Bài giảng Kiến trúc máy tính Chương 2 - ĐH Công Nghiệp

Biểu diễn thơng tin máy tính Trang Nội dung • • • • • • Các hệ thống số Biểu diễn số nguyên Biểu diễn số thực Biểu diễn ký tự Biểu diễn dạng thông tin khác Biểu diễn chương trình Trang Các hệ thống số • Hệ thống số theo phép cộng – Mỗi ký số có giá trị độc lập khơng lệ thuộc vị trí ký số – Giá trị số đuợc tính cách cộng/ trừ giá trị ký số – Ví dụ 1: Hệ thống số Hy lạp La mã 10 11 16 I II III IV V VI X XI XVI 20 25 29 50 75 100 500 1000 XX XXV XIX L LXXV C D M Các hệ thống số • Ví dụ số La mã XXXVI XL XVII DCCLVI MCMLXIX • Nhược điểm – – – – Khó biểu diễn tính tóan với số lớn Cần nhiều ký số để biểu diễn số lớn Khơng có số khơng số âm Không quán quy tắc VD số 49 biểu diễn IL (50-1) hay XLIX (40+9)? Các hệ thống số • Hệ thống số theo phép cộng (tiếp) – Ví dụ 2: Hệ Ai cập cổ đại =? Các hệ thống số • Hệ thống số theo vị trí – Mỗi vị trí số có giá trị khác tùy theo số – Ví dụ: Hệ thập phân Hàng trăm Hàng chục Đơn vị – Ví dụ: Hệ nhị thập phân Mayan twenties Units twenties units x 20 + = 47 18 x 20 + = 365 Các hệ thống số • Hệ thống số theo vị trí (tiếp) – Ví dụ: Hệ thống lục thập phân Babylon sixties units 3600s =64 60s 1s = 3724 Các hệ thống số • Hệ thống số theo vị trí (tiếp) – Tính giá trị số: dựa theo số bậc lũy thừa theo vị trí số Dùng n ký số hệ số B biểu diễn Bn giá trị khác – Ví dụ: hệ thập phân với số B=10 • 123,45= 1x102 + 2x101 + 3x100 + 4x10-1 + 5x10-2 – Tổng quát: Một số hệ số B gồm n -m ký số: anan-1…a1a0a-1…a-(m-1)a-m Được tính giá trị theo biểu thức:  m  a B i i i n Các hệ thống số • Hệ thập phân (decimal) – Gồm 10 ký số: 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 – Được sử dụng rộng rãi đời sống hàng ngày – Không phù hợp với máy tính • Hệ nhị phân (binary) – Gồm ký số: – Mỗi ký số đuợc gọi bit (binary digit), đơn vị thông tin nhỏ – Các bội số : Byte (B), KB, MB, GB, TB, PB, EB,… – Thích hợp với máy tính – Khó sử dụng người Các hệ thống số • Hệ bát phân (octal) – Gồm ký số: 0,1,2,3,4,5,6,7 – Là dạng viết gọn số nhị phân (8=23) – Sử dụng nhiều máy tính lập trình trước • Hệ thập lục phân (hexa-decimal) – Gồm 16 ký số: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E F – Là dạng viết gọn số nhị phân (16=24) – Hiện sử dụng rộng rãi máy tính lập trình 10 Biểu diễn ký tự • Mã hóa ký tự máy tính (tiếp) – Mã EBCDIC (Extended BCD Interchange Code) công ty IBM ban hành 1963 để sử dụng cho hệ thống IBM/360 sau áp dụng cho nhiều hệ thống khác – Được