（2021新教科版）高中信息技术必修一 3.1数据编码教案（第二课时）.docx

1、3.13.1 数据编码数据编码 【教学目标】【教学目标】 理解信息编码的原理 掌握进制及其之间的转换 理解数据编码的意义和作用。 【教学重点】【教学重点】认识二进制，了解文本的编码 。 【教学难点】【教学难点】二进制及与其他进制之间的转换。 【教学过程】【教学过程】 一、引入一、引入 学生预习， 阅读第 52 页 “任务二 查看存储在计算机中的数据” 之 “活动 1 卡 片组合游戏” ，动手做一做，领会二进制计数的基本原理。 预习思考题： 思考题 1 用这 5 张卡片， 最大能表示的十进制数是多少？若用二进制数表示， 是多少？如何分别表示十进制数的 0，1，2，3，？（参考答案：最大能表示 的

2、十进制数是 31，用二进制表示为 11111。其他略） 思考题 2 现有 255 个相同的苹果，事先分装成若干袋，每袋装若干个苹果， 当用户来买苹果时，无论他要多少个（不超过 255） ，都可以不拆开袋子，直接 选取几个袋子给他。那么事先应该怎样装袋？如果他要 100 个苹果，则应给他哪 几袋？ （参考答案： 每袋分别装 1， 2， 4， 8， 16， 32， 64， 128 个， 共 8 袋。 100=64+32+4） 二、二进制与数制转换二、二进制与数制转换 （一）体会、归纳数制的通用规律（一）体会、归纳数制的通用规律 师师：把图 3.1.6(a)和图 3.1.6(b)关联起来看： 2 2

3、 4 4 2 2 3 3 2 2 2 2 2 2 1 1 2 2 0 0 16168 84 42 21 1 二进制数二进制数 0100101001 所表示的数的含义就是：所表示的数的含义就是： 1*1+0*2+0*4+1*8+0*16=1*2 0+0*21+0*22+1*23+0*24=9 其中 2 0，21，22，23，24，称为二进制整数从右到左各位的权值 权值，2 是二 进制数的基数基数。二进制数有有 2 2 种不同的数字种不同的数字：0 和 1，基本计数规则是逢二进一逢二进一， 即 1+1=10。 一般地，任意进制数都有这样类似的规律：一般地，任意进制数都有这样类似的规律： 如 201

4、92019(10) (10)=9*10 =9*10 0 0+1*10 +1*10 1 1+0*10 +0*10 2 2+2*10 +2*10 3 3=2019 =2019，十进制数的基数基数是 10，十进制 整数从右到左各位的权值权值依次是 10 0，101，102，103，十进制数有 有 1010 种不同种不同 的数字的数字：0，1，2，9， 基本计数规则是逢十进一逢十进一。 同理，对于十六进制数来讲，其基数基数是 16，要有有 1616 种不同的数字种不同的数字，除了 0， 1，2，9，还需补充 6 个符号，一般用 AF(af)，分别相当于十进制数的 1015。基本计数规则是逢十六进一逢十

5、六进一，即 F+1=10。 十六进制整数从右到左各位 的权值权值依次是 16 0，161，162，163，。例如，十六进制整数 2F3D(16)=D(13)*162F3D(16)=D(13)*16 0 0+3*16 +3*16 1 1+F(15)*16 +F(15)*16 2 2+2*16 +2*16 3 3=12093 =12093。 数制只是表示数的一种方法，同一个数值用任何数制表示都是一样的，我们 数学中都是采用十进制，计算机内部信息的表示是采用二进制。 二进制的特点：二进制的特点： 1.二进制的优点： （1）使计算自动化成为可能。二进制只有0和1两个状态，具有两个稳定状 态的电子器件很

6、多，如开关的接通和断开、晶体管的导通和截止、磁元件的正负 剩磁、电位电平的高与低等，都可表示0、1两个数码。 （2）使自动化计算装置简便可靠。二进制数的运算法则少，运算简单，使 计算机运算器的硬件结构大大 简化（十进制的乘法九九口诀表55条公式，而二 进制乘法只有4条规则）。来源:学科网ZXXK （3）使自动化逻辑运算简单易行。由于二进制0和1正好和逻辑代数的假 （False）和真（True）相对应，有逻辑代数作为理论基础，用二进制能很方便 地进行逻辑运算。 基于这三条，计算机系统采用二进制。 2.二进制的缺点： （1）用二进制表示一个数时，位数太多，太繁琐。故有16进制。 （2）难于记忆，可

