第2章信息表示PPT讲稿.ppt
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1、第2章信息表示第1页,共43页,编辑于2022年,星期一2.1 数值型数据的表示方法数值型数据的表示方法2.1.2 带符号数的表示带符号数的表示2.1.1 进位计数制进位计数制思想思想表示范围表示范围典型值的表示典型值的表示原码原码补码补码000102n真值原码变补码的方法真值原码变补码的方法第2页,共43页,编辑于2022年,星期一1.原码表示法原码表示法(1)若定点小数的原码序列为若定点小数的原码序列为X0.X1X2Xn,则,则 原码表示法的思想:原码表示法的思想:让数码序列的最高位为符号位,符让数码序列的最高位为符号位,符号位为号位为0 0表示该数为正,为表示该数为正,为1 1表示该数为
2、负;表示该数为负;数码序列的其余数码序列的其余部分为有效数值,用二进制的绝对值表示。部分为有效数值,用二进制的绝对值表示。X 0X1 X 原原=1X1|X|1 X 0若若X0.1011,则,则X原原0.1011若若X0.1011,则,则X原原1.1011第3页,共43页,编辑于2022年,星期一(2)若定点整数的原码序列为若定点整数的原码序列为Xn Xn1X1X0,其中,其中Xn n表示表示符号位,则符号位,则(3)讨论讨论 X 0X2n X 原原=2nX2n|X|2n X 0若若X1011,则五位字长的,则五位字长的X原原01011,而八位字长,而八位字长的的X原原00001011若若X10
3、11,则五位字长的,则五位字长的X原原 ,而八位字长,而八位字长的的X原原11011100010111 0 0 0n第4页,共43页,编辑于2022年,星期一 X 0X1 X 原原=1X1|X|1 X 0真值真值0可以有两种不同的表示形式,分别称为可以有两种不同的表示形式,分别称为0与与0。以小数为例:。以小数为例:X 0X2n X 原原=2nX2n|X|2n X 0符号位不是数值的一部分,是人为地约定符号位不是数值的一部分,是人为地约定“0正正1负负”。+0原原0.000 -0原原1.000对于小数原码,表示范围:对于小数原码,表示范围:1 X 1对于整数原码对于整数原码 Xn Xn1X1X
4、0,表示范围为,表示范围为 2n X 2n 第5页,共43页,编辑于2022年,星期一2.补码表示法补码表示法(1)补码的定义补码的定义 例例7 若若X0.1011,则,则8位字长的位字长的X补补 X原原补码的统一定义式补码的统一定义式 X 补补=M+X (mod M)定点小数的补码定义式定点小数的补码定义式 若定点小数的补码序列为若定点小数的补码序列为X0.X1X2Xn,其溢,其溢出量为出量为 ,因此以,因此以 为模,有:为模,有:例例8 若若X0.1011,则,则5位字长位字长X补补 写成写成8位字长,则位字长,则X补补 X 0X1 X 补补=(mod 2)2X2|X|1X0220.101
5、1000 0.101100020.10111.010120.10110001.0101000MM第6页,共43页,编辑于2022年,星期一 定点整数的补码定义式定点整数的补码定义式 若定点整数的补码序列为若定点整数的补码序列为Xn Xn1X1X0,即连,即连同符号位有同符号位有n n1 1位,其溢出量为位,其溢出量为 ,因此以,因此以 为为模,有模,有例例9 若若X1011,则,则5位字长的位字长的X补补 ,而,而8位字长的位字长的X补补 X原原 例例10 若若X1011,则则5位字长的位字长的X补补 ,而而8位字长的位字长的X补补 X原原 X 0X2n X 补补=(mod 2n1)2n1X2
6、n1|X|2n X0 1 0 0 0 0n+12n+12n+1010110000101100001011 100000101110101100000000000010111111010110001011 第7页,共43页,编辑于2022年,星期一(2)由真值、原码转换为补码由真值、原码转换为补码 负数原码转换为负数补码的方法之一负数原码转换为负数补码的方法之一 符号位保持符号位保持1不变,其余各位先变反,然后在末不变,其余各位先变反,然后在末位加位加1。此方法简称为。此方法简称为“变反加变反加1”。例例11 若若X原原0.1010,则,则X补补 0.1010。正数的补码表示与原码相同。正数的补
7、码表示与原码相同。若若X原原1.0110,求,求X补补。X原原 1.0110 尾数变反尾数变反 1.1001 末位加末位加1 1 X补补 1.1010 第8页,共43页,编辑于2022年,星期一 负数原码转换为负数补码的方法之二负数原码转换为负数补码的方法之二 符号位保持符号位保持1不变,尾数部分自低位向高位,第一不变,尾数部分自低位向高位,第一个个1及其以前的各低位都保持不变,以后的各高位则按及其以前的各低位都保持不变,以后的各高位则按位变反。位变反。例例12 若若X原原1.1010,则,则X补补?。X原原 1.10 10 X补补 1.01 10 不变不变 变反变反 不变不变第9页,共43页
