Bài giảng "Kiến trúc máy tính và mạng máy tính - Chương 3: CPU" cung cấp cho người học các kiến thức: Biểu diễn số nguyên, các phép toán số học với số nguyên, số dấu phẩy động, kỹ thuật đường ống. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
AMBIENT/
Chủ đề:
Nội dung Text: Bài giảng Kiến trúc máy tính và mạng máy tính: Chương 3 - Lương Minh Huấn
- TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GÒN
CHƯƠNG 3: CPU
GV: LƯƠNG MINH HUẤN
- NỘI DUNG
Biểu diễn số nguyên
Các phép toán số học với số nguyên
. Số dấu phẩy động
. Kỹ thuật đường ống
- I. BIỂU DIỄN SỐ NGUYÊN
Có hai loại số nguyên:
Số nguyên không dấu (Unsigned Integer)
Số nguyên có dấu (Signed Integer)
Biểu diễn số nguyên không dấu
Dùng n bit biểu diễn số nguyên không dấu A:
an-1an-2…..a2a1a0
n 1
Giá trị của A được tính như sau: A ai 2 i
i 0
- Biểu diễn số nguyên không dấu
n=8 bit
Biểu diễn được các giá trị từ 0 đến 255
0000 0000 = 0 Chú ý:
0000 0001 = 1 1111 1111
0000 0010 = 2 + 0000 0001
0000 0011 = 3 1 0000 0000
… Vậy: 255 + 1 = 0?
1111 1111 = 255 do tràn nhớ ra ngoài
- Biểu diễn số nguyên có dấu
Cho một số nhị phân N được biểu diễn bởi n bit
Số bù một của N bằng (2n -1) - N
Số bù hai của N bằng 2n - N
Lưu ý: 2n -1 = 111...11 (n bit 1)
- Biểu diễn số nguyên có dấu (tt)
Ví dụ: Cho số N = 0001 00012 được biểu diễn bởi n=8bit. Xác
định số bù 1 và bù 2 của N.
Xác định số bù 1:
Áp dụng công thức 1111 1111 (2n -1)
-
0001 0001 N
số bù một của N 1110 1110
Nhận xét: số bù một của một số N được xác định bằng cách đ
các bit trong N
- Biểu diễn số nguyên có dấu (tt)
Xác định số bù 2:
Áp dụng công thức 1 0000 0000 (2n)
- 0001 0001 N
số bù hai của N 1110 1111
Nhận xét: số bù hai của một số N được xác định
bằng cách lấy số bù một của N cộng thêm 1
Số bù 2 của N =(số bù 1 của N) + 1
- Biểu diễn số nguyên có dấu (tt)
Giả sử dùng n bit để biểu diễn số nguyên có dấu:
Bít có trọng số cao nhất (hay bit ngoài cùng
bên trái của dãy số) được máy tính sử dụng để
biểu diễn dấu. Nếu:
= 0 : thì số nhị phân cần tính giá trị là số dương.
Dạng tổng quát là: 0an-2 an-3 …a0
= 1 : thì số nhị phân cần tính giá trị là số âm.
Dạng tổng quát là: 1an-2 an-3 …a0
Giá trị:
- Biểu diễn số nguyên có dấu (tt)
Vì A + (Số bù hai của A) = 0
dùng số bù hai để biểu diễn cho số âm
VD1:
A = 6510 = 010000012 (8 bit)
Số bù 2 của A: 101111112 (8 bit)
A + Số bù 2 của A: 0100 0001
+ 1011 1111
1 0000 0000
- Ví dụ
VD2: Cho số nguyên có dấu biểu diễn n=8bit sau:
A=B5H và B=6AH
Hãy xác định giá trị của hai số nguyên có dấu A và B
dưới dạng hệ số người sử dụng (cơ số 10)
Bài giải
Biểu diễn số nguyên A dưới dạng nhị phân
A=B5H = 1011 01012
A= -128 + 53 = - 75
Biểu diễn số nguyên B dưới dạng nhị phân
B=6AH = 0110 10102
B = 64+32+8+2 = 106
- Ví dụ
VD3: Biểu diễn số nguyên có dấu sau đây A=+97 và
B=-101 (10) theo hai dạng kiểu n=8bit và n=16bit trong máy tính.
