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浮点数存储方式ppt

发布时间: 2023-02-12 16:32:14

1. 浮点数 在计算机内的存储形式

浮点数不难,但是要想记熟还真有点不容易,多琢磨琢磨。

一般情况下,浮点数的表示有一下几个要点:

1、要规格化(让浮点数表示结果唯一),因为100=10^2 = 0.1 * 10^3, 所以第一步要统一地规格化,确定“阶数”和“尾数”(尾数在0.5-1之间,也就是二进制的0.1-1.0之间)

2、“阶码”一般用“移码”表示法,而“尾数”一般用“原码/补码表示法,“数符”表示浮点数的正副号

3、浮点数的形式: “符号位”【应该就是‘数符’】+“阶码”+“尾数“
--浮点数的表示按照不同地标准,表示方法不同,你的原问题没讲清楚用什么格式表示,我就用最常用地格式来理解了
------------------
其实就以上两点,计算机中“‘帯符号数’的表示”有四种:原码、补码、反码、移码,这些都是基础知识,可以自己去看一下这四种表示方法,就自然明白“阶符、数符”这些相当于“符号位”的作用了。

先简单讲一下吧,你再结合详细资料看吧:【设所表示的都是定点纯小数】
(小数点前面可以看成是“符号位”,也就对应原来地“阶符”和“数符”)
原码:0.11表示0.75(2^-1 + 2 ^-2), 1.11表示 ‘-0.75’(前面的1相当于符号位,表示这个数是负数,也就是说“符号位是0”表示正数,1表示负数)

补码:最普遍地就是补码了 0.11表示0.75, 1.11表示‘-0.25’(也是“0”为正数,1为负数。和原码地规律一样)

反码,最简单了:正数不变,负数对每一位‘取反’即可,0.11=0.75,1.10=-0.25(即0.01地相反数)
-------------以上三种表示方法,对正数的情况都不做处理,但是移码表示法要对正数做处理。

移码:1.01=0.25,而0.01=-0.75
。移码复杂一点,他的表示方法是: 移码= 2^阶码位数 + 真值(真值:指原来那个‘帯符号数’,注意要把把正副号带入计算)

-----------------------------------
N=-0.110101x2^100: 阶数是“正100”,尾数是“负0.110101”,所以整个浮点数是个负数,所以第一位是“1”【第一个符号位-“数符”表示‘尾数的正负号’】
阶码是“10 0100”【移码表示法,最高位是“符号位”】

所以,应该表示为: 1(符号位) 100100(阶码的移码表示) 11010100【尾数和符号位结合起来,用的是原码表示法】

2. 浮点数的存储结构是怎样的

浮点数存储时有符号位,阶数位和尾数三部分组成。

解:最大的正数= (1-2 ^ (7))x 2 ^ (2 ^ (3) - 1) = (1-2 ^ (7)) x 2 ^(7) = 127,规则最小的正数=2×2^(-1)(或2^(3))x^2=2-1=2^(8)(9)=1/512。

最明显的绝对值是-1*2^(2^3-1)也就是-1*2^7,也就是-128。

(2)浮点数存储方式ppt扩展阅读:

浮点数A由两个数字m和e表示:A=m*b^e。在任何这样的系统中,我们选择基数b(计数系统的基础)和精度p(要存储的比特数)。

M(即尾数)的形状为±d.dd…DDD的p位(每个位是0和b-1之间的整数,包括0和b-1)。如果m的第一个数字是一个非零整数,那么m就被归一化了。

一些描述使用单个符号位(s表示+或-)表示加号或减号,因此m必须是正数。E是a的指数。

结构:

表示计算机中的一个浮点数,其结构如下:

尾数部分(定点小数)指令码部分(定点整数)

3. 浮点类型是如何存储的

计算机中最小的存储单位是bit只能保存0和1,整数在内存中如何存储我们都知道,将要存储的数字转成2进制即可

用windows自带的计数器可以方便的查看整数对应的2进制值
如:
byte类型(单字节)

那浮点类型是如何用这么少的字节(如float 4字节)表示这么大(float 最大 3.4028235E38)的数字呢?

浮点数,是属于有理数中某特定子集的数的数字表示,在计算机中用以近似表示任意某个实数。具体的说,这个实数由一个整数或定点数(即尾数)乘以某个基数(计算机中通常是2)的整数次幂得到,这种表示方法类似于基数为10的科学计数法。

科学计数法是一种记数的方法。把一个数表示成a与10的n次幂相乘的形式(1≤|a|<10,a不为分数形式,n为整数),这种记数法叫做科学计数法。当我们要标记或运算某个较大或较小且位数较多时,用科学计数法免去浪费很多空间和时间。

这也是一种目前最常用的浮点数标准!为许多CPU与浮点运算器所采用。

简单的说就是将一个浮点数字拆成3个部分(符号部分、指数部分、小数部分) 存储在连续的bit中,类似科学计数法。

用 {S,E,M}来表示一个数 V 的,即 V =(-1)S × M × 2E ,如下:

