Bài giảng Kiến trúc máy tính: Chương 9 - ThS. Nguyễn Thị Phương Thảo

Chia sẻ: Minh Vũ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:65

Thêm vào BST

Báo xấu

63
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Kiến trúc máy tính - Chương 9: Bộ xử lý số học" cung cấp cho người học các kiến thức: Đơn vị số học và logic, biểu diễn số nguyên, phép toán số học với số nguyên, biểu diễn dấu chấm động,... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kiến trúc máy tính: Chương 9 - ThS. Nguyễn Thị Phương Thảo

+ Chương 9 Bộ xử lý số học
+ Chương 9. Bộ xử lý số học 1. Đơn vị số học và logic 2. Biểu diễn số nguyên 3. Phép toán số học với số nguyên 4. Biểu diễn dấu chấm động 5. Phép toán với dấu chấm động
+ 1. Đơn vị số học & logic (ALU)  Phần của máy tính thực hiện phép toán số học và lôgíc trên dữ liệu  Tấtcả các bộ phận khác trong hệ thống máy tính (CU, thanh ghi, bộ nhớ, I/O) đưa dữ liệu tới ALU để xử lý, sau đó gửi lại kết quả  Khối ALU được thực hiện sử dụng các linh kiện logic số có thể lưu trữ các số nhị phân và thực hiện các phép toán logic Boolean đơn giản
Đầu vào và đầu ra ALU • Control Signals: các tín hiệu điều khiển được gửi đến từ CU, điều khiển hoạt động của ALU • Operand registers: các thanh ghi lưu trữ giá trị toán hạng của phép toán • Result registers: các thanh ghi lưu trữ kết quả phép toán • Flags: các cờ. Vd: cờ tràn để đánh dấu kết quả tính toán vượt quá kích thước thanh ghi đang lưu trữ
+ 2. Biểu diễn số nguyên Biểu diễn dữ liệu trong máy tính  Dữ liệu cần được mã hóa để lưu trữ và xử lý trong máy tính: dưới dạng nhị phân  Dữ liệu kiểu số: độ lớn biểu diễn dưới dạng số nhị phân. Quy ước biểu diễn dấu âm (với số âm), dấu phẩy (với số có phần thập phân).  Dữ liệu ký tự: sử dụng bảng mã  Dữ liệu âm thanh, hình ảnh: lấy mẫu, lượng tử, mã hóa theo quy ước.
+ Quy ước biểu diễn số trong máy tính  Số nguyên: có hai dạng biểu diễn  Biểu diễn dấu – độ lớn  Biểu diễn bù 2  Đặc điểm: cả hai dạng biểu diễn đều sử dụng bit quan trọng nhất (MSB - most significant bit) làm bit dấu  Số thực:  Biểu diễn dấu chấm tĩnh  Biểu diễn dấu chấm động
a. Biểu diễn dấu – độ lớn - Sign-magnitude representation  Đây là dạng biểu diễn đơn giản nhất  Trong một từ n bit, sử dụng (n-1) bên phải biểu diễn độ lớn của số  Bit ngoài cùng bên trái làm bit dấu: 0 (+), 1(-)  Nhược điểm: • Thực hiện phép toán cộng, trừ đòi hỏi phải xét cả dấu của các số và độ lớn của chúng • Có hai dạng biểu diễn của số 0: gây khó khăn khi thực hiện việc kiểm tra 0 trong một số phép toán  Do những nhược điểm này, biểu diễn dấu – độ lớn hiếm khi được sử dụng trong việc mã hóa phần số nguyên trong ALU
+ b. Biểu diễn bù 2  Bit ngoài cùng bên trái làm bit dấu: 0 (+), 1(-)  Khác với biểu diễn dấu – độ lớn ở cách biểu diễn số âm  Biểu diễn bù 2 số dương: giống dấu – độ lớn  Biểu diễn bù 2 số âm:  Lấy bù 1 của số dương tương ứng (đảo 0  1 và 1  0)  Cộng thêm 1  (Cách 2: đọc ngược từ dưới lên, gặp bit 1 đầu tiên, các bit sau đó sẽ đảo ngược 0 1, 10)
+ Ví dụ 1  Biểu diễn các số sau sang dạng dấu-độ lớn 8b và bù 2-8b a) -128 b) 128 c) -54 d) 145 e) 11 f) -13
+ b. Biểu diễn bù 2 (tiếp) Miền giá trị của từ mã n bit: −2𝑛−1 đến 2𝑛−1 − 1 Tính toán giá trị mã bù 2:  Một số nguyên A, biểu diễn dưới dạng bù 2, n-bit: 𝒂𝒏−𝟏 𝒂𝒏−𝟐 … 𝒂𝟎  Nếu A là số dương  Bit dấu 𝑎𝑛−1 có giá trị 0  Nếu A là số âm (A
+ Hộp giá trị
Bảng 10.2 Biểu diễn số nguyên 4-Bit Biểu diễn thập Biểu diễn dấu – độ Biểu diễn bù 2 phân lớn
+ Mở rộng phạm vi  Trong một số trường hợp, ta muốn biểu diễn một số n-bit sang dạng biểu diễn m-bit (𝑚 > 𝑛): mở rộng phạm vi biểu diễn  Trong biểu diễn dấu – độ lớn: di chuyển bit dấu tới vị trí mới ngoài cùng bên trái và điền (m-n) bit 0 vào sau bit dấu  Biểu diễn số bù 2:  Quy tắc: di chuyển bit dấu sang vị trí ngoài cùng bên trái và điền vào bằng bản sao bit dấu  Đối với số dương, điền 0 vào, và số âm thì điền vào số 1  Đây được gọi là phần mở rộng dấu
+ Mở rộng phạm vi Ví dụ số bù 2
+ Một số đặc điểm của biểu diễn bù 2 Miền giá trị (n bit) −2𝑛−1 đến 2𝑛−1 − 1 Biểu diễn số 0 1 cách Lấy bù của số dương tương ứng sau đó cộng thêm Biểu diễn số âm 1 Mở rộng chiều dài Điền giá trị dấu vào bên trái chuỗi bit Khi cộng hai số cùng dấu, nếu kết quả có dấu Luật tràn ngược lại  tràn Luật trừ Khi trừ A cho B, lấy bù 2 của B sau đó cộng với A
+ 2. Phép toán trên số nguyên a. Phép đảo (phép phủ định) b. Phép cộng c. Phép trừ - luật trừ d. Phép nhân e. Phép chia
+ a. Phép đổi dấu (phép lấy âm)  Quy tắc:  Biểu diễn dấu – độ lớn: đảo bit dấu  Biểu diễn bù 2: thực hiện phép toán bù 2  Đảo từng bit (kể cả bit dấu)  Cộng 1  Đảo của đảo một số là chính nó
+ Số bù 2: xét hai trường hợp đặc biệt
b. Phép cộng  Phép cộng được thực hiện bình thường như cộng hai số nhị phân  Trong một số trường hợp, xuất hiện thêm 1b (bit bôi đen)  bỏ qua các bit này
Nguyên tắc • Tràn ô nhớ: khi kết quả của một phép toán quá lớn vượt qua phạm vi biểu diễn của ô nhớ • Số bù 2: Tràn ô nhớ xảy ra nếu hai Tràn số cùng dấu cộng với nhau mà kết quả thu được lại là một số có dấu ngược với dấu của hai số đó + • Khi phát hiện tràn, ALU cần phải báo hiệu việc này để CPU không sử dụng kết quả