Реферат: А) Представление информации в цифровых автоматах (ЦА)

а) Представление информации в цифровых автоматах (ЦА).


В процессе переработки информации цифровые ЭВМ - компьютеры, оперируют числами, которые представляются в некоторой системе счисления.


Система счисления - это совокупность приемов и правил для записи чисел цифровыми знаками. Запись числа в некоторой системе счисления часто называют кодом числа.


Элементы (символы) алфавита, которые используются для записи чисел в некоторой системе счисления, принято называть цифрами. Каждой цифре данного числа однозначно сопоставляется ее количественный (числовой) эквивалент.

Различают позиционные и непозиционные системы счисления.


^ Непозиционная система счисления - это система, для которой значение символа, т.е. цифры, не зависит от его положения в числе. К таким системам относится, в частности, римская система (правда с некоторыми оговорками). Здесь, например, символ V всегда означает пять, вне зависимости от места его появления в записи числа. Есть и другие современные непозиционные системы.


^ Позиционная система счисления - это система, в которой значение каждой цифры зависит от ее числового эквивалента и от ее места (позиции) в числе, т.е. один и тот же символ (цифра) может принимать различные значения.

Наиболее известной позиционной системой счисления является десятичная система счисления. Например, в десятичном числе 555 первая цифра справа означает 5 единиц, соседняя с ней - 5 десятков, а левая - 5 сотен.

В связи с тем, что в цифровых автоматах в основном используются позиционные системы счисления, то мы в дальнейшем будем рассматривать только их.

Любая позиционная система счисления характеризуется основанием.


^ Основание или базис q естественной позиционной системы счисления это количество знаков или символов, используемых для изображения числа в данной системе.

Когда мы представляем, т.е. записываем некоторое число в позиционной системе счисления, мы размещаем соответствующие цифры числа по отдельным нужным позициям, которые принято называть разрядами числа в данной позиционной системе счисления. Количество разрядов в записи числа называется разрядностью числа и совпадает с его длиной.

В позиционной системе счисления справедливо равенство:


Aq = anqn + an-1qn-1 + ... + a1q1 + a0q0 + a-1q-1 + ... + a-mq-m, (2.1)

или

=


где ^ A это произвольное число, записанное в системе счисления с основанием q; anq - коэффициенты ряда, т.е. цифры системы счисления; n, m - количество целых и дробных разрядов соответственно.

Для обработки информации в компьютере обычно используется двоичная система счисления. Это объясняется, в частности, тем, что для размещения чисел (операндов) в компьютерах используются регистры и ячейки памяти, состоящие из триггеров, т.е “переключателей”, у которых может быть два положения: “включено” и “выключено”. “Включено” обозначает 1, “выключено” - 0. Таким образом, 1 регистр представляет 1 бит. Восемь бит есть байт.


^ Длина числа - это количество позиций (или разрядов) в записи числа.


б) Форматы представления чисел с плавающей запятой.


Для представления чисел с плавающей точкой (далее ЧПТ) используется полулогарифмическая форма записи числа:

     N = ± mq ± p

где q- основание системы счисления,  p - порядок числа, m - мантисса числа N.

Положение точки определяется значением порядка  p. С изменением порядка точка перемещается (плавает) влево или вправо.
Пример.

     12510=12.5*101=1.25*102=0.125*103=0.0125*104=...

Для установления однозначности при записи чисел принята нормализованная форма записи числа. Мантисса нормализованного числа может изменяться в диапазоне:  1/q ≤ | m | < 1. Таким образом в нормализованных числах цифра после точки должна быть значащей.

Пример.


Для представления чисел в машинном слове выделяют группы разрядов для изображения мантиссы, порядка, знака числа и знака порядка:
а) представление чисел в формате полуслова (16 бит):



б) представление чисел в формате слова (32 бита):




Наиболее типично представление ЧПТ в формате слова.
Пример.
Число А=-3.510=-11.12=-0.111·1010



Максимальным числом представимым в формате слова будет A=(0.1111...1·101111111)2(1·2127)10.



Таким образом, числа с плавающей точкой позволяют увеличить диапазон обрабатываемых чисел, но при этом точность изображения чисел определяется только разрядами мантиссы и уменьшается по сравнению с числами с фиксированной точкой.