Банк рефератов содержит более 364 тысяч рефератов, курсовых и дипломных работ, шпаргалок и докладов по различным дисциплинам: истории, психологии, экономике, менеджменту, философии, праву, экологии. А также изложения, сочинения по литературе, отчеты по практике, топики по английскому.
Полнотекстовый поиск
Всего работ:
364150
Теги названий
Разделы
Авиация и космонавтика (304)
Административное право (123)
Арбитражный процесс (23)
Архитектура (113)
Астрология (4)
Астрономия (4814)
Банковское дело (5227)
Безопасность жизнедеятельности (2616)
Биографии (3423)
Биология (4214)
Биология и химия (1518)
Биржевое дело (68)
Ботаника и сельское хоз-во (2836)
Бухгалтерский учет и аудит (8269)
Валютные отношения (50)
Ветеринария (50)
Военная кафедра (762)
ГДЗ (2)
География (5275)
Геодезия (30)
Геология (1222)
Геополитика (43)
Государство и право (20403)
Гражданское право и процесс (465)
Делопроизводство (19)
Деньги и кредит (108)
ЕГЭ (173)
Естествознание (96)
Журналистика (899)
ЗНО (54)
Зоология (34)
Издательское дело и полиграфия (476)
Инвестиции (106)
Иностранный язык (62792)
Информатика (3562)
Информатика, программирование (6444)
Исторические личности (2165)
История (21320)
История техники (766)
Кибернетика (64)
Коммуникации и связь (3145)
Компьютерные науки (60)
Косметология (17)
Краеведение и этнография (588)
Краткое содержание произведений (1000)
Криминалистика (106)
Криминология (48)
Криптология (3)
Кулинария (1167)
Культура и искусство (8485)
Культурология (537)
Литература : зарубежная (2044)
Литература и русский язык (11657)
Логика (532)
Логистика (21)
Маркетинг (7985)
Математика (3721)
Медицина, здоровье (10549)
Медицинские науки (88)
Международное публичное право (58)
Международное частное право (36)
Международные отношения (2257)
Менеджмент (12491)
Металлургия (91)
Москвоведение (797)
Музыка (1338)
Муниципальное право (24)
Налоги, налогообложение (214)
Наука и техника (1141)
Начертательная геометрия (3)
Оккультизм и уфология (8)
Остальные рефераты (21697)
Педагогика (7850)
Политология (3801)
Право (682)
Право, юриспруденция (2881)
Предпринимательство (475)
Прикладные науки (1)
Промышленность, производство (7100)
Психология (8694)
психология, педагогика (4121)
Радиоэлектроника (443)
Реклама (952)
Религия и мифология (2967)
Риторика (23)
Сексология (748)
Социология (4876)
Статистика (95)
Страхование (107)
Строительные науки (7)
Строительство (2004)
Схемотехника (15)
Таможенная система (663)
Теория государства и права (240)
Теория организации (39)
Теплотехника (25)
Технология (624)
Товароведение (16)
Транспорт (2652)
Трудовое право (136)
Туризм (90)
Уголовное право и процесс (406)
Управление (95)
Управленческие науки (24)
Физика (3463)
Физкультура и спорт (4482)
Философия (7216)
Финансовые науки (4592)
Финансы (5386)
Фотография (3)
Химия (2244)
Хозяйственное право (23)
Цифровые устройства (29)
Экологическое право (35)
Экология (4517)
Экономика (20645)
Экономико-математическое моделирование (666)
Экономическая география (119)
Экономическая теория (2573)
Этика (889)
Юриспруденция (288)
Языковедение (148)
Языкознание, филология (1140)

Реферат: Об “арифметических возможностях” компьютера и “компьютерных возможностях” арифметики

Название: Об “арифметических возможностях” компьютера и “компьютерных возможностях” арифметики
Раздел: Рефераты по информатике, программированию
Тип: реферат Добавлен 03:40:08 01 марта 2008 Похожие работы
Просмотров: 412 Комментариев: 3 Оценило: 0 человек Средний балл: 0 Оценка: неизвестно     Скачать

При изучении математики и информатики необходимо акцентировать внимание обучаемых на основные различия действий с числами в обычной, неограниченной (“человеческой”) и ограниченной (“машинной”) разрядной сетке, арифметике, которые часто остаются “за кадром”. Игнорирование этого может приводить к нежелательным последствиям – вплоть до абсолютизации возможностей компьютера и игнорированию адекватных описаний структур данных и операций с ними (например, проверки чётности числа x условием вида int(x/2)=x/2 и т.д.).