mở rộng từ mã BCD – Sử dụng bit mã hóa tối đa 256 ký tự (thực tế EBCDIC khơng sử dụng hết) • • • • • 0-63: Các ký tự điều khiển, không in 64-127: Dấu 129-169: Chữ thường 193-233: Chữ hoa 240-249: Số 53 Biểu diễn ký tự • Bảng mã EBCDIC 54 Biểu diễn ký tự • Mã hóa ký tự máy tính (tiếp) – Mã ASCII (American Standard Code for Information Interchange) ANSI ban hành từ 1963 – Sau CCITT (ITU) ISO công nhận sử dụng rộng rãi giới – Sử dụng bit để mã hóa tối đa 128 ký tự Mỗi ký tự lưu byte liệu Bit thứ sau sử dụng làm bit kiểm tra (parity bit) để mở rộng mã (mã ASCII mở rộng bit) • • • • • 0-31: Các ký tự điều khiển, không in 48-57: Số 65-90: Chữ hoa 97-122: Chữ thường 32-48, 58-64, 91-96, 123-127: Dấu (xen kẽ vùng) 55 Biểu diễn ký tự • Bảng mã ASCII Ghi chú: Bảng trình bày theo số thập lục phân Theo số thập phân • 0-31: Ký tự điều khiển • 48-57: Số • 65-90: Chữ hoa • 97-122: Chữ thường 56 Biểu diễn ký tự • Bảng mã ASCII – Các ký tự điều khiển - Bảng ASCII mở rộng IBM-PC 57 Biểu diễn ký tự • Mã tiếng Việt có dấu – Ban đầu số công ty đưa mã khác mở rộng từ mã ASCII chuẩn bit lên bit: VNI, ABC, ĐHBK, Vietware,…(khỏang 43 mã) – Do 128 vị trí mở rộng không đủ chứa ký tự tiếng Việt có dấu nên mã áp dụng cách khắc phục khác nhiều nhược điểm: • Dùng mã dựng sẵn khác cho chữ thường chữ hoa • Dùng mã, số ký tự thiếu chèn vào vùng ASCII chuẩn • Dùng byte ký tự khơng dấu byte dấu riêng biệt (mã tổ hợp) – Năm 1993 VN ban hành mã bit TCVN 5712 1999 chỉnh sửa thêm nhiều tồn nên sử dụng – Năm 2001 VN ban hành mã 16 bit TCVN 6909 phù hợp với chuẩn Unicode ISO/IEC 10646 khắc phục hầu hết nhược điểm nên sử dụng rộng rãi 58 Biểu diễn ký tự • Mã Unicode – Nhu cầu sử dụng mã 16-32 bit ngày cao để khắc phục hạn chế mã bit: • Mỗi quốc gia dùng bảng mã ASCII mở rộng riêng biệt (code page) • Nhu cầu trình bày văn nhiều thứ tiếng đồng thời, đặc biệt Web • Một số ngơn ngữ có lượng ký tự cần mã hóa lớn, ví dụ CJK (Chinese, Japanese, Korean) Ç'është Unicode?, in Albanian ዩዩዩዩ ዩዩዩዩ ዩዩ? in Amharic ‫ ما هي الشفرة الموحدة "يوننكود" ؟‬in Arabic Ի՞նչ է Յունիկոդը ? in Armenian ইইইইইইই ইই? in Bangla ইই ইইইইই ইই ইই ইই ? in Hindi Какво е Unicode ? in Bulgarian Что такое Unicode? in Russian ইইইইই ইই ? in Korean Шта je Unicode? in Serbian ইইইই ইইইইইইইইইই ইই ?, in Telugu Unicode ইই ইইইইই? in Thai ዩዩዩዩ ዩዩዩዩ ዩዩ? in Tigrigna ‫ ﯘنﯩكوﺩ ﺩﯨﮕﻪﻥ نﯩمﻪ؟