Lời giải
8bit
Biểu diễn số A dạng số nguyên có dấu trong máy tính
A = 0110 00012 (n=8bit)
Biểu diễn số B dạng số nguyên có dấu trong máy tính
+101 = 0110 01012
Lấy bù 2 1001 10112
B = - 101 = 1001 10112
- Ví dụ
Biểu diễn số A dạng số nguyên có dấu trong máy tính
A = 0000 0000 0110 00012 (n=16bit)
Biểu diễn số B dạng số nguyên có dấu trong máy tính
+101 =0000 0000 0110 01012
Lấy bù 2 1111 1111 1001 10112
B = -101 = 1111 1111 1001 10112
- Biểu diễn số nguyên có dấu (tt)
n = 8 bit
Biểu diễn được các giá trị từ -128 đến +127
0000 0000 = 0
0000 0001 = +1
0000 0010 = +2 Chú ý:
0000 0011 = +3 +127 + 1 = -128
… -128 - 1 = +127
0111 1111 = +127 do tràn xảy ra
1000 0000 = - 128
1000 0001 = - 127
…
1111 1110 = -2
1111 1111 = -1
- Biểu diễn số nguyên có dấu (tt)
Chuyển đổi từ byte thành word
Đối với số dương:
• +19 = 0001 0011 (8 bit)
• +19 = 0000 0000 0001 0011 (16 bit)
thêm 8 bit 0 bên trái
Đối với số âm:
• - 19 = 1110 1101 (8 bit)
• - 19 = 1111 1111 1110 1101 (16 bit)
thêm 8 bit 1 bên trái
- II. PHÉP TOÁN SỐ HỌC VỚI SỐ NGUYÊN
Số học nhị phân: phép cộng số nguyên không dấu
Khi cộng hai số nguyên không dấu n bit: nếu không có nhớ ra khỏi
bit cao nhất thì kết quả nhận được luôn đúng.
Nếu có nhớ ra khỏi bit cao nhất thì kết quả nhận được là sai. Hay nói
khác hơn phép cộng bị tràn (Cout =1)
Tràn cờ nhớ (Carry Out):
xảy ra khi kết quả phép
toán nhận được > 2n-1
- II. PHÉP TOÁN SỐ HỌC VỚI SỐ NGUYÊN
Phép trừ:
Phép trừ số nguyên chính là phép
cộng với số đảo dấu.
Ví như X-Y = X+(-Y)
Tìm số đảo chính là ta tìm bù
hai của số đó.
Nguyên tắc phép trừ: Lấy số
bù hai của Y ra thành –Y rồi
cộng với X
- VÍ DỤ
Thực hiện các phép tính sau với n = 8bit
34+45
-123+45
127+34
12-101
109-67
-106-35
E3 – 2F
- III. SỐ DẤU CHẤM ĐỘNG
o hai giá trị:
Khối lượng mặt trời:
199000000000000000000000000000000000g
Khối lượng điện tử:
0.00000000000000000000000000000910956g
Để lưu trữ con số này thì máy tính cần đến số bit rất lớn. Như vậy, trong
rường hợp này thì loại số có dấu chấm tĩnh sẽ rất bất tiện.
Vì vậy tất cả máy tính lưu trữ những số trên dưới dạng dấu chấm động 1
x 1033 và 0.910956 x 10-27 hay theo số khoa học là: 1.99E+33 và 0.9109
27.
- III. SỐ DẤU CHẤM ĐỘNG
Một giá trị có thể biểu diễn dưới nhiều dạng
Khó xử lý
Cần chuẩn hóa
- Chuẩn hóa số chấm động
Dạng tổng quát
X=(-1)s 1.M 2E
Trong đó: s: là bit dấu (s=0 phần định trị là
dương; s=1 phần định trị là âm)
M : là phần định trị.
E: là số mũ.
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
