Презентация на тему: Представление чисел в ЭВМ

Представление чисел в ЭВМ
Границы представления целых чисел
Представление целых чисел
Форматы представления целых чисел
Прямой код числа
Почему используется дополнительный код числа?
Дополнительный код числа
Алгоритм получения дополнительного кода отрицательного числа
Нормализованная запись чисел
Компьютерное представление вещественных чисел
Особенности арифметических операций над числами с плавающей точкой
Контрольные вопросы
1/12
Средняя оценка: 4.2/5 (всего оценок: 49)
Код скопирован в буфер обмена
Скачать (129 Кб)
1

Первый слайд презентации: Представление чисел в ЭВМ

1 Представление чисел в ЭВМ Все числовые данные хранятся в памяти компьютера в двоичном виде, т. е. в виде последовательностей нулей и единиц, однако формы хранения целых и вещественных чисел различны. Как Вы считаете, почему это так? Необходимость различного представления целых и вещественных чисел вызвана тем, что скорость выполнения операций над целыми числами существенно выше, чем над вещественными числами. Текстовая, графическая, звуковая информация, количество деталей, акций, сотрудников – эти и многие другие данные выражаются целыми числами. Для решения математических и физических задач, в которых невозможно обойтись только целыми числами, используются вещественные числа.

Изображение слайда
2

Слайд 2: Границы представления целых чисел

2 Границы представления целых чисел Целые числа могут быть представлены как беззнаковые - только неотрицательные, и как знаковые – положительные и отрицательные. В зависимости от количества разрядов ячейки памяти границы представления целых чисел будут различными. Разрядность 8 16 32 Минимум (без знака) 0 0 0 Максимум (без знака) 255 65 535 4 294 967 295 Минимум (со знаком) - 128 - 32 768 - 2 147 483 648 Максимум (со знаком) 127 32 767 2 147 483 647 Почему диапазоны представления знаковых и беззнаковых целых чисел различны?

Изображение слайда
3

Слайд 3: Представление целых чисел

3 Представление целых чисел Целые числа, как знаковые, так и беззнаковые, хранятся в формате с фиксированной точкой. При таком представлении чисел все разряды ячейки, кроме знакового, если он есть, служат для изображения разрядов числа. Причем каждому разряду ячейки соответствует один и тот же разряд числа. Именно поэтому такое представление называется с фиксированной точкой, так как фиксируется место десятичной точки перед определенным разрядом. Для целых чисел десятичная точка находится после младшего разряда, то есть вне разрядной сетки.

Изображение слайда
4

Слайд 4: Форматы представления целых чисел

4 Форматы представления целых чисел При представлении беззнаковых чисел все разряды ячейки отводятся под представление разрядов самого числа. 0 0 0 0 0 0 0 0 Минимальное 0 1 1 1 1 1 1 1 1 Максимальное 255 В случае представления знаковых целых чисел старший (левый) разряд ячейки отводится под хранение знака числа. В этот разряд заносится 0, если число положительное и 1 – если число отрицательное. Поскольку для хранения разрядов самого числа количество разрядов ячейки уменьшается на единицу, границы представления уменьшаются в два раза. Почему минимальное знаковое число в 8-разрядной ячейке –128, а максимальное +127?

Изображение слайда
5

Слайд 5: Прямой код числа

5 Прямой код числа Представление в форме «знак» - «величина», когда старший разряд ячейки отводится под знак, называется прямым кодом двоичного числа. 0 0 0 0 1 0 0 1 Число 1001 2 1 0 0 0 1 0 0 1 Число -1001 2 Положительные числа в ЭВМ всегда представляются с помощью прямого кода. Прямой код числа полностью совпадает с записью самого числа в ячейке памяти машины. Прямые коды соответствующих положительных и отрицательных чисел отличаются только значением старшего разряда ячейки. Но отрицательные целые числа представляются в ЭВМ с помощью совсем другого кода, который называется дополнительным кодом.

Изображение слайда
6

Слайд 6: Почему используется дополнительный код числа?

6 Почему используется дополнительный код числа? Например, запись числа 243 в одном байте будет выглядеть так: 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 Подобное обстоятельство в значительной мере осложняет алгоритмы действий с целыми числами, имеющими разные знаки. Число 243 Но если эту запись рассматривать как запись числа со знаком, значением записи будет число - 115 Число -115 А как Вы думаете, в чём состоит усложнение алгоритмов?