Множество чисел ограниченной разрядности является моделью расширенной числовой прямой, т.е. числовой прямой с тремя абстракциями (потенциальной осуществимости): нуль, положительная бесконечность, отрицательная бесконечность.

Целые числа (в математике) и их аналоги в n - разрядных арифметиках тождественны (по отражаемым им количествам) в рамках их представления в этой разрядности. При этом можно отметить основные отличия представления чисел в поле памяти человека и в поле памяти n - разрядной арифметики (компьютера):

бесконечное и счётное (нумеруемое) множество целых чисел Z представляется отрезком [—N;+N], где N - максимальное число, представимое в этой арифметике (многоточие - общее число единиц равное n): N=(111 . . . 1)2 ;

бесконечное и несчётное множество действительных чисел (—¥ ;+¥ ), располагающееся на числовой оси равномерно и плотно, представляется в n-разрядной арифметике множеством с неравномерной плотностью (сгущение у нуля и сжатость со стороны меньших чисел);

нуль во множестве действительных чисел R в любой своей окрестности имеет множество чисел, а нуль в n-разрядной арифметике представлен изолированно: в окрестности с радиусом равным наименьшему представимо в этой арифметике числу нет других чисел.

С точки зрения обычной арифметики, например, в интервале (—1;1) имеется бесконечное множество “плотно” расположенных точек, причем в любой окрестности каждой такой точки имеется хотя бы одна точка из этого множества. Такую арифметику называют часто регулярной арифметикой.

Машинная же арифметика нерегулярна - точки интервала сгущаются около нуля. Кроме того, в этом интервале точка х “изолирована” - если взять её любую окрестность (х—а; х+а), где а - число, которое не превосходит машинного нуля (наименьшего представимого в машине числа), то в этом интервале нет других точек (отличных от х). Говоря языком теории вероятностей, плотности распределения чисел в регулярной и нерегулярной арифметике - различны, как, впрочем, плотности распределения целых и вещественных чисел в одной и той же арифметике. Множество вещественных чисел в машинной арифметике представляется как подмножество множества рациональных чисел, определяемое разрядностью арифметики.

Есть и другие особенности этих множеств (связанные, например, с выполнением операций), но указанные выше особенности - основные.

Различия в представлении чисел в обычной и в машинной (n-разрядной) арифметике ограничивают как “арифметические возможности” компьютера, так и “компьютерные возможности” арифметики, математики, использование математических методов, алгоритмов в компьютерах.

Нужно всегда иметь в виду, что точность в теоретической математике - понятие абстрактное и в практической математике может возникать иллюзия точности там, где её на самом деле нет, - если не произведена достаточно корректная интерпретация научно-практической точности т.е. нет корректной договорённости о пределах возможных значений неизбежных погрешностей в рамках рассматриваемых вычислительных ресурсов, например, трудоёмкости и времени, а также не оговорена стратегия и тактика управления этой погрешностью.

Так как диапазон n-разрядных чисел системы счисления с основанием p находится в пределах |(x)p |£ pn —1, то для представления дробных чисел этот диапазон ещё уменьшается, так как часть разрядов необходимо отвести под изображение мантиссы. Таким образом, имеются так называемые “зоны нечувствительности” форм представления чисел в n-разрядных арифметиках.

В 1937 году немецким учёным Конрадом Цузе (разработавшим, кстати говоря, не только ряд положений арифметических основ цифровых машин, но и прототипы ЦВМ – машины “Ц-1”, “Ц-2”) для увеличения диапазона чисел, представимых в арифметике двоичных чисел, а также для повышения точности этого представления чисел было предложено представление чисел в плавающей, нормализованной форме.

Число x представляется в нормализованном виде: x=m´ pk , где m - мантисса числа, k - целый порядок числа, p—1£ |m|<1.

Пусть даны два числа x=m´ pk и y=n´ pl (k>l). Тогда можно проверить, что результаты выполнения операций будут равны:

x+y=(m+n´ pl—k )´ pk ,

x—y=(m—n´ pl—k )´ pk ,

x´ y=(m´ n)´ pk+l ,

x/y=(m/n)´ pk—l ,

Если из n разрядов, отводимых под изображение чисел, m двоичных разрядов отвести под мантиссу, k - под порядок, один разряд - под знак числа и один разряд - под знак порядка (например, 0 - плюс, 1 - минус), то диапазон представимых в форме с плавающей запятой чисел резко увеличивается (m+k+2=n):

—(0.111 . . . 1) (10)2 +(111 . . . 1) x£ +(0.111 . . . 1) (10)2 +(111 . . . 1) 2

(многоточие соответствует k единицам).

