。聲音的編碼2022/12/11北京大學32采樣點的時間間隔2022/12/12北京大學33以顏色碼為基礎，將原始連續信息離散化為網格點，記錄每個網格點的顏色值。2色分辨率圖像的編碼：點陣表示2022/12/11北京大學33以顏色碼為基礎，將原始連續信2022/12/12北京大學34圖像的編碼：點陣表示2022/12/11北京大學34圖像的編碼：點陣表示2022/12/12北京大學35

數字化電影（影像）主要是由時間上連續序列的數字化圖片再加上數字化聲音的合成體。影像是在時間和空間上對活動場景的離散采樣。影像中的一張圖片是對某一時刻場景的空間離散采樣，稱為影像的一幀。每秒約25幀的連續幀采樣就形成影像，這是和人眼的視覺效果有關。通常一秒鐘需要采樣24幀左右，才能在視覺上感知為連續影像。當每秒鐘采集的影像幀再減少，視覺上會有斷續感，效果變差。如果多于30幀/秒，視覺基本上沒有區別了，因為人眼的分辯能力有限。影像所需要的存儲空間非常大。存儲10分鐘的640×480的真彩色連續影像，按照每秒鐘25幀計算，不包括聲音信息，需要（640×480×3byte×25幀×10分鐘×60秒）個字節，大約14GB(13824M)字節。與影像相比，動畫通常是將矢量圖形作為每一幀來存儲，數據量比之影像要小很多。影像的編碼2022/12/11北京大學35數字化電影（影像）2022/12/12北京大學36目標數據集合大小CC≤2k則最小K為編碼位數（例）大寫字母A,B,C,D,…,X,Y,Z共26個(≤32=25)大寫字母集合

5bit的編碼集合(00000—11001)映射規則：不多不少,一一對應映射的不變量：序（大?。┍３植蛔償底只怼揪幋a規則二進制位數是關鍵！2022/12/11北京大學36目標數據集合大小C數字化原2022/12/12北京大學37編碼的關鍵是：離散對象類的集合分析鍵盤編碼：分析構成文字的基本元素集大小寫字母集合大小52數字和標點符號（可打印標點符號）集合42ABCDE…XYZabcde…xyz,!“#$%&‘()*+-./0….9:;<=>?@[\]^_`{|}~一共包括了94種不同的‘可打印’符號，二進制編碼需要7位。數字化原理——基本編碼規則2022/12/11北京大學37編碼的關鍵是：離散對象類信息的輸入與輸出信息的輸入與輸出2022/12/12北京大學39

信息輸入工作的實質就是把形式紛繁、豐富多彩的信息形式統統轉化為計算機內部二進制數字形式。計算機系統信息處理的二值特性以及信息的編碼方式，決定了硬件的輸入設備的基本原理。不同的輸入設備，根據其輸入信息的編碼特點，利用其自身的物理電路特性，完成需采集信息的二進制編碼采集，并通過纜線傳輸到計算機內部。信息的輸入2022/12/11北京大學39信息輸入工作的實2022/12/12北京大學40輸入設備將采集的信息轉換成二進制（根據信息的編碼規則）信息以二進制形式輸入計算機信息的輸入2022/12/11北京大學40輸入設備將采集的信息轉換成二2022/12/12北京大學41

輸入設備產生信號通過連接線路進入計算機操作系統與輸入設備驅動程序協作，接收輸入信號應用軟件或操作系統本身對輸入信號進行解釋處理、編碼應用軟件或操作系統將編碼后的數據存儲到存儲設備中必要的時候，應用軟件或操作系統從存儲設備中讀取出來，進行解碼，并通過相關輸出設備顯示出來通信線路二進制流輸入設備計算機內部硬件的作用軟件的作用每種設備都能產生自己的二進制信號信息的輸入2022/12/11北京大學41輸入設備產生信號通信線路二2022/12/12北京大學42信息的輸入2022/12/11北京大學42信息的輸入2022/12/12北京大學43

計算機的輸入信息，按其用途，可以分為以下幾類：計算機程序數據：計算機程序處理的對象，如文字、數值、圖形圖像、聲音等等。操作命令：與計算機（操作系統）的交互用戶響應：與應用程序的交互信息的輸入2022/12/11北京大學43計算機的輸入信息2022/12/12北京大學44

計算機信息處理所得到的結果應該采取某種形式送往外部世界，供人們使用。計算機的輸出就是要把結果信息以方便的形式呈現在人們面前。

“輸出”過程要解決的問題是進行信息表示形式的轉換，剛好與“輸入”過程相反，是要恢復信息的本來面目：即輸出設備利用其自身的物理電路特性，將二進制信息變換為人們易于接受和理解的視聽形式（或其他形式）。信息的輸出2022/12/11北京大學44計算機信息處理所得到2022/12/12北京大學45信息以二進制形式從計算機輸出由輸出設備將二進制信息展示出來（根據信息的編碼還要做適當的轉換）信息的輸出2022/12/11北京大學45信息以二進制形式從計算機輸出2022/12/12北京大學46