Изображение слайда
7

Слайд 7: Дополнительный код числа

7 Дополнительный код числа В чем состоит сложность получения дополнительного кода? Дополнительный код отрицательного числа m равен 2 k -|m|, где k – количество разрядов в ячейке, а |m|< 2 k. Другими словами, дополнительный код отрицательного числа – это дополнение |m| до 2 k. Дополнительный код положительного числа равен прямому коду этого числа. Например, прямой и дополнительный коды двоичного числа 1001 2 для 8-разрядной ячейки равны 00001001. Если k =8, |m| = 01100101 2, то дополнительный код можно получить как разность 100000000 2 – 01100101 2 = 00011011 2. Или 01100101 2 + 00011011 2 = 100000000 2 (155+101=256)

Изображение слайда
8

Слайд 8: Алгоритм получения дополнительного кода отрицательного числа

8 Алгоритм получения дополнительного кода отрицательного числа В какой последовательности следует инвертировать значения битов прямого кода числа? 1) модуль числа представить прямым кодом в k двоичных разрядах; 2) значения всех битов инвертировать : все нули заменить на единицы, а единицы – на нули (таким образом получается k - разрядный обратный код исходного числа); 3) к полученному обратному коду, трактуемому как k- разрядное неотрицательное двоичное число, прибавить единицу. Для получения дополнительного k- разрядного кода отрицательного числа необходимо: Пример 1. Получение восьмиразрядного дополнительного кода числа –52: 00110100 – число | -52 | =52 в прямом коде; 11001011 – число –52 в обратном коде; 11001100 – число –52 в дополнительном коде. Задание. Получите дополнительный код числа –52 в шестнадцати разрядах.

Изображение слайда
9

Слайд 9: Нормализованная запись чисел

9 Нормализованная запись чисел Для представления вещественных чисел принят способ представления с плавающей точкой. Этот способ опирается на нормализованную запись действительного числа. Определение. Нормализованной называется запись отличного от нуля действительного числа в виде m •P q, где q – целое число (положительное, отрицательное или ноль), а m – правильная P - ричная дробь, у которой первая цифра после запятой не равна нулю, т. е. 1/ P m<1. При этом m называется мантиссой числа, q – порядком числа. Пример 2. Примеры нормализации чисел. 1) 3.1415926=0.31415926 • 10 1 2) 1000=0.1 • 10 4 3) – 0.123456789= – 0.123456789 • 10 0 4) 0.0000107 8 =0.107 8 • 8 -4 5) 1000.0001 2 =0.10000001 2 • 2 4 6) – 0.0001101 2 = – 0.1101 2 • 2 -3 Запись нуля считается нормализованной, если и мантисса, и порядок равны нулю, т. е. 0 = 0.0 • 10 0 Объясните, что и когда «плавает» в форме представления чисел с «плавающей точкой»?

Изображение слайда
10

Слайд 10: Компьютерное представление вещественных чисел

10 знак порядка (+) Компьютерное представление вещественных чисел Как и для целых чисел, при представлении вещественных чисел используется двоичная система счисления, поэтому предварительно число должно быть переведено в двоичную систему. При представлении чисел с плавающей точкой в разрядах ячейки отводится место для знака числа, знака порядка, абсолютной величины порядка, абсолютной величины мантиссы. 1 0 00001101 1011011000010 111100110 знак числа (-) абсолютная величина порядка (13) абсолютная величина мантиссы (5826486) В ячейке записано отрицательное двоичное число –1011011000010.111100110 В десятичном представлении это будет число –5826.486 Объясните, чем определяются точность вычислений и допустимый диапазон представимых чисел?

Изображение слайда
11

Слайд 11: Особенности арифметических операций над числами с плавающей точкой

11 Особенности арифметических операций над числами с плавающей точкой Предположим для простоты, что в ячейке памяти один десятичный разряд порядка и пять десятичных разрядов мантиссы. Сложение. Пусть необходимо найти сумму 10 2 • 0. 23619 + 10 -2 • 0. 71824 Перед сложением (и вычитанием) производится выравнивание порядков. При этом число с меньшим порядком преобразуется. 10 2 • 0. 23619 + 10 2 • 0. 0071824 = 10 2 • 0. 23690824 Но для записи мантиссы имеются только пять ячеек, поэтому полученная восьмиразрядная сумма округляется до пяти разрядов - 10 2 • 0. 23691, при этом точность результата теряется. Вычитание производится аналогично. Умножение. При умножении двух чисел с плавающей точкой их порядки надо просто сложить, а мантиссы – перемножить без выравнивания порядков. Результат при необходимости округляется. Деление. При делении из порядка делимого вычитается порядок делителя, а мантисса делимого делится на мантиссу делителя. При этом может произойти и переполнение порядка, и потеря точности мантиссы частного. Как Вы считаете, операции над числами с плавающей точкой – это операции над целыми или над вещественными числами?

Изображение слайда
12

Последний слайд презентации: Представление чисел в ЭВМ: Контрольные вопросы

12 Контрольные вопросы 1. Как будут представлены в 8-битном знаковом типе числа: а) –1; б) –10; в) –120; г) –102; 2. Запишите следующие двоичные числа в прямом, обратном и дополнительном коде для 8-разрядной ячейки: а) –1000; б) –11101; в) –1; г) –1111111; 3. Приведите к нормализованному виду числа, оставляя их в тех же системах счисления, в которых они записаны: а) –0. 000001011101 2 ; б) 987654321 10 ; в) 100.01 2 ; г) –0. 001502 8 ; 4. Запишите в естественной форме с фиксированной запятой следующие нормализованные числа: а) 0. 1011 2 • 2 1 ; б)0. 1011 2 • 2 11 ; в)0. 12345 10 • 10 -3 ; г) –0. 40065 8 • 8 -4 ;

Изображение слайда