Programowanie Niskopoziomowe

Transkrypt

1 Programowanie Niskopoziomowe Wykład 2: Reprezentacja danych Dr inż. Marek Mika Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa im. Jana Amosa Komeńskiego W Lesznie

2 Plan Kilka ciekawostek Zapisy binarny, oktalny, decymalny i heksadecymalny Algebra Boole a

3 Pierwsze komputery

4 Pierwsze narzędzia programistyczne

5 Pierwsze komputery osobiste

6 Pierwszy komputer klasy PC IBM PC XT Procesor Intel kb RAM 20 MB HDD Drukarka 9-igłowa

7 Interfejs użytkownika w latach 1990-tych

8 Współczesne GUI

9 To też są komputery

10 Maszyna wirtualna High-Level Language Assembly Language Operating System Instruction Set Architecture Microarchitecture Digital Logic Level 5 Level 4 Level 3 Level 2 Level 1 Level 0 Poziom 5 języki zorientowane aplikacyjnie, programy kompilowane do postaci asemblerowej Poziom 4 Instrukcje odpowiadają jednoznacznie (1 do 1) instrukcjom języka maszynowego, wywoływane funkcje na poziomie systemu operacyjnego (poziom 3), programy translowane do języka maszynowego Poziom 3 udostępnia usługi, program translowany na poziomie ISA (poziom 2) Poziom 2 poziom języka maszynowego, wykonywany przez program z poziomu 1 Poziom 1 poziom mikroarchitektury, interpretuje instrukcje języka maszynowego (poziom 2) na poziomie logiki sprzętowej (poziom 0) Poziom 0 poziom elektronicznych układów cyfrowych (CPU, PAO, szyna)

11 Reprezentacja danych Dwa stany fizyczne: niskiego i wyższego napięcia 3.3V V 0.5V 0.0V Logiczna interpretacja: 0 i 1 Systemy: binarny, oktalny, decymalny i heksadecymalny

12 Liczby binarne Alfabet dwuznakowy: 0 i 1 Każda liczba binarna składa się z jednej lub więcej cyfr tzw. bitów Bity numerowane są po kolei od 0 począwszy od prawej strony (najmniej znaczący bit) do lewej (najbardziej znaczący bit). Przykład liczby 16 bitowej: MSB LSB

13 Liczby binarne, oktalne, decymalne i heksadecymalne System Podstawa Alfabet Binarny Oktalny Decymalny Heksadecymalny A B C D E F

14 Liczby binarne ze znakiem i bez Liczby binarne mogą reprezentować liczby całkowite: bez znaku lub ze znakiem Liczby bez znaku są z definicji dodatnie Liczby ze znakiem mogą być dodatnie lub ujemne Zero uznawane jest za liczbę dodatnią

15 Liczby binarne bez znaku Wartości dziesiętne poszczególnych bitów

16 Translacje między systemem binarnym a systemem dziesiętnym Liczba_dziesiętna = =(B n-1 2 n-1 )+(B n-2 2 n-2 )+ +(B )+(B ) Translacja liczby dziesiętnej do liczby binarnej polega na dzieleniu tej liczby przez 2 i zapisywaniu reszty z tego dzielenia jako kolejnych bitów liczby binarnej począwszy od bitu najmniej znaczącego.

17 Przykłady binarne = decymalna 9: (1 2 3 ) + (1 2 0 ) = 9 decymalne 37 to binarnie

18 Dodawanie liczb binarnych Dodawanie poszczególnych cyfr: = = = = 10 Przykład dodawania liczb ośmiobitowych Przeniesienie: (4) (6) (10) Dodawanie liczby oraz daje w wyniku lecz jeśli mamy do dyspozycji tylko 8 bitów to wynik będzie

19 Rozmiary przechowywanych danych bajt 8 słowo 16 podwójne słowo 32 poczwórne słowo 64

20 Liczby heksadecymalne Stosowane ze względu na nieporęczność zapisu binarnego

21 Translacja binarna-heksadecymalna Każda cyfra heksadecymalna to 4 cyfry binarne Przykład: translacja liczby binarnej na liczbę heksadecymalną: 1 6 A

22 Konwersja z heksadecymalnej na dziesiętną Mnożenie każdej cyfry przez odpowiadającą jej potęgę 16: dec = (H ) + (H ) + (H ) + (H ) 1234 h ( ) + ( ) + ( ) + ( ), or decymalnie BA4 h ( ) + (11 * 16 2 ) + ( ) + ( ), or decymalnie

23 Potęgi 16

24 Konwersja decymalnej na heksadecymalną decymalnie 422 = 1A6 heksadecymalnie

25 Dodawanie heksadecymalne Bardzo przydatna umiejętność A B 78 6D 80 B5

26 Odejmowanie heksadecymalne -1 C6 75 A E

27 Liczby ze znakiem Na ujemną liczbę wskazuje najstarszy bit ustawiony na 1 sign bit Negative Positive

28 Uzupełnienie do 2 (U2) Kroki: Uzupełnij (odwróć) każdy bit Dodaj 1 Uwaga!: =

29 Odejmowanie binarne Przy odejmowaniu A B, zamień liczbę B na kod U2 Dodaj A do ( B) Zalety kodu U2: Tylko 1 zero Bit znaku Wyeliminowano potrzebę osobnych układów dla dodawania i odejmowania

30 Zakresy liczb całkowitych ze znakiem

31 Znaki alfanumeryczne Zbiór znaków Standardowe ASCII (0 127) Extended ASCII (0 255) ANSI (0 255) Unicode ( ) Null-terminated String Tablica znaków zakończona znakiem null byte Korzystanie z kodów ASCII

32 Algebra Boole a Wyrażenia Bool e tylko dla 3 operacji logicznych NOT, AND i OR

33 NOT Negacja bitowa Tabela stanów Bramka NOT

34 AND Tabela stanów: AND

35 OR Tabela stanów: OR

36 Priorytety operacji NOT > AND > OR Przykłady pokazujące porządek operacji: Stosuj nawiasy by uniknąć nieporozumień

37 DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