免费智能真题库 > 历年试卷 > 程序员 > 2017年上半年 程序员 上午试卷 综合知识
  第21题      
  知识点:   机器数和码制   数制及其转换   编码   补码   补码表示
  关键词:   编码   补码   二进制   机器码   无符号整数   无符号        章/节:   数据的表示       

 
设机器字长为8,对于二进制编码10101100,如果它是某整数x的补码表示,则x的真值为(21),若它是某无符号整数y的机器码,则y的真值为(22)。
 
 
  A.  84
 
  B.  -84
 
  C.  172
 
  D.  -172
 
 
 

 
  第19题    2014年下半年  
   53%
机器字长为8位,定点整数X的补码用十六进制表示为B6H,则其反码用十六进制表示为(19)。
  第22题    2016年上半年  
   58%
设32位浮点数格式如下。以下关于浮点数表示的叙述中,正确的是(21)。若阶码采用补码表示,为8位(含1位阶符),尾数采用原码表..
  第22题    2011年下半年  
   44%
已知x=-97/128,若采用8位机器码表示,[x]=(22) 。
   知识点讲解    
   · 机器数和码制    · 数制及其转换    · 编码    · 补码    · 补码表示
 
       机器数和码制
        各种数据在计算机中的表示形式称为机器数,其特点是采用二进制计数制,数的符号用0、1来表示,小数点则隐含表示而不占位置。真值是机器数所代表的实际数值。
        机器数分无符号数和带符号数两种。无符号数表示正数,没有符号位。对于无符号数,若约定小数点的位置在机器数的最低位之后,则是纯整数;若约定小数点位置在最高位之前,则是纯小数。对于带符号数,最高位是符号位,其余位表示数值,若约定小数点的位置在机器数的最低位之后,则是纯整数;若约定小数点的位置在最高数值位之前(符号位之后),则是纯小数。
        为方便运算,带符号的机器数可采用原码、反码和补码等不同的编码方法,这些编码方法称为码制。真值的符号数字化:我们用"+"和"-"来表示正负数,而计算机则将二进制数的最高位设置成符号位,通常用"0"表示正数,"1"表示负数。
        1)原码
        规则:最高位为符号位,"0"表示正数,"1"表示负数。对数0则有"+0"和"-0"两种表示。
        
        对n+1位字长用以表示整型数值的范围:-2n+l≤X≤2n-l。
        2)反码
        规则:最高位为符号位,"0"表示正数,"1"表示负数。正数与原码相同,负数则要将除符号位的其他位按位取反。对数0则有"+0"和"-0"两种表示。
        
        对n+1位字长用以表示整型数值的范围:-2n+l≤X≤2n-l。
        3)补码
        规则:最高位为符号位,"0"表示正数,"1"表示负数。正数与原码相同,负数则要将除符号位的其他位按位取反后加1。对数0只有"0"一种表示。
        
        对n+1位字长用以表示整型数值的范围:-2nX≤2n-1。
        补码运算的优点:将减法运算变成加法运算(因为运算器中只有加法器)。
        例如:96-20=76
        最高位的进位则自然丢失
        4)移码
        规则:最高位为符号位,"1"表示正数,"0"表示负数。
        当-2nX<2n时,[X=2n+x
        数值范围:-2nX≤2n-1。
        特点:保持了数据原有的大小顺序,便于进行比较操作。
        以上介绍的4种编码方法(设字长为4位,最高位为符号位)的对应关系如下表所示。
        
        符号数的四种编码表示
 
       数制及其转换
        按进位的方法进行计数,称为进位计数制。在采用进位计数制的数字系统中,如果只用r个基本符号来表示数值,则称其为r进制。每个数都可以用基数、系数和位数的形式来表示,即
        N=mn-1Kn-1+mn-2Kn-2+…+m0K0+m-1K-1+m-2K-2+…
        .基数(K):是最大进位数(进制数),数制的规则是逢K进1。例如,十进制基数为10,六十进制(时间)的基数为60等。
        .系数(m):每个数位上的值,取值范围为0~K-1。例如,234中百位系数为2,十位系数为3,个位系数为4。
        .位数(n):各种进制数的个数。例如,十进制数234的位数为3,二进制数11010011的位数为8。
        例如:(234)10=2×102+3×101+4×l00(式中:m2=2,m1=3,m0=4;K=10;n=3)。
        显然,一个任意进制的数都可以按上述方法表示为其他进制的数。下表列出了计算机中常用的几种数制的对应关系。
        
        计算机常用数制的对应关系
        
        数制转换主要有以下几种。
        1)r进制转换成十进制
        方法:
        ana1a0·a-1a-m(r)=a*rn+…+a*rl+a*r0+a*r-1+…+a*r-m
        例如:
        10101(B)=1×24+1×22+1×20=21
        101.11(B)=1×22+1×20+1×2-1+l×2-2=5.75
        101(O)=1×82+1×80=65
        71(O)=7×81+l×80=57
        101A(H)=1×l63+1×l61+10×l60=4122
        2)十进制转换成r进制
        方法:
        .整数部分:除以r取余数,直到商为0,余数从右到左排列。
        .小数部分:乘以r取整数,整数从左到右排列。
        例如:
        
        3)八进制和十六进制转换成二进制
        方法:
        .每一个八进制数对应二进制的三位。
        .每一个十六进制数对应二进制的四位。
        例如:
        
        4)二进制转换成八进制和十六进制
        方法:
        .整数部分:从右向左进行分组。
        .小数部分:从左向右进行分组。
        .转换成八进制3位一组,不足补零。
        .转换成十六进制4位一组,不足补零。
        例如:
        
 
       编码
               编码过程
               在给定了软件设计规格说明书后,下一步的工作就是编写代码。一般来说,编码工作可以分为四个步骤:
               (1)确定源程序的标准格式,制订编程规范。
               (2)准备编程环境,包括软硬件平台的选择,包括操作系统、编程语言、集成开发环境等。
               (3)编写代码。
               (4)进行代码审查,以提高编码质量。为提高审查的效率,在代码审查前需要准备一份检查清单,并设定此次审查须找到的bug数量。在审查时,要检查软件规格说明书与编码内容是否一致;代码对硬件和操作系统资源的访问是否正确;中断控制模块是否正确等。
               编码准则
               在嵌入式系统中,由于资源有限,且实时性和可靠性要求较高,因此,在开发嵌入式软件时,要注意对执行时间、存储空间和开发/维护时间这三种资源的使用进行优化。也就是说,代码的执行速度要越快越好,系统占用的存储空间要越小越好,软件开发和维护的时间要越少越好。
               具体来说,在编写代码时,需要做到以下几点:
               .保持函数短小精悍。一个函数应该只实现一个功能,如果函数的代码过于复杂,将多个功能混杂在一起,就很难具备可靠性和可维护性。另外,要限制函数的长度,一般来说,一个函数的长度最好不要超过100行。
               .封装代码。将数据以及对其进行操作的代码封装在一个实体中,其他代码不能直接访问这些数据。例如,全局变量必须在使用该变量的函数或模块内定义。对代码进行封装的结果就是消除了代码之间的依赖性,提高了对象的内聚性,使封装后的代码对其他行为的依赖性较小。
               .消除冗余代码。例如,将一个变量赋给它自己,初始化或设置一个变量后却从不使用它,等等。研究表明,即使是无害的冗余也往往和程序的缺陷高度关联。
               .减少实时代码。实时代码不但容易出错、编写成本较高,而且调试成本可能更高。如果可能,最好将对执行时间要求严格的代码转移到一个单独的任务或者程序段中。
               .编写优雅流畅的代码。
               .遵守代码编写标准并借助检查工具。用自动检验工具寻找缺陷比人工调试便宜,而且能捕捉到通过传统测试检查不到的各种问题。
               编码技术
                      编程规范
                      在嵌入式软件开发过程中,遵守编程规范,养成良好的编程习惯,这是非常重要的,将直接影响到所编写代码的质量。
                      编程规范主要涉及的三方面内容:
                      .命名规则。从编译器的角度,一个合法的变量名由字母、数字和下画线三种字符组成,且第一个字符必须为字母或下画线。但是从程序员的角度,一个好的名字不仅要合法,还要载有足够的信息,做到“见名知意”,并且在语意清晰、不含歧义的前提下,尽可能地简短。
                      .编码格式。在程序布局时,要使用缩进规则,例如变量的定义和可执行语句要缩进一级,当函数的参数过长时,也要缩进。另外,括弧的使用要整齐配对,要善于使用空格和空行来美化代码。例如,在二元运算符与其运算对象之间,要留有空格;在变量定义和代码之间要留有空行;在不同功能的代码段之间也要用空行隔开。
                      .注释的书写。注释的典型内容包括:函数的功能描述;设计过程中的决策,如数据结构和算法的选择;错误的处理方式;复杂代码的设计思想等。在书写注释时要注意,注释的内容应该与相应的代码保持一致,同时要避免不必要的注释,过犹不及。
                      性能优化
                      由于嵌入式系统对实时性的要求较高,因此一般要求对代码的性能进行优化,使代码的执行速度越快越好。以算术运算为例,在编写代码时,需要仔细地选择和使用算术运算符。一般来说,整数的算术运算最快,其次是带有硬件支持的浮点运算,而用软件来实现的浮点运算是非常慢的。因此,在编码时要遵守以下准则:
                      .尽量使用整数(char、short、int和long)的加法和减法。
                      .如果没有硬件支持,尽量避免使用乘法。
                      .尽量避免使用除法。
                      .如果没有硬件支持,尽量避免使用浮点数。
                      下图是一个例子,其中两段代码的功能完全一样,都是对一个结构体数组的各个元素进行初始化,但采用两种不同的方法来实现。下图(a)采用数组下标的方法,在定位第i个数组元素时,需要将i乘以结构体元素的大小,再加上数组的起始地址。下图(b)采用的是指针访问的方法,先把指针fp初始化为数组的起始地址,然后每访问完一个数组元素,就把fp加1,指向下一个元素。在一个奔腾4的PC上,将这两段代码分别重复10 700次,右边这段代码需要1ms,而左边这段代码需要2.13ms。
                      
                      算术运算性能优化的例子
 
       补码
        补码的符号表示法和原码相同,0表示正数,1表示负数。正数的补码和原码、反码相同,就是二进制数值本身。负数的补码是这样得到的:将数值部分按位取反,再在最低位加1。补码的补码就是原码。
        因为正数的补码和原码相同,所以采用补码能正确进行加法运算。又因为负数的补码等于反码加1,所以负数的补码具有反码的特性,可以正确进行减法运算,因此补码是最适合进行数字加减运算的。
        由于补码能使符号位与有效值部分一起参加运算,从而简化运算规则,同时它也使减法运算转换为加法运算,进一步简化计算机中运算器的电路,这使得在大部分计算机系统中,数据都使用补码表示。
 
       补码表示
        数值X的补码记作[X],如果机器字长为n,则最高位为符号位,0表示正号,1表示负号,其余的n-1位表示数值。正数的补码与其原码和反码相同,负数的补码则等于其反码的末尾加1。在补码表示中,0有唯一的编码:[+0]=[-0]=00000000。
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第21题    在手机中做本题