Bài giảng Hệ thống máy tính và ngôn ngữ lập trình - Chương 2: Các kiểu dữ liệu và thao tác

Bài giảng Hệ thống máy tính và ngôn ngữ lập trình - Chương 2: Các kiểu dữ liệu và thao tác. Bài giảng cung cấp cho học viên những kiến thức về kiểu dữ liệu số nguyên; số nguyên bù 2; phép toán trên bit – phép toán số học; phép toán trên bit – phép toán luận lý; kiểu dữ liệu dấu chấm động;... Mời các bạn cùng tham khảo!

1 Các nội dung:  KIỂU DỮ LIỆU SỐ NGUYÊN  SỐ NGUYÊN BÙ  PHÉP TOÁN TRÊN BIT – PHÉP TOÁN SỐ HỌC  PHÉP TOÁN TRÊN BIT – PHÉP TOÁN LUẬN LÝ  KIỂU DỮ LIỆU DẤU CHẤM ĐỘNG © TS Nguyễn Phúc Khải KIỂU DỮ LIỆU SỐ NGUYÊN  Số nguyên không dấu  Số ngun có dấu © TS Nguyễn Phúc Khải Số nguyên không dấu (unsigned integer)  Dùng để biểu diễn số lần lặp lại tác vụ định, hay địa nhớ  Ví dụ: 102, 101101B © TS Nguyễn Phúc Khải Số nguyên có dấu (signed integer)  Dạng biểu diễn số âm dùng bit dấu trị tuyệt đối, bit có trọng số cao quy định dấu cho số có trị tuyệt đối sau,  số dương,  âm  Dạng bù biểu diễn số âm việc đảo trạng thái bit số dương tương ứng, đảo từ qua 0, ngược lại  Dạng bù biểu diễn số âm dạng bù cơng thêm © TS Nguyễn Phúc Khải Số ngun có dấu (signed integer) Dạng biển diễn 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 Trị biểu diễn (4 bit) Trị tuyệt đối có dấu -0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 Bù 1 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 -0 © TS Nguyễn Phúc Khải Bù 2 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 SỐ NGUYÊN BÙ  Các bước tạo số nguyên bù số:    Chuyển giá trị tuyệt đối nhị phân Lật ngược trạng thái bit kết vừa tìm (biểu diễu từ qua 0, từ qua 1), gọi phép bù Cộng vào mẫu kết bước 1, để có mẫu kết sau © TS Nguyễn Phúc Khải SỐ NGUYÊN BÙ  Ví dụ 1: Tìm dạng bù (5 bit) cho số -12     Mẫu nhị phân trị tuyệt đối tốn hạng 12 01100 Tìm bù 01100: 10011 Cộng vào dạng bù 1: 10100 Kiểm tra: 01100 +10100 00000 © TS Nguyễn Phúc Khải PHÉP TOÁN TRÊN BIT – PHÉP TOÁN SỐ HỌC  Phép cộng phép trừ  Mở rộng dấu  Tràn số © TS Nguyễn Phúc Khải Phép cộng phép trừ  Phép cộng:   Chuyển số hạng sang nhị phân Thực phép tốn cộng dạng nhị phân  Ví dụ 2: Tính biểu thức 11+3:    Trị thập phân 11 biểu diễn dạng 01011 Trị thập phân biểu diễn dạng 00011 Tổng 01110 © TS Nguyễn Phúc Khải 10 Phép cộng phép trừ  Phép trừ:    Chuyển số bị trừ sang dạng nhị phân Tính số bù số trừ Thực phép cộng số bị trừ bù số trừ  Ví dụ 3: Tính biểu thức: 12 – 19 (6 bit)    Biểu diễn số 12: Số bù (6 bit) 19: Tổng: © TS Nguyễn Phúc Khải 001100 101101 111001 11 Mở rộng dấu  Khi mở rộng bit cho dạng biểu diễn số bit thêm vào bit dấu  Thao tác gọi thao tác mở rộng dấu, Sign-EXTension, (SEXT)  Ví dụ 4: Hãy mở rộng số 12 -19 từ biểu diễn bit sang dạng 16 bit   Biểu diễn 12 là: 0011000000000000001100 Biểu