Числа, меньшие нижней границы положительных чисел и большие верхней границы отрицательных чисел, считаются равными нулю, не различаются между собой. Числа, большие верхней границы положительных чисел полагаются равными положительной бесконечности, а меньшие нижней границы отрицательных – отрицательной бесконечности. Сравнение двух разных по величине чисел в арифметике с ограниченной разрядностью может приводить, поэтому, к неверному результату, как и сравнение двух равных в таких системах чисел с точки зрения математической.

Такое представление очень удобно для хранения в ЭВМ, так как на самом деле необходимо хранить не само число, а его знак, мантиссу, порядок и знак порядка и все операции с числами сводятся к операциям с этими, более “компактными”, объектами. Операции с этими объектами достаточно просты: сравнение знаков, увеличение, уменьшение порядка, сложение мантисс, нормализация, т.е. в конечном итоге сводятся к достаточно просто реализуемым операциям сдвига, выравнивания, сравнения разрядов. Это упрощает аппаратную их реализацию и является основой для различных архитектур – микропрограммных, RISC и др.

Пример. В 16-разрядной арифметике двоичных чисел можно представить диапазон целых чисел х: 1—215 <x<215 —1 (старший разряд отвели под знак числа). Если в этой арифметике (не меняя её разрядность) отвести 7 разрядов под мантиссу, а 7 разрядов - под порядок, то уже представим диапазон чисел: —127´ 2127 <x<127´ 2127 (два разряда - под знак числа и знак порядка; несколько упрощена и общая картина представления - для наглядности).

К “неудобствам” этой формы представления чисел можно отнести возможность возникновения следующих “особо опасных” ситуаций:

а) если число достаточно мало, например, а=0.12Е+00, то оно может быть представлено любым числом из наименьшего интервала включающего а, в частности, числом 0.120000001 или 0.199999999 и в этом случае сравнивать на равенство “в лоб” нельзя (вещественные числа в форме с плавающей запятой на совпадение опасно сравнивать);

б) порядок выполнения операций может влиять на результат, например, в 4-разрядной арифметике с фиксированной запятой 20.0000+0.0001=20.0001, но при этом 0.2000Е+02+0.1000Е-05=0.2000Е+02;

в) может возникнуть так называемая ситуация “переполнения порядка” при сложении (умножении) “очень больших чисел” или “исчезновения порядка” при сложении (умножении) “очень малых чисел”, например, результат 0.6000Е+39´ 0.1200Е+64 равен 0.9999Е+99 (или не определен) и результат 0.6000Е—35´ 0.0200Е—65 равен 0.9999Е—99 (или не определен) при соответствующим образом определенной разрядности десятичной арифметики;

г) при сложении чисел с плавающей запятой (а в конечном счёте, все операции выполняются, как известно, через сложение, точнее, - через поразрядное сравнение и сдвиги) происходит выравнивание порядков для последующего сложения мантисс, а при выравнивании степеней может происходить потеря (усечение) младших разрядов, например, такая ситуация может возникнуть при сложении одного “очень большого числа” с одним “очень малым числом” (почему?).

Реализация операций в арифметике с плавающей запятой требует необходимости выравнивания порядков при сложении и вычитании и нормализации результатов. Если диапазоны чисел, представимых в арифметике с фиксированной запятой и с плавающей запятой, соизмеримы, то числа с фиксированной запятой могут более точно представлять (кодировать) величины, так как свободны от часто необходимой для чисел с плавающей запятой операции округления. При машинной реализации такая операция обычно выполняется в устройстве-предшественнике (например, сумматор) с высокой точностью (большой разрядностью), а затем отсылается в устройство-преемник (например, регистр) с учётом заданной (например, декларированной в описаниях типов и структур данных) точности или с сохранением всех значащих разрядов. Таким образом, копирование непосредственного результата операции происходит либо с помощью операции округления, либо с помощью операции усечения.

Эти две основные операции (кроме арифметических операций) вводятся следующим образом:

усечение, отбрасывание цифр числа до определённого разряда, например, до ближайшего, меньшего целого числа и т.п.;

округление, усечение с коррекцией числа по определённым правилам, например, до числа кратного заданному числу, до ближайшего целого и т.п.

Пример. Операция взятия целой части числа x (функция Антье - [x] или int(x)) - операция усечения, [2.65]=2, [—1.999]=—2. Операция взятия целой части числа x+0.5 вместо значения числа х есть округление {x} до ближайшего целого, {1.05}={0.91}=1, {2.61}=[2.6+0.5]=3.

