Арифметические операции над двоичными числами с плавающей точкой

В современных ЭВМ числа с плавающей точкой хранятся в памяти машин, имея мантиссу и порядок (характеристику) в прямом коде и нормализованном виде. Все арифметические действия над этими числами выполняются так же, как это делается с ними, если они представлены в полулогарифмической форме (мантисса и десятичный порядок) в десятичной системе счисления. Порядки и мантиссы обрабатываются раздельно.

Сложение (вычитание). Операция сложения (вычитания) производится в следующей последовательности.

1. Сравниваются порядки (характеристики) исходных чисел путем их вычитания р=р1-р2. При выполнении этой операции определяется, одинаковый ли порядок имеют исходные слагаемые.

2. Если разность порядков равна нулю, то это значит, что одноименные разряды мантисс имеют одинаковые веса (двоичный порядок). В противном случае должно проводиться выравнивание порядков.

3. Для выравнивания порядков число с меньшим порядком сдвигается вправо на разницу порядков Ар. Младшие выталкиваемые разряды при этом теряются.

4. После выравнивания порядков мантиссы чисел можно складывать (вычитать) в зависимости от требуемой операции. Операция вычитания заменяется операцией сложения в соответствии с данными табл. 2.3. Действия над слагаемыми производятся в ОК или ДК по общим правилам.

5. Порядок результата берется равным большему порядку.

6. Если мантисса результата не нормализована, то осуществляются нормализация и коррекция значений порядка.

Пример 5. Сложить два числа А ₁₀ =+ 1.375; B ₁₀=-0.625.

А ₂=+1.011=0: 1011*10¹; B₂ = -0.101=-0:101*10⁰.

В нормализованном виде эти числа будут иметь вид:

1. Вычитаем порядки Δ p = p ₁-p₂=1-0=1. В машине эта операция требует операции сложения с преобразованием порядка чисел в дополнительный код:

Определяем, что Δ р≠ 0.

2. Порядок первого числа больше порядка второго числа на единицу. Требуется выравнивание порядков.

3. Для выравнивания порядков необходимо второе число сдвинуть вправо на один разряд.

[B₂]исх=0: 0 1: 101

после сдвига

[B₂]п=0: 11:0101

[m_B]дк= 1: 1011

4. Складываем мантиссы.

Мантисса числа С - положительная.

5. Порядок числа С равен порядку числа с большим порядком, т.е. р = +1.

[С₂]п=0: 1 0: 0110.

Видно, что мантисса результата не нормализована, так как старшая цифра мантиссы равна нулю.

6. Нормализуем результат путем сдвига мантиссы на один разряд влево и соответственно вычитаем из значения порядка единицу:

Умножение (деление). Операция умножения (деления) чисел с плавающей точкой также требует разных действий над порядками и мантиссами. Алгоритмы этих операций выполняются в следующей последовательности.

1. При умножении (делении) порядки складываются (вычитаются) так, как это делается над числами с фиксированной точкой.

2. При умножении (делении) мантиссы перемножаются (делятся).

3. Знаки произведения (частного) формируются путем сложения знаковых разрядов сомножителей (делимого и делителя). Возможные переносы из знакового разряда игнорируются.

Задание:

	I	II	III	IV	V	VI
	149,37510	711,2510	360,2510	741,12510	597,2510	237,7310
65,216	-3BF,A16	-2FE,616	24A,416	24D,516	BB,416
	101010000,10111	1100110110,0011	11001010,01	1111100100,11011	1101111111,1	1000101001,1
11001100,01	11111110,01	1110001,001	101110111,011	1100111110,1011	1111101,1
	X=69,416 Y=A,D16	X=2B,A16; Y=36,616	X=7,416; Y=1D,416	X=36,416; Y=A,A16	X=4B,216; Y=3C,316	X=4A,316 Y=F,616;
	X=326,810; Y=-15,210	X=-220,1510; Y=6,2910	X=150,4610; Y=-7,52310	X=365,0210; Y=-18,25110	X=-128,310; Y=6,41510	X=421,210; Y=-11,710

Порядок выполнения работы:

Выполните арифметические операции в естественной и нормальной форме:

1. сложение

2. вычитание

3. умножение

4. деление

Контрольные вопросы:

1. Сформулируйте правила сложения чисел в форме с плавающей точкой

2. Чем отличается числа в форме с фиксированной точкой от чисел с плавающей точкой.

Практическая работа №3

Архитектура ЭВМ и вычислительных систем

Тема: Умножение в АЛУ двоичных чисел с фиксированной точкой

Цель работы:

Средства:

Литература:

1. Калабеков Б.А. Цифровые устройства и микропроцессорные системы. – М.: Горячая линия, 2005г

2. Калиш Г. Г. Основы вычислительной техники. – М. Высш. шк., 2000 г.

Краткие теоретические сведения: