大学计算机基础02 ppt整理.ppt

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大学计算机基础02 ppt整理

* * * * * 事实上,在计算机中正是利用加法和移位操作来实现乘法运算的。另外,减法运算也可转换为加法来完成,除法运算可借助减法和移位来完成。因此,加法运算是计算机算术运算的核心运算。 需要说明的是,以上介绍的二进制数运算实例是无符号数的运算,而带符号数的运算,则要涉及到运算数符号的处理,有关概念将在2.3.2节中介绍。 * * 计算机使用数字电路,数字电路器件通常只有“接通”和“断开”两种状态。二进制数中的“1”和“0”两个数字便可用来表示两种不同状态的电子器件。因此,计算机内部是一个二进制世界,任何信息都用“0”和“1”组成的一串代码表示。计算机采用二进制的主要原因,有以下几点: 1.实现容易 计算机是利用内部物理设备的不同状态来代表各种数字符号。十进制数使用10个数符来表示数据,每一位需要用一个具有10个稳定状态的器件表示;而二进制数只有两个数符,每表示一位数只需一个具有两个稳定状态的器件。显然,设计两种状态的器件要容易得多。 2.二进制运算简单 采用十进制,其算术求和或求积运算规则有55种。而采用二进制,使其四则运算规则变得简单。例如,二进制数的加法和乘法仅各有4条运算规则。因而,简化了运算器等物理设备的设计。 3.可靠性高 系统在进行设计时,使用的元件状态和规则越少,运行时出错的概率就越小。传送数据时,两种状态也比10种状态容易分辨,因而可以提高系统运行的可靠性。 4.通用性强 采用二进制,不仅能运用于数值信息编码,也适用于非数值信息的数字化编码。特别是,二进制数字“0”和“1”恰好对应逻辑代数的取值“真”和“假”,从而使计算机能实现逻辑运算和各种逻辑判断功能。 * 计算机中处理的数据可分为数值型数据和非数值型数据两大类。其中,非数值型数据又可分为数字符、字母、符号等文本型数据和图形、图像、声音等非文本型数据。在计算机中,所有的数据都是以二进制代码形式表示。 对于数值型数据,计算机用指定的某一位来表示数的正负号,用约定位置的方法来表示小数点。 对于非数值数据,计算机采用编码的方法实现数据的数字化。 本节将介绍计算机中怎样表示数值和非数值型数据。 * 数值型数据是指能进行算术运算的数据,即通常所说的“数”。在计算机中表示一个数值型数据,需要解决以下3个方面的问题: ① 确定数的长度; ② 数的符号表示; ③ 小数点的表示。 数值型数据在计算机内部表示的二进制形式称为“机器数”,机器数具有以下特点: ① 计算机处理二进制数的位数受到机器设备的限制。通常,将机器设备能表示的二进制数的位数称为字长(一般是8的倍数)。一台机器的字长是固定的,比如字长8位、16位、32位、64位等。所以,机器数具有一定的范围,超过这个范围便会发生溢出。 ② 机器数用最高位的二进制数表示数的符号,并约定以“0”代表正数,以“1”代表负数。 ③ 机器数中依靠格式上的约定表示小数点的位置。 * * 二进制数在计算机内进行运算时,小数点的位置都是隐含约定的(即小数点本身不占一个二进制位),称为定点数。隐含的小数点位置可以是固定的,也可以是可变的,称为浮点数。 1.定点数 定点表示是将小数点固定在数中某个约定的位置,通常有以下两种约定: 定点小数和定点整数。 由此可见,从形式上看,定点整数和定点小数毫无差别,所以在使用时必须加以说明。因为定点整数和定点小数的形式完全相同时的真值是不同。 * 为了在有限的机器字长位数的限制下能表示很大的整数,同时又可以表示精度较高的小数,可采用浮点表示法。 浮点数表示法中的尾数决定了数的精度(有效位数),而阶码决定了小数点在尾数中的位置,从而决定了数取值范围的大小。 浮点数运算方式比较复杂,但表示数的范围大。对于绝对值很大或很小的数,用浮点数表示非常方便。各种高级语言中的实型数据在机器内一般都是用浮点数表示。 * 机器数在参与运算时,若将符号位和数值同时参与运算,则会产生错误的结果。 若要考虑符号位的处理,则会使运算变得复杂。为了解决此类问题,在不同的场合,机器数采用原码、反码、补码等不同的编码方法。正数的原码、反码、补码形式完全相同,负数则有三种不同的表现形式。这样,便可将减法运算统一转换成补码的加法运算。 * 计算机处理非数值型信息时,首先需要进行数字化编码。存储在计算机中的信息采用了各自不同的编码方案,即便是同一类型的信息也可以采用不同的编码形式。 1. 编码 编码是指采用约定的基本符号,按照一定的组合规则,表示大量

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