應用軟件或操作系統從存儲設備（或其他渠道）中讀取信息應用軟件或操作系統將信息轉換成輸出設備相關的（人們易于接受）信息形式操作系統與輸出設備驅動程序協作，產生輸出設備所需的輸出信號通過連接線路進入輸出設備輸出設備接收信號，并以自己的方式展示出來：屏幕、紙、聲音等通信線路二進制流輸出設備計算機內部硬件的作用軟件的作用每種設備都能接收自己的二進制信號信息的輸出2022/12/11北京大學46應用軟件或操作系統從存儲設2022/12/12北京大學47信息的輸出2022/12/11北京大學47信息的輸出2022/12/12北京大學48

可視化就是把信息表現為用戶閱覽思考所適用的形式。最典型的兩種可視輸出形式是：“文本”形式“圖形”形式目前另外一種廣泛的非可視輸出形式就是“聲音”。另外兩個輸出概念（針對可視輸出）：軟拷貝：輸出到顯示器屏幕硬拷貝：輸出到紙上信息的輸出2022/12/11北京大學48可視化就是把信息表現計算機信息的表示與存儲計算機信息的表示與存儲2022/12/12北京大學50計算機信息的表示與存儲計算機通過二進制數0/1序列來表示信息計算機存儲設備：利用半導體固態材料、磁性材料、光學材料和其他各種可茲利用的物理介質根據材料的不同，有些設備需要電源才能保持存儲能力（硅半導體存儲），有些則不需要（鐵磁存儲、光存儲）存儲設備（半導體/磁性材料）使用電磁力保持物質狀態(0or1)，從而達到存儲信息的目的，一般不會由于外界干擾力而丟失，不會因時間而衰亡；外界使用‘讀’命令，可以讀出其狀態0or1，但不破壞原有物質狀態；外界使用‘寫’命令，可以改變其狀態0or1，使其物質狀態發生變化（01or10）；計算機信息的表示與存儲2022/12/11北京大學50計算機信息的表示與存儲計算機2022/12/12北京大學51存儲容量的量化單位

位（bit）：計算存儲的基本單位，表示0/1的基本單位字節（Byte）：8個bit為1字節千字節（KB）：存儲容量一般使用2的整數冪次，所以1KB表示的是210=1024個字節。兆字節（MB，MegaByte）：百萬字節，220字節千兆（吉）字節（GB，GigaByte）：十億字節，230字節兆兆字節（TB，TeraByte）：萬億字節，240字節通常在市場上購買存儲設備時，其標出的容量單位是按十進制換算的。粗略地1KB＝1000B，1MB＝1000KB，1GB＝1000MB，1TB＝1000GB?，F在的存儲需求已經達到了PB級：1PB＝1000TB。計算機信息的表示與存儲2022/12/11北京大學51存儲容量的量化單位計算機信息2022/12/12北京大學52計算機系統基本結構計算機信息的分層存儲原理2022/12/11北京大學52計算機系統基本結構計算機信息2022/12/12北京大學53與信息存儲有關的部件CPU(寄存器）高速緩存主存儲器外存儲器

主存儲器里存放正在運行的程序和數據，而在外圍存儲器（外存，包括硬磁盤、軟磁盤、光盤、和磁帶等）則存放著更大量的備用信息。計算機系統所需要的系統軟件和應用軟件都存儲在外存儲器中。計算機信息的分層存儲原理2022/12/11北京大學53與信息存儲有關的部件CPU高2022/12/12北京大學54存儲器硬件的金字塔結構寄存器高速緩存主存儲器軟磁盤硬盤其它外存設備速度越來越快容量越來越大計算機信息的分層存儲原理2022/12/11北京大學54存儲器硬件的金字塔結構寄存器2022/12/12北京大學55寄存器位于金字塔頂端的是計算機中工作速度最快又最緊缺的存儲資源：CPU中的“寄存器”。“寄存器”是高速存儲單元，其工作速度與信息處理的運算部件合拍，一次存取數據所花費的時間大約是從零點一納秒到十納秒的量級。從信息傳輸的通路上看，寄存器與處理部件距離最近，處理部件執行指令時一般都直接對寄存器進行操作。這樣的寄存器制作成本很高，一個CPU芯片中通常只配備幾十個寄存器（也有的芯片含寄存器數量更多一些）。計算機信息的分層存儲原理2022/12/11北京大學55寄存器計算機信息的分層存儲原2022/12/12北京大學56主存儲器從塔尖往下一個層次，是主存儲器（常簡稱為“主存”或“內存”），計算機系統工作時主存里存放著與當前工作有關的程序和數據。主存儲器目前采用超大規模集成電路技術制造的半導體存儲芯片組成，主存儲器訪問一次（讀寫一次）的時間通常在幾十納秒的數量級。今天主存的存儲芯片一般被安裝制成標準存儲模塊（俗稱“內存條”），以一個（或一組）模塊為單位安裝到計算機印制電路板（例如微機的主機板）的標準插槽里。有限數量的主板存儲模塊插槽對計算機的主存儲器最大容量是一種限制。計算機系統一個重要功能指標就是主存容量的大小，在其他指標相同的情況下，主存儲器大的計算機能夠運行更大的程序，速度也更快。計算機信息的分層存儲原理2022/12/11北京大學56主存儲器計算機信息的分層存儲2022/12/12北京大學57高速緩存與CPU工作節拍相比，主存儲器的速度顯得太慢（“速度比”一般是一比十），這種情況使主存訪問速度成為制約CPU能力發揮的一個主要因素。由于CPU每執行一條指令都要由存儲器取指令，指令執行中還可能需要存取相關數據。也就是說，在一條指令執行過程中，CPU可能幾次訪問主存儲器，訪問花費的時間當然都是指令執行所花費時間的一部分。由于主存儲器跟不上CPU的節拍，那就會使CPU空閑等待。雖然今天已經有制造速度更高的存儲器的技術，但由于生產成本過高，不適宜用于生產大容量的主存儲器芯片。為了緩和CPU與主存儲器之間的速度矛盾，在

