Kiến trúc máy tính và hợp ngữ. Bài giảng kiến trúc máy tính và hợp ngữ trường Công Nghệ Thông Tin, Tổng hợp kiến thức về kiến trúc máy tính và hợp ngữ. Tổng quan hóa kiến trúc máy tính và hợp ngữ giúp sinh viên hoàn thành bài tập
1 Biểu diễn số nguyên Môn học: Kiến trúc máy tính & Hợp ngữ Hệ số q tổng quát • Tổng quát số nguyên có n chữ số thuộc hệ số q biểu diễn: xn x x xn q n x q x q (mỗi chữ số xi lấy từ tập X có q phần tử) • Ví dụ: – Hệ số 10: A = 123 = 100 + 20 + = 1.102 + 2.101 + 3.100 – q = 2, X = {0, 1}: hệ nhị phân (binary) – q = 8, X = {0, 1, 2,…, 7}: hệ bát phân (octal) – q = 10, X = {0, 1, 2,…, 9}: hệ thập phân (decimal) – q = 16, X = {0, 1, 2,…,9, A, B,…, F}: hệ thập lục phân (hexadecimal) • Chuyển đổi: A = 123 d = 01111011 b = 173 o = 7B h • Hệ số thường biển diễn máy tính hệ số 2 Chuyển đổi hệ số • Đặc điểm – Con người sử dụng hệ thập phân – Máy tính sử dụng hệ nhị phân, bát phân, thập lục phân • Nhu cầu – Chuyển đổi qua lại hệ đếm ? • Hệ khác sang hệ thập phân ( dec) • Hệ thập phân sang hệ khác (dec ) • Hệ nhị phân sang hệ khác ngược lại (bin …) • … Chuyển đổi hệ số [1] Decimal (10) Binary (2) • Lấy số số 10 chia cho – Số dư đưa vào kết – Số nguyên đem chia tiếp cho – Quá trình lặp lại số ngun = • Ví dụ: A = 123 – – – – – – – 123 : 61 : 30 : 15 : :2 :2 :2 = 61 dư = 30 dư = 15 dư = dư = dư = dư = dư Kết quả: 1111011, 123 số dương, thêm bit hiển dấu vào đầu vào Kết cuối cùng: 01111011 Chuyển đổi hệ số [2] Decimal (10) Hexadecimal (16) • Lấy số số 10 chia cho 16 – Số dư đưa vào kết – Số nguyên đem chia tiếp cho 16 – Quá trình lặp lại số ngun = • Ví dụ: A = 123 – 123 : 16 = dư 12 (B) – : 16 = dư Kết cuối cùng: 7B Chuyển đổi hệ số [3] Binary (2) Decimal (10) • Khai triển biểu diễn tính giá trị biểu thức xn x x • Ví dụ: xn n x1 x – 10112 = 1.23 + 0.22 + 1.21 + 1.20 = 1110 Chuyển đổi hệ số [4] Binary (2) Hexadecimal (16) • Nhóm bit biểu diễn nhị phân chuyển sang ký số tương ứng hệ thập lục phân (0000 0,…, 1111 F) • Ví dụ – 10010112 = 0100 1011 = 4B16 HEX BIN HEX BIN HEX BIN HEX BIN 0000 0100 1000 C` 1100 0001 0101 1001 D 1101 0010 0110 A 1010 E 1110 0011 0111 B 1011 F 1111 Chuyển đổi hệ số [5] Hexadecimal (16) Binary (2) • Sử dụng bảng để chuyển đổi: HEX BIN HEX BIN HEX BIN HEX BIN 0000 0100 1000 C` 1100 0001 0101 1001 D 1101 0010 0110 A 1010 E 1110 0011 0111 B 1011 F 1111 • Ví dụ: – 4B16 = 10010112 Chuyển đổi hệ số [6] Hexadecimal (16) Decimal (10) • Khai triển biểu diễn tính giá trị biểu thức x n x x • Ví dụ: x n 16 n x 16 x 16 – 7B16 = 7.161 + 12 (B).160 = 12310 Hệ nhị phân xn x x xn n x1 x • Được dùng nhiều máy tính để biểu diện giá trị lưu ghi ô nhớ Thanh ghi nhớ có kích thước byte (8 bit) word (16 bit) • n gọi chiều dài bit số • Bit trái xn-1 bit có giá trị (nặng) MSB (Most Significant Bit) • Bit phải x0 bit giá trị (nhẹ) LSB (Less Significant Bit) 10 Phép cộng 35 Phép trừ • Nguyên tắc bản: Đưa phép cộng A – B = A + (-B) = A + (số bù B) • Ví dụ: 11101 – 10011 = 11101 + 01101 1 1 1 1 0 1 36 Phép trừ 37 Phép nhân • Nguyên tắc bản: 0 1 38 Phép nhân 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 39 Phép nhân 40 Thuật tốn nhân • Giả sử ta muốn thực phép nhân M x Q với – Q có n bit • Ta định nghĩa biến: – C (1 bit): đóng vai trị bit nhớ – A (n bit): đóng vai trị phần kết nhân ([C, A, Q]: kết nhân) – [C, A] (n + bit) ; [C, A, Q] (2n + bit): coi ghi ghép • Thuật tốn: Khởi tạo: [C, A] = 0; k = n Lặp k > { Nếu bit cuối Q = Lấy (A + M) [C, A] Shift right [C, A, Q] k=k–1 } 41 42 Thuật tốn nhân cải tiến (số khơng/có dấu) Booth’s Multiplication Algorithm Khởi tạo: A = 0; k = n; Q-1 = (thêm bit = vào cuối Q) Lặp k > { Nếu bit cuối Q0Q-1 { = 10 A – M A = 01 A + M A = 00, 11 A khơng thay đổi } Shift right arithmetic [A, Q, Q-1] k=k–1 } Kết quả: [A, Q] 43 Ví dụ M = 7, Q = -3, n = 44 Phép chia (Restoring Division Algorithm) • Giả sử ta muốn thực Q / M với Khởi tạo: A = n bit Q > 0; A = n bit Q < 0; k = n Lặp k > { Shift left (SHL) [A, Q] A–MA # Nếu A < 0: Q0 = A + M A # Ngược lại: Q0 = k=k–1 } Kết quả: Q thương, A số dư 45 Ví dụ phép chia 46 Prefix in byte (Chuẩn IEC) • International Electrotechnical Commission (IEC) 47 Prefix in byte (Chuẩn SI) • International System of Units (SI) Chú ý: nói “kilobyte” nghĩ 1024 byte thực 1000 bytes theo chuẩn SI, 1024 bytes kibibyte (IEC) • Hiện có nhà sản xuất đĩa cứng viễn thông dùng chuẩn SI – 30 GB 30 * 109 ~ 28 * 230 bytes – Mbit/s 106 b/s 48 Homework • Đọc chương 9, sách W.Stalling • Đọc trước slide giảng số thực 49