计算机组成原理 第2章.ppt
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1、计算机组成原理与汇编语言程序设计计算机组成原理与汇编语言程序设计(第(第2版)版)徐徐洁洁俸远桢俸远桢主编主编第第2章章(一)数制与编码 1.进位计数制及其相互转换 2.真值和机器数 3.BCD 码 4.字符与字符串 5.校验码(二)定点数的表示和运算 1.定点数的表示 无符号数的表示;有符号数的表示。2.定点数的运算 定点数的位移运算;原码定点数的加/减运算;补码定点数的加/减运算;定点数的乘/除运算;溢出概念和判别方法。(三)浮点数的表示和运算 1.浮点数的表示、浮点数的表示范围;IEEE754 标准 2.浮点数的加/减运算 第第2 2章章 计算机中的信息表示计算机中的信息表示 数据信息数
2、据信息指令信息指令信息数值型数据数值型数据非数值型数据非数值型数据产生控制信号的基本依据产生控制信号的基本依据第第1 1节节 数据型数据的表示数据型数据的表示2.1.1进位计数制进位计数制要求掌握二进制数、八进制数、十六进制数、要求掌握二进制数、八进制数、十六进制数、十进制数之间的相互转换。十进制数之间的相互转换。进位基数和位的权数基数:计数制中用到的数码的个数,用基数:计数制中用到的数码的个数,用R表示。表示。位权:以基数为底的指数,指数的幂是数位的序号。位权:以基数为底的指数,指数的幂是数位的序号。对一个数对一个数S,其基数为,其基数为R,则:,则:计算机常用各种进制数的表示计算机常用各种
3、进制数的表示进位制进位制二进制二进制八进制八进制十进制十进制十六进制十六进制规则规则逢二进一逢二进一逢八进一逢八进一逢十进一逢十进一逢十六进一逢十六进一基数基数R=2R=8R=10R=16基本符号基本符号0,10,1,2,70,1,2,90,1,.,9,A,.,F权权2i8i10i16i形式表示形式表示BODH十进制数据表示&人们习惯于用十进制表示数据,而计算机则采用二进制表示和处理数据。所以向计算机输入数据时,需要进行十进制数到二进制数的转换;输出数据时,则要进行二进制数到十进制数的转换处理。在数据量较小的情况下,这样的转换对机器运行效率的影响不是很大。但是,在某些应用领域,运算简单而数据量
4、很大,进行这些转换所占用的时间比例比较大。所以为了提高机器的运行效率,计算机可以用十进制来表示和处理数据。&一个十进制数位是用若干位二进制编码表示。用四位二进制代码的不同组合来表示一个十进制数码的编码方法,称为二十进制编码,也称BCD码(Binary Coded Decimal)。常用这种编码作为十进制数转换成二进制数的中间过渡。即先将一个十进制数用BCD码来表示,再把它们送入机器,计算机通过标准子程序使其转换成纯二进制数。数制之间的相互转换二、八、十六进制数转换为十进制数二、八、十六进制数转换为十进制数十进制数转换为二、八、十六进制数十进制数转换为二、八、十六进制数十进制数转换为二进制十进制
5、数转换为二进制十进制数转换为八进制、十六进制数十进制数转换为八进制、十六进制数二进制数和八进制数、十六进制数的转换二进制数和八进制数、十六进制数的转换二进制数转换为八、十六进制数二进制数转换为八、十六进制数八、十六进制数转换为二进制数八、十六进制数转换为二进制数二、八、十六进制数转换为十进制数二、八、十六进制数转换为十进制数(1/2)例例2-1将将(11011.11)2转换为十进制数转换为十进制数解:解:(11011.11)2=124+123+022+121+120+12-1+12-2=(27.75)10二、八、十六进制数转换为十进制数二、八、十六进制数转换为十进制数(2/2)例例2-2将将(
6、732.6)8转换为十进制数转换为十进制数解:解:(732.6)8=782+381+280+68-1=(474.75)10例例2-3将将(A5C.B2)16转换为十进制数转换为十进制数解:解:(A5C.B2)16=10162+5161+12160+1116-1+216-2=(2652.6953125)10十进制转换为二进制数十进制转换为二进制数(1/3)任一十进制数任一十进制数N,N=N整整+N小小。将这两部分分开转换。将这两部分分开转换整数部分的转换:采用整数部分的转换:采用“除除2求余法求余法”,转换方法为:连续,转换方法为:连续用用2除,求得余数(除,求得余数(1或或0)分别为)分别为K
