Bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương 9: Bộ xử lý số học - Nguyễn Thị Phương

Download

Chương 9

Bộ xử lý số học

Chương 9. Bộ xử lý số học

1. Đơn vị số học và logic

2. Biểu diễn số nguyên

3. Phép toán số học với số nguyên

4. Biểu diễn dấu chấm động

5. Phép toán với dấu chấm động

1. Đơn vị số học & logic (ALU)

 Phần của máy tính thực hiện phép toán số học và lôgíc

trên dữ liệu

 Tất cả các bộ phận khác trong hệ thống máy tính (CU,

thanh ghi, bộ nhớ, I/O) đưa dữ liệu tới ALU để xử lý, sau

đó gửi lại kết quả

 Khối ALU được thực hiện sử dụng các linh kiện logic số

có thể lưu trữ các số nhị phân và thực hiện các phép toán

logic Boolean đơn giản

Đầu vào và đầu ra ALU

• Control Signals: các tín hiệu điều khiển được gửi đến từ CU, điều

khiển hoạt động của ALU

• Operand registers: các thanh ghi lưu trữ giá trị toán hạng của phép

toán

• Result registers: các thanh ghi lưu trữ kết quả phép toán

• Flags: các cờ. Vd: cờ tràn để đánh dấu kết quả tính toán vượt quá

kích thước thanh ghi đang lưu trữ

2. Biểu diễn số nguyên

Biểu diễn dữ liệu trong máy tính

 Dữ liệu cần được mã hóa để lưu trữ và xử lý trong

máy tính: dưới dạng nhị phân

 Dữ liệu kiểu số: độ lớn biểu diễn dưới dạng số nhị

phân. Quy ước biểu diễn dấu âm (với số âm), dấu

phẩy (với số có phần thập phân).

 Dữ liệu ký tự: sử dụng bảng mã

 Dữ liệu âm thanh, hình ảnh: lấy mẫu, lượng tử,

mã hóa theo quy ước.

Quy ước biểu diễn số trong máy

tính

 Số nguyên: có hai dạng biểu diễn

 Biểu diễn dấu – độ lớn

 Biểu diễn bù 2

 Đặc điểm: cả hai dạng biểu diễn đều sử dụng bit quan trọng

nhất (MSB - most significant bit) làm bit dấu

 Số thực:

 Biểu diễn dấu chấm tĩnh

 Biểu diễn dấu chấm động

a. Biểu diễn dấu – độ lớn

- Sign-magnitude representation

. Đây là dạng biểu diễn đơn giản nhất

. Trong một từ n bit, sử dụng (n-1) bên phải biểu diễn độ lớn của

số

. Bit ngoài cùng bên trái làm bit dấu: 0 (+), 1(-)

. Nhược điểm:

• Thực hiện phép toán cộng, trừ đòi hỏi phải xét cả dấu của

các số và độ lớn của chúng

• Có hai dạng biểu diễn của số 0: gây khó khăn khi thực hiện

việc kiểm tra 0 trong một số phép toán

. Do những nhược điểm này, biểu diễn dấu – độ lớn hiếm khi

được sử dụng trong việc mã hóa phần số nguyên trong ALU

b. Biểu diễn bù 2

 Bit ngoài cùng bên trái làm bit dấu: 0 (+), 1(-)

 Khác với biểu diễn dấu – độ lớn ở cách biểu diễn số âm

 Biểu diễn bù 2 số dương: giống dấu – độ lớn

 Biểu diễn bù 2 số âm:

 Lấy bù 1 của số dương tương ứng (đảo 0  1 và 1  0)

 Cộng thêm 1

 (Cách 2: đọc ngược từ dưới lên, gặp bit 1 đầu tiên, các bit sau đó sẽ

đảo ngược 0 1, 10)

Ví dụ 1

 Biểu diễn các số sau sang dạng dấu-độ lớn 8b và bù 2-8b

a) -128

b) 128

c) -54

d) 145

e) 11

f) -13

b. Biểu diễn bù 2 (tiếp)

Miền giá trị của từ mã n bit: −2^푛−1đến 2^푛−1− 1

Tính toán giá trị mã bù 2:

 Một số nguyên A, biểu diễn dưới dạng bù 2, n-bit:

풂_풏−ퟏ풂_풏−ퟐ… 풂_ퟎ

 Nếu A là số dương

 Bit dấu 푎_푛−1có giá trị 0

 Nếu A là số âm (A<0)

 Bit dấu 푎_푛−1có giá trị 1

 Trong đó, 풂_풊là giá trị bit tại vị trí i

Hộp giá trị

Bảng 10.2

Biểu diễn số nguyên 4-Bit

Biểu diễn thập

Biểu diễn dấu – độ

lớn

Biểu diễn bù 2

phân

Mở rộng phạm vi

 Trong một số trường hợp, ta muốn biểu diễn một số n-bit

sang dạng biểu diễn m-bit (푚 > 푛): mở rộng phạm vi biểu

diễn

 Trong biểu diễn dấu – độ lớn: di chuyển bit dấu tới vị trí

mới ngoài cùng bên trái và điền (m-n) bit 0 vào sau bit dấu

 Biểu diễn số bù 2:

 Quy tắc: di chuyển bit dấu sang vị trí ngoài cùng bên trái và

điền vào bằng bản sao bit dấu

 Đối với số dương, điền 0 vào, và số âm thì điền vào số 1

 Đây được gọi là phần mở rộng dấu

Mở rộng phạm vi

Ví dụ số bù 2

Một số đặc điểm của biểu diễn bù 2

Miền giá trị (n bit)

Biểu diễn số 0

−2^푛−1đến 2^푛−1− 1

1 cách

Lấy bù của số dương tương ứng sau đó cộng thêm

Biểu diễn số âm

Mở rộng chiều dài

chuỗi bit

Điền giá trị dấu vào bên trái

Khi cộng hai số cùng dấu, nếu kết quả có dấu

ngược lại  tràn

Luật tràn

Luật trừ

Khi trừ A cho B, lấy bù 2 của B sau đó cộng với A

2. Phép toán trên số nguyên

a. Phép đảo (phép phủ định)

b. Phép cộng

c. Phép trừ - luật trừ

d. Phép nhân

e. Phép chia

a. Phép đổi dấu (phép lấy âm)

 Quy tắc:

 Biểu diễn dấu – độ lớn: đảo bit dấu

 Biểu diễn bù 2: thực hiện phép toán bù 2

 Đảo từng bit (kể cả bit dấu)

 Cộng 1

 Đảo của đảo một số là chính nó

Số bù 2: xét hai trường hợp đặc biệt

b. Phép cộng

. Phép cộng được thực hiện bình thường như cộng hai số nhị phân

. Trong một số trường hợp, xuất hiện thêm 1b (bit bôi đen)  bỏ

qua các bit này

Nguyên tắc

• Tràn ô nhớ: khi kết quả của một

phép toán quá lớn vượt qua phạm vi

biểu diễn của ô nhớ

Tràn

• Số bù 2: Tràn ô nhớ xảy ra nếu hai

số cùng dấu cộng với nhau mà kết

quả thu được lại là một số có dấu

ngược với dấu của hai số đó

• Khi phát hiện tràn, ALU cần phải báo

hiệu việc này để CPU không sử dụng

kết quả

Tải về để xem bản đầy đủ

65 trang yennguyen 12/04/2022 10080

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương 9: Bộ xử lý số học - Nguyễn Thị Phương", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

bai_giang_kien_truc_may_tinh_chuong_9_bo_xu_ly_so_hoc_nguyen.pdf