Bài giảng kiến trúc máy tính chương 2 phan trung kiên

Phan Trung Kiên – ĐH Tây bắc 2Chương 2.BIỂU DIỄN DỮ LIỆU TRONG MÁY TÍNH  Thông tin trong máy tính tính  Biểu diễn số nguyên  Biểu diễn số thực bằng số dấu phẩy động  Biểu diễn ký tự.

KIẾN TRÚC MÁY TÍNH

Chương 2.

Phan Trung Kiên – ĐH Tây bắc 2

Chương 2.BIỂU DIỄN DỮ LIỆU TRONG MÁY TÍNH

 Thông tin trong máy tính

tính

 Biểu diễn số nguyên

 Biểu diễn số thực bằng số dấu phẩy động

 Biểu diễn ký tự

2.1 Thông tin trong máy tính

 Phân loại thông tin

 Độ dài từ

 Thứ tự nhớ

Phan Trung Kiên – ĐH Tây bắc 4

Phân loại thông tin

 Dữ liệu nhân tạo: do con người quy ước

Phan Trung Kiên – ĐH Tây bắc 6

 Một hoặc nhiều byte

 Cần phải biết thứ tự lưu trữ các byte của

từ dữ liệu trong bộ nhớ chính

Lưu trữ kiểu đầu nhỏ (little-endian)

 Byte có ý nghĩa thấp hơn được lưu tữ trong bộ nhớ ở địa chỉ nhỏ hơn

 Ví dụ: Từ dữ liệu 2 byte: 00001111 10101010

 Trong bộ nhớ

00001111 10101010

Phan Trung Kiên – ĐH Tây bắc 8

Lưu trữ kiểu đầu to (big-endian)

 Byte có ý nghĩa thấp hơn được lưu tữ trong bộ nhớ ở địa chỉ lớn hơn

 Ví dụ: Từ dữ liệu 2 byte: 00001111 10101010

 Trong bộ nhớ

00001111 10101010

Lưu trữ của các bộ xử lý điển hình

 Intel 80x86 và các Pentium: Little-endian

 Motorola 680x0 và các bộ xử lý RISC: Big-endian

 Power PC và Itanium: cả hai (bi-endian)

Phan Trung Kiên – ĐH Tây bắc 10

Hệ thập phân (Decimal System)

-Phan Trung Kiên – ĐH Tây bắc 12

Dạng tổng quát của số nhị phân

 Có một số nhị phân A như sau:

 A = anan-1 a1a0.a-1 a-m

 Giá trị của A được tính như sau:

 A = an2n + an-12n-1 + + a020 + a-12-1 +

+ a-m2-m

Phan Trung Kiên – ĐH Tây bắc 14

Ví dụ:

Chuyển đổi từ dạng thập phân sang nhị

Phan Trung Kiên – ĐH Tây bắc 16

Phương pháp chia dần cho 2

Phương pháp phân tích thành tổng của

các 2i

 Ví dụ 1: chuyển đổi 105(10)

 105 = 64 + 32 + 8 + 1 = 26 + 25 + 23 + 20

Kết quả: 105 = 1101001

Phan Trung Kiên – ĐH Tây bắc 18

Chuyển số lẻ thập phân sang nhị phân

Chuyển số lẻ thập phân sang nhị phân

Phan Trung Kiên – ĐH Tây bắc 20

Chuyển số lẻ thập phân sang nhị phân

Phan Trung Kiên – ĐH Tây bắc 22

Số thập lục phân (Hexa)

A,B,C,D,E,F để biểu diễn các số

 Dùng để viết gọn cho số nhị phân: cứ một

nhóm 4 bit sẽ được thay thế bằng 1 chữ

Quan hệ giữa số nhị phân và số Hexa

 Ví dụ chuyển đổi số nhị phân  số Hexa:

 0000 00002 = 0016

 1011 00112 = B316

 0010 1101 1001 10102 = 2D9A16

 1111 1111 1111 11112 = FFFF16

Phan Trung Kiên – ĐH Tây bắc 24

2.3 Biểu diễn số nguyên

Số nguyên không dấu (Unsigned Integer)

 Biểu diễn số nguyên không dấu:

 Nguyên tắc tổng quát: Dùng n bit biểu diễn số

nguyên không dấu A: an-1an-2… a2a1a0

 Giá trị của A được tính như sau:

 A = an2 n + an-12 n-1 + + a02 0

 Dải biểu diễn của A: từ 0 đến 2 n -1

Phan Trung Kiên – ĐH Tây bắc 26

Phan Trung Kiên – ĐH Tây bắc 28

255 0

Số nguyên có dấu

 Dấu và độ lớn

 Số bù một

 Số bù hai

Phan Trung Kiên – ĐH Tây bắc 30

Ưu điểm – Nhược điểm

 Xét các số 3 bit:

 x: dạng nhị phân

Phan Trung Kiên – ĐH Tây bắc 32

Ưu điểm – Nhược điểm

Trục số học

 Dải biểu diễn:

 -(2 n-1 – 1) 2 n-1 - 1

Phan Trung Kiên – ĐH Tây bắc 34

Ưu điểm – Nhược điểm

 Xét các số 3 bit:

 x: dạng nhị phân

Phan Trung Kiên – ĐH Tây bắc 36

Ưu, nhược điểm

 Ưu:

 Trực quan

 Dễ dàng chuyển đổi dấu

 Có hai biểu diễn của số 0

 Cộng trừ phải thực hiện thao tác đặc biệt

 Ít sử dụng

Trục số học

 Dải biểu diễn:

 -(2 n-1 – 1) 2 n-1 - 1

Phan Trung Kiên – ĐH Tây bắc 38

Số bù 2

 Nguyên tắc tổng quát: Dùng n bit biểu diễn số

 an-1an-2…a1a0

 Với A là số dương: bit an-1 = 0, các bit còn lại

biểu diễn độ lớn như số không dấu

 Với A là số âm: được biểu diễn bằng số bù hai

Phan Trung Kiên – ĐH Tây bắc 40

Số bù 2

Phan Trung Kiên – ĐH Tây bắc 42

Số bù 2

nguyên có dấu được biểu diễn dưới đây:

Ưu điểm – Nhược điểm

 Xét các số 3 bit:

 x: dạng nhị phân

Phan Trung Kiên – ĐH Tây bắc 44

Ưu, nhược điểm

Trục số học

 Dải biểu diễn:

 -2 n-1  2 n-1 - 1

Phan Trung Kiên – ĐH Tây bắc 46

Đổi số n bit sang m bit (m>n)

Biểu diễn số nguyên theo mã BCD

 BCD - Binary Coded Decimal Code

 Dùng 4 bit để mã hoá cho các chữ số thập phân

Phan Trung Kiên – ĐH Tây bắc 48

Các kiểu lưu trữ số BCD

Phan Trung Kiên – ĐH Tây bắc 50

 Phép trừ

 Nếu không có nhớ ra khỏi bit cao nhất thì kết quả

nhận được luôn luôn đúng (Cout = 0).

 Nếu có nhớ ra khỏi bit cao nhất thì kết quả nhận

Phan Trung Kiên – ĐH Tây bắc 52

Phan Trung Kiên – ĐH Tây bắc 54

Phép trừ

 Phép trừ 2 số nguyên: X – Y = X + (-Y)

rồi cộng với X

Thực hiện phép cộng, trừ bằng phần cứng

Phan Trung Kiên – ĐH Tây bắc 56

Phép nhân số nguyên không dấu

Phép nhân số nguyên không dấu

Phan Trung Kiên – ĐH Tây bắc 58

Sơ đồ thực hiện:

Lưu đồ thuật toán

Các thanh ghi M, Q, A: n bit C: 1 bit

2 thừa số là n-bit

 tích là số 2n-bit được chứa trong cặp thanh ghi A, Q

Phan Trung Kiên – ĐH Tây bắc 60

Ví dụ: thực hiện 11*13 (với số 4 bit)

Q 0

Nhân số nguyên có dấu

 Chuyển đổi các thừa số thành số dương

 Nhân 2 số dương như số nguyên không dấu

 Hiệu chỉnh dấu của kết quả:

 Nếu 2 thừa số khác dấu  đảo dấu kết quả bằng

 Nếu 2 thừa số cùng dấu  không cần hiệu chỉnh cách lấy bù 2.

Phan Trung Kiên – ĐH Tây bắc 62

Nhân số nguyên có dấu

 Dùng giải thuật Booth

Phép chia số nguyên không dấu

Phan Trung Kiên – ĐH Tây bắc 64

Chia số nguyên có dấu

Cách 1:

 Sử dụng thuật giải chia số nguyên không dấu

 Đổi số bị chia và số chia  dương

và phần dư (đều là số dương)

 Hiệu chỉnh dấu:

 (+) : (+)  không hiệu chỉnh dấu kết quả

 (+) : (-)  đảo dấu thương

 (-) : (+)  đảo dấu thương và phần dư

 (-) : (-)  đảo dấu phần dư

Chia số nguyên có dấu

Cách 2: Sử dụng thuật toán sau:

 B1: Nạp số chia vào M, số bị chia vào A,Q

 B2: Dịch trái A,Q 1 bit

Phan Trung Kiên – ĐH Tây bắc 66

động

 Các phép toán

Khía niệm số dấu chấm động

 X = M * RE

 M là phần định trị (Mantissa),

 R là cơ số (Radix),

 E là phần mũ (Exponent).

Phan Trung Kiên – ĐH Tây bắc 68

Phan Trung Kiên – ĐH Tây bắc 70

Phan Trung Kiên – ĐH Tây bắc 72

Ví dụ

20 = 101002, 127 = 011111112, 147 = 100100112, 107 = 0110101120.638125 = 1/2 + 1/8 +1/128 = 10100012

Câu hỏi

 Tại sao lại biểu diễn m mà không biểu diễn M?

 Tại sao lại biểu diễn e mà không biểu diễn E?

Phan Trung Kiên – ĐH Tây bắc 74

Dải biểu diễn

Câu hỏi

 Khi tăng số bit m?

 Khi tăng số bit e?

 Dạng 32 bit biểu diễn được bao nhiêu số?

Phan Trung Kiên – ĐH Tây bắc 76

Các quy ước đặc biệt

 Các bit của e bằng 0, các bit của m bằng 0, thì X=  0

 Các bit của e bằng 1, các bit của m bằng 0, thì X= ± 

 Các bit của e bằng 1, còn m có ít nhất 1 bit bằng 1, thì

nó không biểu diễn cho số nào cả (NaN – not a number)

Phép +,

-Phan Trung Kiên – ĐH Tây bắc 78

Phép nhân

Phép chia

Phan Trung Kiên – ĐH Tây bắc 80

Biểu diễn ký tự

 Bộ mã ASCII (American Standard Code for

 Information Interchange)

Phan Trung Kiên – ĐH Tây bắc 82

Bộ mã ASCII

 Bộ mã ký tự mở rộng của IBM: IBM-PC.

 Bộ mã ký tự mở rộng của Apple: Macintosh.

Có thể thay đổi các ký tự mở rộng để mã hóa

Phan Trung Kiên – ĐH Tây bắc 84