Задачи и упражнения

Задайте 20 - ую систему счисления и выполните операции над числами в этой системе.

В саду 1000 деревьев - 140 яблонь и 420 груши. В какой системе счисления посчитаны эти деревья? Найдите общее число деревьев в саду в шестнадцатеричной системе.

Имеются ящики: 4 черных, 3 красных, 2 желтых и 1 зеленый (ящики посчитаны в десятичной системе). В каждом черном ящике - (21)p шара, красном - (23)p шара, жёлтом - (23)p шара, зелёном - (111)p шара. Определить основание p системы счисления, в которой были посчитаны шары, если всего было (244)p шаров. Чему равно общее число шаров в восьмеричной системе?

Число х=(176)p (рассматриваемая в системе счисления с основанием р, 1<р<20) делится нацело на 7. Найти р (не перебирая все указанные р). Вычислить х в восьмеричной системе.

Найти основание системы р (в которой было выполнено сложение) и неизвестные цифры (обозначены *), если 24**1+*235*=116678.

Какова разрядность двоичной системы счисления, в которой представим лишь диапазон чисел из интервала (—255; 255)?

Найти числа, соответствующие понятиям “нуль” и “бесконечность” в 10-разрядной десятичной системе счисления и сравнить их. Указать эти числа для двоичной, восьмеричной и шестнадцатеричной систем.

Сформулировать какие-то признаки делимости на 8 (на 11) числа x записанного в системе счисления с основанием p=12, не переводя эти числа в десятичную систему. Рассмотреть другое значение р.

Найти число х, записанное в системе счисления с основанием р, если оно совпадает со своим дополнительным кодом. При каких р это возможно?

Найти все ошибки в следующих утверждениях и объяснить все причины их появления:

а) 1111111111=210 —1,

б) 7777777777=7´ 1111111111=7´ (210 —1),

в) 7777777777=810 —1,

г) из б) и в) следует, что 7´ 210 — 6=810 или 230 =7168 (!).

Запишите числа 0, 42, 1000, 1, -25, -100 в формате целых чисел в шестнадцатеричную ячейку памяти, изобразив ее схематически.

Запишите числа 99, 12.5, 0.025, -4.18, -0.01 в формате вещественных чисел с фиксированной запятой (ячейка памяти- 16-разрядна, разряды 1-8 отводятся под целую часть, разряды 9-15 - под мантиссу, 0 - знак). Оцените погрешность такого представления чисел.

Какое максимально положительное и минимально отрицательное число можно записать в указанную для задачи 12 ячейку памяти?

Запишите числа 99, 9999, 12.7, 0.005, -64.5, -0.002, 0 в формате чисел с плавающей запятой в ячейку памяти разрядности 16 (нулевой разряд - знак числа, первый разряд - знак порядка, 2-12 разряды - мантисса, 13-15 разряды - порядок). Оцените погрешность такого представления чисел.

Какое максимально положительное и минимально отрицательное число можно записать в ячейку памяти, указанную в задаче 14?

Какой минимальной разрядности должна быть ячейка памяти у условной трехадресной ЭВМ с однородной памятью, если она имеет набор из 50 различных команд и 2 мегабайта адресуемой памяти, а адресуется каждый байт.

Оценить/Добавить комментарий
Имя
Оценка
Комментарии:
Где скачать еще рефератов? Здесь: letsdoit777.blogspot.com
Евгений22:33:54 18 марта 2016
Кто еще хочет зарабатывать от 9000 рублей в день "Чистых Денег"? Узнайте как: business1777.blogspot.com ! Cпециально для студентов!
15:57:37 24 ноября 2015
Кто еще хочет зарабатывать от 9000 рублей в день "Чистых Денег"? Узнайте как: business1777.blogspot.com ! Cпециально для студентов!
08:59:39 24 ноября 2015

Работы, похожие на Реферат: Об “арифметических возможностях” компьютера и “компьютерных возможностях” арифметики

Назад
Меню
Главная
Рефераты
Благодарности
Опрос
Станете ли вы заказывать работу за деньги, если не найдете ее в Интернете?

Да, в любом случае.
Да, но только в случае крайней необходимости.
Возможно, в зависимости от цены.
Нет, напишу его сам.
Нет, забью.



Результаты(150697)
Комментарии (1839)
Copyright © 2005-2016 BestReferat.ru bestreferat@mail.ru       реклама на сайте

Рейтинг@Mail.ru