7、0、K1、K2、,直到商,直到商为为0,所有余数排列,所有余数排列Kn-1Kn-2K2K1K0即为所转换的二进制整即为所转换的二进制整数部分。数部分。小数部分的转换:采用小数部分的转换:采用“乘乘2取整法取整法”。转换方法为:连续。转换方法为:连续用用2乘,依次求得各整数位(乘,依次求得各整数位(0或或1)K-1、K-2、K-m,直,直到乘积的小数部分为到乘积的小数部分为0。在小数转换过程中,出现。在小数转换过程中,出现Fi恒不为恒不为0时,可按精度要求确定二进制小数的位数。时,可按精度要求确定二进制小数的位数。十进制转换为二进制数十进制转换为二进制数(2/3)例例2-4求求(43)10的二进
8、制表示的二进制表示解:解:除以除以2商商Qi余数余数Ki43/221K0=121/210K1=110/25K2=05/22K3=12/21K4=01/20K5=1(43)10=(101011)2十进制转换为二进制数十进制转换为二进制数(3/3)例例2-5求求(0.6875)20的二进制值的二进制值解:解:乘以乘以2小数小数Fi整数整数Ki0.687520.3750K-1=10.375020.7500K-2=00.750020.5000K-3=10.500020.0000K-4=1(0.6875)10=(0.1011)2十进制数转换为八进制数、十六进制数十进制数转换为八进制数、十六进制数 将十进
9、制数转换为八进制数、十六进制数时,将十进制数转换为八进制数、十六进制数时,使用的方法与十进制数转换成二进制数的方使用的方法与十进制数转换成二进制数的方法基本相同,只是求整数部分时是用商除以法基本相同,只是求整数部分时是用商除以8或或16,取其余数;小数部分改用乘以,取其余数;小数部分改用乘以8或或16,取其整数即可。,取其整数即可。二进制数与八进制、十六进制数间的转换二进制数与八进制、十六进制数间的转换 二进制转化成八二进制转化成八(十六十六)进制进制整数部分:从右向左按三整数部分:从右向左按三(四四)位分组,不足补零位分组,不足补零小数部分:从左向右按三小数部分:从左向右按三(四四)位分组,
10、不足补零位分组,不足补零例例2-6(001011010110.101011100)2=(1326.534.)81326534例例2-7(01011101.01011010)2=(5D.5A)165D5A八进制、十六进制数与二进制数间的转换八进制、十六进制数与二进制数间的转换八八(十六十六)进制转化成二进制进制转化成二进制一位八进制数对应三位二进制数一位八进制数对应三位二进制数一位十六进制数对应四位二进制数一位十六进制数对应四位二进制数例例2-8(247.63)8=(010100111.110011)2例例2-9(F5A.6B)16=(1111010110100110.01101011)22.1
11、.2带符号数的表示带符号数的表示1、真值与机器数真值与机器数机器数:机器数:在计算机中使用的连同数符一起数码化的数。在计算机中使用的连同数符一起数码化的数。真值:真值:正负号加绝对值表示的数值。正负号加绝对值表示的数值。常用的机器数表示形式有原码、补码和反码。常用的机器数表示形式有原码、补码和反码。例如:设机器字长为例如:设机器字长为8位,有如下真值的原、补、反码位,有如下真值的原、补、反码真值真值xx原原x补补x反反+1101000011010000110100001101+0000000000000000000000000-0100000000000000011111111-1101100
12、011011111001111110010带符号数的表示 一个数的表示方法,是它们在计算机中的组一个数的表示方法,是它们在计算机中的组成格式和编码规则。成格式和编码规则。当一个数送入计算机进行运算处理时,首当一个数送入计算机进行运算处理时,首先将其转换为二进制数,同时还要解决以下先将其转换为二进制数,同时还要解决以下几个问题:几个问题:1怎样表示数的符号怎样表示数的符号2怎样确定小数点的位置怎样确定小数点的位置机器数的原码表示(1/3)规则:机器数的最高一位表示符号,规则:机器数的最高一位表示符号,“0”表示正号;表示正号;“1”表示负号,后面各位用数的绝对值表示。表示负号,后面各位用数的绝对
