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计算机内部数据运算

2023-11-24 03:28:08 编辑:join 浏览量:589

计算机内部数据运算

在计算机内部数据运算是大量的,既有数值运算,也有逻辑运算。涉及到不同类型数据的表示、各种运算类型及运算规则的使用。

一、基本运算类型

计算机中的运算分为数值运算和非数值运算。数值运算包括函数、求解方程、微分、积分、概率统计等;非数值运算包括排序、查找、比较、逻辑推理等。不管这些运算有多么复杂,都可以通过巨量的基本运算实现。因此基本运算占有极其重要地位。

1.计算机中的基本运算

(1)基本算术运算 基本算术运算指的是加、减、乘、除四则运算。由于计算机中采用二进制,使基本算术运算大大简化。下面是加法和乘法的运算法则:

0+0=0,1+0=1,0+1=1,1+1=10

0×0=0,1×0=0,0×1=0,1×1=1

加法是最基本和使用最广泛的运算。减法可以通过补码的加法实现;乘法、除法可以通过连加或移位操作实现;较为复杂的求模、求余也可以通过加法及其变形实现。正是简单的基本运算法则简化了物理设备,保证了机器的高速度,才使得计算机能够通过巨量的基本运算解决复杂的计算问题。

(2)移位 二进制数据移位实际是数据的乘2的幂的操作。例如将二进制数00000111乘以2即是把该数左移了1位,末尾补0的操作:

信息技术基础第一册 基础篇(第二版)

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0000111左移1位,即为0001110,就是该数乘2的结果。

移位的应用还在数据检验、信息传输等方面有广泛的应用。

2.运算的优先级

解决复杂问题时,可能塌空需要构造一个复杂的表达式,其禅衫掘中包含许多不同类型的运算,只有按运算类型的优先级次序运算才能保证结果的正确性。下面给出各类运算优先级从高到低的排列:

()、算术运算、关系运算、逻辑非、逻辑与、逻辑或和逻辑异或。

注意:算术运算按其自身优先级排序。同等运算左侧优先。

二、关系运算

“关系”是指数学表达式的值之间存在的逻辑关系,关系运算的对象必须是有确定算术值的量。通常用于比较数字量值的状态。

1.关系运算符

关系运算符是对两个算术表达式进行比较的运算符号。关系运算符有6种符号,它们是:>、<、>=、<=、=和!=或(<>),分别表示大于、小于、大于或等于、小于或等于、等于和不等于。

2.关系表达式

用关系运算符把两个数学表达式连接起来的式子称作关系贺核表达式。数学表达式是关系运算的对象,是最终有确定算术值的量。例如:8=6、a+b>=c-d、x!=y、x<90等都是关系表达式。

3.关系表达式的运算

由于算术运算的级别高于关系运算,因此,在进行关系表达式运算时,首先要计算数学表达式的值,得到两个数值量,然后对它们作关系运算,最后得出逻辑值。

关系表达式运算的结果为逻辑值,“1”代表逻辑真,“0”代表逻辑假。

例2-13:0>9其逻辑值为0。

例2-14:当X=3,Y=5时,确定关系表达式X+2<2Y-1的值。

解:在给定条件下:X+2=5,2Y-1=9;可得:X+2<2Y-1即为5<9,结果为真;则:关系表达式的值为1。

三、逻辑运算

逻辑是指条件与结论之间的关系,因此,逻辑运算是指对因果关系进行分析的一种运算,运算结果并不表示数值大小,而是表示逻辑概念,运算的结果为逻辑值,“1”代表逻辑真,“0”代表逻辑假。

1.逻辑运算

逻辑量之间的运算称为逻辑运算。计算机中的逻辑关系是一种二值逻辑,二值逻辑表示“成立”、“不成立”、“真”或“假”等。如果是若干二进制数位组成逻辑数据,进行逻辑运算时,每位之间相互独立,运算按位进行,不存在算术运算中的进位和借位,运算结果仍是逻辑数据。

2.基本逻辑运算

逻辑运算主要包括三种基本运算:逻辑“或”(逻辑加法)、逻辑“与”(逻辑乘法)和逻辑“非”(逻辑否定)。此外,“异或”运算在计算机中有广泛的应用。其他复杂的逻辑关系可通过以上基本逻辑运算组合实现。

(1)逻辑“或”运算 逻辑“或”用OR或“∨”、“+”等符号来表示。运算规则如下:

0∨0=0,0∨1=1,1∨0=1,1∨1=1

从以上规则可见,在给定的逻辑变量中,A或B只要有一个为1,其逻辑值为1。可见,逻辑加法有“或”的意义。

(2)逻辑“与”逻辑“与”用AND或“∧”、“×”、“·”等符号来表示。运算规则如下:

0∧0=0,0∧1=0,1∧0=0,1∧1=1

不难看出,逻辑“与”有乘法的意义。它表示只有当参与运算的逻辑变量都同时取值为1时,逻辑值才为1。

(3)逻辑“非”逻辑非为单目运算,即对逻辑量自身的运算。逻辑非用NOT或在逻辑量上加“-”符号来表示。运算规则为:

=1, =0]]

<![CDATA[即:真值的非为“假”;假值的非为“真”。</p>

(4)逻辑异或运算(半加运算)逻辑异或又称作半加,通常用XOR或符号“⊕”表示,其运算规则为:

0⊕0=0 0⊕1=1 1⊕0=1 1⊕1=01

从以上规则可以看出,当两个逻辑变量相异时,逻辑值为1,当两个逻辑变量相同时,逻辑值为0。也确实有“半加”的意义。

下面给出逻辑运算的真值表(表2-5)供参考:

表2-5 逻辑运算的真值表

3.逻辑表达式及其运算

用逻辑运算符号把若干个逻辑变量连接起来,用于表达和推演逻辑关系的表达式,称作逻辑表达式。逻辑变量是逻辑运算的对象,它可以是逻辑常量或最终有确定逻辑值的变量和关系表达式。例如:

P∧Q、P∨Q∨R∧S、X<2 AND Y>X+3、NOT(P∨Q)等都是逻辑表达式。

逻辑运算的优先级以逻辑非最高,而后依次为:逻辑与、逻辑或和逻辑异或。一个复杂的逻辑表达式往往包含许多不同逻辑运算,只有按运算类型的优先级次序运算才能保证结果的正确性。

4.逻辑运算举例

例2-15:当X=6,Y=1时,求NOT(X+Y>5 OR X-Y>5 AND X/5=Y)的逻辑值。计算过程:

NOT(X+Y>5 AND(X-Y>5 OR X/3=Y))=NOT(7>5 AND(5>5 OR 2=2))=NOT(7>5 AND(0 OR 1)=NOT(1 AND 1)=NOT(1)=0

<![CDATA[即:真值的非为“假”;假值的非为“真”。</p>

(4)逻辑异或运算(半加运算)逻辑异或又称作半加,通常用XOR或符号“⊕”表示,其运算规则为:

0⊕0=0 0⊕1=1 1⊕0=1 1⊕1=01

从以上规则可以看出,当两个逻辑变量相异时,逻辑值为1,当两个逻辑变量相同时,逻辑值为0。也确实有“半加”的意义。

下面给出逻辑运算的真值表(表2-5)供参考:

表2-5 逻辑运算的真值表

3.逻辑表达式及其运算

用逻辑运算符号把若干个逻辑变量连接起来,用于表达和推演逻辑关系的表达式,称作逻辑表达式。逻辑变量是逻辑运算的对象,它可以是逻辑常量或最终有确定逻辑值的变量和关系表达式。例如:

P∧Q、P∨Q∨R∧S、X<2 AND Y>X+3、NOT(P∨Q)等都是逻辑表达式。

逻辑运算的优先级以逻辑非最高,而后依次为:逻辑与、逻辑或和逻辑异或。一个复杂的逻辑表达式往往包含许多不同逻辑运算,只有按运算类型的优先级次序运算才能保证结果的正确性。

4.逻辑运算举例

例2-15:当X=6,Y=1时,求NOT(X+Y>5 OR X-Y>5 AND X/5=Y)的逻辑值。计算过程:

NOT(X+Y>5 AND(X-Y>5 OR X/3=Y))=NOT(7>5 AND(5>5 OR 2=2))=NOT(7>5 AND(0 OR 1)=NOT(1 AND 1)=NOT(1)=0

(4)逻辑异或运算(半加运算)逻辑异或又称作半加,通常用XOR或符号“⊕”表示,其运算规则为:

0⊕0=0 0⊕1=1 1⊕0=1 1⊕1=01

从以上规则可以看出,当两个逻辑变量相异时,逻辑值为1,当两个逻辑变量相同时,逻辑值为0。也确实有“半加”的意义。

下面给出逻辑运算的真值表(表2-5)供参考:

表2-5 逻辑运算的真值表

表2-5 逻辑运算的真值表

3.逻辑表达式及其运算

用逻辑运算符号把若干个逻辑变量连接起来,用于表达和推演逻辑关系的表达式,称作逻辑表达式。逻辑变量是逻辑运算的对象,它可以是逻辑常量或最终有确定逻辑值的变量和关系表达式。例如:

P∧Q、P∨Q∨R∧S、X<2 AND Y>X+3、NOT(P∨Q)等都是逻辑表达式。

逻辑运算的优先级以逻辑非最高,而后依次为:逻辑与、逻辑或和逻辑异或。一个复杂的逻辑表达式往往包含许多不同逻辑运算,只有按运算类型的优先级次序运算才能保证结果的正确性。

4.逻辑运算举例

例2-15:当X=6,Y=1时,求NOT(X+Y>5 OR X-Y>5 AND X/5=Y)的逻辑值。计算过程:

NOT(X+Y>5 AND(X-Y>5 OR X/3=Y))=NOT(7>5 AND(5>5 OR 2=2))=NOT(7>5 AND(0 OR 1)=NOT(1 AND 1)=NOT(1)=0

标签:运算,计算机,内部

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