CPU和主存儲器之間設置一個緩沖性的高速存儲部件（硬件），這個部件稱為高速緩存（簡稱“緩存”，英文詞是cache）。命中和失誤計算機信息的分層存儲原理2022/12/11北京大學57高速緩存計算機信息的分層存儲2022/12/12北京大學58外部存儲設備金字塔中，位于主存儲器下面一個層次的是各種外圍存儲設備，包括常見的磁盤、磁帶、光盤存儲器等。這些存儲器的共同特點是存儲容量大，單位存儲價格便宜。外存儲器采用磁性的或其他的方式存儲信息，其存儲方式的一個重要特點就是非易失性，不需要外部提供能量就可以保持存儲媒介上的信息不丟失。另一方面，這類存儲設備的數據訪問速度比主存儲器慢得多。外存儲器的這些特點正好與主存互為補充，共同支撐著整個計算機存儲體系的有效功能。計算機信息的分層存儲原理2022/12/11北京大學58外部存儲設備計算機信息的分層2022/12/12北京大學59寄存器、高速緩存、主存儲器是計算機系統進行信息處理時所需要的臨時信息存儲設備，因此，這類往往需要加載電源才能工作，一旦掉電，就不能保存任何信息。而外存儲器則往往具有非易失性，不需要外部提供能量就可以保持存儲媒介上的信息不丟失。CPU(寄存器）高速緩存主存儲器外存儲器計算機信息的分層存儲原理2022/12/11北京大學59寄存器、高速緩存、主存儲器是外部存儲設備的結構特點和工作原理外部存儲設備的結構特點和工作原理2022/12/12北京大學61

軟盤及軟驅硬磁盤磁帶及磁帶機光盤及光盤驅動器優盤及閃存卡外部存儲設備的結構特點和工作原理2022/12/11北京大學61軟盤及軟驅外部存儲設備的結2022/12/12北京大學62面surface，道track，扇區sector磁性外部存儲設備的基本結構SectorTrack(0,1,…)2022/12/11北京大學62面surface，道trac2022/12/12北京大學63讀寫頭硬盤外觀硬盤結構

面surface

道track

扇區sector

柱面cylinder硬盤的外觀與結構2022/12/11北京大學63讀寫頭硬盤外觀硬盤結構硬盤的2022/12/12北京大學64巨磁電阻效應1988年，費爾和格林貝格爾各自獨立發現了“巨磁電阻”效應：非常弱小的磁性變化就能導致巨大電阻變化。當硬盤體積不斷變小，容量卻不斷變大時，勢必要求磁盤上每一個被劃分出來的獨立區域越來越小，這些區域所記錄的磁信號也就越來越弱。借助“巨磁電阻”效應，人們才得以制造出更加靈敏的數據讀出頭，使越來越弱的磁信號依然能夠被清晰讀出，并且轉換成清晰的電流變化。1997年，第一個基于“巨磁電阻”效應的數據讀出頭問世，并很快引發了硬盤的“大容量、小型化”革命。2007年度諾貝爾物理學獎法國科學家阿爾貝·費爾德國科學家彼得·格林貝格爾硬盤體積越來越小容量越來越大2022/12/11北京大學64巨磁電阻效應1988年，費爾2022/12/12北京大學65磁帶的外觀：盒式與盤式磁帶信息存儲方式磁帶的外觀及信息存儲方式2022/12/11北京大學65磁帶的外觀：盒式與盤式磁帶信2022/12/12北京大學66光盤表面：0/1光盤外觀光盤驅動器工作原理光盤外觀及讀寫工作原理2022/12/11北京大學66光盤表面：0/1光盤外觀光盤2022/12/12北京大學67

優盤，又稱閃存卡，是一種采用閃存（FlashMemory）和USB（UniversalSerialBus）接口技術相結合的存儲設備。閃存是一種學名為EEPROM(ElectricallyErasableProgrammableReadOnlyMemory)的半導體存儲設備，微型計算機主板上的BIOS芯片就是一種電可擦寫的閃存芯片。

USB是一種能夠保證把計算機內部的IDE硬盤總線與外部的存儲設備互連互通的接口技術。優盤類似于磁盤存儲，具有非易失的存儲特點，在無電源的條件下所存儲信息也不會丟失。優盤比軟盤和光盤的尺寸更為小巧，便于隨身攜帶，是一種很好的移動存儲設備。優盤和閃存卡2022/12/11北京大學67優盤，又稱閃存卡，是2022/12/12北京大學68優盤和閃存卡：16M~xG移動硬盤各種優盤和閃存卡2022/12/11北京大學68優盤和閃存卡：16M~x信息的管理信息的管理2022/12/12北京大學70