13、值表示。整数原码的定义为:整数原码的定义为:X原原为机器数的原码,为机器数的原码,X为真值,为真值,n为整数的位数。为整数的位数。例:求例:求X=1011和和Y=-1011的原码的原码解:解:X=1011时,时,原原=01011Y=-1011时,时,Y原原=24-(-1011)=11011机器数的原码表示(2/3)小数原码的定义为:小数原码的定义为:X原原为机器数的原码,为机器数的原码,X为真值。为真值。例:求例:求X=0.1011和和Y=-0.1011的原码的原码解:解:X=0.1011时,时,原原=0.1011Y=-0.1011时,时,Y原原=1-(-0.1011)=1.1011机器数的原
14、码表示(3/3)性质:性质:原码最高位表示数的符号,原码最高位表示数的符号,0表示正号,表示正号,1表示负号。表示负号。0不唯一不唯一定点小数定点小数+0原原=0.00-0原原=1.00整数整数+0原原=000-0原原=100机器数的补码表示(1/8)整数的补码整数的补码X补补为整数为整数X的补码,的补码,X为任意整数,为任意整数,n为整数的位数。为整数的位数。小数的补码:小数的补码:X补补是小数是小数X的补码,的补码,X为任意小数,为任意小数,2为模数。为模数。机器数的补码表示(2/8)例例求正整数求正整数X=1011和负整数和负整数Y=-1011的补码的补码解:解:X补补=01011Y补补
15、=2n+1+X=24+1+X=100000-1011=10101例例求正小数求正小数X=0.1011和负小数和负小数Y=-0.1011的补码的补码解:解:X补补=0.1011Y补补=2+X=2-0.1011=1.0101机器数的补码表示(3/8)性质性质 0的补码唯一的补码唯一整数整数0+0补补=000-0补补=2n+1-000=2n+1=000(mod2n+1)小数小数0+0补补=0.000-0补补=2-0.000=2=0.000(mod2)设设X补补=XSXn-1Xn-2X1X0,XS是补码的符号位,标志整是补码的符号位,标志整数数X的符号,的符号,XS=0时,时,X为正数;为正数;XS=
16、1时,时,X为负数。为负数。补码的表示范围是:补码的表示范围是:正整数正整数2nX0负整数负整数0X-2n整数整数X的补码可以写成:的补码可以写成:X补补=2n+1XS+X,性质性质整数的补码与真值之间的关系整数的补码与真值之间的关系补码与真值的关系补码与真值的关系设设X补补=XSXn-1Xn-2X1X0,X补补=2n+1XS+X,可以证明:,可以证明:X=X补补-2n+1XS=-2nXs+Xn-1Xn-2X1X0补码的一项算术运算特性补码的一项算术运算特性X/2补补是把是把X补补中各位连同符号位一起都右移一位,符号位保持不变。中各位连同符号位一起都右移一位,符号位保持不变。机器数的补码表示(
17、4/8)X0 X2n-2n X0X补补-2n)2n+12n)02n X补补2n+10 X补补0,XS=0,扩展后高扩展后高8位全为位全为0,低,低8位包括符号位仍为原来的位包括符号位仍为原来的数码位。数码位。若若XX-2n即无论即无论X是正还是负,一律加上是正还是负,一律加上2n,称,称2n为基数。为基数。移码与补码的关系:真值是正数时,移码是补码的最高位加移码与补码的关系:真值是正数时,移码是补码的最高位加1;真值是负数时,移码是补码的最高位减;真值是负数时,移码是补码的最高位减1。即。即若若X补补=XSXn-1Xn-2X1X0,则则X移移=Xn-1Xn-2X1X0例例X=1001,X补补=
18、01001,可求得,可求得X移移=11001X=-1001,X补补=10111,可求得,可求得X移移=00111机器数的移(增)码表示法 (2/2)性质:(1)0的移码唯一。整数0 +0移=2n+000=1000 -0移=2n-000=1000 (2)机器0的形式为000,它表示的真值是X移所能表示的最小的数。(3)移码的最高位是符号位,但表示的意义与原码和补码的意义相反。符号为0时,表示负数;符号为1,表示正数。(4)移码一般只进行加减运算,运算后需要对结果进行修正,修正量为2n,即要对结果的符号位取反后,才能得到移码形式的结果。(5)通过比较两个移码的大小,可得知其对应的真值大小。各种编码
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