7、读性差。因此，与人类交互时，计算机系统已经尽量隐 藏了二进制的内核，尽可能人性化了（数值则已自动转为十进制）。 生生： 【练习】填写下表，熟悉二进制、十六进制的写法。 十进制二进制十六进制十进制二进制十六进制 0来源:Zxxk.Com16 117 218 319 420 521 622 723 824 925 1026 1127 1228 1329 14 来源:学科网 30 1531 （二）十进制整数转换为其他进制数（二）十进制整数转换为其他进制数 把十进制非负整数转换为二进制数，可使用短除法，即“除二取余”法。例 如， 把十进制整数 18 转换为二进制数的过程如图 3.1.7 所示， 结果为

8、 18（10）=10010 （2）。 【练习】请将 8 进制数 2071 转换为十进制。 （参考答案：1081） =1*8=1*8 0 0+7*8 +7*8 1 1+0*8 +0*8 2 2+2*8 +2*8 3 3 =1081=1081 【练习】请将 10 进制数 1082 转换为八进制 （10821082）10 10= =（ （20722072）8 8 （三）体验（三）体验 PythonPython 中数值型数据中数值型数据( (非负整数非负整数) )的编码的编码 在 Python 中，可使用函数 int(num,R)将 R 进制的整数 num 转换为十进制， 这里 num 要使用字符型(

9、常数两端加上引号)。例如： int(11011010,2)#将二进制整数 11011010 转换为十进制 218#返回结果为十进制整数 int(11011010,8)#将八进制整数 11011010 转换为十进制 2363912#返回结果为十进制整数 int(FF,16)#将十六进制整数 FF 转换为十进制 255#返回结果为十进制整数 （四）比特、字节、文件大小的单位（四）比特、字节、文件大小的单位 计算机中数据的最小单位是二进制位，称为比特(bit,简写为 b)。 计算机存储数据的基本单位是字节（Byte，简写为 B） ，1B=8b。 因为计算机内数据都是以二进制形式存储的，所以文件大小的

10、单位也是字 节，但字节单位太小，常用的有 KB,MB,GB 等。 1KB=2 10B=1024B 1MB=2 10KB=220B=1,048,576B 1GB=2 10MB=220KB=230B=1,073,741,824B 体验：在体验：在 PythonPython 中，可使用函数中，可使用函数 bin(num),oct(num),hex(num),bin(num),oct(num),hex(num),将十进制将十进制 整数整数 numnum 分别转换为二、八、十六进制，这里分别转换为二、八、十六进制，这里 numnum 为整数。为整数。例如： bin(100)#将十进制整数 100 转换为

11、二进制 0b1100100#返回结果为字符串，0b 表示二进制 oct(100)#将十进制整数 100 转换为八进制 0o144#返回结果为字符串，0o 表示八进制 hex(100)#将十进制整数 100 转换为十六进制 0 x64#返回结果为字符串，0 x 表示十六进制 三、文本数据的编码三、文本数据的编码 【做一做】 查看数据的编码 在 Python 中，通过 ord()函数查看字符的编码。 ord(1)#显示字符“1”的编码值 49 ord(A)#显示字符“A”的编码值 65 ord(男)#显示字符“男”的编码值 30007 chr(30007)#显示编码值为 30007 的字符 男来源

12、:学科网 ZXXK 1.ASCII1.ASCII 码码 2.Unicode2.Unicode 码码 汉字编码的国家标准如下： （1）GB 23121980 字符集共收录 6763 个汉字。 （2）GBK 字符集，兼容 GB 23121980 标准，收入 21003 个汉字。 （3）GB 180302000 字符集，包含 GBK 字符集和 CJK 统一汉字扩充 A 的汉 字，共计 27533 个汉字。 （4）GB 180302005 字符集，在 GB 180302000 的基础上，增加了 CJK 统一汉字扩充 B 的汉字及其他汉字， 共计 70244 个汉字。 Unicode 字符集，是全球可以

13、共享的编码字符集，涵盖了世界上主要文字的 字符，其中包括简繁体汉字，共计 74686 个汉字。如汉字“男” 的 Unicode 编 码为 30007（十进制） ，用十六进制表示为 7537，用二进制表示为 0111010100110111。 在 Python 中，函数 ord()返回的是字符的 Unicode 码值，函数 chr()返回 Unicode 码对应的字符。 【练习 4】在 Python 中输出自己的姓名，但编程或表达式中不得直接出现 这些汉字。 参考解答： 事先用 ord()函数查看姓名中各汉字的 Unicode 编码， 再用 chr() 函数获取这个汉字。 chr(24352)+

