《第一单元第 2 章 课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第一单元第 2 章 课件（61页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第3章,数据表示、数据运算算法和逻辑电路实现,本章主要内容,信息编码、码制转换与检错纠错码 数据表示常用的信息编码 二进制数值数据的编码与运算算法,数字化编码二要素,数值 文字 符号 语音 图形 图像 等统称数据， 在计算机内部，都必须用数字化编码的形式 被 存储 加工 和 传送 数字化编码二要素: 少量简单的基本符号 一定的组合规则 用以表示大量复杂多样的信息,基二码（二进制码）,只使用两个基本点符号： 符号个数最少，物理上容易实现 与二值逻辑的 真假 两个值对应简单 用二进制码表示数值数据运算规则简单,进位记数法与进制转换,进位记数法,N,=,i=m-1,D,i,*,i,r,-k,N 代表
2、一个数值,r 是这个数制的基(Radix),i表示这些符号排列的位号,D,i,是位号为i的位上的一个符号,r,i,是位号为i的位上的一个 1 代表的值,i,r,D,i,*,是第i位的所代表的实际值,表示m+k位的值求累加和,十进制转二进制,整数部分除2取余 小数部分乘2取整,2,1 1,2,2,2,5,2,1,0,1,1,0,1,0.625 * 2,1,0.25 * 2,0,0.5 * 2,1,0.0,除尽为止 求得位数满足要求为止,低,高,高,低,从二进制数求其十进制的值，逐位码权累加求和,二到八或十六进制转换,二到八 从小数点向左右三位一分组 （10 011 100 . 01)2 = (
3、234 . 2 )8 010 二到十六 从小数点向左右四位一分组 （1001 1100 . 01)2 = ( 9C . 4 )16 0100 说明：整数部分不足位数对转换无影响， 小数部分不足位数要补零凑足,否则出错。,二进制数据算术运算规则,(1) 加法运算规则 0+0=0 例如： 0101 0+1=1 +) 0001 1+0=1 0110 1+1=0 并产生进位 (2) 减法运算规则 0-0=0 例如： 1011 0-1=1 并产生借位 -) 0101 1-0=1 0110 1-1=0,二进制数据算术运算规则,乘法运算规则 例如： 1101 0X0=0 X) 0101 0X1=0 1101
4、 1X0=0 1101 1X1=1 1000001 除法运算规则 1101 例如： 1110101/1001 1001 1110101 1001 1011 1001 01001 1001 0,0000,检错纠错码,为了提高计算机的可靠性，除了采取选用更高可靠性的器件，更好的生产工艺等措施之外，还可以从数据编码上想一些办法，即采用一点冗余的线路，在原有数据位之外再增加一到几位校验位，使新得到的码字带上某种特性，之后则通过检查该码字是否仍保持有这一特性，来发现是否出现了错误，甚至于定位错误后，自动改正这一错误，这就是我们这里说的检错纠错编码技术。,非线性码,线性码,卷积码,分组码,非循环码,循环码
5、,随机 错误,突发 错误,纠错码,校验位与信息位 的形成关系,信息位与校验位 的约束条件,码字本身的 结构特点,信息位与校验位排列位置关系,系统码,非系统码,纠错码分类,几种常用的检错纠错码,我们只介绍三种常用的检错纠错码： 奇偶检错码， 用于并行数据传送中 海明检错与纠错码，用于并行数据传送中 循环冗余码， 用于串行数据传送中,编码过程,译码过程,传送,原始数据,码 字,结果数据,形成校验位的值，加进特征,检查接送的码字，发现 / 改正错误,奇偶校验码,用于并行码检错 原理：在 k 位数据码之外增加 1 位校验位， 使 K+1 位码字中取值为 1 的位数总保持 为 偶数（偶校验）或 奇数（奇
6、校验）。 例如： 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 原有数字位 两个新的码字,偶校验,奇校验,校验位,奇偶校验码的实现电路,+,奇校验 偶校验 出错指示(=1时),+,+,+,+,+,+,+,同左侧电路,编码电路,译码电路,P (校验位,接受到),八位数据位,D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,p,海明校验码,用于多位并行数据检错纠错处理 实现：为 k 个数据位设立 r 个校验位， 使 k+r 位的码字同时具有这样两个特性： 能发现并改正 k+r 位中任何一位出错， 能 发 现 k+r 位中任何二位同时出
7、错，但已无法改正。,海明码的编码方法,合理地用 k 位数据位形成 r 个校验位的值，即保证用 k 个数据位中不同的数据位组合来形成每个校验位的值，使任何一个数据位出错时，将影响 r 个校验位中不同的校验位组合起变化。换言之，通过检查是哪种校验位组合起了变化，就能确定是哪个数据位错，对该位求反则实现纠错。 有时两位错与某种情况的一位错对校验位组合的影响相同，必须加以区分与解决。,P1 = D2 + D1 P2 = D3 + D1 P3 = D3 + D2,海明码的实现方案 例如： k =3, r =4,D3 D2 D1 P4 P3 P2 P1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0
