计算机原理第二章运算方法和运算器.ppt

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i m i a 2 i n 1
式中,a i 表示各个数字,为0或1,n为整数部分的位数,m 为小数部分的位数。
〔例1〕
2 1 0 1 2 (101 . 01) 1 2 0 2 1 2 0 2 1 2 2
1 4 1 ( 5.25) 10 4
0000 0001
1111 0000 1111 0001
=-1
=+(212-1) =+1
0 1111 0 0000
原码定点小数 绝对值最大负数:1 绝对值最小负数:1 最大正数 : 1111 0000 1111 1111 0000 0001 1111 1111 =-(1-2-12) =-2-12 =+(1-2-12)
公式定义:若定点整数X= X 〔X〕原=
xn2 x1 x0
(加上符号位共 n 位)
0 X 2n1
2
n 1
X 〔X〕反=
0 X 2n1
2
〔X〕补=
n 1 -X
X 0
(2n 1) X
2n1 X 0

0 X 2n1 2n1 X 0
0 1111 0 0000
补码定点小数 绝对值最大负数:1 绝对值最小负数:1 最大正数 : 0000 1111 0000 0000 1111 1111 1111 1111 =-1 =-2-12 =+(1-2-12)
0 1111
非零最小正数:
0 0000
0000
0001
=+2-12
二、浮点表示
N=±RE×M 浮点数格式: 其中N为真值,RE为比例因子,M是尾数。 补码定点整数 E f E1 E2 补码定点小数 Em Mf M1 M2
一、原码表示法
若有二进制小数的真值X = ±0. x1x2…xn,则它的原码表示可记 为: 0 [ X ]原 = x0 . x1x2…xn 其中 x0= 1 当 当 X 0
X 0
〔例〕真值
X=+0.1011111 ,则〔X〕原=0.1011111 X=-0.1011111 ,则〔X〕原=1.1011111
五、整数的原码、反码及补码
类同于小数,只是把
〔例〕若
“.”
改成
“,”

表示隔开符号位。
X=+1010101
则有〔X〕原=0,1010101
若 X=-1010101
〔X〕反=0,1010101
〔X〕补=0,1010101
则有〔X〕原=1,1010101
〔X〕反=1,0101010
〔X〕补=1,0101011


Mn
阶 阶码E 数 尾数M 符 符 R=2,基数为2,浮点数的阶码和尾数都采用补码表示。 〔例1〕假定某个硬件是一个16位的二进制形式,其中阶码8位,尾数8位,各 带一位数符,其浮点数表示范围:
公式: X
〔X〕原=
1-X
0 X 1
1 X 0
〔例〕X=+0.1011111,则〔X〕原=X=0.1011111 X=-0.1011111,则〔X〕原=1-X=1-(-0.1011111 ) =1.1011111
注意:真值0有两种表示 +0和-0。
〔+0〕原=0.00…0,〔-0〕原=1.00…0
im i a 16 i n 1
〔例3〕 ( BC 3.89 )16 11 16 2 12 161 3 16 0 8 16 1 9 16 2
( 3011 .535 )10
( BC3.89 )16 ( 101111000011. 1000100 1 )2
0 X 1
1 X 0
〔例2〕X=+0.1011101,则〔X〕补=X=0.1011101 X=-0.1011101,则〔X〕补=2+X=2-0.1011101 =10.0000000-0.1011101
=1.0100011
注意:[+0]
补=[-0] 补=0.00…0,
而 [-1] 补=1.00…0
引伸到n位时:-(2n-1-1) ~ (2n-1-1)
-(1-2-(n-1)) ~ (1-2-(n-1))
补码定点整数
补码定点小数
绝对值最大负数:1000 绝对值最小负数:1111 最大正数: 0111 非零最小正数: 0000 数的范围:
引伸到n位时:
0000=-27=-128 1111=-1 1111=27-1 0001=+1
每位可选用的数码共16个,为0、1、…8、9、A、B、 C、D、E、F,逢16进位,基数为16。
( N) 16 (an 1an 2 a1a0 . a1 a2 am ) 16
( N ) 16 a n 116n 1 a n 216n 2 a 1161 a 0160 a 116 1 a 216 2 a m16m
16 0 4 2 0 0 0.25 ( 22 . 25) 10
按权展开,然后相加。
〔例2 〕
(58.625)10=( →