‬in Uyghur ইইইই ইইইইইইইইইইই? in Kannada 59 Biểu diễn ký tự • Mã Unicode (tiếp) – Đặc điểm • Ban hành năm 1991, đến phiên 6.2 (09/2012) • Unicode cung cấp mã số cho ký tự, cho hệ máy tính, cho chương trình, cho ngơn ngữ Hiện mã hóa triệu ký tự • Chuẩn Unicode công ty công nghệ hàng đầu, Apple, HP, IBM, Microsoft, … chấp nhận • Unicode tương thích với ISO/IEC 10646 mã ASCII • Hỗ trợ kiểu định dạng UTF-8, UTF-16 UTF-32 • Hiện sử dụng rộng rãi tòan cầu, kể VN 60 Biểu diễn ký tự • Mã Unicode (tiếp) – Tóm tắt bảng mã Unicode 16 bit 61 Biểu diễn ký tự • Thứ tự lưu trữ byte nhớ – Bộ nhớ thường tổ chức theo byte – Hai cách lưu trữ liệu nhiều byte: • Đầu nhỏ (Little-endian): Byte có ý nghĩa thấp lưu trữ ngăn nhớ có địa nhỏ, byte có ý nghĩa cao lưu trữ ngăn nhớ có địa lớn • Đầu to (Big-endian): Byte có ý nghĩa cao lưu trữ ngăn nhớ có địa nhỏ, byte có ý nghĩa thấp lưu trữ ngăn nhớ có địa lớn – Áp dụng: Mã Unicode, số, chuỗi ký tự 62 Biểu diễn ký tự • Thứ tự lưu trữ byte nhớ (tiếp) – Ví dụ lưu trữ liệu 32-bit • Intel 80x86 Pentium: little-endian • Motorola 680x0, SunSPARC: big-endian 63 Biểu diễn ký tự • Lưu trữ chuỗi ký tự – Chuỗi ký tự gồm nhiều ký tự ghép lại, ký tự chiếm byte nhớ mã ASCII (2 byte Unicode) – Cần xác định chiều dài chuỗi (số ký tự có chuỗi) – Mỗi ngơn ngữ lập trình cấp cao qui định cách xác định khác cho chuỗi ký tự lưu trữ – Ví dụ: C dùng ký tự NUL Pascal dùng byte chiều dài 64 Biểu diễn dạng thông tin khác • Các chuẩn định dạng thơng tin thơng dụng: – Hình ảnh: BMP, TIFF, PNG, GIF, JPEG,… – Âm thanh: WAV, MIDI, MP3, AVI,… – Văn bản: PDF, HTML, XML,… – Video: MPEG-4, WMV, DivX,… – Animation: Flash, SVG, CSS, … – Khác: Mã vạch, RFID, OCR 65 Biểu diễn chương trình • Tập lệnh CPU phải mã hóa số nhị phân  Chương trình ngơn ngữ máy dạng số nhị phân • Hiện cơng ty sản xuất máy tính qui định mã lệnh riêng cho CPU sản xuất  Chương trình viết cho máy khơng thể chạy máy khác khác mã lệnh Câu hỏi: không đưa chuẩn thống mã lệnh cho lọai CPU? 66 Câu hỏi 67 ... Đổi số nhị phân 1101001.1011 (2) sang thập phân 1101001.1011 (2) = -1 -2 -3 -4 = 26 + 25 + 23 + 20 + 2- 1 + 2- 3 + 2- 4 = 64 + 32 + + + 0.5 + 0. 125 + 0.0 625 = 105.6875(10) 12 Các hệ thống số • Qui tắc... không dấu sau 8-bit: A = 41 ; B = 150 – Giải: • A = 41 = 32 + + = 25 + 23 + 20 41 = 0010 1001 • B = 150 = 128 + 16 + + = 27 + 24 + 22 + 21 150 = 1001 0110 19 Biểu diễn số ngun • Số ngun khơng dấu... 1001 Xác định giá trị chúng ? • Giải: – M = 0001 0010 = 24 + 21 = 16 + = 18 – N = 1011 1001 = 27 + 25 + 24 + 23 + 20 = 128 + 32 + 16 + + = 185 20 Biểu diễn số nguyên • Số nguyên không dấu (tiếp)