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

KIẾN TRÚC MÁY TÍNH
(TH152)
•
•
•
•
•
•

Chương 1: Tổng quan về kiến trúc máy tính
Chương 2: Biểu diễn thơng 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

Phạm Hoàng Sơn


THƠNG TIN VÀ SỰ MÃ HỐ THƠNG 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.

Phạm Hoàng Sơn


THƠNG TIN VÀ SỰ MÃ HỐ THƠNG TIN
• Lượng thơng tin và sự mã hố thơng tin
– Thơng tin được đo lường bằng đơn vị thông tin
là bit.

– Lượng thông tin được định nghĩa bởi cơng
thức:
I = Log2(N)
• Trong đó: I: là lượng thơng tin tính bằng bit
• N: là số trạng thái có thể có

Phạm Hồng Sơn


THƠNG TIN VÀ SỰ MÃ HỐ THƠNG TIN
Ví dụ
• 8 trạng thái có thể ứng với một lượng thơng 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

Phạm Hoàng Sơn


THƠNG TIN VÀ SỰ MÃ HỐ THƠNG TIN
• Tám trạng thái khác nhau ứng với 3 số nhị
phân:

Phạm Hoàng Sơn


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 
2) mang tính chất sau:
– Có b ký số để thể hiện giá trị số.
– Ký số nhỏ nhất là 0 và ký số lớn nhất là b-1.
– Giá trị vị trí thứ n trong một số bằng cơ số b lũy thừa n:
bn
Phạm Hoàng Sơn


HỆ ĐẾM
• Một số N trong hệ đếm cơ số b được thể hiện:
N (b)  an an1an2 ...a1a0 a1a2 ...am

– Trong đó, số N(b) có n+1 ký số ở phần nguyên và m
ký số ở phần lẻ sẽ có giá trị là:
n

N ( b )  a n . b  a n1 . b

hay

n1

 a n 2 . b

N (b ) 

n 2

1

0

...a1 . b  a 0 . b  a 1 . b

n

i
a
.
b
 i

i  m

Phạm Hoàng Sơn

1

2

 a 2 . b ...a  m . b

m

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 thơng qua tổ
hợp của các ký hiệu cơ bản đó.
– Ví dụ:
• Một số tự nhiên 1975=1x103 + 9 x 102 + 7 x 101 +
5 x 100
n

N ( b )  a n . b  a n1 . b

n1

 a n 2 . b

n 2

1

0

...a1 . b  a 0 . b  a 1 . b

Phạm Hoàng Sơn

1

2

 a 2 . b ...a  m . b

m


Phạm Hoàng Sơn


HỆ ĐẾM
• Hệ nhị phân (binary, b=2)
– sử dụng hai ký hiệu 0 và 1 để biểu diễn các
giá trị
– Kí hiệu: N2
– Ví dụ:
• Số nhị phân 101112 được tính bằng:
1 x 24 + 0x 23 + 1 x 22 + 1 x 21 + 1 x 20
n

N ( b )  a n . b  a n1 . b

n1

 a n 2 . b

n 2

1

0

...a1 . b  a 0 . b  a 1 . b

Phạm Hoàng Sơn

1

2

 a 2 . b ...a  m . b

m


Phạm Hoàng Sơn


• Hệ đếm bát phân (Octal, b=8)
– Sử dụng các số từ 0 đến 7 để biểu diễn giá trị
– Kí hiệu: NO hoặc N8
– Ví dụ
• Số bát phân 2878 được biểu diễn như sau:

2x82 +8x81+7x80
n

N ( b )  a n . b  a n1 . b

n1

 a n 2 . b

n 2

1

0

...a1 . b  a 0 . b  a 1 . b

Phạm Hoàng Sơn

1

2

 a 2 . b ...a  m . b

m


• Hệ thập lục phân(HEX, b=16)
– Sử dụng các chữ số và chữ cái:
0,1,2,3,4,5,6,7,8,9, A,B,C,D,E,F
– Kí hiệu: NH hoặc N16
– Ví dụ:
• Số thập lục phân 32F được biểu diễn như sau:

3x162+2x161+15x160

n

N ( b )  a n . b  a n1 . b

n1

 a n 2 . b

n 2

1

0

...a1 . b  a 0 . b  a 1 . b

Phạm Hoàng Sơn

1

2

 a 2 . b ...a  m . b

m


• Chuyển đổi giữa các cơ số
• Thập phân  Nhị phân

Phạm Hoàng Sơn


• Thập phân  Nhị phân

Phạm Hoàng Sơn


• Chuyển số lẻ thập phân sang nhị phân

Phạm Hoàng Sơn


• Chuyển số lẻ thập phân sang nhị phân

Phạm Hoàng Sơn


• Chuyển số lẻ thập phân sang nhị phân

Phạm Hoàng Sơn


• Hệ nhị phân và thập lục phân

Phạm Hoàng Sơn


Hệ nhị phân và bát phân
3 bit

Chữ số Octal

000

0

001

1

010

2

011

3

100

4

101

5

110

6

111

7

Ví dụ:
chuyển đổi nhị phân sang Oct
101111  57
11001101  315

Phạm Hoàng Sơn


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 cịn 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).

Phạm Hoàng Sơn


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 ngun có thể biểu diễn được theo
quy tắc bù 1 của một số nhị phân n bit là từ -2n-1
đến 2n-1-1 của một số 8 bit là từ-27-1 đến 27-1.
Phạm Hoàng Sơn


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.

Phạm Hoàng Sơn


BIỂU DIỄN SỐ NGUYÊN VÀ SỐ THỰC TRONG HỆ NHỊ PHÂN
Mã nhị phân
Số thập 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

-5

1101

1010

1011

-6

1110

1001

1010

-7

1111

1000

1001

-8

Phạm Hoàng Sơn

1000


• Biểu diễn số thực
• -Một số thực R có thể biểu diễn bằng một
từ mã nhị phân trong máy tính như sau:
S

N

L

• Trong đó :
– S là phần thể hiện dấu gồm chỉ L bit;

– N là phần nguyên gồm n bit (bn-1bn-2...b0);
– L là phần kẻ gồm L bit (b-Lb-2...b-1).
Phạm Hoàng Sơn