8、,编辑于2022年,星期一(3)由补码转换为原码和真值由补码转换为原码和真值 负数的转换则可采用上述的原码转换为补码的负数的转换则可采用上述的原码转换为补码的两种方法之一,做逆转换即可。两种方法之一,做逆转换即可。正数的补码表示与原码相同。不需要转换。正数的补码表示与原码相同。不需要转换。第10页,共43页,编辑于2022年,星期一(4)讨论讨论 在补码表示中仍以最高位作为符号位,在补码表示中仍以最高位作为符号位,“0正正1负负”,这点与原码相同。但补码的符号位是由补码的,这点与原码相同。但补码的符号位是由补码的定义式计算出来的,它是数值的一部分,可以与尾定义式计算出来的,它是数值的一部分,可
9、以与尾数一起直接参与运算,不需要单独处理。数一起直接参与运算,不需要单独处理。在补码表示中数值在补码表示中数值0只有一种表示,即只有一种表示,即000。补码定义式与原码定义式在数域划分上的一点细补码定义式与原码定义式在数域划分上的一点细微差别微差别 X 0X1 X 补补=(mod 2)2X2|X|1X0 X 0X1 X 原原=1X2|X|1 X0第11页,共43页,编辑于2022年,星期一 从补码定义式与原码定义式数域划分的比较中还可发从补码定义式与原码定义式数域划分的比较中还可发现:负数补码表示范围比原码稍宽一点,即多一种组合。现:负数补码表示范围比原码稍宽一点,即多一种组合。整数原码表示中
10、的绝对值最大负数是整数原码表示中的绝对值最大负数是-(2n1),则补码表,则补码表示中的绝对值最大负数是示中的绝对值最大负数是-2n,其代码是,其代码是100。X 0X2n X 补补=(mod 2n1)2 n1X2n1|X|2n X0 X 0X2n X 原原=2 nX2n|X|2n X0第12页,共43页,编辑于2022年,星期一 将负数将负数X的真值与补码的真值与补码X补补作一映射图,可以进一作一映射图,可以进一步看出:负数补码表示的实质是将负数映射到正数步看出:负数补码表示的实质是将负数映射到正数域,域,-2n-100-2n1-011-1-00100002n101100000112n110
11、02n1012n11112n11XX补补可实现化减为加,达到简化运算的目的。可实现化减为加,达到简化运算的目的。第13页,共43页,编辑于2022年,星期一3.反码表示法反码表示法 约定如下:正数的反码表示与原码相同;负数反码的符号约定如下:正数的反码表示与原码相同;负数反码的符号位为位为1 1,尾数由原码尾数逐位求反。,尾数由原码尾数逐位求反。例例13 若若X原原0.1010,则,则X反反 0.1010 若若X原原1.1010,则,则X反反 1.0101 在形式上反码跟补码的区别就是末位少一个在形式上反码跟补码的区别就是末位少一个1 1。若定点小数的反码序列为若定点小数的反码序列为X0.X1
12、X2Xn,则:,则:X 0X1 X 反反=(2-2-n)X 1X0 若定点整数的反码序列为若定点整数的反码序列为Xn Xn1X1X0,则:,则:X 0X2n X 反反=(2n1-1)X 2n X 0第14页,共43页,编辑于2022年,星期一思想思想表示范围表示范围典型值的表示典型值的表示原码原码补码补码约定约定计算公式计算公式(1,1)(2n,2n)1,1)2n,2n)00.00001.0000000010000.000011.000000002n100X 补补=M+X (mod M)0.00000.00001.00001.0000000000100100真值原码变补码的方法真值原码变补码的
13、方法第15页,共43页,编辑于2022年,星期一1.设机器字长位设机器字长位8位位(含含1位符号位位符号位),以下,以下()是是0的一个的一个原码。原码。A.111111 B.10000000 C.01111111 D.110000002.(2009)一个一个C语言程序在一台语言程序在一台 32 位机器上运行。程序位机器上运行。程序中定义了三个变量中定义了三个变量 xyz,其中,其中x 和和 z是是int 型,型,y 为为short 型。当型。当 x=127,y=-9 时,执行赋值语句时,执行赋值语句z=x+y 后,后,xyz 的值分别是(的值分别是()(A)X=0000007FH,y=FFF
