2019-2020-1学期 20192419 《网络空间安全专业导论》第一周学习总结 （读书笔记）
二进制数值与技术系统
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除的数）
2.2位置计数法
基数：技术系统的基本数值，规定了这个系统中使用的数字量和数位位置的值。
数字是用位置计数法编写的
- 位置计数法：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置的乘积之和。
算盘中部横木以上的算珠表示5个单位，以下的算珠表示1个单位
2.2.1二进制、八进制和十六进制
以16为基数的计数系统中的16数字如下：1、2、3、4、5、6、7、8、9
、A、B、C、D、E和F
任何计数系统中的最大数字比基数小1.要用任何基数表示基数值，只需要；两个数字。0在最左边，1在0的左边，这个数字表示基数值本身。
2.2.2其他记数系统中的运算
二进制加法运算
如：101110+11011=1001001
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，要从最右边的二进制数位开始，每三个数位一组，把每组数字转换成相应的八进制数。
2.2.4把十进制数转换成其他数制的数
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
所有信息都是用二进制数值表示的，原因在于计算机中的每个存储为只有高电平和低电平两种信号。由于每个存储位的状态只能是这两者之一，所以使用二进制符合逻辑。
每个存储单元称为一个二进制数字（或称为位bit）。把位集合在一起就构成了字节（byte)，字节集合在一起构成了字。字中的位数称为计算机的字长。
数据表示法
3.1数据与计算机
数据是基本值或事实，而信息则是用某种能够有效解决问题的方式组织或处理过的数据。数据是未组织过的，缺少上下文。信息则可以帮助我们回答问题。数据可以分为两类：连续的（模拟的）和离散的（数字的）
- 多媒体：几种不同媒体类型
- 数据压缩：减少存储一段数据所需空间。
- 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
- 无损压缩：不会丢失信息的数字压缩技术。
- 有损压缩：会丢失信息的数据压缩技术。
表示数据的方法有两种，即模拟法和数字法。模拟数据是一种连续表示法，模拟它表示的真实信息。数字数据是一种离散表示法，把信息分割成了独立的元素。 （水银是一种模拟设备）
模拟数据完全对应于我们周围连续无限的世界。因此，计算机不能很好地处理模拟数据。我们需要数字化数据，把信息分割成片段并单独表示每个片段。
数字化：把信息分割成离散的片段
为何现代计算机使用二进制？因为如果存储和管理数据的设备只需要表示两种数值之一，那么费用小得多，也可靠的多
- 脉冲编码调制：数字信号只在两个极端之间跳跃。
- 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。
n位二进制数字能表示2n种状态，因为n位数字可以构成2n种0和1的组合。请注意，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
3.2.1负数表示法
- 符合数值表示法：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。要求两个两个数的和，即找到第一个的刻度，然后向第二个数的符号所示的方向移动指示的数字单位。执行减法的方式一样，即按照符号所示的方向沿着实数直线图移动指定的单位。
如果只允许用定量的数值，那么可以用一半数表示正数，另一半数表示负数，符号由数的属值决定。例如，假定能够表示最大十进制是99，那么可以用1到49表示正数1到49，用50到99表示负数-50到-1。
计算负数表示法
Negative(I)=10k-I，其中k是数字个数。这种负数表示方法称为十进制补码。
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。
*二进制补码最左边的位数表示了这个数字是负数还是正数。最左边如果是“0”，那么说明这个数字是正数；如果是“1”，那么说明这个数字是负数。溢出：给结果预留的位数存不下计算出的值的状况。
3.2.2实数表示法
我们把非整数的值称为实值。- 小数点：记数系统中，把一个实数分割成整数部分和小数部分的点。
- 浮点表示法：标明了符号、尾数和指数的实数表示法。
二进制浮点值定义：
符号×尾数×2exp
