2021-2022-1学期 20212417《网络空间安全专业导论》第一周学习总结

第二章 二进制数值与记数系统

2.1 数字与计算

本节主要讲的是数字、自然数、负数、整数、有理数的概念，与高中概念无差。

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。
  即十进制、二进制中的10和2。
• 位置记数法：一种表达数字的系统，数位按顺序排列，每个数位有一个位值，数字的值是每个数位和位值的乘积之和。
  943念成九四三而不念九百四十三。
  以x表示基数表示943：9x²+4x¹+3*x⁰(多项式表达法)。

2.2.1 二进制、八进制和十六进制

• 二进制数：0，1
• 八进制数：0~7
• 十六进制数：0~15
• 二进制、八进制和十六进制转换为十进制：每个数位乘以相对应基数的幂再相加。
  例：八进制数154：
  18²+58¹+4*8⁰＝108
  即八进制数154等于十进制数108

2.2.2 其他记数系统中的运算

如十进制计算一样。
进位上，二进制满2进1，八进制满8进1，n进制满n进1。
减法同理。

2.2.3 以2的幂为基数的记数系统

即可根据二进制数推出对应的八进制数和十进制数，反推也成立。
*二进制数转换为八进制数，要从最右边的二进制数位开始，每三个数位为一组，再将这几组数转为八进制。
同理，若转换为十六进制数，则从最右边的二进制数位开始，每四个数位为一组进行转换。
即8＝2³，16＝2⁴。

2.2.4 把十进制数转换成其他进制的数

• 将十进制数除以转换的基数，余数将成为新数字中从右到左的下一位数。
  也就是余数从右向左排列，直到商为0停止。
  例：十进制数2417转换为16进制数，就将2417除以16，第一次的余数作为最右位数字，商作为新的被除数继续除以16，重复进程直至商为0，结果为971。
• 一些概念：
  • 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

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语言
• 多媒体：几种不同的媒体类型
• 数据压缩：减少储存一段数据所需的空间
• 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
• 压缩率：压缩后的数据大小除以原始数据大小的值
• 两种压缩的方法：
  • 无损压缩：不会丢失信息的数据压缩技术
  • 有损压缩：会丢失信息的数据压缩技术

3.1.1 模拟数据和数字数据

• 表示数据的方法：
  • 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
• 脉冲编码调制：电信号在两个极端之间跳跃的变化

3.1.2 二进制表示法

仅使用一位二进制数字，每一次都只能表示两种状态(0和1)
而n位二进制数字就可以表示2ⁿ种状态。

3.2 数字数据表示法

3.2.1 负数表示法

• 十进制补码的表示公式：Negative(I)＝10ⁿ-I，其中n是数字个数(位数)
• 二进制补码的计算方式：(以-2为例)
  • 取负数绝对值的原码(转换为二进制后的数字，如-2的绝对值的八位原码为0000 0010)
  • 取该原码的反码(将原码中“0”变为“1”，“1”变为“0”，即取反)，如(1)中原码的反码为1111 1101
  • 在该反码的基础上加1(即0000 0001)，如(2)中反码加上1，变为1111 1110，即得-2的补码。
    *补码中的第一位决定该数字正负，0代表正，1代表负
• 溢出：给结果预留的位数存不下计算出的值的情况
  如用二进制补码表示时，127+3＝-128而不是＝130，因为八位的二进制数最多只能表示绝对值到128的数。

3.2.2 实数表示法

• 浮点表示法：符号位数10ⁿ，例如实值为12001.00的数，用浮点值表示为1200110⁰；-0.12000用浮点值表示为-1200010⁻⁵
  科学计数法也属于浮点表示法的一种，计算机中出现的将12001.32708表示为1.200132708E+4，这之中的E+4指的是10⁴
• 二进制浮点值同十进制，只不过把10的幂改为2的幂。
  *十进制整数转换为其他数制：用新基数除这个数
  十进制小数转换为其他数制：用新基数乘以这个小数，乘法的进位将成为答案右边的下一位数字，乘法中的小数部分将成为新的被乘数。整个过程直到乘法结果中的小数部分为0截止。
  小数转换后仍然作为小数部分存在。

3.3 文本表示法

字符集：字符和表示他们代码的清单
两个字符集：

• 3.3.1 ACSII字符集
• 3.3.2 Unicode字符集
  *Unicode字符集相当于在ASCII字符集上的更新

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他们重复出现的次数
• 赫夫曼代码：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。
  *赫夫曼代码一个重要特征是用于表示一个字符的位串不会是表示另一个字符的位串的前缀，一个位串对应一个字符，该位串不可能是更长位串的前缀

3.4 音频数据表示法

3.4.1 音频格式(WAV,MP3等)

3.4.2 MP3音频格式

（这一大节主讲MP3格式，大家都懂）

3.5 图像与图形表示法

3.5.1 颜色表示法(RGB值，色深度等)

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
• 光栅图片格式：逐个像素储存图像信息的格式(JPEG、PNG、GIF等)

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，不适用于超市真实世界的图象，适用于艺术线条和卡通绘画。(Flash、SVG等)

3.6视频表示法

• 视频编译码器：用于缩减电影大小的方法。压缩的目标不是舍弃影响观众视觉的信息。
• 两种压缩方式：
  • 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

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在学习的时候，我对二进制的原码、反码及补码有些难以理解，但是这个视频中很好的讲述了原码、反码、和补码以及它们之间的关系，让我对后面的学习能够有更好的理解。

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在本次自学的过程中，我获得了一些学习计算机必备的基础知识，这能够让我在接下来的日子里更好的进行计算机和网络空间安全的学习。
要学好一门课程，就要把基础打牢，才能够一层一层往上叠加知识，不然没有牢靠的基础，再怎么学也只会让自己陷入迷茫之中。因为没有基础的支持，我们无法接受更加深奥的知识。
因此，我满怀期待想要继续学习今后的计算机课程。

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注：本博客中所有概念相关语句全部来源于《计算机科学概论》[美]内尔·黛尔&约翰·路易斯 著