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(shù)據(jù)是計算機處理的對象。從外部形式來看，計算機可處理數(shù)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(nèi)部，主要表示成定點數(shù)（整數(shù)）、浮點數(shù)（實數(shù)）、邏輯數(shù)（布爾數(shù)）、字符、字符串等形式，并且都必須采用數(shù)字化編碼。在計算機中如何完成數(shù)據(jù)的各種運算，如何通過硬件電路實現(xiàn)運算，如何校驗數(shù)據(jù)的正確性是本章討論的主要內(nèi)容。本章要點：常用的進位計數(shù)制及其相互轉(zhuǎn)換數(shù)值數(shù)據(jù)的表示和運算運算部件浮點運算數(shù)據(jù)校驗3.1數(shù)字化信息編碼3.1.1數(shù)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(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益和社會影響。從用戶角度來看，計算機能夠處理數(shù)值、文字、聲音、圖畫、活動圖像等。但是，在計算機內(nèi)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(shù)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(shù)據(jù)均是以二進制編碼形式出現(xiàn)的。計算機內(nèi)部處理的所有數(shù)據(jù)都是“數(shù)字化編碼”的二進制數(shù)據(jù)。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(zhuǎn)化為二進制數(shù)據(jù)（數(shù)字信號）。在計算機中進行處理、存儲和傳輸?shù)男畔⒉捎枚M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(shù)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(shù)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(zhuǎn)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(shù)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(shù)制。數(shù)制是用于描述數(shù)字系統(tǒng)或體系結(jié)構的一種方法。為了描述數(shù)的大小，人類采用進位技術的方法，稱為進位計數(shù)制，簡稱“數(shù)制”。人們在日常生活中，習慣于用十進

5、制數(shù)，而在計算機中，多采用二進制數(shù)，二進制數(shù)的優(yōu)點是其運算規(guī)律簡單且實現(xiàn)二進制數(shù)的數(shù)字裝置簡單。二進制數(shù)的缺點是人們對其使用時不習慣且當二進制位數(shù)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(shù)。為了區(qū)分這幾種進制數(shù)，規(guī)定在數(shù)字的后面加字母D表示十進制數(shù)，加字母B表示二進制數(shù)，加字母O表示八進制數(shù)，加字母H表示十六進制數(shù)，十進制數(shù)可以省略不加。例如：11D和11都表示是十進制數(shù)。另外，也可以用基數(shù)作下標表示，例如：（15）10或15表示十進制數(shù)，（15）2表示二進制數(shù)，（15）8表

6、示八進制數(shù)，（15）16表示十六進制數(shù)。對于任何進制數(shù)，都有以下幾個基本特點。（1）基數(shù)在某種數(shù)制中，允許使用的數(shù)字符號的個數(shù)，稱為這種數(shù)制的基數(shù)或基。例如：十進制的基數(shù)為10，有十個數(shù)碼0～9；二進制的基數(shù)為2，有兩個數(shù)碼0和1；八進制的基數(shù)為8，有八個數(shù)碼0～7；十六進制的基數(shù)為16，有十六個數(shù)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(shù)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(shù)值達到基數(shù)時，就要進入高一級的位權，這就是數(shù)制中的進位

7、。基數(shù)是不同數(shù)制的進位條件。例如十進制數(shù)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(shù)字符號，以一定的規(guī)律排列起來，表示數(shù)值的大小。相鄰位之間，低位逢十向高位進一。它的基數(shù)為10,各位的系數(shù)Ki可以是0～9十個數(shù)字中任一個。各位的權為10i。因而，任意一個n位十進制數(shù)Ni可表示為:例如：2）二進制(Binary)二進制是數(shù)字電路中應用最廣泛的計數(shù)制。因為在數(shù)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(shù)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(shù)為2,各位的系數(shù)Ki可以是0或1,各位的權為2i。因而任一個n位二進制數(shù)N2可表示為：例如:（3）八進制(Octal)如果將一個數(shù)值較大的十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)，不僅位數(shù)多，難以記憶，且不便書寫,易出錯。因而除了二進制外，常用的