计算机组成原理

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计算机组成原理

2024-07-06 17:12| 来源: 网络整理| 查看: 265

文章目录 数制进位计数法不同进制数之间的相互转换二进制数转换为八进制数和十六进制数任意进制数转换为十进制数十进制数转换为任意进制数 编码真值和机器数机器数的定点表示法定点小数和定点整数原码表示法补码表示法反码表示法移码表示法原码、反码、补码和移码的相互转换 机器数的浮点表示法格式和范围浮点数的规格化IEEE754 定点数和浮点数的区别现代计算机的编码 数据的存储和排列大小端模式边界对齐

数制 进位计数法

在进位计数法中(以十进制为例),每个数位所用到的数码(0-9)的个数称为基数(10),每个数位记满基数后就向高位进位。

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每个数码所表示的数值等于该数码本身乘以一个与它所在数位有关的常数,这个常数称为位权

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一个进位数的数值大小就是它的各位数码按权相加: 9527 = 9 × 1 0 3 + 5 × 1 0 2 + 2 × 1 0 1 + 7 × 1 0 0 9527=9\times 10^3+5\times10^2+2\times10^1+7\times10^0 9527=9×103+5×102+2×101+7×100

在计算机系统内部,所有信息都使用二进制进行编码,这样做的原因如下:

二进制只有两种状态,使用具有两个稳定状态的物理器件就可以表示二进制数的每一位。二进制的两种状态正好与逻辑值的真和假对应。二进制的编码和运算规则比较简单,使用逻辑门电路就可以实现。

952 7 10 = 1001010011011 1 2 9527_{10}=10 0101 0011 0111_{2} 952710​=100101001101112​

通常会使用八进制和十六进制方便的表示二进制数: 952 7 10 = 1001010011011 1 2 = 2246 7 8 = 253 7 16 9527_{10}=10 0101 0011 0111_{2}=22467_{8}=2537_{16} 952710​=100101001101112​=224678​=253716​

不同进制数之间的相互转换 二进制数转换为八进制数和十六进制数

对于一个二进制混合数(既包含整数部分又包含小数部分),在转换时应以小数点为界,整数部分,从小数点开始往左数,将一串二进制分为3位(八进制)一组或四位(十六进制)一组,在数的最左边可根据需要加0补齐;小数部分,从小数点开始往右数,也将一串二进制分为3位(八进制)一组或四位(十六进制)一组,在数的最右边可根据需要加0补齐,最终使总的位数为3或4的整数倍,然后分别用对应的八进制数或十六进制数取代。 1001010011011 1 2 ⇓ 0010 0101 0011 0111 ⇓ 253 7 16 10 0101 00110111_{2}\\\Downarrow\\0010\quad0101\quad0011\quad0111\\\Downarrow\\2537_{16} 100101001101112​⇓0010010100110111⇓253716​

任意进制数转换为十进制数

将任意进制数的各位数码和它们的权值相乘,再把乘积相加,就得到了一个十进制数,这种方法称为按权展开相加法。 253 7 16 ⇓ 2 × 1 6 3 + 5 × 1 6 2 × 3 × 1 6 1 + 7 × 1 6 0 ⇓ 952 7 10 2537_{16}\\\Downarrow\\2\times16^3+5\times16^2\times3\times16^1+7\times16^0\\\Downarrow\\9527_{10} 253716​⇓2×163+5×162×3×161+7×160⇓952710​

十进制数转换为任意进制数

对十进制数的整数部分采用除基取余法:整数部分除基取余,最先取得的余数为数的最低位,最后取得的余数为数的最高位,商为0时结束;对十进制的小数部分采用乘基取整法,小数部分乘基取整,最先取得的整数为数的最高位,最后取得的整数为数的最低为,乘积为1(或满足精度,因为在计算机中,整数可以连续表示,而小数是离散的)时结束。

编码 真值和机器数

日常生活中,通常使用正负号表示正数和负数,这种带正负符号的数就称为真值。在计算机中,通常将数的符号和数值部分一起编码,将数值的符号数字化,用0表示正号,1表示负号。这种将符号数字化的数称为机器数,机器数所表示的实际值就是真值。在计算机中,根据小数点的位置是否固定将机器数分为定点数和浮点数,并且常使用原码、补码、反码和移码表示法来表示机器数。

机器数的定点表示法 定点小数和定点整数

定点表示法用于表示定点小数和定线整数。

定点小数:定点小数是纯小数,约定约定小数点位置在符号位之后、有效数值部分最高位之前。

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定点整数:定点整数是纯整数,约定小数点位置在有效数值部分最低位之后。

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原码表示法

原码表示法:用机器数的最高位表示数的符号,其余各位表示数的绝对值。

纯小数的原码定义如下(注:下文在不说明的情况下均以字长为n+1示例): [ x ] 原 = { x ,    0 ≤ x < 1 1 + ∣ x ∣ ,    − 1 < x ≤ 0 ( x 为真值 ) [x]_原=\begin{cases}x,\ \ 0\leq x


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