外存儲設備（硬件）構成了信息存儲的物質基礎，怎樣將物理存儲的信息有效地組織和管理起來，便于人們使用，是計算機系統必須面臨的一個重要問題。在計算機系統中，是通過文件和文件系統（軟件）來組織和管理存儲在外存儲設備（硬件）上的信息的。

一個文件指的是包裝在一起的一組信息，這些信息保存在外存儲器中，存儲在一起，作為一個整體被命名，可以獨立地被使用、修改、更新和刪除，一個文件通?？偸呛团c它有關的某些應用工作聯系在一起的。一個文件的內容可以是一個能運行的應用程序、一篇文章、一個圖形、一段數字化的聲音信號、或者任何一批相關的有用數據，如此等等。信息的管理——文件系統2022/12/11北京大學70外存儲設備（硬件）2022/12/12北京大學71

文件是計算機系統的重要資源。在存儲時，除了文件本身的信息內容外，系統里還需要存儲與文件相關的一些重要屬性信息，包括：文件名：文件的名字類型：所存儲的信息類別位置：信息在存儲器中存放的位置大?。何募拈L度，用字節數為單位計算其他：文件創建者、創建時間、修改時間，等等文件系統2022/12/11北京大學71文件是計算機系統的重2022/12/12北京大學72文件的分類文本文件：字符二進制文件：應用程序、圖形/圖像文件、聲音文件、…可執行文件數據文件：往往與特定的應用軟件相關聯與應用軟件匹配的各種類型的數據文件例如：Word-*.doc文件系統2022/12/11北京大學72文件的分類文件系統2022/12/12北京大學73

文件管理是由“文件系統”軟件（它是操作系統的一個子系統，文件管理也是操作系統的一項基本工作）完成的。文件系統涉及計算機的文件的結構和文件的組織，以及負責管理文件的軟件系統，一般把這兩者的總和稱為計算機的文件系統。文件系統需要解決兩個方面的問題：一方面要能夠有效地利用外存儲器硬件的存儲能力，適應多種外存儲設備的硬件的不同工作方式和特點；另一方面，要為文件的管理以及在文件上的各種各樣的操作提供有效地支持。文件系統2022/12/11北京大學73文件管理是由“文2022/12/12北京大學74

目前，在各種操作系統里，都采用同樣的方式來分類組織文件：用一種稱為目錄（Directory）或文件夾（FileFolder）的分層樹狀結構把文件組織起來，使各種文件分散到目錄結構的不同位置，以利于對文件的分類管理和使用。

相關概念路徑/目錄/文件夾（path）父目錄子目錄文件名“前綴名”+“.”+“后綴名”，同一個文件夾內，不能有2個同名文件文件的組織結構2022/12/11北京大學74文件的組織結構2022/12/12北京大學75文件和文件夾（目錄）2022/12/11北京大學75文件和文件夾（目錄）2022/12/12北京大學76

對數據進行有效的組織、管理和維護，可以充分發揮數據資源的作用，讓它為更多的人所使用。文件內部數據內容的組織：順序存儲：內容增加，關系復雜→文件更新、維護困難更好地表示復雜數據→通用數據管理模式數據庫及數據庫管理系統數據庫系統2022/12/11北京大學76對數據進行有效的組織2022/12/12北京大學77數據庫（Database）：為了滿足一定范圍里許多用戶的需要，在計算機內建立的一組相互關聯的數據集合。檔案柜抽屜（放資料卡片）卡片（由多項欄目資料組成）卡片上的多項欄目資料數據庫（Database）關系表（RelationTables）數據記錄（DataRecords）數據項（DataItems）數據庫系統2022/12/11北京大學77數據庫（Database）：2022/12/12北京大學78學生管理數據庫系別表班級表學生表學號姓名籍貫出生年月…00508010張三湖北咸寧

1992年12月…系編號系名系主任…班級編號班級名稱專業年級…數據庫系統2022/12/11北京大學78學生管理數據庫系別表學號姓2022/12/12北京大學79學號姓名期中考試期末考試平時成績總評總評取整00003008楊緒光76.0089.0067.0077.6078.0000110107沙煒85.0096.0078.0086.6087.0000110185林藝揚80.0071.0090.0080.4080.0000123008劉志成86.0081.0080.0081.6082.0000123017王輝81.0095.0080.0086.2086.0000125069連信森93.0097.0095.0095.4095.00學生成績管理表數據庫系統2022/12/11北京大學79學號姓名期中考試期末考試平時2022/12/12北京大學80數據庫管理系統(DatabaseManagementSystem，DBMS)：支持建立和管理數據庫的系統軟件，它負責對數據庫做嚴格的管理和控制，以保證數據庫安全和數據庫內容的完整。統一的結構化查詢語言(StructuredQueryLanguage，SQL)

