Автор: Пользователь скрыл имя, 10 Февраля 2013 в 19:50, контрольная работа
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.
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).
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
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
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.
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.
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
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;
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:
|
□ в распакованном формате:
|
Информация о работе Представление информации в вычислительных машинах