Chương 2: Biểu diễn thông tin trong máy tính ppt

Biểu diễn thông tin trong máy vi tính • Mọi dữ liệu khi đưa vào máy tính đều phải được mã hóa thành số nhị phân.. c Biểu diễn thông tin theo dạng mã nhị phân Biểu diễn ký tự, biểu diễn h

Trang 1

Chương 2 : Biểu diễn thông tin

trong máy tính

TS Phạm Văn Thành (phamvanthanh@hus.edu.vn)

1

Trang 4

Khái niệm về hệ đếm:

4

Trang 6

• Dùng n chữ số thập phân có thể biểu diễn

00….0000=0

Trang 7

1 Hệ đếm

7

a) Hệ thập phân (Decimal System):

• Nếu một số A được biểu diễn dạng

A=an an-1…a1a0.a-1 a-2 …a-m

→ Giá trị của A được biểu diễn dưới dạng

𝑖=−𝑚

Trang 10

• Dùng n chữ số thập lục phân có thể biểu diễn được

Trang 12

1 Hệ đếm

12

Trang 13

1 Hệ đếm

13

Chuyển đổi một số từ hệ thập phân sang hệ cơ

số b bất kỳ (b=2, 16)

• Trường hợp tổng quát: một số N trong hệ thập phân

bao gồm phần nguyên và phần thập phân

• Chuyển 1 số từ hệ thập phân sang 1 số ở hệ cơ số b bất

kỳ gồm 2 bước:

Bước 1: Đổi phần nguyên của số đó từ hệ thập

phân sang hệ cơ số b

Bước 2: Đổi phần thập phân của số đó sang hệ cơ

số b

Trang 14

Bước 1: Lấy phần nguyên của số N(10) chia cho b,

Bước 2: Nếu T1 khác 0, lấy T1 chia cho b ta được

Trang 16

1 Hệ đếm

16

Chuyển đổi một số từ hệ thập phân sang hệ cơ

số b bất kỳ (b=2, 16)

• Đổi phần thập phân từ hệ thập phân sang hệ cơ sốb

Bước 1: Lấy phần lẻ của số N(10) nhân với b, ta

Trang 19

2 Biểu diễn thông tin trong máy vi tính

• Mọi dữ liệu khi đưa vào máy tính đều phải được mã hóa thành số nhị phân

• Các loại dữ liệu thông dụng:

 Dữ liệu nhân tạo: Do con người quy ước

 Dữ liệu tự nhiên: tồn tại khách quan với con người,

phổ biến là tín hiệu vật lý như âm thanh, hình ảnh,…

19

Trang 20

2 Biểu diễn thông tin

• Mã hoá dữ liệu nhân tạo:

 Dữ liệu số: mã hoá theo các chuẩn quy định

 Dữ liệu ký tự: mã hoá theo bộ mã ký tự

• Mã hoá dữ liệu tự nhiên:

 Các dữ liệu cần phải mã hoá trước khi đưa vào máy

tính

 Sơ đồ:

20

Nguyên tắc mã hóa

Trang 21

a) Biểu diễn số nguyên theo mã nhị phân

b) Biểu diễn số thực theo mã nhị phân

c) Biểu diễn thông tin theo dạng mã nhị phân (Biểu diễn

ký tự, biểu diễn hình ảnh chuyển động, biểu diễn âm

thanh)

21

Trang 22

a) Biểu diễn số nguyên theo

mã nhị phân

22

• Sử dụng 4 bit của hệ nhị phân cho một chữ số của hệ thập lục

phân để biểu diễn một số thập phân - Số thập phân mã hoá nhị

phân BCD (Binary Coded Decimal)

Ví dụ1: Biểu diễn chữ số 451D dưới dạng BCD

451 (D) = 0100 0101 0001 (B) | BCD

4 = 0100|BCD

5 = 0101|BCD

1 = 0001|BCD

• Các thanh ghi trong vi xử lý và các ô nhớ của máy vi tính sử dụng

đơn vị nhớ nhỏ nhất là 1 byte=8 bit để biểu diễn cho mã BCD

(4bit) → Lãng phí vì 4 bit cao bị bỏ trống

• Khắc phục: Sử dụng cả 4 bit cao để biểu diễn → được gọi là BCD

gói

Ví dụ: Biểu diễn số 52D

Trang 23

a) Biểu diễn số nguyên theo

mã nhị phân

23

Ví dụ: Biểu diễn số 52D

Biểu diễn theo BCD: 52D=0000 0101 0000 0010 B

Biểu diễn theo BCD gói: 52D=0101 0010B

Trang 24

b) Biểu diễn số thực theo mã

nhị phân

24

trước hoặc dịch lùi về sau để thuận tiện cho từng phép

tính và được gọi là dấu phẩy động (hay dấu chấm động)

vi xử lý mà số thực khi biểu diễn theo mã nhị phân cũng khác nhau tuỳ theo dấu phẩy