多層次數據存取訪問接口運行日志服務數據庫的維護常見DBMS系統：

dBase、FoxBase、FoxProOracle/SQLServer/DB2/Infomix/Sybase/AccessExcel數據庫系統2022/12/11北京大學80數據庫管理系統(Databa2022/12/12北京大學81本講小結數制轉換及二進制運算數制及數制轉換、二進制數的運算數字化原理聲音、圖像、視頻等信息的編碼信息的輸入與輸出鍵盤/鼠標輸入、顯示打印輸出等等信息存儲的原理及設備存儲介質、存儲器及其工作原理信息的管理文件系統、數據庫2022/12/11北京大學81本講小結數制轉換及二進制運算2022/12/12北京大學82注意事項注意事項助教分配已完成，注意看課程網站；Email，電話發給助教；上交作業的格式：標題、學號、姓名；2022/12/11北京大學1注意事項注意事項2022/12/12北京大學83內容回顧前講問題計算機是什么？馮諾依曼體系結構是怎樣？操作系統的基本功能是什么？2022/12/11北京大學2內容回顧前講問題第三講信息的編碼、存儲與管理北京大學

信息科學技術學院2022年12月12日第三講信息的編碼、存儲與管理2022年12月11日2022/12/12北京大學85本講內容數制轉換及二進制運算數制及數制轉換、二進制數的運算數字化原理聲音、圖像、視頻等信息的編碼信息的輸入與輸出鍵盤/鼠標輸入、顯示打印輸出等等信息存儲的原理及設備存儲介質、存儲器及其工作原理信息的管理文件系統、數據庫2022/12/11北京大學4本講內容數制轉換及二進制運算數制轉換及二進制運算數制轉換及二進制運算2022/12/12北京大學87數制及數制轉換數制也稱計數制，是指用一組固定的符號和統一的規則來表示數值的方法。按進位的方法進行計數，稱為進位計數制。計算機系統中幾種常用進位計數制：十位制(Decimalnotation)

二進制(Binarynotation)

八進制(Octalnotation)

十六進制數(Hexdecimalnotation)計算能力等價2022/12/11北京大學6數制及數制轉換數制也稱計數制，2022/12/12北京大學88數制及數制轉換十進制數的特點是用十個數碼(0～9)表示所有的數，基數是10，采用逢十進一的記數方法。二進制數的特點是用兩個數碼(0～1)表示所有的數，基數是2，采用逢二進一的記數方法，八進制數的特點是用八個數碼(0～7)表示所有的數，基數是8，采用逢八進一的記數方法。十六進制數的特點是用十六個數碼(0～F)表示所有的數，基數是16，采用逢十六進一的記數方法。2022/12/11北京大學7數制及數制轉換十進制數的特點是2022/12/12北京大學89數制及數制轉換2022/12/11北京大學8數制及數制轉換2022/12/12北京大學90例:十進制數253在不同數制下的表示253=2×102+5×101+3×100

=An×2n+A(n-1)×2(n-1)+…+A1×21+A0×20

=Bm×8m+B(m-1)×8(m-1)+…+B1×81+B0×80

=Ck×16k+C(k-1)×16(k-1)+…+C1×161+C0×160AnA(n-1)…A1A0

：二進制數BmB(m-1)…B1B0

：十進制數CkC(k-1)…C1C0

：十六進制數數制及數制轉換2022/12/11北京大學9例:十進制數253在不同數制2022/12/12北京大學91

不同數制之間的轉換，實質是基數間的轉換。一般轉換的原則是：如果兩個有理數相等，則兩數的整數部分和小數部分一定分別相等。因此，各數制之間進行轉換時，通常對整數部分和小數部分分別進行轉換。數制及數制轉換2022/12/11北京大學10不同數制之間的轉2022/12/12北京大學92整數的轉換數制及數制轉換十進制數轉換成二進制數把十進制數轉換為二進制數的方法是：整數轉換用“除2取余法”；小數轉換用“乘2取整法”。111111012022/12/11北京大學11整數的轉換數制及數制轉換112022/12/12北京大學93十進制數轉換成二進制數將(0.745)10轉換成四位二進制小數，轉換過程如下：0.745×2＝1.490取出整數10.490×2＝0.980取出整數00.980×2＝1.960取出整數10.960×2＝1.920取出整數10.920轉換結束這里，第四次乘積的小數部分不為0，但已滿足題目所要求的精度，所以，(0.745)10≈(0.1011)2。顯然，在轉換過程中，做的乘法次數越多，結果就越精確。小數的轉換數制及數制轉換2022/12/11北京大學12十進制數轉換成二進制數小數的2022/12/12北京大學94十進制數轉換成八進制數和十六進制數十進制數轉換成八進制數的方法是：整數部分轉換采用“除8取余法”；小數部分轉換采用“乘8取整法”。十進制數轉換成十六進制數的方法是：整數部分轉換采用“除16取余法”；小數部分轉換采用“乘16取整法”。數制及數制轉換2022/12/11北京大學13十進制數轉換成八進制數和十六2022/12/12北京大學95二進制與八進制及十六進制之間的轉換數制及數制轉換2022/12/11北京大學14二進制與八進制及十六進制之間2022/12/12北京大學96非十進制數轉換成十進制數非十進制數轉換成十進制數的方法是，把各個非十進制數按權展開求和即可。即把二進制數（或八進制數，或十六進制數）寫成2（或8或者16）的各次冪之和的形式，然后計算其結果。11111101.1011=1×27+1×26+1×25+1×24+1×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1+0×2-2+1×2-3+1×2-4

