計算機組成原理詳細知識歸納 運算方法和運算器

2021-08-26 01:17:16 字數 4185 閱讀 2006

在選擇計算機的表示方法時,要考慮

1. 數的型別(小數,整數,實數和複數)

2. 數值範圍

3. 數值精確度

4. 資料儲存和處理所需的硬體代價

計算機中常用的資料表示格式:1. 定點格式;2. 浮點格式

定點格式:資料範圍有限,要求的處理硬體比較簡單

浮點格式:資料範圍較大,要求的處理硬體比較複雜

參與運算的數的小數點位置固定不變。

xn」 role=」presentation」>xnxn

xn−1 ... x1 x0」 role=」presentation」>xn

−1..

.x1x

0xn−1 ... x1 x0

符號量值(尾數)

純小數:

小數點在

xn」 role=」presentation」>xnxn

之間。

小數點固定在最高位之後稱為定點小數。若機器字長為n+1位,數值表示為:

x=xn.xn−1 ... x1 x0」 role=」presentation」>x=x

n.xn

−1..

.x1x

0x=xn.xn−1 ... x1 x0

。 例如:1111表示-0.875

絕對值最小:各位均為0,

|x|min=0」 role=」presentation」>|x|

min=

0|x|min=0

; 絕對值最大:各位均為1,

|x|max=1−2−n」 role=」presentation」>|x|

max=

1−2−

n|x|max=1−2−n

;純整數:

小數點在x0右邊。

絕對值最小:各位均為0,

|x|min=0」 role=」presentation」>|x|

min=

0|x|min=0

; 絕對值最大:各位均為1,

|x|max=2n−1」 role=」presentation」>|x|

max=

2n−1

|x|max=2n−1

; ps:

0.1111111 = 1.0000000 - 0.0000001 = 1 -

2−7」 role=」presentation」>2−7

2−7;

0 1111111 = 1 0000000 - 1 =

27」 role=」presentation」>2727

- 1;

任意十進位制

n」 role=」presentation」>n

n任意二進位制

n」 role=」presentation」>nn

-m」 role=」presentation」>m

m 為浮點數的尾數,是乙個純小數

-e」 role=」presentation」>e

e 是比例因子的指數,稱為浮點數的指數,是乙個整數

ieee754標準

s」 role=」presentation」>s

se」 role=」presentation」>e

em」 role=」presentation」>m

m31(1)

30———23(8)

22———0(23) -

s」 role=」presentation」>s

s = 1表示負數。

-e」 role=」presentation」>e

e 是階碼,占用8位;階碼採用移碼方法來表示正負指數。

指數真值變成階碼

e」 role=」presentation」>ee.

當尾數的值不為0時,尾數域的最高位應為1,這稱為浮點數的規格化表示。否則以修改階碼的同時左右移動小數點位置的方法,使其變成規格化數形式。

32位浮點數x的真值表示:

x=(−1)s×(1.m)×2 e−127」 role=」presentation」>x=(

−1)s

×(1.m

)×2e

−127

x=(−1)s×(1.m)×2 e−127

; e+127=e」 role=」presentation」>e

+127=e

e+127=e

. 其中尾數域所表示的值是

1.m」 role=」presentation」>1.

m1.m

。由於規格化的浮點數的尾數域最左位(最高有效位)總是1,故這一位經常不予儲存,而認為隱藏在小數點的左邊。於是23位欄位可以儲存有效數。

例1:(754標準轉化10進製)

若浮點數x的754標準儲存格式為

(41360000)16」 role=」presentation」>(

41360000)16

(41360000)16

,求其浮點數的十進位制數值。

將16進製制轉化成二進位制:

s」 role=」presentation」>s

s 符號位

e」 role=」presentation」>e

e 階碼

m」 role=」presentation」>m

m 尾數

0100 0001 0

011 0110 0000 0000 0000 0000

31(1)

30———23(8)

22———0(23)

指數 e = 階碼 - 127=10000010 - 00000011 =

(3)10」 role=」presentation」>(3)

10(3)10

包括隱藏位1的尾數

1.m」 role=」presentation」>1.

m1.m

= 1.011 0110 0000 0000 0000 0000 = 1.011011

x=(−1)s×(1.m)×2 e=+(1.011011)×23」 role=」presentation」>x=(

−1)s

×(1.m

)×2e

=+(1.011011)×

23x=(−1)s×(1.m)×2 e=+(1.011011)×23

例2:(10進製轉化754標準)

將數(20.59375)10」 role=」presentation」>(

20.59375)10

(20.59375)10

轉換成754標準的32位浮點數的二進位制儲存格式。

1.轉化成二進位制:20.59375=10100.10011

2.規格化表示:10100.10011=1.010010011

×24」 role=」presentation」>×24

×24

3.得符號位s=0,階碼e=4+127=131=10000011,m=010010011

解得:s」 role=」presentation」>s

s 符號位

e」 role=」presentation」>e

e 階碼

m」 role=」presentation」>m

m 尾數

0100 0001 1

010 0100 1100 0000 0000 0000

31(1)

30———23(8)

22———0(23)

1). 字串形式:即乙個位元組存放乙個十進位制的數字或符號位。主要用於非數值計算的應用領域中。

2). 壓縮的十進位制數串形式:即乙個位元組存放兩個十進位制的數字。節約空間,便於直接完成十進位制數的算術運算,是廣泛採用的較為理想的方法。每個數字占用半個位元組(即4個二進位制為)

符號位數值位一起來編碼來表示相應數的各種表示方法,如原碼,補碼,反碼,移碼。

一般書寫表示的數稱為真值,機器中這些編碼表示的數,稱為機器碼或者機器數。

若定點整數的原碼形式為

xn.xn−1 ... x1 x0」 role=」presentation」>xn.

xn−1

...x

1x0xn.xn−1 ... x1 x0

,則原碼的定義為:

[x]原={

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