Представление информации в вычислительных машинах

Автор: Пользователь скрыл имя, 10 Февраля 2013 в 19:50, контрольная работа

Краткое описание

Информация в ЭВМ кодируется в двоичной и двоично-десятичной системах счисления.
Система счисления — это способ наименования и изображения чисел с помощью символов, имеющих определенные количественные значения.
В зависимости от способа изображения чисел, системы счисления делятся на позиционные и непозиционные.

Файлы: 1 файл

456.docx

— 162.76 Кб (Скачать)

Различные хитрые способы кодирования  десятичных цифр внутри тетрады применяются для автоматического обнаружения ошибок в расчетах.

В наиболее часто используемой естественной двоично-кодированной десятичной системе  счисления веса двоичных разрядов внутри тетрады, то есть 8, 4, 2, 1 (см. табл. 1).

Шестнадцатеричная система счисления

При программировании иногда используется шестнадцатеричная система счисления, перевод чисел из которой в двоичную систему счисления весьма прост — выполняется поразрядно (полностью аналогично переводу из двоично-десятичной системы). Для изображения цифр, больших 9, в шестнадцатеричной системе счисления применяются буквы

● А представляет цифру -> 10,

● В -> 11,   ● С -> 12,   ● D -> 13,   ● Е -> 14,  ● F –> 15 (см. табл. 1).

 

Таблица 1. Таблица двоичных кодов десятичных и шестнадцатеричных цифр

 

Цифра

Код

Цифра

Код

 

Например, шестнадцатеричное число F17B(16) в двоичной системе выглядит так: 1111 0001 0111 1011(2),

 

а десятичное число 9703(10) в двоично-десятичной системе выглядит так: 1001 0111 0000 0011(2-10).

0

0000

8

1000

1

0001

9

1001

2

0010

А

1010

3

0011

В

1011

4

0100

С

1100

5

0101

D

1101

6

0110

Е

1110

7

0111

F

1111


 



 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.4. Выполнение арифметических операций в компьютере

 

Правила выполнения арифметических операций

в двоичной системе счисления 

Сложение

101110

+

Вычитание

101110

-

 

001011

 

001011

Результат

111001

Результат

100011

Умножение

    101101x101

    101101

    000000

    101101

Деление

101101/101

1

10

101

Результат

(произведение)

11100001

Результат

(частное)

1001





аналогичны правилам операций в  десятичной системе счисления.  

 

 

 

Особенности выполнения операций над числами с плавающей  запятой

 

Кратко остановимся на выполнении операции над числами с плавающей запятой.

 

При сложении (вычитании) чисел с одинаковыми порядками их мантиссы складываются (вычитаются), а результату присваивается порядок, общий для исходных чисел.

Если порядки исходных чисел  разные, то сначала эти порядки  выравниваются (число с меньшим порядком приводится к числу с большим), затем выполняется операция сложения (вычитания) порядков.

Если при выполнении операции сложения мантисс возникает переполнение, то сумма мантисс сдвигается вправо на один разряд, а порядок суммы увеличивается на 1.

 

При умножении чисел с плавающей запятой их мантиссы перемножаются, а порядки складываются.

 

При делении числа с плавающей запятой мантисса делимого делится на мантиссу делителя, а для получения порядка частного из порядка делимого вычитается порядок делителя.

Если при этом мантисса делимого больше мантиссы делителя, то мантисса частного окажется больше 1 (происходит переполнение) и ее следует сдвинуть на 1 разряд вправо, одновременно увеличив на единицу порядок частного.

 

Выполнение арифметических операций над числами в дополнительных кодах

 

При выполнении арифметических операций в компьютере обычно применяются  не простые, а модифицированные коды. Модифицированный код отличается от простого использованием для изображения знака числа двух разрядов.

Второй знаковый разряд служит для  автоматического обнаружения ситуации переполнения разрядной сетки: при  отсутствии переполнения оба знаковых разряда должны иметь одинаковые цифры (нули или единицы), а при переполнении разрядной сетки цифры в них будут разные. При переполнении результат сдвигается вправо на один разряд.

Сложение производится по обычным правилам сложения двоичных чисел: единица переноса, возникающая из старшего знакового разряда, просто отбрасывается.

Примеры сложения:

X=-0,1101; Y=0,1001. Результат сложения: 11,0011 + 00,1001 = 11,1101 (или -1100);

Х= 0,1101; Y=0,1001. Результат сложения: 00,1101 + 00,1001 = 01,0110 (переполнение, после сдвига вправо получим 00,10110, или +10110);

Х= 0,1101; Y=-0,1001. Результат сложения: 00,1101 + 11,0111 = 100,0100(или 00,0100);

X=-0,1101; Y=-0,1001. Результат сложения: 11,0011 + 11,0111 = 110,1010 (переполнение, после сдвига вправо получим 11,01010, или -10110).

 

Умножение чисел в дополнительных кодах производится по обычным правилам умножения двоичных чисел. Единственной особенностью является то, что если сомножитель является отрицательным (знаковые разряды равны 11), то перед началом умножения следует приписать к нему слева столько единиц, сколько значащих разрядов у другого сомножителя справа от запятой. Результат (произведение) всегда получаем в дополнительном коде.