=253.6875(375)8=3×82+7×81+5×80=253(FD)16=D×161+F×160=253.745精度原因數制及數制轉換2022/12/11北京大學15非十進制數轉換成十進制數.72022/12/12北京大學97數制及數制轉換問題：任意2個數制之間的轉換方法？如15進制數轉換為12進制，該如何進行？2022/12/11北京大學16數制及數制轉換問題：任意2個2022/12/12北京大學98二進制數的運算在計算機內部，最基本的數制表示是二進制。其運算包括：算術運算：加、減、乘、除邏輯運算：與、或、非、異或2022/12/11北京大學17二進制數的運算在計算機內部，2022/12/12北京大學99二進制數的算術運算

加法減法二進制數的運算2022/12/11北京大學18二進制數的算術運算加法減法2022/12/12北京大學100二進制數的算術運算

乘法除法二進制數的運算(10001111)2(6)10(38)10(6)10(2)102022/12/11北京大學19二進制數的算術運算乘法除法2022/12/12北京大學101二進制數的邏輯運算：沒有進位，按位運算邏輯非~

單操作數運算：~1＝0；~0＝1邏輯或|

雙操作數運算：0|0=0；0|1=11|0=1；1|1=1邏輯與&

雙操作數運算：0&0=0；0&1=01&0=0；1&1=1邏輯異或^雙操作數運算：0^0=0；0^1=11^0=1；1^1=0!11010=0010111001

|011011110111001

&

011010100111001

^0110110100二進制數的運算2022/12/11北京大學20二進制數的邏輯運算：沒有進位數字化原理數字化原理2022/12/12北京大學103“馮.偌依曼體系結構”的基本思路：由運算器、存儲器、控制器、I/O設備五大部分組成。程序與數據預先存入主存，工作時連續自動高速順序執行。即“存儲程序”思想。采用二進制形式表示數據和指令。雖然現實生活中的數據其表現形式多種多樣，但在現在的計算機內部，一律采用二進制表示數據和指令。數字化原理2022/12/11北京大學22“馮.偌依曼體系結構”的基常見的數據類型常見的數據類型計算機內的數據計算機內的數據采用統一的數據表示法位(bit):存儲在計算機中的最小數據單位,0或1位模式:表示數據的位序列,或位流字節(byte):長度為8的位模式稱為字節計算機內的數據計算機內的數據采用統一的數據表示法2022/12/12北京大學106

指令編碼數值表示字符編碼聲音編碼圖像編碼影像編碼基本編碼規則數字化原理2022/12/11北京大學25指令編碼數字化原理2022/12/12北京大學107

將計算機內部所能進行的各種基本操作用二進制數表示出來，以便于計算機的識別于運行。如：加法00000001

減法00000010

乘法00000011

除法00000100

跳轉00000101……則：1+3可以表示為0000000100000001000000112*4可以表示為000000100000001100000100每條指令，都用固定長度的二進制數表示數字化原理——指令的編碼2022/12/11北京大學26將計算機內部所能進行2022/12/12北京大學108

在計算機內部，由于要運算等因素，并不是直接以原始的二進制數本身來存儲的，而是要經過一定的編碼，包括：原碼、反碼和補碼。有關這三種碼的含義及其所表示的數據的方式（整數和浮點數），有興趣的同學可以在課后閱讀有關文獻。此外，計算機內用來表示數據的二進制位數也不是無限的，往往用固定位數來表示數據，因此，其表達的數據范圍是有限的（在“程序設計”中會涉及）：

8位：0～255（28-1）——

字節

16位：0～65535（216-1）

32位：0～40億（232-1）

64位：天文數字（264）數字化原理——數值的表示2022/12/11北京大學27在計算機內部，由2022/12/12北京大學109字符的編碼ASCII碼是美國國家標準信息交換碼(AmericanNationalStandardCodeforInformationInterchange)的簡稱，是目前國際上使用最廣泛的字符編碼。ASCII碼的編碼規則為：每個字符用7位二進制數(d6d5d4d3d2d1d0)來表示，7位二進制共有128種狀態(27=128)，可表示128個字符，7位編碼的取值范圍為0000000～1111111。在計算機內，每個字符的ASCII碼用1個字節(8位)來存放，字節的最高位(d7)為校驗位，通常用“0”來填充，后7位(d6d5d4d3d2d1d0)為編碼值。7位編碼的ASCII碼字符集包括了128個字符，稱為標準的ASCII碼字符集。字符編碼：ASCII碼2022/12/11北京大學28字符的編碼ASCII碼是2022/12/12北京大學110ASCII碼字符編碼：ASCII碼A：010000012022/12/11北京大學29ASCII碼字符編碼：ASC2022/12/12北京大學1111、常用漢字有3000～5000個，無法用一個字節編碼。2、我國公布的《通用漢字字符集(基本集)及其交換碼標準》GB2312-80共收集了7445個字符，用兩個字節編碼表示一個字符，每個字節最高位為0。GB2312-80編碼簡稱國標碼。3、漢字內碼是漢字在計算機內部存儲、處理和傳輸用的信息編碼。它必須與ASCII碼兼容但又不能沖突。內碼是把國標碼兩個字節的最高位置“1”得到的。字符編碼：漢字編碼2022/12/11北京大學301、常用漢字有3000～502022/12/12北京大學112

聲音是隨時間變化的聲波波形。與顏色類似，對聲音波形需要進行離散化采樣。聲波的離散化采樣是在兩個維度上獨立進行的。從時間維上進行時間的離散化（按一定的均勻時間間隔采樣），同時，每一個采樣點的高度值（聲音波形的振幅）也是經過離散化，紀錄為n個bit的整數編碼。兩者合在一起表示了聲音波形的編碼文件。這種記錄聲音的方式稱為聲音的波形編碼。聲音的編碼2022/12/11北京大學31聲音是隨時間變化2022/12/12北京大學113

采樣點的時間間隔越小，就與原始波形函數越符合。聲音編碼中的“采樣頻率”，指得就是單位時間對聲音波形的采樣次數。采樣頻率用Hz（赫茲）為單位，每秒鐘采樣500次即為500Hz。顯然，采樣頻率高的聲音記錄質量會更好一些，為此所用的存儲空間也大一些。音樂CD的采樣頻率為44.1KHz。為了存儲一首4分鐘長的歌曲，假定它是雙聲道，每聲道2字節的采樣值，一次采樣需要占用32bit。這樣每1秒鐘的音樂就需要44100×4≈160K字節，總計需要4×60×160K≈36MB。需要的存儲容量是非常大的。聲音的編碼2022/12/11北京大學32采樣點的時間間隔2022/12/12北京大學114以顏色碼為基礎，將原始連續信息離散化為網格點，記錄每個網格點的顏色值。2色分辨率圖像的編碼：點陣表示2022/12/11北京大學33以顏色碼為基礎，將原始連續信2022/12/12北京大學115圖像的編碼：點陣表示2022/12/11北京大學34圖像的編碼：點陣表示2022/12/12北京大學116

數字化電影（影像）主要是由時間上連續序列的數字化圖片再加上數字化聲音的合成體。影像是在時間和空間上對活動場景的離散采樣。影像中的一張圖片是對某一時刻場景的空間離散采樣，稱為影像的一幀。每秒約25幀的連續幀采樣就形成影像，這是和人眼的視覺效果有關。通常一秒鐘需要采樣24幀左右，才能在視覺上感知為連續影像。當每秒鐘采集的影像幀再減少，視覺上會有斷續感，效果變差。如果多于30幀/秒，視覺基本上沒有區別了，因為人眼的分辯能力有限。影像所需要的存儲空間非常大。存儲10分鐘的640×480的真彩色連續影像，按照每秒鐘25幀計算，不包括聲音信息，需要（640×480×3byte×25幀×10分鐘×60秒）個字節，大約14GB(13824M)字節。與影像相比，動畫通常是將矢量圖形作為每一幀來存儲，數據量比之影像要小很多。影像的編碼2022/12/11北京大學35數字化電影（影像）2022/12/12北京大學117目標數據集合大小CC≤2k則最小K為編碼位數（例）大寫字母A,B,C,D,…,X,Y,Z共26個(≤32=25)大寫字母集合

5bit的編碼集合(00000—11001)映射規則：不多不少,一一對應映射的不變量：序（大?。┍３植蛔償底只怼揪幋a規則二進制位數是關鍵！2022/12/11北京大學36目標數據集合大小C數字化原2022/12/12北京大學118編碼的關鍵是：離散對象類的集合分析鍵盤編碼：分析構成文字的基本元素集大小寫字母集合大小52數字和標點符號（可打印標點符號）集合42ABCDE…XYZabcde…xyz,!“#$%&‘()*+-./0….9:;<=>?@[\]^_`{|}~一共包括了94種不同的‘可打印’符號，二進制編碼需要7位。數字化原理——基本編碼規則2022/12/11北京大學37編碼的關鍵是：離散對象類信息的輸入與輸出信息的輸入與輸出2022/12/12北京大學120

信息輸入工作的實質就是把形式紛繁、豐富多彩的信息形式統統轉化為計算機內部二進制數字形式。計算機系統信息處理的二值特性以及信息的編碼方式，決定了硬件的輸入設備的基本原理。不同的輸入設備，根據其輸入信息的編碼特點，利用其自身的物理電路特性，完成需采集信息的二進制編碼采集，并通過纜線傳輸到計算機內部。信息的輸入2022/12/11北京大學39信息輸入工作的實2022/12/12北京大學121輸入設備將采集的信息轉換成二進制（根據信息的編碼規則）信息以二進制形式輸入計算機信息的輸入2022/12/11北京大學40輸入設備將采集的信息轉換成二2022/12/12北京大學122

輸入設備產生信號通過連接線路進入計算機操作系統與輸入設備驅動程序協作，接收輸入信號應用軟件或操作系統本身對輸入信號進行解釋處理、編碼應用軟件或操作系統將編碼后的數據存儲到存儲設備中必要的時候，應用軟件或操作系統從存儲設備中讀取出來，進行解碼，并通過相關輸出設備顯示出來通信線路二進制流輸入設備計算機內部硬件的作用軟件的作用每種設備都能產生自己的二進制信號信息的輸入2022/12/11北京大學41輸入設備產生信號通信線路二2022/12/12北京大學123信息的輸入2022/12/11北京大學42信息的輸入2022/12/12北京大學124

計算機的輸入信息，按其用途，可以分為以下幾類：計算機程序數據：計算機程序處理的對象，如文字、數值、圖形圖像、聲音等等。操作命令：與計算機（操作系統）的交互用戶響應：與應用程序的交互信息的輸入2022/12/11北京大學43計算機的輸入信息2022/12/12北京大學125

