运算方法和运算器数据的表示方法讲稿.ppt
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1、关于运算方法和运算器数据的关于运算方法和运算器数据的表示方法表示方法第一页,讲稿共四十页哦第二章第二章 运算方法和运算器运算方法和运算器2.1 2.1 数据表示数据表示2.1.1 2.1.1 概述概述一、什么叫数据表示一、什么叫数据表示 是指能由计算机硬件直接识别的数据是指能由计算机硬件直接识别的数据类型,如定点数、浮点数等。而所谓类型,如定点数、浮点数等。而所谓“由硬件直接识别由硬件直接识别”意味着某种数据类型意味着某种数据类型可以用计算机硬件直接表示出来,并能可以用计算机硬件直接表示出来,并能由计算机指令直接调用该数据类型。由计算机指令直接调用该数据类型。第二页,讲稿共四十页哦二、数据的表
2、示方法二、数据的表示方法n数值数据数值数据:能进行算术运算能得到明确能进行算术运算能得到明确数值概念的数字数据。数值概念的数字数据。n非数值数据非数值数据:以数字数据形式进入计算以数字数据形式进入计算机的声音、图像、文字等信息。机的声音、图像、文字等信息。第三页,讲稿共四十页哦2.1.2 2.1.2 数值数据的表示法数值数据的表示法一、进位计数制(简称进制)及相互转换一、进位计数制(简称进制)及相互转换1 1、进制的概念、进制的概念 r r进制:进制:有有0 0,r-1 r-1 共共 r r 个单位数(个单位数(unitunit););逢逢 r r 进一。进一。任何一个任何一个r r进制数进制
3、数N N可以表示为:可以表示为:第四页,讲稿共四十页哦2.1.2 2.1.2 数值数据的表示法数值数据的表示法若若r=2r=2,二进制数,各位的权是以,二进制数,各位的权是以2 2为底的幂;为底的幂;若若r=8r=8,八进制数,各位的权是以,八进制数,各位的权是以8 8为底的幂,有八个为底的幂,有八个数码:数码:0 0、1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6、7 7;若若r=10r=10,十进制数,各位的权是以,十进制数,各位的权是以1010为底的幂;为底的幂;若若r=16r=16,是十六进制数,其各位的权是以,是十六进制数,其各位的权是以1616为底的为底的幂,有幂,有1616个数码
4、:个数码:0 0、1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6、7 7、8 8、9 9、A A、B B、C C、D D、E E、F F。为了明确表示一个数所采用的进位计数制,可以该数的为了明确表示一个数所采用的进位计数制,可以该数的后面加上下标后面加上下标 (B)(B)、(Q)(Q)、(D)(D)、(H)(H),分别表示该数为,分别表示该数为二进制、八进制、十进制和十六进制二进制、八进制、十进制和十六进制第五页,讲稿共四十页哦2.1.2 2.1.2 数值数据的表示法数值数据的表示法2 2、为什么计算机中采用二进制、为什么计算机中采用二进制(1 1)运算简单;)运算简单;(2 2)易于物理实现
5、(容易找到合适的器件);)易于物理实现(容易找到合适的器件);(3 3)易于表示逻辑值的真与假(布尔代数)。)易于表示逻辑值的真与假(布尔代数)。第六页,讲稿共四十页哦2.1.2 2.1.2 数值数据的表示法数值数据的表示法3 3、进制转换、进制转换r r进制数转换为十进制数:各位按权展开求和;进制数转换为十进制数:各位按权展开求和;例1.分别把二进制数1011.01和十六进制数F0.C用十进制表示十进制数转换为十进制数转换为r r进制数:整数部分和小数部进制数:整数部分和小数部分分别进行转换分分别进行转换第七页,讲稿共四十页哦十进制数转换为十进制数转换为r r进制数进制数整数部分的转换步骤整
6、数部分的转换步骤:把把r r写成十进制数;写成十进制数;将将N N除以除以r r,记录商和余数,并用,记录商和余数,并用r r进制表示余数,进制表示余数,这余数便是用这余数便是用r r进制表示的数的最低位数字;进制表示的数的最低位数字;把上次的商进行把上次的商进行中所述除以中所述除以r r取余的运算,用取余的运算,用r r进进制表示余数;重复这种运算直到商为制表示余数;重复这种运算直到商为0 0,这时的余,这时的余数即为十进制数数即为十进制数N N用用r r进制表示时的最高位数字。进制表示时的最高位数字。例2.把十进制数103用二进制表示例3.把十进制数506用十六进制表示第八页,讲稿共四十页