14、9H,z=00000076H(B)X=0000007FH,y=FFF9H,z=FFFF0076H(C)X=0000007FH,y=FFF7H,z=FFFF0076H(D)X=0000007FH,y=FFF7H,z=00000076H第16页,共43页,编辑于2022年,星期一2.1.3 数的定点表示与浮点表示数的定点表示与浮点表示1.定点表示定点表示 若代码序列为若代码序列为Xn Xn1X1X0,即,即n1位整数,则:位整数,则:无符号定点整数:无符号定点整数:原码与补码的形式相同,表示范围:原码与补码的形式相同,表示范围:02n11;小数点位置固定不变的数叫定点数。小数点位置固定不变的数叫定
15、点数。正整数正整数略去符号位的正整数称为无符号整数略去符号位的正整数称为无符号整数所有的位数都可以用来表示数值的大小。所有的位数都可以用来表示数值的大小。典型值典型值 真值真值 代码序列代码序列最大正数最大正数 2n11 1111最小非零正数最小非零正数 1 0001分辨率:分辨率:1。第17页,共43页,编辑于2022年,星期一 带符号定点整数:带符号定点整数:若代码序列为若代码序列为Xn Xn1X1X0,Xn是符号位,则:是符号位,则:典型值典型值 真值真值 代码序列代码序列原码绝对值最大负数原码绝对值最大负数 (2n1)1111原码绝对值最小负数原码绝对值最小负数 1 1001原码最小非
16、零正数原码最小非零正数 1 0001原码最大正数原码最大正数 2n1 0111 补码绝对值最大负数补码绝对值最大负数 2n 1000补码绝对值最小负数补码绝对值最小负数 1 1111补码最小非零正数补码最小非零正数 1 0001补码最大正数补码最大正数 2n1 0111可用补码表示,也有采用原码表示的。可用补码表示,也有采用原码表示的。原码定点整数的表示范围:原码定点整数的表示范围:(2n1)2n1原码、补码定点整数的分辨率:原码、补码定点整数的分辨率:1补码定点整数的表示范围:补码定点整数的表示范围:2n 2n1第18页,共43页,编辑于2022年,星期一 典型值典型值 真值真值 代码序列代
17、码序列原码绝对值最大负数原码绝对值最大负数 (12n)1.111原码绝对值最小负数原码绝对值最小负数 2n 1.001原码最小非零正数原码最小非零正数 2n 0.001原码最大正数原码最大正数 12n 0.111补码绝对值最大负数补码绝对值最大负数 1 1.000 补码绝对值最小负数补码绝对值最小负数 2n 1.111补码最小非零正数补码最小非零正数 2-n 0.001补码最大正数补码最大正数 12n 0.111 带符号定点小数:带符号定点小数:用原码或补码表示。序列用原码或补码表示。序列X0.X1X2 Xn原码、补码定点整数的分辨率:原码、补码定点整数的分辨率:2n原码定点小数的表示范围:原
18、码定点小数的表示范围:(12n)12n补码定点小数的表示范围:补码定点小数的表示范围:1 12n第19页,共43页,编辑于2022年,星期一讨论讨论 在描述小数序列时采用的顺序是在描述小数序列时采用的顺序是X0.X1 X2 Xn,在描述整数序列时采用的顺序时,在描述整数序列时采用的顺序时Xn X n1 X0;如果某个数既有小数又有整数,要将它规范为某如果某个数既有小数又有整数,要将它规范为某种定点数,就需要在程序中设置比例因子。种定点数,就需要在程序中设置比例因子。定点数的表示范围有限。如果运算结果超出表示定点数的表示范围有限。如果运算结果超出表示范围,称为溢出。大于最大正数,称为正溢;沿负的
19、范围,称为溢出。大于最大正数,称为正溢;沿负的方向超出绝对值最大负数(或描述为小于定点数的最方向超出绝对值最大负数(或描述为小于定点数的最小值),称为负溢。计算机硬件应具有溢出判断功能。小值),称为负溢。计算机硬件应具有溢出判断功能。定点数比较简单,实现定点运算的硬件成本比定点数比较简单,实现定点运算的硬件成本比较低。较低。但在有限位数的定点数中,表示范围与精度但在有限位数的定点数中,表示范围与精度这两项指标不能兼顾,选取比例因子比较麻烦。这两项指标不能兼顾,选取比例因子比较麻烦。在这两种定点数中在这两种定点数中X0位的权值都是位的权值都是20。第20页,共43页,编辑于2022年,星期一2.
20、浮点表示法浮点表示法 N=REM浮点数是一种小数点位置不固定,可随需要浮点数是一种小数点位置不固定,可随需要浮动的数浮动的数浮点数格式(原理性)浮点数格式(原理性)EfE1MnM2MfE2M1Em阶阶符符数数符符阶码阶码E尾数尾数M真值真值比例因子比例因子尾数尾数 N=REM第21页,共43页,编辑于2022年,星期一EfE1MnM2MfE2M1Em阶阶符符数数符符阶码阶码E尾数尾数M E是阶码,也就是比例因子是阶码,也就是比例因子RE的指数值,为带符号定点的指数值,为带符号定点整数,可用补码或整数,可用补码或移码移码表示。表示。M是尾数,带符号的定点小数,可用补码或原码表示。是尾数,带符号的
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