diễn -19 là:101101 1111111111101101 © TS Nguyễn Phúc Khải 12 Sự tràn số  Khi tính tốn, ta cần lưu ý tầm giá trị toán hạng để tránh tình trạng tràn số  Ví dụ 5: Với biểu diễn số bù (5 bit), tính biểu thức + 11:     Biểu diễn là: 01001 Biểu diễn 11 là: 01011 Tổng: 10100 Vì bit dấu nên kết số âm  kết sai số bù (5 bit) có tầm giá trị: -1615 © TS Nguyễn Phúc Khải 13 PHÉP TOÁN TRÊN BIT – PHÉP TỐN LUẬN LY     Phép tốn AND Phép toán OR Phép toán Exclusive-OR Phép toán NOT © TS Nguyễn Phúc Khải 14 Phép toán AND  Ví dụ 6: Nếu c kết AND a b, với a = 0011 1101 b=01000001, c bao nhiêu?    © TS Nguyễn Phúc Khải 0011 1101 0100 0001 0000 0001 15 Phép tốn OR  Ví dụ 7: Nếu c kết OR a b, với a=00111101 b=01000001, c ?    © TS Nguyễn Phúc Khải 0011 1101 0100 0001 0111 1101 16 Phép tốn Exclusive-OR (XOR)  Ví dụ 8: Nếu c kết XOR a b, với a=00111101 b=01000001, c ?    © TS Nguyễn Phúc Khải 0011 1101 0100 0001 0111 1100 17 Phép tốn NOT  Ví dụ 9: Cho a=01000001 c=NOT(a)=? © TS Nguyễn Phúc Khải 18 KIỂU DỮ LIỆU DẤU CHẤM ĐỘNG  Kiểu liệu dấu chấm động dùng để biểu diễn số thập phân thay dùng dấu chấm tĩnh  Kiểu liệu dấu chấm động theo định dạng chuẩn IEEE 754 © TS Nguyễn Phúc Khải 19 KIỂU DỮ LIỆU DẤU CHẤM ĐỘNG  Cấu trúc kiểu dấu chấm động float, 32 bit:    bit cho dấu (dương hay âm) bit cho tầm (vùng số mũ-exponent) 23 bit cho độ xác (fraction)  Cơng thức chung kiểu float: N  (1) x fraction x S exponent 127 © TS Nguyễn Phúc Khải ,1  exponent  254 20 KIỂU DỮ LIỆU DẤU CHẤM ĐỘNG  Vùng số mũ dài biểu diễn 254 giá trị thay 256  Các giá trị (tương ứng 00000000) 255 (tương ứng với 11111111) trường hợp đặc biệt © TS Nguyễn Phúc Khải 21 KIỂU DỮ LIỆU DẤU CHẤM ĐỘNG  Ví dụ 10: Kiểm chứng trị kiểu dấu chấm động mẫu sau::   10000011 00101000000000000000000 10000010 00101000000000000000000  Ví dụ 11: Hãy biểu diễn số dạng dấu chấm động 32 bit © TS Nguyễn Phúc Khải 22 KIỂU DỮ LIỆU DẤU CHẤM ĐỘNG  Trường hợp đặc biệt: Khi vùng số mũ    Số mũ -126 Phần trị bắt đầu bit (thay bit bình thường) Cơng thức cụ thể N  (1) x fraction x S © TS Nguyễn Phúc Khải 126 23 © TS Nguyễn Phúc Khải 24 ... biểu diễn (4 bit) Trị tuyệt đối có dấu -0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 Bù 1 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 -0 © TS Nguyễn Phúc Khải Bù 2 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 SỐ NGUYÊN BÙ  Các bước tạo số nguyên bù số:   .. .Các nội dung:  KIỂU DỮ LIỆU SỐ NGUYÊN  SỐ NGUYÊN BÙ  PHÉP TOÁN TRÊN BIT – PHÉP TOÁN SỐ HỌC  PHÉP TOÁN TRÊN BIT – PHÉP TOÁN LUẬN LÝ  KIỂU DỮ LIỆU DẤU CHẤM ĐỘNG © TS Nguyễn Phúc Khải KIỂU... 18 KIỂU DỮ LIỆU DẤU CHẤM ĐỘNG  Kiểu liệu dấu chấm động dùng để biểu diễn số thập phân thay dùng dấu chấm tĩnh  Kiểu liệu dấu chấm động theo định dạng chuẩn IEEE 754 © TS Nguyễn Phúc Khải 19 KIỂU