8、0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1,P4 = P3 + P2 + P1 + D3 + D2 + D1,S1 = P1 + D2 + D1 S2 = P2 + D3 + D1 S3 = P3 + D3 + D2 S4 = P4 + P3 + P2 + P1 + D3 + D2 + D1,+ ：异或,编码方案,译码方案,P1 = D2 + D1 P2 = D3 + D1 P3 = D3 + D2,海明码的实现原理 例如： k =3, r =4,D3 D2 D1 P4 P3 P2 P1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1
9、 1 0 0 0 1,P4 = P3 + P2 + P1 + D3 + D2 + D1,S1 = P1 + D2 + D1 S2 = P2 + D3 + D1 S3 = P3 + D3 + D2 S4 = P4 + P3 + P2 + P1 + D3 + D2 + D1,6 5 3 0 4 2 1,检错纠错码小结,(1) K位码有2K 个编码状态，全用于表示合法码，则任何一位出错, 均会变成另一个合法码，不具有检错能力。 (2) 从一个合法码变成另一个合法码，至少要改变几位码的值，称为最小码距(码距)。 (3) K+1 位码，只用其 2K 个状态，可使码距 为 2 , 如果一个合法码中的一位错
10、了，就成为非法码，通过检查码字的合法性，就得到检错能力，这就是奇偶校验码。,检错纠错能力,(4) 对 k 位数据位，当给出 r 位校验位时，要发现并改正一位错， 须满足如下关系： 2r = k + r +1 ； 要发现并改正一位错，也能发现两位错,则应： 2r-1 = k + r , 此时码距为 4。 (5) 若最小码距为 d (d=2), 能发现 d-1 位错，或改正 (d-2)/2 (取整) 位错, 要发现 l 位错,并改正 t 位错，应满足如下条件: d = l + t + 1 ( l = t ),本章主要内容,信息编码、码制转换与检错纠错码 数据表示常用的信息编码 二进制数值数据的编码
11、与运算算法,基二码应用实例：数据表示,逻辑型数据 字符型数据 ASCII 码 EBCDIC 码 字符串 汉字 检错纠错码 奇偶校验海明校验 循环冗余校验 数值型数据 定点小数 整数 浮点数 二十进制数（BCD码）,逻辑型数据,逻辑型数据只有两个值：真 和 假， 正好可以用二进制码的两个符号分别表示， 例如 1 表示 真 则 0 表示 假 不必使用另外的编码规则。 对逻辑型数据可以执行逻辑的 与 或 非等基本逻辑运算。其规则如下：,逻辑型数据基本运算规则,X Y X与Y X或Y X的非 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 0,字符型数据的表示,字符作为人机
12、联系的媒介，是最重要的数据类型之一，当前的西文字符集由 128 个符号组成，通常用 8 位二进制编码,即用一个字节来表示每一个符号，当前通用的两个标准字符集是： ASCII 码： 即 American Standard Code for Information Interchange EBCDIC码：即 Extended Binary Coded Decimal Interchage Code ASCII码字符集具体编码如下表所示：,ASCII字符编码集,b6 b5 b4 000 001 010 011 100 101 110 111 b3 b2 b1 b0 0000 NUL DLE SP 0
13、 P , p 0001 SOH DC1 ! 1 A Q a q 0010 STX DC2 “ 2 B R b r 0011 ETX DC3 # 3 C S c s 0100 EOT DC4 $ 4 D T d t 0101 ENQ NAK % 5 E U e u 0110 ACK SYN K k 1100 FF FS , N n 1111 SI US / ? O _ o,字符串的表示与存储,字符串是指连续的一串字符，它们占据主存中连续的多个字节，每个字节存放一个字符，对一个主存字的多个字节，有按从低位到高位字节次序存放的，也有按从高位到低位字节次序存放的。表示字符串数据要给出串存放的主存起始地
14、址和串的长度。例如：IF AB THEN READ(C)就可以有如下不同的存放方式： I F A A F I B T T B 假定每个字 H E N N E H 由 4 个字节 R E A D D A E R 组成 ( C ) ) C (,汉字的表示,通常用两个字节表示一个汉字 为了与西文字符编码相区别（西文的ASCII码的最高一位编码值为0），表示一个汉字时，把两个字节的最高一位的编码值设定为 1，则该编码集的最多编码数量为 128 X 128。 这种编码方案与西文传送中的把ASCII码的最高一位用作奇偶校验位有矛盾。,数值数据在计算机内的格式,定点小数: N = N N N .N,s,-1,-n,-2,整 数 : N = N N N . N N,0,1,s,n,n-1,浮点数: N = M E E .E E M M .M,s,s,m-1