)2
1. 整数转换
2 58
2 29 2 14 2 2
“ 除2 取余” 法 低 位
余0 余1 余0 余1 余1 余 1
7
3
2 1 0
高 位

(58)10=(111010)2
2n X
2小数点位置固定不变表示定点数。
定点小数表示:X0 X1X2…Xn-1Xn 定点整数表示:XnXn-1…X1X0
.
.
小数点的位置是一种隐含约定,不需要用某个数位或触发器一类来表示,在运算过 程中小数点位置不变。
〔例〕一个字节八位二进制硬件表示定点整数和定点小数的典型数值。
二、反码表示法
符号位与原码表示的符号位一样,对于正数,符号位为“ 0”,对于负 数,符号位为“1” 。 对于正数,与原码相同。 数值部分: 对于负数,是原码的按位变反。
〔例1〕真值
X=+0.1001111 ,则〔X〕原=0.1001111, 〔X〕反=0.1001111。 X=-0.1001111 ,则〔X〕原=1.1001111, 〔X〕反=1.0110000。
三、补码表示法
① 对于正数来说,补码同原码、反码。

对于负数,符号位不变,“正为0负为1”,数值部份“按位求反加1”。 X=-0.1010000,〔X〕原=1.1010000,〔X〕补=1.0110000
〔例1〕X=+0.1010000,〔X〕原=0.1010000,〔X〕补=0.1010000
公式: X 〔X〕补= 2+X
8=23, 16 = 24
〔例〕 八进制 二进制 十六进制 3 3 2 5 3
11011010.101011
D
A
A
C
则 (11011010.101011)2=(332.53)8=(DA.AC)16
2.1.3 带符号数的表示(以纯小数为例)
真值--日常书写中,用正、负符号加绝对值表示数值,这种形式 表示的数值称为真值。 机器数--计算机内部连同符号都一起数字化了的数,称为机器 数。
二、八进制
每位可选用的数码有8个:0~7,逢8进位,基数为8。
( N) 8 (an 1an 2 a1a0 . a1 a 2 am ) 8
( N ) 8 a n 1 8 n 1 a n 2 8 n 2 a 1 81 a 0 8 0 a 1 8 1 a 2 8 2 a m 8 m
b6b5b4b3b2b1b00000010100111001011101110000nuldlesp0001sohdc10010stxdc20011etxdc30100eotdc40101enqnak0110acksyn0111belteb1000bscan1001htem1010lfsub1011vtesc1100fffs1101crgs1110sors1111siusdel表21ascii码表nulsohstxetsbshtlfvtffcrsosidledc1dc4nak标题开始文本开始文本结束退格backspac横向制表换行linefeed纵向制表格式走纸回车移出shiftout移入shift数据连接交换设备控制否定回答eotenqackbelsyncetbcanemsubescfsgsrsspdel发送结束询问应答响铃同步信息发送组结束删除媒体结束代替换码escape文件分隔组分隔单位分隔空格space删除delete表72各控制字符代表的意义2
四、原码、反码与补码之间的关系
① ② 对于正数,〔X〕原=〔X〕反=〔X〕补 对于负数,〔X〕原=〔〔X〕反〕反=〔〔X〕补〕补
〔例1〕已知〔X〕反=1.1010100,求〔X〕原=? 解:〔X〕原=〔〔X〕反〕反=〔1.1010100〕反=1.0101011
〔例2〕已知〔X〕补=1.0111001 ,求〔X〕原=? 解:〔X〕原=〔〔X〕补〕补=〔1.0111001〕补=1.1000111
2. 纯小数转换

“乘 2 取整 ” 法
0. 6 2 5 × 2 1. 2 5 0 × × 2 0 1
高 位
0. 5 0 0 2
1. 0 0 0
1
低 位

(0.625)10=(0.101)2

(58.625)10=( 111010.101)2
二、八进制、十六进制与二进制间的转换
基数=8 16 2
24 16
四、二—十进制
用二进制编码表示十进制数,称为BCD码。 (Binary Coded Decimal),最基本的是 8421码。
〔例4〕
( 137 )10 ( 0001 00110111) BCD
2.1.2
数制转换
一、二进制数与十进制数之间的转换
4 3 2 1 0 1 2 〔例1〕 (10110 . 01) 1 2 0 2 1 2 1 2 0 2 0 2 1 2 2
公式表示:若二进制小数
X 〔X〕反=
X=±0.x1x2…xn,则
0 X 1
1 X 0
其中n代表二进制位数
(2-2-n)+X
〔例2〕X=+0.1101111,则〔X〕反=X=0.1101111 X=-0.1101111,则〔X〕反=(2-2-7)+X =10.0000000-0.0000001+(-0.1101111) =1.1111111-0.1101111=1.0010000 注意:〔+0〕反=0.00…0,〔-0〕反=1.11…1。
〔课堂作业〕某机器用13位硬件来表示数据,其中一位符号位, 12位数据位,分别求原码定点整数绝对值最大负数和补码定点整 数绝对值最大负数。(找一个同学上来做) 解:
绝对值最大负数:1 原码定点整数 1111 1111 1111 =-(212-1)
绝对值最小负数:1
最大正数 : 非零最小正数:
0000
第二章 运算方法和运算器(P122)
§2.1 §2.2 § 2.3 数据信息的表示方法 算术、逻辑运算部件ALU 定点加减运算
§ 2.4 定点乘除法运算 §2.5 浮点四则运算
§2.6 运算器组织
§2.1
① ②
数据信息的表示方法
采用什么进位计数制? 二进制 如何表示一个带符号的数? 原码、反码、补码

如何处理小数点? 定点与浮点
2.1.1 进位计数制 一、二进制数的表示
对于任意一个二进制数N,用位置计数法表示如下:
( N) 2 (an 1an 2 a1a0 . a1 a 2 am ) 2
用按权展开法表示为
( N ) 2 a n 1 2 n 1 a n 2 2 n 2 a 1 21 a 0 20 a 1 2 1 a 2 2 2 a m 2 m
1000 1111 0111 0000
0000=-1 1111=-2-7 1111=1-2-7 0001=2-7
-27~ (27-1)
-2n-1~ (2n-1-1)
-1~ (1-2-7)
-1 ~ (1-2-(n-1))
定点数表示的缺点:数据表示范围小,例如用16位硬件表示的整数, 补码表示的整数的范围:-215 ~ (215-1),即: -32768 ~ 32767,很容易产生溢出; 优点:定点数比较简单,表示数据的有效精度高,16位可全部用来表 示数据位数。
原码定点整数 绝对值最大负数:1111 1111=-(27-1)=-127 绝对值最小负数:1000 0001=-1 最大正数 : 0111 1111=27-1=127 非零最小正数: 0000 0001=+1 数的范围: -(27-1) ~ (27-1)
原码定点小数 1111 1111=-(1-2-7) 1000 0001 =-2-7 0111 1111 =1-2-7 0000 0001 =2-7 -(1-2-7) ~ (1-2-7)
〔例2〕
im i a 8 i n 1
( 703 .64 )8 7 82 0 81 3 80 6 81 4 82 ( 451 . 8125 )10
( 703.64 )8 ( 111 000011. 110100)2
23 8
三、十六进制
0 1111
非零最小正数:
0 0000
0000
0001
=+2-12
解:
绝对值最大负数:1 绝对值最小负数:1 最大正数 : 非零最小正数:
补码定点整数 0000 1111 0000 0000 1111 1111 1111 0000 1111 0001 =-212 =-1 =+(212-1) =+1
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