 

 

 

Особенности выполнения операций в обратных кодах

 

Обратные коды следует складывать как обычные двоичные числа, поступая со знаковыми разрядами, как с  обычными разрядами, а если возникает  единица переноса из знакового разряда, ее следует прибавить к младшему разряду суммы кодов.

Последнее обстоятельство (возможное  добавление единицы в младший  разряд) увеличивает время выполнения операций в обратных кодах, поэтому  в компьютере чаще используются дополнительные коды.

 

Выполнение арифметических операций в 16-ричной системе счисления

 

Арифметические операции в шестнадцатеричной  системе в машине не выполняются.

Операции сложения и вычитания  чисел в таком представлении иногда приходится выполнять при программировании, например при вычислении полных адресов ячеек памяти (при сложении и вычитании адресов сегмента, базы, индекса, смещения в ПК).

Правила их выполнения - обычные для позиционной системы счисления.

 

 

3. Особенности представления информации в ПК

 

  1. Числовая информация внутри ПК кодируется в двоичной или в двоично-десятичной системах счисления; при вводе и выводе любой информации в ПК используются специальные коды представления информации — коды ASCII (American Standard Code for Information Interchange — американский стандартный код для обмена информацией). Эти же коды применяются для кодирования буквенной и символьной информации внутри ПК.

Для удобства работы введены следующие  термины для обозначения совокупностей двоичных разрядов (табл. 2). Эти термины обычно используются в качестве единиц измерения объемов информации, хранимой или обрабатываемой в компьютере.

Таблица 2. Двоичные совокупности

 

Количество двоичных разрядов в группе

   Наименование единицы измерения

1

Бит

8

Байт

16

Параграф

8•10241 = 8•210

Кбайт (килобайт)

8•10242 = 8•220

Мбайт (мегабайт)

8•10243 = 8•230

Гбайт (гигабайт)

8•10244 = 8•240

Тбайт (терабайт)

8•10245 = 8•250

Пбайт (пентабайт)


 

Последовательность нескольких бит  или байт часто называют полем данных.

Биты в числе (в слове, в поле и т. п.) нумеруются справа налево, начиная  с 0-го разряда. В ПК могут обрабатываться поля постоянной и переменной длины.

Поля постоянной длины: □  слово     — 2 байт;   □ двойное слово        — 4 байт;

                                       □ полуслово — 1 байт;     □  расширенное слово — 8 байт.

 

 Числа с фиксированной запятой чаще всего имеют формат слова и полуслова.

 Числа с плавающей запятой             - формат двойного и расширенного слова.

 Поля переменной длины могут иметь любой размер от 0 до 255 байт, но обязательно равный целому числу байт.

 

Структурно запись двоичного числа -1100 0001(2), равного десятичному -193(10), в разрядной сетке ПК выглядят следующим образом (рис. 1, 2) –       прижимаясь вправо.

Слово = 2 байт = 16 бит

Разряд

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

Число

1

0

0

0

0

0

0

0

1

1

0

0

0

0

0

1

 

Знак

числа

Абсолютная величина числа


Рис. 1. Число с фиксированной  запятой формата слово со знаком

 

Двойное слово = 4 байт = 32 бит

 

Разряд

31

30

29

28

27

26

25

24

23

22

21

20

19

18

17

16

15

1

0

Число

1

0

0

0

1

0

0

0

1

1

0

0

0

0

0

1

0

0

0

 

Знак числа

Порядок

Мантисса


Рис.2. Число с плавающей запятой  формата двойное слово

Прижимаясь влево 
Двоично-кодированные десятичные числа могут быть представлены в ПК полями переменной длины в так называемых упакованном (рис. 3) и распакованном форматах.

В упакованном формате для каждой десятичной цифры отводится по четыре двоичных разряда (полбайта), при этом знак числа кодируется в крайнем правом полубайте числа (1100 — знак «+» и 1101 — знак «-»). Здесь: ЦФ — цифра, Знак — знак числа.

 

ЦФ

ЦФ

ЦФ

ЦФ

ЦФ

Знак


Рис. 3.Структура  поля упакованного формата

 

В распакованном формате (рис. 4) для  каждой десятичной цифры отводится  по целому байту, при этом старшие  полубайты (зона) каждого байта (кроме самого младшего) в ПК заполняются кодом 0011 (в соответствии с ASCII-кодом), а в младших (левых) полубайтах обычным образом кодируются десятичные цифры. Старший полубайт (зона) самого младшего (правого) байта используется для кодирования знака числа.

 

Зона(0011)

Цф

Зона(0011)

ЦФ

Зона(0011)

Цф

Знак

ЦФ


Рис. 4. Структура  поля распакованного формата

Упакованный формат используется обычно в ПК при выполнении операций сложения и вычитания двоично-десятичных чисел.

 

Распакованный формат используется в  ПК при вводе-выводе информации, а также при выполнении операций умножения и деления двоично-десятичных чисел.

 

Например, число -193(10) = - 0001 1001 0011(2-10) в ПК будет представлено:

 

□ в упакованном:

0001

1001

0011

1101


            □  в распакованном формате:

0011

0001

0011

1001

0011

0011

1101

0011


Информация о работе Представление информации в вычислительных машинах