第三章運算方法和運算器
3.1 定點加、減法運算
一、教學目標:
1. 了解運算器的概念
2. 掌握定點加、減法運算
3. 了解溢位的概念
4. 掌握半加器、全加器的組成及工作原理
二、教學重點、難點
定點加、減法運算,半加器、全加器的組成及工作原理
三、教學方法
教師講解,學生思考、記憶;教與學對應的全鏈式教學法
四、教具使用
計算機一台、多**幻燈片演示
五、教學內容與過程
匯入:提問:請描述一位二進位制的加法原理?
引導學生思考、回答並相互補充。
教師總結歸納一位二進位制的加法原理,進入教學課題。
講授新課:(多**幻燈片演示和板書)
3.1 定點加、減法運算
3.1.1 定點補碼的加減法
在計算機中,凡是帶符號的數一律用補碼表示,其運算結果也是用補碼表示的。若結果的符號為「0」表示正數,得到的是補碼即原碼,數值部分前加上「+」號,即為真值。若結果的符號為「1」表示負數,得到的是補碼。
這時如要求真值,需對結果的補碼再求補碼,變成原碼,在數值部分前加上負號才為真值。下面對加、減兩種情況進行分析。
定點補碼的加法運算
規則:[x]補+[y]補=[x+y]補
現根據x、y的符號及絕對值的大小分4種情況予以證明。
(1)x、y均為正數,則其和也為正數。因正數的補碼就是該正數本身,故有
[x]補 +[y]補 =x+y=[x+y]補
(2)x為正數,y為負數,且∣x∣≥∣y∣時。
則有[x]補 +[y]補 = [x+y]補
例 3.1 已知 x=+0010011b,y=-0000111b,進行補碼加法運算。
x]補 =00010011(+19的補碼)
y]補 =11111001 (-7的補碼)
x+y]補=[1]00001100 (+12的補碼)
丟失符號位
結果x+y=+0001100b
(3)x為正數,y為負數,且|y|>|x|時。
則有[x]補 +[y]補 =x+2n +y=2n +(x+y)=[x+y]補
例3.2 已知 x=+0000111b ,y=-0010011b,進行補碼加減法運算。
x]補 =00000111(+7的補碼)
y]補 =11101011 (-19的補碼)
x+y]補=11110100 (-12的補碼)
符號位 符號位為「1」,表明結果為負數,它以補碼形式出現,為求得原碼表示的結果,必須將補再求一次補碼:
[[x]補 ]補 =[11110100]補 =10001011+1=10001100b(符號位不變,其後每位變反+1)
所以x+y=-00001100(-12)
(4)x、y均為負數,則其和必為負。
則有[x]補 +[y]補 =[x+y]補
例3.3 已知 x=-0011001b,y=-0000110b,進行補碼加法運算。
x]補 =11100111 (-25的補碼)
y]補 =11111010 (-6的補碼)
x+y]補=[1]11100001 (-31的補碼)
丟失符號位
符號位為1表明結果為負,符號位之前的1,是由符號進製上來的,為模丟失。如將[x+y]補 =11100001再求一次補碼(補碼的符號不動,其後每位變反+1)得到: [x+y]原 =10011111b
結果:x+y=-0011111(-31)
2.定點補碼的減法運算
規則:[x-y]補 =[x+(-y)]補 =[x]補 +[-y]補
在進行定點減法運算時,只要將減數y換換為[-y]補 ,減法運算便換為加法運算了。將[y]補連同符號一起求反加1,便可得到[–y]補。
例3.4 x=+1100000b (+96)
y=+0010011b (+19)
用補碼進行減法運算:求x-y
x]補=[x]原=01100000
y]補=[y]原=00010011
x]補 =01100000 (+96的補碼)
y]補 =11101101 (-19的補碼)
x-y]補=[1]01000101 (+77的補碼)
丟失符號位
其結果符號位為「0」,表示正數,所以x-y=+1001101b
例3.5 已知 x= -0111000b (-56)
y= -0010001b (-17)
用補碼進行減法運算:求x–y
x]原=10111000
y]原=10010001
x]補=11001000
y]補=11101111
x]補 =11001000 (-56的補碼)
y]補 =00010001 (+17的補碼)
x-y]補=11011001 (-39的補碼)
符號位 其結果的符號位為「1」,表明結果為負,為表示結果,要對結果的補碼再求補碼:
x-y]補=11011001 [x-y]原=10100111 結果x-y=-0100111b
4.溢位
採用補碼運算時,若結果的數值超過出了補碼能表示的範圍,計算結果錯誤,我們稱這種情況為溢位。例如:n=8(字長),最高位為符號位,補碼能表示的範圍為-128-+127,如果結果超過此範圍,就會產生溢位。
提問:比較例3.7、例3.8和例3.9三題比較他們各自的特點?
帶領學生進行例題分析,並採用分組討論法引導學生思考、討論、回答並相互補充。
.1.2 基本二進位制數的運算及其加法電路
1.二進位制數的相加
兩個二進位制數相加的幾個例子:
ab)1 a0 1 a
1 b1 0 b
進製 1 0 s1 1 s
cd)1 1c
1 1 a0 1 1 a
1 1 b0 1 1 b
進製 1 1 0 s 進製 1 1 0
提問:試分析例(a)、例(b)例(c)例(d)各自的特點,得出結論?
引導學生思考、討論、回答並相互補充。
c4s3s2s1s0=a+b
2.半加器電路
要求:有兩個輸入端,以供兩個代表數字(a0,b0)的電位輸入;有兩個輸出端,用以輸出總和s0及進製c1。
教師提示:引導學生了解半加器電路及工作原理
3.全加器
要求:有三個輸入端,以輸入ai,bi和ci,有兩個輸出端si和ci+1
總和si可用「異或門」來實現,而其進製ci+1則可以用三個「與門」及乙個「或門」來實現。
教師提示:引導學生了解全加器電路及工作原理
小結:1.定點加、減法運算原理
2.基本二進位制數的運算
3.加法電路
作業:1. 複習本次課內容
2. 預習下次課內容
3. 做本章的隨堂練習
4. 做本章學習指導中的作業
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必修3第2章統計教案 練習
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