7、哦十进制数转换为十进制数转换为r r进制数进制数小数部分的转换步骤:小数部分的转换步骤:把把r r写成十进制数;写成十进制数;将将N N乘乘以以r r,记记录录积积的的整整数数部部分分和和小小数数部部分分,并并用用r r进进制制表表示示整整数数部部分分,该该整整数数即即为为转转换换后后r r进进制制小小数数的最高位;的最高位;把把上上次次积积的的小小数数部部分分进进行行中中所所述述乘乘以以r r取取整整的的运运算算,用用r r进进制制表表示示积积的的整整数数部部分分;重重复复这这种种运运算算直直到到积积的的小小数数部部分分为为0 0,或或者者达达到到所所要要求求的的位位数数,这这时时的的整数部
8、分即为十进制数整数部分即为十进制数N N转换成转换成r r进制小数的最低位。进制小数的最低位。例4.把十进制0.8125用八进制表示第九页,讲稿共四十页哦二进制与八进制、十六进制的相互转换从二进制转换成十六进制时,从小数点位置开始,从二进制转换成十六进制时,从小数点位置开始,整数部分向左,小数部分向右,每四位二进制数整数部分向左,小数部分向右,每四位二进制数为一组用一位十六进制的数字来表示,不足四位为一组用一位十六进制的数字来表示,不足四位的用的用0 0补足,就是相应十六进制的表示。补足,就是相应十六进制的表示。从二进制转换成八进制时,从小数点位置开始,整从二进制转换成八进制时,从小数点位置开
9、始,整数部分向左,小数部分向右,每三位二进制数为数部分向左,小数部分向右,每三位二进制数为一组用一位八进制的数字来表示,不足三位的用一组用一位八进制的数字来表示,不足三位的用0 0补足,就是相应八进制的表示。补足,就是相应八进制的表示。例5.把二进制11011010111.11101用十六进制表示例6.把八进制数62.31用二进制表示第十页,讲稿共四十页哦2.1.2 2.1.2 数值数据的表示法数值数据的表示法二、数的机器码表示二、数的机器码表示(一)符号数、机器数、真值(一)符号数、机器数、真值1 1、真、真 值:带有正、负号的数据;值:带有正、负号的数据;2 2、机器数:符号位数值化了的数
10、;、机器数:符号位数值化了的数;(因为计算机只认识(因为计算机只认识0 0和和1 1,不认识,不认识 +和和 -)例:例:11011101若为原码机器数,则其真值为若为原码机器数,则其真值为 5 5或或 -101-101,后者往往也叫符号数。后者往往也叫符号数。第十一页,讲稿共四十页哦二、数的机器码表示二、数的机器码表示(二)定点数与浮点数(二)定点数与浮点数1 1、定点数(、定点数(Fix-Point NumberFix-Point Number)(1 1)含义:定点、浮点的)含义:定点、浮点的“点点”都指二都指二进制数中的小数点。定点指小数点位置进制数中的小数点。定点指小数点位置固定。固定
11、。(2 2)常见的两种定点数:)常见的两种定点数:n定点整数(定点整数(IntegerInteger)n定点小数(定点小数(FractionFraction)第十二页,讲稿共四十页哦1 1、定点数、定点数符号位符号位 数值部分数值部分小数点位置小数点位置小数点位置小数点位置小数点位置小数点位置小数点位置小数点位置符号位符号位 数值部分数值部分n注意小数点均为隐含表示。注意小数点均为隐含表示。定点整数(定点整数(IntegerInteger):小数点固定于最低位右边):小数点固定于最低位右边 D Dn-1n-1D Dn-2n-2DD0 0定点小数(定点小数(FractionFraction):小
12、数点固定于最高有效位左边):小数点固定于最高有效位左边 D Dn-1n-1D Dn-2n-2DD0 0第十三页,讲稿共四十页哦(3 3)定点数常见的机器码编码形式)定点数常见的机器码编码形式n定点、浮点表示解决的是小数点的表示方法;而编码定点、浮点表示解决的是小数点的表示方法;而编码解决的是符号位如何数值化的问题。解决的是符号位如何数值化的问题。n但编码后会对运算带来什么样的影响?于是先后使用但编码后会对运算带来什么样的影响?于是先后使用了符号位编码时数值位不变、符号位编码时数值位按了符号位编码时数值位不变、符号位编码时数值位按一定规律变化的几种不同的编码方法。这就是应该了一定规律变化的几种不
13、同的编码方法。这就是应该了解的原码、反码、补码、移码等编码方案。数解的原码、反码、补码、移码等编码方案。数X X的原的原码记作码记作XX原原,反码记作,反码记作XX反反,补码记作,补码记作XX补补。第十四页,讲稿共四十页哦定点整数定点整数-原码原码定义:对于一个二进制数而言,若用最高位表示数的符号(常以定义:对于一个二进制数而言,若用最高位表示数的符号(常以0 0表表示正数,以示正数,以1 1表示负数),其余各位表示数值的本身,则称为该二进表示负数),其余各位表示数值的本身,则称为该二进制数的原码表示法。制数的原码表示法。(1)(1)设某二进制数为设某二进制数为X=+XX=+Xn-2n-2X