định và dấu phẩy động

Trang 25

nhị phân

25

 Biểu diễn theo dấu phẩy cố định:

Một số thực X biểu diễn theo dấu phẩy cố định như sau:

Trang 26

nhị phân

26

 Biểu diễn theo dấu phẩy động (floating point)

 Một số thực X biểu diễn theo dấu phẩy động như sau

Trang 27

nhị phân

27

 Biểu diễn theo dấu phẩy động

 Với R cố định thì để lưu trữ X ta chỉ cần lưu trữ M và

E (dưới dạng số nguyên)

lưu trữ theo phần định trị và số mũ như sau:

–M1 = -15 và E1 = +12

–M2 = +314 và E2 = -9

 Khi thực hiện phép toán với số dấu chấm động sẽ

được tiến hành trên cơ sở các giá trị của phần định trị

và phần mũ

Trang 28

nhị phân

28

Ví dụ: Có 2 số dấu phẩy động sau:

Trang 29

nhị phân

29

 Chuẩn mã hoá IEEE 754/85

 Là chuẩn mã hoá số dấu chấm động

http://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_floating_point

Trang 30

nhị phân

30

 Chuẩn mã hoá IEEE 754/85: Khuôn dạng mã

Trang 31

nhị phân

31

 Chuẩn mã hoá IEEE 754/85:

 S là bit dấu, S=0 đó là số dương, S=1 đó là số âm

 e là mã lệch (exponent) của phần mũ E, tức là: E =

e –b

 Với b là độ lệch, trong đó

 m là các bit phần lẻ của phần định trị M, phần định

trị được ngầm định như sau: M = 1.m

 Giá trị của số thực là:

X=(-1)S x (1.m) x 2(e-b)

Trang 32

nhị phân

32

Ví dụ 1: Có một số thực X có dạng biểu diễn nhị phân theo chuẩn IEEE 754 dạng 32 bit như sau:

1100 0001 0101 0110 0000 0000 0000 0000 Xác định giá trị thập phân của số thực đó

Trang 33

nhị phân

33

Ví dụ 2: Xác định giá trị thập phân của số thực X có dạng biểu diễn theo chuẩn IEEE 754 dạng 32 bit như sau:

Trang 34

nhị phân

34

Ví dụ 3: Biểu diễn số thực X = 9.6875 về dạng số dấu chấm động theo chuẩn IEEE 754 dạng 32 bit

X là số dương nên S=0

m=0011011…00 (23 bit)

E = e-127 = 3 →e = 130D = 1000 0010 B Vậy:

X= 0100 0001 0001 1011 0000 0000 0000 0000

Trang 35

nhị phân

35

Quy ước đặc biệt:

• Nếu tất cả các bit của e đều bằng 0, các bit của m

đều bằng 0, thì X = ±0

• Nếu tất cả các bit của e đều bằng 1, các bit của m

đều bằng 0, thì X =±∞

• Nếu tất cả các bit của e đều bằng 1, m có ít nhất

một bit bằng 1, thì X không phải là số (not a number -NaN)

Trang 36

c) Biểu diễn thông tin theo dạng mã nhị phân

 Biểu diễn ký tự

 Biểu diễn hình ảnh

 Biểu diễn âm thanh

36

Trang 37

c) Biểu diễn thông tin

Trang 38

 Biểu diễn ký tự

38

• Bộ mã ASCII (American Standard Code for Infomation

Interchange – mã chuẩn của Mỹ dùng để trao đổi thông tin)

 Do ANSI (American National Standard Institute)

thiết kế

 ASCII là bộ mã được dùng để trao đổi thông tin

chuẩn của Mỹ Lúc đầu chỉ dùng 7 bit (128 ký tự) sau đó mở rộng cho 8 bit và có thể biểu diễn 256 ký

tự khác nhau trong máy tính

Trang 39

39

• Bộ mã ASCII

http://en.wikipedia.org/wiki/ASCII

Trang 40

40

• Bộ mã ASCII

- 26 chữ cái thường Latin 'a' ~'z' có mã từ

61(16)~7A(16)

