计算机系统基础ppt2019第2章 数据的机器级表示与处理.pptx

第二章数据的机器级表示与处理数值数据的表示非数值数据的表示数据的存储数据的运算数据的表示和运算?主要教学目标–掌握计算机内部各种数据的编码表示及其运算方法–了解高级语言程序中的各种类型变量对应的表示形式–在高级语言程序中的变量、机器数和底层硬件（寄存器、加法器、ALU等）之间建立关联–综合运用所学知识，分析高级语言和机器级语言程序设计中遇到的各种与数据表示和运算相关的问题，解释相应的执行结果C语言参考网站：/c/linux-c-programming/数据的表示和运算?分以下三个部分介绍–第一讲：数值数据的表示?定点数的编码表示、整数的表示、无符号整数、带符号整数、浮点数的表示?C语言程序的整数类型和浮点数类型–第二讲：非数值数据的表示、数据的存储?逻辑值、西文字符、汉字字符?数据宽度单位、大端/小端、对齐存放–第三讲：数据的运算?按位运算\逻辑运算\移位运算围绕C语言中的运?位扩展和位截断运算?无符号和带符号整数的加减运算算，解释其在底?无符号和带符号整数的乘除运算层机器级的实现?变量与常数之间的乘除运算?浮点数的加减乘除运算从C程序的表达式出发，用机器数在电路中的执行来解释表达式的执行结果课程内容概要数据的表示/*---sum.c---*/数据的运算int sum(int a[ ], unsigned len){int i，sum = 0;for(i = 0; i = len–1; i++)sum += a[i];如果程序处理的是图像、视频、return sum;声音、文字等数据，那么，}（1）如何获得这些数据？/*---main.c---*/（2）如何表示这些数据？int main(){（3）如何处理这些数据？int a[1]={100};int sum; sum=sum(a,0);printf(“%d”,sum);}“转换”的概念在数据表示中的反映感觉媒体信息问题(应用)抽树、链表等结构化数据描述象算法概具括int, float, array, struct等类型程序(语言)体实现指令指定寄存器或内存中数据指令集体系结构(ISA)ALU中运算或总线上传输的数据微体系结构逻辑门电路位信息器件(晶体管)对连续信息采样，以使信息离散化对离散样本用0和1各类数据之间进行编码的转换关系定点运算指令逻辑、位操作或字符处理指令浮点运算指令数值数据的表示?数值数据表示的三要素–进位记数制–定、浮点表示–如何用二进制编码即：要确定一个数值数据的值必须先确定这三个要素。例如，机器值是多少？答案是：不知道！?进位记数制–十进制、二进制、十六进制、八进制数及其相互转换?定/浮点表示（解决小数点问题）–定点整数、定点小数–浮点数（可用一个定点小数和一个定点整数来表示）?定点数的编码（解决正负号问题）–原码、补码、反码、移码（反码很少用）Sign and Magnitude （原码的表示）DecimalBinaryDecimalBinary-0100000000-1100110001-2101020010-3101130011-4110040100-5110150101-6111060110-7111170111容易理解, 但是：??0 的表示不唯一，故不利于程序员编程?加、减运算方式不统一?需额外对符号位进行处理，故不利于硬件设计?特别当ab时，实现a-b比较困难从50年代开始，整数都采用补码来表示但浮点数的尾数用原码定点小数表示补码-模运算（modular运算）重要概念：在一个模运算系统中，一个数与它除以“模”后的余数等价。现实世界中的模运算系统时钟是一种模12系统假定钟表时针指向10点，要将它拨向6点，则有两种拨法：①倒拨4格：10-4 = 6②顺拨8格：10+8 = 18 ≡ 6 (mod 12)模12系统中：10-4 ≡10+8 (mod 12) -4 ≡8 (mod 12) 则，称8是-4对模12的补码（即：-4的模12补码等于8）。同样有-3 ≡9（mod 12）-5 ≡ 7（mod 12）等结论1：一个负数的补码等于模减该负数的绝对值。结论2：对于某一确定的模，某数减去小于模的另一数，总可以用该数加上另一数负数的补码来代替。补码（modular运算）：+ 和–的统一补码的表示现实世界的模运算系统举例例1：“钟表”模运算系统假定时针只能顺拨，从10点倒拨4格后是几点？10-4=10+(12-4)=10+8=6（mod12）例2：“4位十进制数”模运算系统假定算盘只有四档，且只能做加法，则在算盘上计算9828-1928等于多少？49828-1928=9828+(10-1928)=9828+8072取模即只留余数，高位“1”被丢弃！=17900相当于只有低4位