Bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương 2, Phần 2: Biểu diễn thông tin trong máy tính

Chương 02Phần 2BIỂU DIỄN THÔNG TINTRONG MÁY TÍNHNội dungCách biểu diễn thông tinBiểu diễn số nguyênBiểu diễn số thựcBiểu diễn ký tựA. Cách biểu diễn thông tinThông tin trong máy tính được biểu diễn dạng nhị phânVí dụ:5 bit biểu diễn được 32 trạng thái.5 bit có thể dùng để biểu diễn 26 chữ cái A..Z.Đơn vị thông tinBITChỉ nhận giá trị 0 hoặc 11Byte = 8 BIT1KB = 210 Bytes  = 1024 Bytes1MB = 1024 KB1GB = 1024 MBB. Biểu diễn số nguyênBiểu diễn số nguyên không dấuBiểu diễn số nguyên có dấuI. Số nguyên không dấuNguyên tắc tổng quátVí dụBiểu diễn số nguyên không dấu 8 bit1. Nguyên tắc tổng quátDùng n bit biểu diễn số nguyên không dấu A: an-1an-2..a2a1a0Giá trị của A được tính như sau: Dải biểu diễn của A: 0 ÷ 2n-1Số 8 bit có giá trị : 0 ÷ 255 Số 16 bit có giá trị : 0 ÷ 65 535 Số 32 bit có giá trị : 0 ÷ 4 294 967 2952. Ví dụBiểu diễn các số nguyên không dấu sau đây bằng 8-bit:A = 41 ; B = 150Giải: A = 41 = 32 + 8 + 1 = 25 + 23 + 20 41 = 0010 1001 B = 150 = 128 + 16 + 4 + 2  = 27 + 24 +22 + 21 150 = 1001 01103. Biểu diễn số nguyên không dấu 8 bitBiểu diễn số nguyên không dấu 8 bit: 0 đến 2550000 0000 = 0 Chú ý:0000 0001 = 1 1111 11110000 0010 = 2 + 0000 00010000 0011 = 3 1 0000 0000 Vậy: 255 + 1 = 0?1111 1111 = 255 do tràn nhớ ra ngoàiII. Số nguyên có dấuNguyên tắc tổng quátVí dụBiểu diễn số nguyên có dấu 8 bit1. Nguyên tắc tổng quátDùng n bit biểu diễn số nguyên có dấu A: an-1an-2a2a1a0Với A là số dương: bit an-1 = 0, các bit còn lại biểu diễn độ lớn như số không dấuVới A là số âm: được biểu diễn bằng số bù hai của số dương tương ứngGiá trị của A được xác định như sau:Dải biểu diễn: -2n-1 ÷ 2n-1-1Số 8 bit có dấu có giá trị : -128 ÷ +127 Số 16 bit có dấu có giá trị : -32768 ÷ +327672. Ví dụBiểu diễn các số nguyên có dấu sau đây bằng 8-bit:A = +58 ; B = -80Bài giảiA = +58  = 32 + 16 + 8 + 2  = 26 + 25 + 24 + 21 = 0011 1010B = -80Ta có + 80 = 64 + 16  = 27 + 25 = 0101 0000Số bù một = 1010 1111 + 1Số bù hai = 1011 0000 B = -80 = 1011 00003. Biểu diễn số nguyên có dấu 8 bitBiểu diễn số nguyên có dấu 8 bit: -128 đến +1270000 0000 = 00000 0001 = +10000 0010 = +2 Chú ý:0000 0011 = +3 +127 + 1 = -128 -128 - 1 = +1270111 1111 = +127 do tràn xảy ra1000 0000 = - 1281000 0001 = - 1271111 1110 = -21111 1111 = -1C. Biểu diễn số thựcBiểu diễn số thập phân theo mã BCD(Binary Coded Decimal)Biểu diễn số dấu chấm độngI. Biểu diễn số thập phân theo mã BCDNguyên tắc tổng quátVí dụCác kiểu lưu trữ1. Nguyên tắc tổng quátDùng để biểu diễn một cách chính xác số thập phân (không làm tròn số)Dùng 4 bit để mã hóa các chữ số từ 0 đến 9Còn 6 tổ hợp chưa sử dụng: 1010, 1011, 1100, 1101, 1110, 1111Số thập phânSố nhị phânSố thập phânSố nhị phân000005010110001601102001070111300118100040100910012. Ví dụ35 = 0011 0101(BCD)61 = 0110 0001(BCD)35.61= 0011 0101.0110 0001(BCD)10.87 = 0001 0000.1000 0111(BCD)96.40 = 1001 0110.0100 0000(BCD)3. Các kiểu lưu trữBCD không nén (Unpacked BCD):Mỗi số BCD4-bit được lưu trữ trong 4-bit thấp của mỗi byte. Ví dụ: Số 35 được lưu trữ như sau: BCD nén (Packed BCD): Hai số BCD được lưu trữ trong 1 byte.Ví dụ: Số 35 được lưu trữ như sau: II. Biểu diễn số dấu chấm độngNguyên tắc chungChuẩn IEEE754 1. Nguyên tắc chungMột số thực X được biểu diễn theo kiểu số dấu phẩy động như sau:X = (-1)SM * RES: dấuM: định trị (Mantissa)R: cơ số (Radix)E: phần mũ (Exponent)Ví dụ: 2009 = (-1)0 * 2.009 * 1032. Chuẩn IEEE754 Tổng quanDạng 32 bitVí dụCác quy ước đặc biệtDải biểu diễna. Tổng quanĐược sử dụng rộng rãi trong khoa học máy tính hiện nayDùng 1 bit cho phần dấu: 0-dương, 1-âmCơ số R=2Các dạng biểu diễn chính:32 bit64 bit80 bitb. Dạng 32 bitS: bit dấue (8 bit): là mã excess-127 của phần mũ Ee = E + 127Giá trị 127 được gọi là độ lệch (bias)m (23 bit) là phần lẻ của phần định trị MM=1.mCông thức xác định số thực X = (-1)SM * RE = (-1)S1.m * 2e-127Ví dụXác định giá trị của số thực được biểu diễn bằng 32-bit như sau:1100 0001 0101 0110 0000 0000 0000 0000S = 1 số âme = 1000 0010(2) = 130 E = 130-127=3Vậy X = -1.10101100 * 23 = -1101.011 = -13.3750011 1111 1000 0000 0000 0000 0000 0000 = ?= +1.0 Các quy ước đặc biệtCác bit của e bằng 0, các bit của m bằng 0x000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 thì X = ± 0Các bit của e bằng 1, các bit của m bằng 0x111 1111 1000 0000 0000 0000 0000 0000  thì X = ±∞ Các bit của e bằng 1, còn m có ít nhất một bit bằng 1, thì nó không biểu diễn cho số nào cả (NaN - not a number) Dải giá trị biểu diễn 2-127 đến 2+12710-38 đến 10+38D. Biểu diễn ký tự theo hệ nhị phânBộ mã ASCII (American Standard Code for Information Interchange) Bộ mã ANSI (American National Standard Institute)Bộ mã UnicodeI. Bộ mã ASCIIBộ mã 8 bit, có thể mã hóa được 28(256)Được sử dụng ở trên hệ điều hành Windows/DOS và Unix128 ký tự chuẩn:00(16) – 1F(16): Ký tự điều khiển20(16) – 7F(16): Ký số, ký tự tiếng Anh, ký tự đặc biệt và thông dụng (+,-,*,/, %, )128 ký tự mở rộng (80(16) – FF(16))Bộ mã ký tự mở rộng của IBM: IBM-PCBộ mã ký tự mở rộng của Apple: MacintoshBộ mã tiếng việt TCVN3, VNI, II. Bộ mã ANSITên khác: ISO-8859-1, LATIN-1Mã hóa 8 bitLà bảng mã mở rộng của ASCII128 ký tự đầu giống như bảng mã ASCIICó thể mã hóa các ngôn ngữ khác bên cạnh tiếng AnhDo chỉ có tối đa 256 mã nên chưa mã hóa được các ký tự ngôn ngữ của Trung Quốc, Ả Rập, Do Thái, III. Bộ mã UnicodeĐược thiết kế để dùng làm bộ mã duy nhất cho tất cả các ngôn ngữ khác nhau trên thế giớiCác bảng mã UTF (Unicode Transformation Format)UTF-8 : mã hóa 1 đến 4 byteUTF-16: mã hóa 2 đến 4 byteUTF-32: mã hóa 4 byteBảng mã UTF-8Được thiết kế tương thích với chuẩn ASCIIĐược ưu tiên sử dụng mã hóa cho email, web, (được các trình duyệt web như Netscape, Mozilla, Internet Explorer, Opera và Safari hỗ trợ)Là bảng mã mặc định cho XMLPhụ lục: Bảng mã ACSIITài liệu tham khảoVõ Văn Chín, 2003, Giáo trình kiến trúc máy tính, Trường ĐH Cần ThơNguyễn Kim Khánh, 2007, Bài giảng kiến trúc máy tính, Trường ĐHBKHNĐặng Xuân Hà, 2005, Bài giảng kiến trúc máy tính, Trường ĐH Nông Nghiệp HNWebsite: