Bài giảng Kiến trúc máy tính: Chương 2 - Phạm Hoàng Sơn

Bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương 2: Biểu diễn thông tin trong máy tính cung cấp cho người học các kiến thức: Thông tin và sự mã hóa, hệ đếm, biểu diễn một số nguyên và số thực trong hệ nhị phân, các phép tính số học trong hệ nhị phân và thập lục phân,... Mời các bạn cùng tham khảo.

KIẾN TRÚC MÁY TÍNH

(TH152)

• Chương 1: Tổng quan về kiến trúc máy tính

• Chương 2: Biểu diễn thông tin trong máy tính

• Chương 3: Bộ xử lý trung tâm

• Chương 4: Bộ nhớ bán dẫn (bộ nhớ trong)

• Chương 5: Bộ nhớ ngoài

• Chương 6: Nhập xuất

THÔNG TIN VÀ SỰ MÃ HOÁ THÔNG TIN

• Khái niệm thông tin

– Khái niệm về thông tin gắn liền với sự hiểu biết một trạng thái cho sẵn

trong nhiều trạng thái có thể có vào một thời điểm cho trước.

THÔNG TIN VÀ SỰ MÃ HOÁ THÔNG TIN

• Lượng thông tin và sự mã hoá thông tin

– Thông tin được đo lường bằng đơn vị thông tin

THÔNG TIN VÀ SỰ MÃ HOÁ THÔNG TIN

Ví dụ

• 8 trạng thái có thể ứng với một lượng thông tin là:

I = Log2(8) = 3 bit

• 8 trạng thái được ghi nhận nhờ 3 số nhị phân

(mỗi số nhị phân có thể có giá trị 0 hoặc 1)

• Như vậy lượng thông tin là số con số nhị phân

cần thiết để biểu diễn số trạng thái có thể có

• Do vậy, một con số nhị phân được gọi là một bit

THÔNG TIN VÀ SỰ MÃ HOÁ THÔNG TIN

• Tám trạng thái khác nhau ứng với 3 số nhị phân:

HỆ ĐẾM

• Hệ đếm là tập hợp các ký hiệu và một số qui tắc sử dụng tập ký hiệu đó để biểu diễn và xác định các giá trị số

• Mỗi hệ đếm có một số ký số (digits) hữu hạn Tổng số ký

số của mỗi hệ đếm được gọi là cơ số, ký hiệu là b.

• Hệ đếm cơ số b (với b là số nguyên dương và b 

n n

i i

0

1

1

2 2

HỆ ĐẾM

• Hệ đếm thập phân (decimal, b=10)

– Sử dụng 10 ký hiệu cơ bản 0, 1, 2, 3, 4, 5 , 6 ,

7, 8, 9 để biểu diễn các giá trị

– Một số lớn hơn 9 được biểu diễn thông qua tổ hợp của các ký hiệu cơ bản đó

– Ví dụ:

1

1

2 2

1

1

2 2

• Chuyển đổi giữa các cơ số

• Thập phân  Nhị phân

• Thập phân  Nhị phân

• Chuyển số lẻ thập phân sang nhị phân

• Chuyển số lẻ thập phân sang nhị phân

• Chuyển số lẻ thập phân sang nhị phân

• Hệ nhị phân và thập lục phân

BIỂU DIỄN SỐ NGUYÊN VÀ SỐ THỰC TRONG HỆ NHỊ PHÂN

• Dấu và trị tuyệt đối:

• Trong số nhị phân n bit, MSB được dùng làm bit dấu (với quy ước 0 là số dương và 1 là số âm), n-1 bit còn lại biểu diễn giá trị tuyệt đối

• Ví dụ: 0000 1111 và 1000 1111 là biểu diễn nhị phân là 8 bit của 15 và –15

• Số 0 có thể biểu diễn bằng 0000 0000 (+0) hoặc

1000 0000 (-0)

BIỂU DIỄN SỐ NGUYÊN VÀ SỐ THỰC TRONG HỆ NHỊ PHÂN

• Mã bù 1:

• Số đối của A có được bằng cách đảo giá trị tất

cả các bit của A

• Ví dụ: 0000 1111 và 1111 0000 là hai số nhị

phân 8 bit đối nhau (15 và –15)

• Có hai cách biểu diễn số 0 là 0000 0000 (+0) và

1111 1111 (-0)

• Dãy giá trị nguyên có thể biểu diễn được theo

quy tắc bù 1 của một số nhị phân n bit là từ -2

BIỂU DIỄN SỐ NGUYÊN VÀ SỐ THỰC TRONG HỆ NHỊ PHÂN

• Mã bù 2:

• Mã bù 2 của một số được xác định bằng cách lấy mã bù 1 của nó cộng với 1

• Ví dụ: 0000 1111 và 1111 0001 là các số 15 và –15 biểu diễn theo mã bù 2

BIỂU DIỄN SỐ NGUYÊN VÀ SỐ THỰC TRONG HỆ NHỊ PHÂN

Số thập phân

Mã nhị phân Dấu và trị tuyệt

đối Bù 1 Bù 2

+7 0111 0111 0111 +6 0110 0110 0110 +5 0101 0101 0101 +4 0100 0100 0100 +3 0011 0011 0011 +2 0010 0010 0010 +1 0001 0001 0001 +0 0000 0000 0000 -0 1000 1111 (0000) -1 1001 1110 1111 -2 1010 1101 1110 -3 1011 1100 1101 -4 1100 1011 1100

• Ví dụ

• Phép trừ các số nhị phân được theo

qui tắc sau:

• 1 - 0 =1

• 0 - 0 =1-1 = 0

• 0-1=11,

• trong kết quả (11) này ,số 1 bên phải

dược gọi là hiệu ,số1 bên trái là nhớ của phép trừ (gọi là carry hoặc borrow).

• Cộng và trừ số hex:

• Cộng :

– Khi cộng hai con số thập phân thì nếu tổng lớn hơn 9 ta viết con số đơn vị và nhớ con số hàng chục lên hàng cao kế

– Tương tự khi cộng hai con số thập lục phân, nếu tổng lớn hơn F (tức 1510) ta viết con số đơn vị và nhớ con số hàng thập lục lên hàng cao kế

18 88 AA 3CA FFFF

• Trừ

• Khi trừ hai số hex, nếu số trừ lớn hơn số

bị trừ, ta mượn 1610 để thêm vào số bị trừ

và trả 116 cho số trừ của hàng cao kế.

BCB

• Ví dụ số BCD

• Các kiểu lưu trữ số BCD

• Phép cộng số BCD

• Biểu diễn các ký tự

• Mã ASCII (American standard code for

information interchange):

– là loại mã 7 bit

– biểu biểu diễn được 128 ký hiệu

– thường được viết dưới dạng 1 byte (đủ 8 bit ), với bit cao nhất là b7 = 0

• Unicode

– sử dụng 2 byte (16 bit) để mã hoá một ký tự– có 216 =65536 tổ hợp mã khác nhau để biểu diễn các ký tự cần thiết

• XOR: Thuật toán này có công dụng để xác định

hai bit giống nhau Nếu hai bit giống nhau sẽ

cho kết quả là 0 còn khác nhau sẽ cho kết quả

Các phép toán logic