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軟考計算機基礎
軟考計算機基礎
更新时间:2024-10-03 13:27:03
一、二進制計算1. 二進制轉十進制整數計算

每位的數據*2的次方 值相加即可。例:1101 計算十進制:1101 b = 1 ∗ 2 3 1 ∗ 2 2 0 ∗ 2 1 1 ∗ 2 0 = 13 1101b = 1*2^3 1*2^2 0*2^1 1*2^0 = 131101b=1∗23 1∗22 0∗21 1∗20=13

2. 十進制整數轉二進制

除二取餘法,例:42轉二進制:

軟考計算機基礎(計算機内數據表示及編碼基礎)1

結果倒序組裝: 101010b

二、原碼、反碼、補碼、移碼1. 原碼

計算機内保存數據的時候,可能會對數據進行處理。原始數據就是原碼。

2. 反碼

反碼是将原碼各位求反。

3. 補碼

對原碼求反碼後再加1。注意:

  • 補碼中 數值0的值是唯一的。
  • 補碼運算中,符号位與數值位采用同樣的運算規則進行運算;符号位相加如果進位 , 則舍去進位。
4. 移碼

偏移2n-1的情況下,移碼就是将補碼符号位求反。

5. 特殊數值-127

[ − 127 ] 原 = 11111111 [-127]_原=11111111[−127]原=11111111[ − 127 ] 反 = 1000000 [-127]_反=1000000[−127]反​=1000000[ − 127 ] 補 = 1000001 [-127]_補=1000001[−127]補​=1000001[ − 127 ] 移 = 0000001 [-127]_移=0000001[−127]移​=0000001

-1

[ − 1 ] 原 = 1000001 [-1]_原=1000001[−1]原​=1000001[ − 1 ] 反 = 11111110 [-1]_反=11111110[−1]反​=11111110[ − 1 ] 補 = 11111111 [-1]_補=11111111[−1]補​=11111111[ − 1 ] 移 = 01111111 [-1]_移=01111111[−1]移​=01111111

三、浮點數1. 階碼與尾數

IEEE754标準提供了兩種規格的浮點格式:32位單精度格式和64位雙精度格式。

32位單精度格式

1位

8位

23位

符号

階碼

尾數

64位雙精度格式

1位

11位

52位

符号

階碼

尾數

其中:

  • 符号位: 1表示負數,0表示正數
  • 尾數:使用原碼表示,規格化尾數的第一位總是1,所以1是省略的。
  • 階碼:使用移碼表示,偏置常數為2 n − 1 − 1 2^{n-1}-12n−1−1
2. 示例: 178.125基于 IEEE 754标準規格化表示(1) 轉二進制

[ 178.125 ] 10 = [ 10110010.001 ] 2 [ 178.125]_{10} = [10110010.001]_2[ 178.125]10​=[10110010.001]2​

(2) 構造尾數

将10110010.001的小數點向左移7位,去掉頭部的1,尾數部分補足23位:01100100010000000000000

(3) 構造階碼

IEEE 754規定8位階碼的偏移量為127,加上偏移量後轉二進制。上一步尾數左移了7位,127 7=254,[ 254 ] 1 0 = [ 10000110 ] 2 [254]_10 = [10000110]_2[254]1​0=[10000110]2​

(4) 符号位: 0(5) 組合結果

0 10000110 01100100010000000000000

3. 對階

在對浮點數進行加、減運算時,要先進行對階,對階的規則是:小階向大階看齊;階碼小的尾數右移,每右移一位、階碼加1,直到兩數階碼相等。

四、編碼基礎1. 海明碼基本知識

海明碼可以進行檢錯和糾錯。海明碼在原數據中的一些固定位置插入數據,以進行奇偶校檢,能更正一個比特的錯誤;兩個比特出錯時,隻能偵測不能更正;三個以上比特出錯,則不能偵測和糾錯。

海明碼校驗位長度:

  • 2-4位:3位校驗位
  • 5-11位:4位校驗位
示例

對0100 1101進行海明碼編碼,下面P表示校驗位,R表示數據位:

(1) 數據和校驗位填充,校驗位在P1 P2 P4 P8處

海明碼位置

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

1

0

0

P4

1

1

0

P3

1

P2

P1

(2) 計算校驗位值

計算P1:從右邊第1位開始把間隔1位的比特位取出來,數1數量。上表中可數得:

海明碼位置

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

1

0

0

P4

1

1

0

P3

1

P2

P1

1數量為3奇數,進行偶校驗,把P1填 1。

計算P2:從右邊第2位開始隔2劃2:

海明碼位置

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

1

0

0

P4

1

1

0

P3

1

P2

P1

1數量為偶數,P2填0。

計算P3:從右邊第4位隔4劃4:

海明碼位置

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

1

0

0

P4

1

1

0

P3

1

P2

P1

1的數量為偶數,P3=0。計算P4:從右邊第8位隔8劃8:

海明碼位置

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

1

0

0

P4

1

1

0

P3

1

P2

P1

計算得P4=1

編碼結果:

海明碼位置

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

1

0

0

1

1

1

0

0

1

0

1

偵測和更正(1) 偵測校驗位

将上面數據位錯誤的數據:

海明碼位置

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

1

0

0

1

1

0

0

0

1

0

1

從右側P1開始,隔1取1計算1的數量,偶數個即為正确

海明碼位置

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

1

0

0

1

1

0

0

0

1

0

1

從右側P2開始,隔2取2,1為奇數個,校驗不通過

海明碼位置

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

1

0

0

1

1

0

0

0

1

0

1

從右側P4開始,隔4取4,1為奇數個,校驗不通過

海明碼位置

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

1

0

0

1

1

0

0

0

1

0

1

從右側P8開始,隔8取8,1為奇數個,校驗通過

海明碼位置

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

1

0

0

1

1

0

0

0

1

0

1

(2) 确定出錯位置

P2,P4校驗不通過,2 4=6,可知第6位錯誤。

(3) 糾正

第6個取反即為正确數據。

2. 循環冗餘校驗碼

循環冗餘校驗碼(CRC)利用生成多項式為k個數據位産生r個校驗位來進行編碼,其編碼長度為 k r k rk r

CRC由兩部分組成,左邊為數據,右邊為校驗碼。如果數據占k位,則校驗占n-k位。這裡n是CRC碼的字長,所以又被稱為(n,k)碼。求CRC編碼時,采用的模2運算。

3. 哈夫曼樹

構造哈夫曼樹過程:假設n個權值為w1, w2, ……, wn,準備構造的哈夫曼樹有n個葉子節點,其構造規則:從森林裡選出權值最小結點合并,作為一棵新樹的子樹,且新權的根結點權值為其子樹根節點權值之和;從森林裡删除選取的兩棵樹,将新樹加入森林;重複上面步驟。

示例

結點

a

b

c

d

e

f

權值

0.19

0.05

0.23

0.13

0.34

0.06

構造的哈夫曼樹:

軟考計算機基礎(計算機内數據表示及編碼基礎)2

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