计算机组成_第二章:运算方式与运算器

1 进制转换

二进制与十进制之间

2 求原码 反码 补码

三者特殊情况 +0 -0补码反码是否一样

为什么用补码运算? 简化运算器设计

正负数补码运算

判断是否有溢出

1

2

3

x+y的补

x-y的补

定点数的 + -法

2.1 原码

整数

x 为真值

n 为整数的位数

逗号 将符号位 和数值部分隔开

小数点 将符号位和数值部分隔开

二进制原码表示规则:

1. 符号位:用0表示正号+,用1表示负号- ;

2. 数值位:数值位不变,与真值的数值位保持一致。

例 1 已知 [x]原 = 1.0011 求 x

例 2 已知 [x]原 = 1,1100 求 x

例 3 已知 [x]原 = 0.1101 求 x

例 4 求 x = 0 的原码

2.2 补码

正数的补数即为其本身

补码定义

求补码的快捷方式

当真值为负时:

1.符号位不变

2.数值位,每位取反,末位加1

例 5 已知 x =-122 求 [x]补

已知补码求原码

当真值为负时:

符号位不变

数值位,每位取反,末位加 1

补码加法(正负数补码运算)

在模2的n次方+1的意义下,任意两数的补码的和, 等于这两个数之和的补码。

【例1】 x=+1011 , y=+0101 , 求 x+y=?

【例2】: x=+1001 , y=-0101 , 求 x+y=?

补码加法特点:

  1. 符号位作为数的一部分参加运算

  2. 超过2n+1的进位要丢掉。

补码减法(正负数补码运算)

-y\]补 的定义 :对\[y\]补**包括符号位**逐位**取反** ,最后**末位加1**, ![](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/666b5208f7184ac7803570efb1269743.png) 【例1】:已知x1=-1110 , x2=+1101 , 求: \[x1\]补 , \[-x1\]补 , \[x2\]补 , \[-x2\]补 。 ![](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/0a4d3b44ffbd4cb18aa66576c724bb51.png) 【例2】x=+1101 , y=+0110 , 求 x-y=? ![](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/b138b61c672c4096b279cb6a8e8cbbbc.png) 例 设机器数字长为 8 位(含 1 位符号位), 且 A = 15, B = 24,用补码求 A + B和 A -- B ![](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/36a26bed7f0b4f0b80c9bff1510e0a28.png) #### 判断溢出 (1) 一位符号位判断溢出(根据SA、SB和Sf的关系) (2) 硬件判断逻辑二 (根据Cf与C的关系) (**3) 硬件判断溢出逻辑三(从双符号位)** ![](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/d2c6266252774b9e9336668fdb6c8f7f.png) ![](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/afdfc6d13c7b4b3a90db96643ed359d3.png) ### 2.3 反码 ![](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/bfd53aa15c454eec99b2b88592b90b5d.png) ![](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/66a0623a9ada43e4b271967d8ff51761.png) 例8 已知 \[x\]反 = 0,1110 求 x 例9 已知 \[x\]反 = 1,1110 求 x ### 2.4 三种机器数的小结 最高位为符号位,书写上用","(整数)或"."(小数)将数值部分和符号位隔开 对于正数,原码 = 补码 = 反码 对于负数 ,符号位为 1,其 数值部分 原码与真值的数值位保持系统 反码:原码除符号位外每位取反 补码:原码除符号位外每位取反末位加 1 ### 2.5 移码 ![](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/bd63b746bb12469d9227038652f1e6e5.png) 移码在数轴上的表示:等价于将x正向平移或者增加**2的n次方** **移码的符号位不在表示 符号,而是表示数值;** **移码没有负数。** **![](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/68248687d3ee46788345a3c13089617c.png)** **移码的特点:** **![](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/91b1e7486b66492ea698094156cadb92.png)** ![](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/4cc7c6070a0e49a08c48426b0e7ec2a8.png) ## 3 浮点数形式 尾数 + 阶码(用什么表示:移码 为什么?为比较两个数的指数大小) 不靠+ - 法 IED 754标准:-127 ### 3.1 浮点表示 浮点表示中,小数点的位置可按需浮动。 ![](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/79ec94dc003c4b2595e3ff53e49e04ea.png) **格式模型** **![](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/4d30434de2a74dd2b4ae503ac399abc2.png)** jf 代表阶码的符号 Sf 代表浮点数的符号 m 其位数反映浮点数的表示范围 n 其位数反映浮点数的精度 jf 和 m 共同表示小数点的实际位置 **引入浮点数的意义** **相同字长时,浮点数的表示范围更大、 精度更高!** 【例】 设机器数字长为 24 位,欲表示±3万的十进制数,试问在保证数的最大精度的前提下,除阶符、数符各 取1 位外,阶码、尾数各取几位? ![](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/407173df7b6a4edcaa1d4dc4d89c45e2.png) ### 3.2 IEEE 754 标准 有**32位**浮点数(单精度)和**64位**浮点数(双精度) #### 32位浮点数 ![](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/efcd3b2ff08a4be88654bc645fa79907.png) S=浮点数的符号位, 0表示正数, 1表示负数; E=阶码, 8位,采用移码表示, 阶符隐含; M=尾数, 23位,纯小数表示,且真值=1+M; 阶码E采用移码形式,但只偏移27-1 (不是27) ![](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/d5febcaa2b4e4ed294582f7a3bbb9a5e.png) #### 64位浮点数 ![](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/67b5320ef9744cb6a2d8b7c1e26b232b.png) 阶码, 11位 尾数, 52位 对阶码E编码时,只偏移210-1 (标准移码偏移210); ![](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/44c2f852d49843418b608d059aafe2ee.png) 【例1】若浮点数x的754标准存储格式为(41360000)16, 求其浮点数的十进制数值。 ![](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/ea6e2dc81525442d9b2b2f4a910a237c.png) 【例2】将数(20.59375)10转换成754标准的32位浮点数的二进制存储格式。 ![](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/3ae5343c86ab4d0c9d69e241841dc44b.png) 【例3】设机器字长16位,采用定点表示法 (1) 定点原码整数表示时,最大正数是多少?最小负数是多少? ![](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/5d3f6598258f41d285e8c4ce2b636fd4.png) (2) 定点原码小数表示 ,最大正数是多少?最小负数是多少? ![](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/219c0d6dc022461587f3d85df1396caf.png)

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