 95 ký tự hiển thị được:

–Các dấu câu: , ? ! : ; … –Các dấu phép toán: + -* / … –Một số kí tự thông dụng: #, $, &, @,

để mã hóa cho các chức năng điều khiển

Trang 41

FF Form Feed - Đẩy sang đầu trang: Ký tự điều khiển con trỏ di chuyển

xuống đầu trang tiếp theo

CR Carriage Return - Về đầu dòng: Ký tự điều khiển con trỏ di chuyển về

đầu dòng hiện hành

Trang 42

STX Start of Text - Bắt đầu văn bản: Ký tự đánh dấu bắt đầu khối dữ liệu văn bản

và cũng chính là để kết thúc phần thông tin tiêu đề

ETX End of Text - Kết thúc văn bản: Ký tự đánh dấu kết thúc khối dữ liệu văn bản

đã được bắt đầu bằng STX

EOT End of Transmission - Kết thúc truyền: Chỉ ra cho bên thu biết kết thúc

truyền

ENQ Enquiry - Hỏi: Tín hiệu yêu cầu đáp ứng từ một máy ở xa

ACK Acknowledge - Báo nhận: Ký tự được phát ra từ phía thu báo cho phía phát

biết rằng dữ liệu đã được nhận thành công

NAK Negative Aknowledge - Báo phủ nhận: Ký tự được phát ra từ phía thu báo cho

phía phát biết rằng việc nhận dữ liệu không thành công

Trang 43

43

• Bộ mã ASCII

SYN Synchronous / Idle - Đồng bộ hóa: Được sử dụng bởi hệ thống truyền đồng bộ

để đồng bộ hoá quá trình truyền dữ liệu

ETB End of Transmission Block - Kết thúc khối truyền: Chỉ ra kết thúc khối dữ

liệu được truyền

FS File Separator - Ký hiệu phân cách tập tin: Đánh dấu ranh giới giữa các tập

NUL Null - Ký tự rỗng: Được sử dụng để điền khoảng trống khi không có dữ liệu

BEL Bell - Chuông: Được sử dụng phát ra tiếng bíp khi cần gọi sự chú ý của con

người

Trang 44

44

• Bộ mã ASCII

SO Shift Out - Dịch ra: Chỉ ra rằng các mã tiếp theo sẽ nằm ngoài tập ký

tự chuẩn cho đến khi gặp ký tự SI

SI Shift In - Dịch vào: Chỉ ra rằng các mã tiếp theo sẽ nằm trong tập ký tự

chuẩn

DLE Data Link Escape - Thoát liên kết dữ liệu: Ký tự sẽ thay đổi ý nghĩa của một

hoặc nhiều ký tự liên tiếp sau đó

DC1 ÷

DC4

Device Control - Điều khiển thiết bị : Các ký tự dùng để điều khiển các thiết

bị phụ trợ

CAN Cancel - Hủy bỏ: Chỉ ra rằng một số ký tự nằm trước nó cần phải bỏ qua

EM End of Medium - Kết thúc phương tiện: Chỉ ra ký tự ngay trước nó là ký tự

cuối cùng có tác dụng với phương tiện vật lý

SUB Substitute - Thay thế: Được thay thế cho ký tự nào được xác định là bị lỗi

ESC Escape - Thoát: Ký tự được dùng để cung cấp các mã mở rộng bằng cách kết

hợp với ký tự sau đó

DEL Delete - Xóa: Dùng để xóa các ký tự không mong muốn

Trang 45

45

• Bộ mã ASCII

 Các ký tự mở rộng được định nghĩa bởi nhà chế tạo

máy tính hoặc người phát triển phần mềm

Ví dụ:

–Bộ mã ký tự mở rộng của IBM –Bộ mã ký tự mở rộng của Apple

Đặc biệt: nếu ta lấy mã ký tự chữ cái (65 đến 90) trừ đi 64 ta sẽ

tìm ra mã điều khiển Phép trừ sẽ được phần cứng bàn phím thực

hiện khi ta cùng bấm phím Ctrl với một phím chữ cái

Ví dụ: Ctrl + W = mã 27 : Escape (thoát)

Ctrl + C = mã 3: Break Ctrl + I = mã 9: Tab

Ctrl +H = mã 8: Back Space

Trang 46

46

• Bộ mã ASCII

 Các ký tự mở rộng được định nghĩa bởi nhà chế tạo

máy tính hoặc người phát triển phần mềm

Ví dụ:

–Bộ mã ký tự mở rộng của IBM –Bộ mã ký tự mở rộng của Apple

Đặc biệt: nếu ta lấy mã ký tự chữ cái (65 đến 90) trừ đi 64 ta sẽ

tìm ra mã điều khiển Phép trừ sẽ được phần cứng bàn phím thực

hiện khi ta cùng bấm phím Ctrl với một phím chữ cái

Ví dụ: Ctrl + W = mã 27 : Escape (thoát)

Ctrl + C = mã 3: Break Ctrl + I = mã 9: Tab

Ctrl +H = mã 8: Back Space

Trang 47

nhất cho tất cả các ngôn ngữ khác nhau trên thế giới,

http://vi.wikipedia.org/wiki/Unicode

Trang 48

Trang 49

49

 Biểu diễn hình ảnh tĩnh (các biểu tượng, logo, ảnh)

 Hình ảnh được biểu diễn theo 2 nguyên tắc: đồ hoạ

điểm và đồ hoạ véc tơ

o Đồ hoạ điểm: biểu diễn hình ảnh bằng một ma

trận điểm ảnh (pixel matrix):

• Nếu là ảnh đen trắng (2 màu) thì mỗi bit tương ứng với

1 màu (bit 1 màu đen, bit 0 màu trắng)

• Nếu là ảnh màu chất lượng cao ta cần nhiều thông tin

để biểu diễn màu sắc của điểm ảnh:

color)

thể phân biệt được (màu thực - True color)

Trang 50

50

 Biểu diễn hình ảnh tĩnh (các biểu tượng, logo, ảnh)

o Đồ hoạ véc tơ:

+ Chia một hình ảnh thành nhiều đối tượng cơ bản như

sẽ dựa theo các công thức toán ( toán véc tơ ) để xây dựng lại hình ảnh từ những đối tượng cơ bản trên

+ Đồ hoạ hướng đối tượng , mỗi đối tượng và đặc tính của

nó có thể được mã hoá bằng một lệnh lên đồ hoạ véc tơ rất ngắn gọn, đồng thời có khẳ năng hiển thị đối tượng ba

chiều (Pentium III trở đi có khả năng đồ hoạ ba chiều)

Trang 51

51

 Biểu diễn hình ảnh chuyển động

 Những chương trình hình ảnh giải trí cũng có thể mã hoá theo

điểm ảnh hoặc đối tượng

 Tuy nhiên hình ảnh chuyển động còn thêm một tham số biểu

diễn nữa: đó là thời gian

 Biểu diễn ảnh chuyển động bằng điểm ảnh tương tự như

nguyên tắc dùng phim nhựa: 30 ảnh/s là con người cảm giác

đó là một hình ảnh chuyển động trơn tru (lưu ảnh trên võng mạc).→ Để hiển thị 1s ảnh chuyển động, máy tính cần phải có dung lượng bộ nhớ đủ để chứa 30 ảnh tĩnh

 Vi xử lý của máy tính phải nhanh để có thể xử lý được 1 khối

Trang 52

52

 Biểu diễn hình ảnh chuyển động

 Do khối lượng thông tin và chất lượng của ảnh động rất cao,

vì vậy với kĩ thuật thông thường thì máy tính không thể đáp ứng được nhu cầu kỹ thuật vi deo số có màu thực và độ phân giải cao

→Nén video số hoá: Nén từng ảnh tĩnh và nén từng phần ảnh

và không thay đổi theo thời gian,

truyền tất cả không gian của cả khung cảnh văn phòng, sau đó chỉ

truyền những thay đổi xẩy ra trong văn phòng đó

Trang 53

c) Biểu diễn thông

 Mã hoá âm thanh theo hệ đếm nhị phân bằng cách

ngắt âm thanh ra nhiều giá trị sau một khoảng thời gian nhất định

 Mỗi giá trị này được gán một mã nhị phân và lưu trữ

Trang 54

c) Biểu diễn thông

54

Tiêu đề	Chương 2: Biểu diễn Thông Tin Trong Máy Tính
Tác giả	Ts. Phạm Văn Thành
Trường học	Học Viện Bưu Chính Viễn Thông
Chuyên ngành	Khoa Học Máy Tính
Thể loại	Giáo trình
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	56
Dung lượng	0,94 MB