14、chr(39134) 张飞#返回“张飞” str(ord(枣)+ +str(ord(庄) 2653124196 3.3.汉字的其他编码及相互关系（拓展）汉字的其他编码及相互关系（拓展） 区位码区位码 在 GB2312-80信息交换用汉字编码字符集中，所有的国标汉字与符号组 成一个 9494 的矩阵。 在此方阵中,每一行称为一个 “区” ,每一列称为一个 “位” , 因此,这个方阵实际上组成了一个有 94 个区(区号分别为 1 到 94)、每个区内有 94 个位(位号分别为 1 到 94)的汉字字符集。一个汉字所在的区号和位号简单地 组合在一起就构成了该汉字的“区位码” 。在汉字的区位码中，高两

15、位为区号， 低两位为位号。在区位码中， 0109 区为 682 个特殊字符， 1687 区为汉字区， 包含 6763 个汉字 。其中 16-55 区为一级汉字(3755 个最常用的汉字，按拼音 字母的次序排列)，5687 区为二级汉字(3008 个汉字，按部首次序排列)。 如“热”字的区位码为 4040（第 40 区第 40 位） 。 汉字区位码可在网上查询。 国标码国标码 国标码是由区位码稍作转换得到,其转换方法为:先将十进制区码和位码转 换为十六进制的区码和位码， 再将这个代码的第一个字节和第二个字节分别加上 20H，就得到国标码。如： “热”字的国标码为 4848H，它是经过下面的转换得

16、到 的：4040D-2828H-+2020H-4848H。 机内码机内码 国标码是汉字信息交换的标准编码， 但因其前后字节的最高位为 0， 与 ASCII 码发生冲突。如“热”字，国标码为 4848H，而英文字符“H”的 ASCII 也为 48H， 现假如内存中有两个字节为 48H 和 48H，这到底是一个汉字，还是两个英文字符 “H”？于是就出现了二义性，显然，国标码是不可能在计算机内部直接采用的。 于是，汉字的机内码采用变形国标码，其变换方法为：将国标码的每个字节都加 上 128（即 80H） ，即将两个字节的最高位由 0 改 1，其余 7 位不变，如上面我们 知道，“热” 字的国标码为

17、4848H， 加上 8080H， 因此，“热” 字的机内码就是 C8C8H。 利用 Word 的“插入-字符”工具查看汉字“热”的编码 “热”字的 Unicode 码为 70EDH。Unicode 码与机内码（基于我国国标编码） 是两套独立的编码体系，相互之间没有固定的转换机制。那么，怎样同时获得某 个汉字的机内码与 Unicode 码呢？可使用下面的小软件（ “查询字符的两种编查询字符的两种编 码码.exe.exe” ） ： 查询汉字的两种编码 输入码输入码 在使用键盘录入汉字时，要用到输入码。 “热”字的全拼输入法编码为 re， 五笔字型输入法编码为 rvyo。 字形码字形码 显示、打印汉

18、字时要用到字库字形。下面的软件，调用了宋体 16 点阵字库， 来显示汉字（ “滚动字幕滚动字幕.exe.exe” ） ： 查看汉字的点阵字形 【练习】你能写出图中汉字“热”的字形编码吗？用十六进制表示（直接将 二进制转换为十六进制，每 4 位二进制数字对应 1 位十六进制数字） 。汉字“热” 的字形编码占多少字节？来源:学科网 （参考答案：0840 0840 0848 7FFC 0848 0A48 1CC8 6848 08A8 088A 290A 1204 0000 4888 4446 8442，占 32 字节） 这些“编码”之间既相互联系又有区别，在不同环节下使用，为计算机处理 汉字形成了完

19、整的数据链，而这些“编码”就是这条链路上的关键“节点” 。 四、练习四、练习 【练习 1】进制转换 10110100(2)=()(10)3D(16)=()(10 ) 255(10)=()(16)100(10)=()(2) E2(16)=()(2)11100101(2)=()(16) 参考答案：180，61，FF，1100100，11100010，E5 【练习 2】我们最熟悉的是十进制，在十进制中，有 21*12=252，那么这个 结论还在哪些进制中成立？为什么？ 参考解答：在 R(R6)进制中都成立。证明如下： 21(R)*12(R)=(2*R+1)*(1*R+2)= (2R+1)(R+2)=2R 2+5R+2=252 (R) 由于式子中出现的最大数字为 5，所以 R6。