14、Xn-3n-3.X.X1 1X X0 0B B,即为正数,即为正数则:则:XX原原 =0X=0Xn-2n-2X Xn-3n-3.X.X1 1X X0 0B=XB=X注意:注意:+0+0原原 =00.00B=00.00B(共(共n n位)位)=0=0(2)(2)设某二进制数为设某二进制数为X=-XX=-Xn-2n-2X Xn-3n-3.X.X1 1X X0 0B B,即为负数,即为负数则:则:XX原原 =1X=1Xn-2n-2X Xn-3n-3.X.X1 1X X0 0B B=100.00B+X=100.00B+Xn-2n-2X Xn-3n-3.X.X1 1X X0 0B=2B=2n-1 n-1
15、-X-X注意:注意:-0-0原原 =10.00B=10.00B(共(共n n位)位)数的表示范围:数的表示范围:-2-2n-1n-1+1X2+1X2n-1n-1-1-1第十五页,讲稿共四十页哦则原码表示的定义是:则原码表示的定义是:x 2n-1 x=2n-1+|x|-2-2n-1n-1+1+1 x 00 x 2 2n-1n-1-1-1x原原=第十六页,讲稿共四十页哦定点整数定点整数-反码反码定义:正数反码与原码相同。负数反码等于其原码符号位不变其余位定义:正数反码与原码相同。负数反码等于其原码符号位不变其余位取反。取反。(1)(1)设某二进制数为设某二进制数为X=+XX=+Xn-2n-2X X
16、n-3n-3.X.X1 1X X0 0B B,即为正数,即为正数则:则:XX反反 =X=X原原 =0X=0Xn-2n-2X Xn-3n-3.X.X1 1X X0 0B=XB=X注意:注意:+0+0反反 =+0=+0原原 =00.00B=00.00B(共(共n n位)位)=0=0(2)(2)设某二进制数为设某二进制数为X=-XX=-Xn-2n-2X Xn-3n-3.X.X1 1X X0 0B B,即为负数,即为负数则:则:XX反反+|X|=2+|X|=2n n-1 -1 所以所以XX反反 =2=2n n-1+X-1+X注意:注意:-0-0反反 =11.11B=11.11B(共(共n n位)位)反
17、码数的表示范围反码数的表示范围:-2:-2n-1n-1+1X2+1X2n-1n-1-1-1第十七页,讲稿共四十页哦 x(2n 1)+x-2-2n-1n-1+1+1 x 00 x 2 2n-1n-1-1-1x反反=反码表示的定义是:反码表示的定义是:第十八页,讲稿共四十页哦概念概念 对时对时:(假设对为(假设对为1 1时)时)一是将时针退一是将时针退 1010-9-9=1=1;一是将时针向前拨一是将时针向前拨 1010+3+3=1=1 这两种方法都能对准到这两种方法都能对准到1 1时。时。结论:负数用补码表示时结论:负数用补码表示时,可以把减法转化为加法。可以把减法转化为加法。定点整数定点整数-
18、补码补码 由此可以看出,减由此可以看出,减9和加和加3是等价的,就是说是等价的,就是说3是是(-9)对对12的的补码,补码,可以用数学公式表示:可以用数学公式表示:-9+3 (mod 12)第十九页,讲稿共四十页哦模的概念模的概念 计计算算机机中中运运算算器器、寄寄存存器器、计计数数器器都都有有一一定定的的位位数数,不不可可能能容容纳纳无无限限大大的的任任意意数数。当当运运算算结结果果超超出出实实际际的的最最大大表表示示范范围围,就就会会发发生生溢溢出出,此此时时所所产产生生的的溢溢出出量量就就是是模模(modulemodule)。)。定点小数的溢出量为定点小数的溢出量为2 2,即以,即以2
19、2为模;为模;一个字长为一个字长为n n位的定点整数的溢出量为位的定点整数的溢出量为2 2n n,即,即 以以2 2n n为模。为模。第二十页,讲稿共四十页哦定点整数定点整数-补码补码定义:假定某机器的字长为定义:假定某机器的字长为n n位,那么它的模就是位,那么它的模就是2 2n n,它是一个,它是一个n+1n+1位数位数100.0B,100.0B,由于计算机只能表示由于计算机只能表示n n位数,因此数位数,因此数2 2n n在计算机中只在计算机中只能以能以n n个零表示,而该数最左边的个零表示,而该数最左边的1 1自动丢失。由以上例子及讨自动丢失。由以上例子及讨论所得:论所得:XX补补 2
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