計算機信息處理所得到的結果應該采取某種形式送往外部世界，供人們使用。計算機的輸出就是要把結果信息以方便的形式呈現在人們面前。

“輸出”過程要解決的問題是進行信息表示形式的轉換，剛好與“輸入”過程相反，是要恢復信息的本來面目：即輸出設備利用其自身的物理電路特性，將二進制信息變換為人們易于接受和理解的視聽形式（或其他形式）。信息的輸出2022/12/11北京大學44計算機信息處理所得到2022/12/12北京大學126信息以二進制形式從計算機輸出由輸出設備將二進制信息展示出來（根據信息的編碼還要做適當的轉換）信息的輸出2022/12/11北京大學45信息以二進制形式從計算機輸出2022/12/12北京大學127

應用軟件或操作系統從存儲設備（或其他渠道）中讀取信息應用軟件或操作系統將信息轉換成輸出設備相關的（人們易于接受）信息形式操作系統與輸出設備驅動程序協作，產生輸出設備所需的輸出信號通過連接線路進入輸出設備輸出設備接收信號，并以自己的方式展示出來：屏幕、紙、聲音等通信線路二進制流輸出設備計算機內部硬件的作用軟件的作用每種設備都能接收自己的二進制信號信息的輸出2022/12/11北京大學46應用軟件或操作系統從存儲設2022/12/12北京大學128信息的輸出2022/12/11北京大學47信息的輸出2022/12/12北京大學129

可視化就是把信息表現為用戶閱覽思考所適用的形式。最典型的兩種可視輸出形式是：“文本”形式“圖形”形式目前另外一種廣泛的非可視輸出形式就是“聲音”。另外兩個輸出概念（針對可視輸出）：軟拷貝：輸出到顯示器屏幕硬拷貝：輸出到紙上信息的輸出2022/12/11北京大學48可視化就是把信息表現計算機信息的表示與存儲計算機信息的表示與存儲2022/12/12北京大學131計算機信息的表示與存儲計算機通過二進制數0/1序列來表示信息計算機存儲設備：利用半導體固態材料、磁性材料、光學材料和其他各種可茲利用的物理介質根據材料的不同，有些設備需要電源才能保持存儲能力（硅半導體存儲），有些則不需要（鐵磁存儲、光存儲）存儲設備（半導體/磁性材料）使用電磁力保持物質狀態(0or1)，從而達到存儲信息的目的，一般不會由于外界干擾力而丟失，不會因時間而衰亡；外界使用‘讀’命令，可以讀出其狀態0or1，但不破壞原有物質狀態；外界使用‘寫’命令，可以改變其狀態0or1，使其物質狀態發生變化（01or10）；計算機信息的表示與存儲2022/12/11北京大學50計算機信息的表示與存儲計算機2022/12/12北京大學132存儲容量的量化單位

位（bit）：計算存儲的基本單位，表示0/1的基本單位字節（Byte）：8個bit為1字節千字節（KB）：存儲容量一般使用2的整數冪次，所以1KB表示的是210=1024個字節。兆字節（MB，MegaByte）：百萬字節，220字節千兆（吉）字節（GB，GigaByte）：十億字節，230字節兆兆字節（TB，TeraByte）：萬億字節，240字節通常在市場上購買存儲設備時，其標出的容量單位是按十進制換算的。粗略地1KB＝1000B，1MB＝1000KB，1GB＝1000MB，1TB＝1000GB。現在的存儲需求已經達到了PB級：1PB＝1000TB。計算機信息的表示與存儲2022/12/11北京大學51存儲容量的量化單位計算機信息2022/12/12北京大學133計算機系統基本結構計算機信息的分層存儲原理2022/12/11北京大學52計算機系統基本結構計算機信息2022/12/12北京大學134與信息存儲有關的部件CPU(寄存器）高速緩存主存儲器外存儲器

主存儲器里存放正在運行的程序和數據，而在外圍存儲器（外存，包括硬磁盤、軟磁盤、光盤、和磁帶等）則存放著更大量的備用信息。計算機系統所需要的系統軟件和應用軟件都存儲在外存儲器中。計算機信息的分層存儲原理2022/12/11北京大學53與信息存儲有關的部件CPU高2022/12/12北京大學135存儲器硬件的金字塔結構寄存器高速緩存主存儲器軟磁盤硬盤其它外存設備速度越來越快容量越來越大計算機信息的分層存儲原理2022/12/11北京大學54存儲器硬件的金字塔結構寄存器2022/12/12北京大學136寄存器位于金字塔頂端的是計算機中工作速度最快又最緊缺的存儲資源：CPU中的“寄存器”。“寄存器”是高速存儲單元，其工作速度與信息處理的運算部件合拍，一次存取數據所花費的時間大約是從零點一納秒到十納秒的量級。從信息傳輸的通路上看，寄存器與處理部件距離最近，處理部件執行指令時一般都直接對寄存器進行操作。這樣的寄存器制作成本很高，一個CPU芯片中通常只配備幾十個寄存器（也有的芯片含寄存器數量更多一些）。計算機信息的分層存儲原理2022/12/11北京大