其中:

其中d.dd...d 为有效数字,β为基数,e 为指数

有效数字中 数字的个数 称为 精度 ,我们可以用 p 来表示,即可称为 p 位有效数字精度。
每个数字 d 介于 0 和基数 β 之间,包括 0。

对十进制的浮点数,即基数 β 等于 10 的浮点数而言,上面的表达式非常容易理解。
如 12.34,我们可以根据上面的表达式表达为:
1×10 1 + 2×10 0 + 3×10 -1 + 4×10 -2
其规范的浮点数表达为: 1.234×10 1

但对二进制来说,上面的表达式同样可以简单地表达。
唯一不同之处在于:二进制的 β 等于 2,而每个数字 d 只能在 0 和 1 之间取值。

如二进制数 1001.101 ,我们可以根据上面的表达式表达为:
1×2 3 + 0×2 2 + 0×2 1 + 1×2 0 + 1×2 -1 + 0×2 -2 + 1×2 -3
其规范浮点数表达为: 1.001101×2 3

二进制数 1001.101 转成十进制如下:

由上面的等式,我们可以得出:
向左移动二进制小数点一位相当于这个数除以 2,而向右移动二进制小数点一位相当于这个数乘以 2。
如 101.11 = 5又3/4 (5.75),向左移动一位,得到 10.111 = 2又7/8 (2.875)。

除此之外,我们还可以得到这样一个基本规律:
一个十进制小数要能用浮点数精确地表示,最后一位必须是 5(当然这是必要条件,并非充分条件)。
如下面的示例所示:

基本换算方法:
将10进制的数拆分成整数和小数两个部分
整数部分除以2,取余数;小数部分乘以2,取整数位。

示例:
将十进制 1.1 转成 二进制

整数部分:1
1

小数部分:0.1

二进制形式表示为:
1.000110011001100110011...

再加上整数1,约等于:
1.099609375

计算的位数越多越精确

注意:
二进制小数不像整数一样,只要位数足够,它就可以表示所有整数。
在有限长度的编码中,二进制小数一般无法精确的表示任意小数,比如十进制小数0.2,我们并不能将其准确的表示为一个二进制数,只能增加二进制长度提高表示的精度。

根据 IEEE 754 浮点“双精度格式”位布局。

如果参数是正无穷大,则结果为 0x7ff0000000000000L。
如果参数是负无穷大,则结果为 0xfff0000000000000L。
如果参数是 NaN,则结果为 0x7ff8000000000000L。

根据 IEEE 754 浮点“单一格式”位布局。

如果参数为正无穷大,则结果为 0x7f800000。
如果参数为负无穷大,则结果为 0xff800000。
如果参数为 NaN,则结果为 0x7fc00000。

这里以 double类型说明

将一个浮点数与上面的掩码进行与运算,即可得到对应的 符号位、指数位、尾数位 的值。

1.000110011001100110011...

所以存为:
0 01111111111 000110011001100110011...

根据 IEEE 754 规范

在二进制,第一个有效数字必定是“1”,因此这个“1”并不会存储。
单精和双精浮点数的有效数字分别是有存储的23和52个位,加上最左边没有存储的第1个位,即是24和53个位。

通过计算其能表示的最大值,换十进制来看其精度:

浮点运算很少是精确的,只要是超过精度能表示的范围就会产生误差。而往往产生误差不是因为数的大小,而是因为数的精度。

我自己理解为分两种情况(这个不一定是对)

通过上面的转换示例,我们知道小数的二进制表示一般都不是精确的,在有限的精度下只能尽量的表示近似值

值本身就不是精确的,再进行计算就很可能产生误差

输出:

0.1
原始值: 0 01111111011
指数:1019 -1023 = -4
二进制形式:
0.0001

0.2
原始值:0 01111111100
指数:1020 -1023 = -3
二进制形式:
0.00

0.3
原始值:0 01111111101
指数:1021 = -2
二进制形式:
0.00

二进制加法运算

这里用float验证,float最大的精度是8位数

对于不能精确的表示的数,采取一种系统的方法:找到“最接近”的匹配值,它可以用期望的浮点形式表现出来,这就是舍入。

对于舍入,可以有很多种规则,可以向上舍入,向下舍入,向偶数舍入。如果我们只采用前两种中的一种,就会造成平均数过大或者过小,实际上这时候就是引入了统计偏差。如果是采用偶数舍入,则有一半的机会是向上舍入,一半的机会是向下舍入,这样子可以避免统计偏差。而 IEEE 754 就是采用向最近偶数舍入(round to nearest even)的规则。

(这段是网上抄的)

这里以java语言示例,用大端的方式示例(网络序)

java中是以大端模式存储的,java对我们屏蔽了内部字节顺序的问题以实现跨平台!