把一个整数从十进制转换成其他数制，需要用新基数除这个数，余数是结果左边的下一位数字，商是新的被除数，整个过程直到商为0终止。转换小数部分操作只不过不是用新基数除这个数，而是用新基数乘它。乘法的进位将成为答案右边的下一位数字，乘法结果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。 科学计数法另一种浮点表示法。
文本表示法
文档是连续（模拟）的实体，独立的字符则是离散的元素，它们才是我们要表示并存储在计算机内存中的。一种表示字符的普通方法是列出所有字符，然后赋予每个字符一个二进制字符串。
字符集只是字符和表示它们的代码的清单。即用ASCII字符集和Unicode字符集。
3.3.1ASCII字符集
ASCII字符集是美国信息交换标准代码的缩写。ASCII最初集用7位表示每个字符，可以表示128个不同的字符。每个字符中的第八位最初被用作校验位，协助确保数据传输正确。之后，ASCII用8位表示每个字符。这个8位版本的正式名字是Latin-1扩展ASCII字符集。
3.3.2Unicode字符集
Unicode字符集具有更强大的国际影响力，一个方便之处就是它把ASCII字符集作为一个子集。（其中，Unicode字符集345F代码来源于中文、日文、韩文）
3.3.3文本压缩
三种文本压缩类型- 关键字编码
- 行程长度编码
赫夫曼编码
关键字编码
关键字编码是一种相当直接的文本压缩方法，它用单个字符替代了常用的单词。
*局限性：1.用来对关键字编码的字符不能出现在原始文本中。例如，如果原始段落中包含"$"，就会与that这个单词的符号冲突。2.单词The与the不同，因此想对The编码，就必须使用另一个符号，或者采用更加复杂的替换模式。3.最后，不要对"a"这样的单词编码，因为那不过是一个字符。
行程长度编码
行程长度编码有时又称为迭代编码
如，下面字符有7个A构成：AAAAAAA.
如果用！作为标志字符，这个字符串可以被编码为：！A7
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
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
一个立体声系统通过电信号发送到一个扬声器来制造声音。这种信号是声波的模拟表示法
数字化这种信号，需要周期性地测量信号的电压，并记录合适的数值，这一过程称为采样。
塑胶唱片是声波的模拟表示法。另一方面，激光唱片（CD）则存储了数字化音频信息。3.4.1音频格式
WAV、AU、AIFF、VQF和MP3。目前，处于统治地位的压缩音频数据的格式是MP3。
3.4.2MP3音频格式
MP3是MPEG-2 audio layer3的缩写，MP3格式使用有损压缩和无损压缩两种压缩方法。
3.5.1颜色表示法
这些感光器分类分别对应于红、绿和蓝三种颜色。
颜色通用RGB值表示。这其实是三个数字，说明每种原色的相对份额。
色深度是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。增强彩色指色深度为16位的颜色，RGB值中的每个数字由5位表示，剩下的一位有时用于表示透明度。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：用于表示图像的独立点，代表图像的元素。
光栅图形格式：逐个像素存储图像信息的格式。
GIF文件最适合用于颜色较少的图形和图像，因此，他是存放线条图像的首选格式。JPEG格式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，有效地减小了生成文件大小。PN图像压缩效果通常闭GIF图像的更好，同时提供的色深度范围更广。不过不支持动画。3.5.3图形的矢量表示法
矢量图形格式不像光栅图形那样把颜色赋予像素，而是用线段和几何形状描述图像。矢量图形：用线段和几何形表示图像的方法。
矢量图形则适用于艺术线条和卡通绘画。网络上最流行的矢量图形格式是Flash。一种新的矢量格式SVG正在开发中，它是用纯文本表示的。一旦SVG格式完成了，矢量图形可能成为网络成像的流行方法。3.6视频表示法
视频编译码器
编译码器表示压缩器/解压缩器。视频编译码器指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。几乎所有视频编译码器都采用有损压缩，以最小化与视频相关的数据量。
视频编译码器采用的压缩方式有两种，即时间压缩和空间压缩。- 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有Sorenson、Cinepak、MPEG和Real Video。