運算方法和運算部件ppt課件.ppt

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1、第3章運算方法和運算部件計算機組成原理第3章運算方法和運算部件數據是計算機處理的對象。從外部形式來看，計算機可處理數值、文字、圖、聲音、視頻，甚至各種模擬信息量。這些形式的信息，在計算機系統(tǒng)內部，主要表示成定點數（整數）、浮點數（實數）、邏輯數（布爾數）、字符、字符串等形式，并且都必須采用數字化編碼。在計算機中如何完成數據的各種運算，如何通過硬件電路實現(xiàn)運算，如何校驗數據的正確性是本章討論的主要內容。本章要點：常用的進位計數制及其相互轉換數值數據的表示和運算運算部件浮點運算數據校驗3.1數字化信息編碼3.1.1數字化信息編碼

2、的概念目前，計算機的應用非常廣泛，遍及人類社會生活的各個領域，產生了巨大的經濟效益和社會影響。從用戶角度來看，計算機能夠處理數值、文字、聲音、圖畫、活動圖像等。但是，在計算機內部，這些都不能直接由計算機進行處理和存儲，它們必須采取“特殊的表示形式”才能由計算機進行加工處理。這種特殊的表示形式就是二進制編碼形式，即采用二進制編碼表示的數值、文字、圖畫、聲音和活動圖像才能由計算機進行處理。所以，在計算機系統(tǒng)中所指的數據均是以二進制編碼形式出現(xiàn)的。計算機內部處理的所有數據都是“數字化編碼”的二進制數據。計算機的輸入設備（或接口芯片

3、）實現(xiàn)將現(xiàn)實世界中的媒體信息（模擬信號），如聲音、文字、圖畫、活動圖像等轉化為二進制數據（數字信號）。在計算機中進行處理、存儲和傳輸的信息采用二進制進行編碼的原因有以下幾點：（1）二進制只有兩種基本狀態(tài)，使用有兩個穩(wěn)定狀態(tài)的物理器件（如三極管）就可以表示二進制數的每一位，而制造有兩個穩(wěn)定狀態(tài)的物理器件要比制造有多個穩(wěn)定狀態(tài)的物理器件容易得多。例如用高、低兩個電位，或用脈沖的有無，或脈沖的正、負極性等都可以方便、可靠地表示“0”和“1”；（2）二進制的編碼、計數和運算規(guī)則都很簡單。可用開關電路實現(xiàn)，簡便易行；（3）兩個符號“1

4、”和“0”正好與邏輯命題的兩個值“真”和“假”相對應，為計算機中實現(xiàn)邏輯運算和程序中的邏輯判斷提供了便利的條件。3.1.2二進制編碼和碼制轉化在計算機里，常常需要將某一信息（輸入）變換為某一特定的代碼（輸出）。把二進制碼按一定的規(guī)律編排，使每組代碼具有一特定的含義稱為二進制編碼。例如，電報碼中用4位十進制數字表示漢字，就是編碼的典型例子。編碼是計算機系統(tǒng)的基礎，而編碼的基礎是數制。數制是用于描述數字系統(tǒng)或體系結構的一種方法。為了描述數的大小，人類采用進位技術的方法，稱為進位計數制，簡稱“數制”。人們在日常生活中，習慣于用十進

5、制數，而在計算機中，多采用二進制數，二進制數的優(yōu)點是其運算規(guī)律簡單且實現(xiàn)二進制數的數字裝置簡單。二進制數的缺點是人們對其使用時不習慣且當二進制位數較多時，書寫起來很麻煩，特別是在寫錯了以后不易查找錯誤，為此，書寫時常采用八進制和十六進制數。為了區(qū)分這幾種進制數，規(guī)定在數字的后面加字母D表示十進制數，加字母B表示二進制數，加字母O表示八進制數，加字母H表示十六進制數，十進制數可以省略不加。例如：11D和11都表示是十進制數。另外，也可以用基數作下標表示，例如：（15）10或15表示十進制數，（15）2表示二進制數，（15）8表

6、示八進制數，（15）16表示十六進制數。對于任何進制數，都有以下幾個基本特點。（1）基數在某種數制中，允許使用的數字符號的個數，稱為這種數制的基數或基。例如：十進制的基數為10，有十個數碼0～9；二進制的基數為2，有兩個數碼0和1；八進制的基數為8，有八個數碼0～7；十六進制的基數為16，有十六個數碼0～9和A到F。（2）位權任一種N進制中,Ni稱為第i位的權。例如十進制數756中最高位的位權為102，中間位的位權為101，最低位的位權為100。（3）進位在同一位權上計數值達到基數時，就要進入高一級的位權，這就是數制中的進位

7、?；鶖凳遣煌瑪抵频倪M位條件。例如十進制數是“逢十進一”和“借一當十”。1．幾種常用進制（1）十進制（Decimal）十進制用0～9十個數字符號，以一定的規(guī)律排列起來，表示數值的大小。相鄰位之間，低位逢十向高位進一。它的基數為10,各位的系數Ki可以是0～9十個數字中任一個。各位的權為10i。因而，任意一個n位十進制數Ni可表示為:例如：2）二進制(Binary)二進制是數字電路中應用最廣泛的計數制。因為在數字電路中通常只有高電平和低電平兩個狀態(tài)。這兩個狀態(tài)剛好可以用二進制數中的兩個符號0和1來表示。它的運算規(guī)則簡單,在電路中

8、易于實現(xiàn)。在二進制中,相鄰位之間,低位逢二向高位進一。它的基數為2,各位的系數Ki可以是0或1,各位的權為2i。因而任一個n位二進制數N2可表示為：例如:（3）八進制(Octal)如果將一個數值較大的十進制數轉換為二進制數，不僅位數多，難以記憶，且不便書寫,易出錯。因而除了二進制外，常用的