实际在不同的cpu架构下,存储方式不同,我们常用的X86是以小端的模式存储的。

网络传输一般采用大端序,也被称之为网络字节序,或网络序。IP协议中定义大端序为网络字节序。

输出:

4. 浮点型数据在内存中实际的存放形式(储存形式)

浮点型数据在内存中存储不是按补码形式,是按阶码的方式存储,所以虽然int和float都是占用了4个字节,如果开始存的是int型数据,比如是个25,那么用浮点的方式输出就不是25.0,也许就变的面目全非。
你可以用共用体的方式验证一下。在公用体中定义一个整形成员变量和一个浮点型成员变量,给整形赋值25,输出浮点成员变量,你就知道了。

5. 请问浮点型数据在计算机是怎么存储的

对于浮点类型的数据采用单精度类型(float)和双精度类型(double)来存储,float数据占用32bit,double数据占用64bit。

无论是单精度还是双精度在存储中都分为三个部分:

1、符号位(Sign) : 0代表正,1代表为负。

2、指数位(Exponent):用于存储科学计数法中的指数数据,并且采用移位存储。

3、尾数部分(Mantissa):尾数部分。

(5)浮点数存储方式ppt扩展阅读

实型变量分为两类:单精度型和双精度型,

其类型说明符为float 单精度说明符,double
双精度说明符。在Turbo
C中单精度型占4个字节(32位)内存空间,其数值范围为3.4E-38~3.4E+38,只能提供七位有效数字。

双精度型占8
个字节(64位)内存空间,其数值范围为1.7E-308~1.7E+308,可提供16位有效数字。

实型变量说明的格式和书写规则与整型相同。

例如: float x,y; (x,y为单精度实型量)

double a,b,c; (a,b,c为双精度实型量)

实型常数不分单、双精度,都按双精度double型处理。

6. 浮点数的存储问题

先看看浮点数格式
·一个浮点数总共有4个字节,32位
第一个比特表符号 0正数 1负数
后八个比特表阶码,即为指数,这个数在实际的数上面加127
最后23个比特表尾数 原码表示

具体分析
对于3.25

正数 首位为0

用二进制表示 11.01=1.101乘以2的1次方
所以阶码为1 127+1=128
10000000

对于尾数1.101,因为规格化的数都是最高位为1,即小数点左边的数为1
所以这个1就省略,因此存储的时候就存101

10100000 00000000 0000000

把所有的拼起来
01000000 01010000 00000000 00000000

你的上面最后写反了

7. 浮点数在计算机中的存储方式中,指数位为什么是采用“移位存储”方式怎么看出来是用“移位存储”

不论是float还是double在存储方式上都是遵从IEEE的规范的.
float遵从的是IEEE R32.24 ,而double 遵从的是R64.53。

浮点数保存的字节格式如下:

地址 +0 +1 +2 +3
内容 SEEE EEEE EMMM MMMM MMMM MMMM MMMM MMMM

这里
S 代表符号位,1是负,0是正
E 偏移127的幂,二进制阶码=(EEEEEEEE)-127。
M 24位的尾数保存在23位中,只存储23位,最高位固定为1。此方法用最较少的位数实现了
较高的有效位数,提高了精度。

零是一个特定值,幂是0 尾数也是0。

浮点数-12.5作为一个十六进制数0xC1480000保存在存储区中,这个值如下:
地址 +0 +1 +2 +3
内容0xC1 0x48 0x00 0x00

浮点数和十六进制等效保存值之间的转换相当简单。下面的例子说明上面的值-12.5如何转
换。
浮点保存值不是一个直接的格式,要转换为一个浮点数,位必须按上面的浮点数保存格式表
所列的那样分开,例如:

地址 +0 +1 +2 +3
格式 SEEE EEEE EMMM MMMM MMMM MMMM MMMM MMMM
二进制 11000001 01001000 00000000 00000000
十六进制 C1 48 00 00

从这个例子可以得到下面的信息:
符号位是1 表示一个负数
幂是二进制10000010或十进制130,130减去127是3,就是实际的幂。
尾数是后面的二进制数10010000000000000000000

在尾数的左边有一个省略的小数点和1,这个1在浮点数的保存中经常省略,加上一个1和小数
点到尾数的开头,得到尾数值如下:
1.10010000000000000000000

接着,根据指数调整尾数.一个负的指数向左移动小数点.一个正的指数向右移动小数点.因为
指数是3,尾数调整如下:
1100.10000000000000000000

结果是一个二进制浮点数,小数点左边的二进制数代表所处位置的2的幂,例如:1100表示
(1*2^3)+(1*2^2)+(0*2^1)+(0*2^0)=12。
小数点的右边也代表所处位置的2的幂,只是幂是负的。例如:.100...表示(1*2^(-1))+
(0*2^(-2))+(0*2^(-2))...=0.5。
这些值的和是12.5。因为设置的符号位表示这数是负的,因此十六进制值0xC1480000表示-
12.5。

下面给个例子

#include <stdio.h>
union FloatData
{
float f;
unsigned char h[4];
};
void main(void)
{
FloatData t;
float temp = 0;
printf(