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Rappresentazione numeri in virgola mobile

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Rappresentazione numeri in virgola mobile
Rappresentazione numeri in virgola
mobile

Un numero non intero può essere
rappresentato in infiniti modi quando utilizziamo
la notazione esponenziale:
−


Es.
34.5 = 0.345 · 102 = 0.0345 · 103 = 345 · 10-1
Questo formato prende il nome di floatingpoint (virgola mobile)
Essendo infinite le rappresentazioni è
necessario sceglierne una di riferimento
(rappresentazione normalizzata)
Rappresentazione numeri in virgola
mobile

Nei numeri decimali possiamo ad es.
considerare come normalizzata la
rappresentazione in cui la parte intera è formata
da una sola cifra;
−

es. 3.45 · 101
Possiamo quindi distinguere in numero
−
−
le cifre significative (significando o mantissa)
l'esponente da dare alla base
Rappresentazione numeri in virgola
mobile

Nel nostro esempio:
3.45 · 10
mantissa
1
esponente
Rappresentazione numeri in virgola
mobile

In generale un numero rappresentato in f.p.
assume la forma:
d0.d-1d-2d-3...d-(p-1) · be
il cui significato è
( d0 + d-1b-1 + d-2b-2 + d-3b-3 + ...d-(p-1)b-(p-1) ) · be


p è la precisione della rappresentazione
Nel caso della base 2 possiamo rappresentare
soltanto le cifre dopo la virgola risparmiando un
bit
Rappresentazione numeri in virgola
mobile


Un numero binario rappresentato in f.p. assume
la forma normalizzata:
1.d-1d-2d-3...d-(p-1) · 2e
si rappresenteranno esplicitamente:
− i bit dopo la virgola;
− l'esponente;
− il segno del numero.
Rappresentazione numeri in virgola
mobile

Si può facilmente osservare che in tale
rappresentazione:
− i numeri non sono equispaziati fra di loro (il
peso del LSB della mantissa dipende
dall'esponente)
− la finitezza della rappresentazione introduce
la possibilità sia di overflow (valore assoluto
troppo grande) che di underflow (valore
assoluto troppo piccolo)
Standard IEEE-754


E' lo standard internazionale adottato per
rappresentare i numeri reali
Prevede la rappresentazione di
− numeri in f.p. normalizzati
− alcuni numeri denormalizzati
− infinito (positivo e negativo)
− NaN (not a number) per rappresentare
risultati indeterminati delle operazioni (come
0/0 ecc.)
Standard IEEE-754
Esponente
(8 bit)
Segno:
0 - positivo
1 - negativo
Mantissa (23 bit)
Standard IEEE-754
0 10000100 00010100000000000000000
Es. 34.510 = 100010.12 = 1.0001012 · 25 = 1.0001012 · 102101
Segno:
0 (positivo)
Mantissa:
000101 (la parte intera pari a 1 si sottintende)
Esponente: 5+127 = 132 = 100001002
(rappresentazione in eccesso 127)
Standard IEEE-754





Non tutti i valori possibili di E e m sono utilizzati
Se E=0 il numero può essere nullo o non
normalizzato
Se E=255 (tutti 1) si rappresenta un infinito
(positivo o negativo) o un non numero (NaN)
Negli altri casi (0<E<255) si rappresenta un
numero normalizzato
I numeri non normalizzati si utilizzano per
riempire lo spazio tra lo 0 e il più piccolo
numero normalizzato
Standard IEEE-754
1<E<255
E=0
m=0
m<>0
s=0
s=1
+0
-0
numero non
normalizzato
E=255
m=0
numero
normalizzato
m<>0
s=0
s=1
+∞
-∞
NaN
Standard IEEE-754

La rappresentazione dell'esponente in eccesso
127 (biased) consente una maggior facilità di
progettazione dei circuiti della ALU: il confronto
avviene, a parte il segno, confrontando
semplicemente il resto del numero
lessicograficamente.
−
es: il primo numero è più piccolo del secondo
12.34E-03 = 0 01111000 10010100010110110110110
 32.87E-02 = 0 01111101 01010000100101101011110

=
Primo bit diverso
Esercizi

Convertire in formato IEEE754:
−
−
−

2.34
51.27
0.0023
Convertire in decimale:
−
−
−
AB98 2000
FFA0 4110
0023 A5B8
Esercizi

Determinare il più grande (piccolo) numero
positivo (negativo) rappresentabile in IEEE754
−
−

con 1 bit di segno, 8 di esponente e 23 di mantissa
(singola precisione)
con 1 bit di segno, 11 di esponente e 52 di mantissa
(doppia precisione)
Elencare i numeri rappresentabili con:
−
1 bit di segno, 3 di esponente e 4 di mantissa
Esercizi
E
000
000
000
000
000
000
000
000
000
000
000
000
000
000
000
000
001
001
001
001
001
001
M
0000
0001
0010
0011
0100
0101
0110
0111
1000
1001
1010
1011
1100
1101
1110
1111
0000
0001
0010
0011
0100
0101
E
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
M
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
0
1
2
3
4
5
fdS Significando
0,2500
0,0000
0,2500
0,0625
0,2500
0,1250
0,2500
0,1875
0,2500
0,2500
0,2500
0,3125
0,2500
0,3750
0,2500
0,4375
0,2500
0,5000
0,2500
0,5625
0,2500
0,6250
0,2500
0,6875
0,2500
0,7500
0,2500
0,8125
0,2500
0,8750
0,2500
0,9375
0,2500
1,0000
0,2500
1,0625
0,2500
1,1250
0,2500
1,1875
0,2500
1,2500
0,2500
1,3125
N=M*fds
0,000000
0,015625
0,031250
0,046875
0,062500
0,078125
0,093750
0,109375
0,125000
0,140625
0,156250
0,171875
0,187500
0,203125
0,218750
0,234375
0,250000
0,265625
0,281250
0,296875
0,312500
0,328125
Significando Δ=fds/2^4
0
Denormalizzato
S
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Fattore di scala:
- per E=0 si usa lo stesso di E=1;
- per E=111 non viene considerato;
- negli altri casi vale 2^(E-3)
Normalizzato
Normalizzato
Normalizzato
Normalizzato
Normalizzato
Normalizzato
M/2^4
M/2^4
M/2^4
M/2^4
M/2^4
M/2^4
M/2^4
M/2^4
M/2^4
M/2^4
M/2^4
M/2^4
M/2^4
M/2^4
M/2^4
1+M/2^4
1+M/2^4
1+M/2^4
1+M/2^4
1+M/2^4
1+M/2^4
0,015625
0,015625
0,015625
0,015625
0,015625
0,015625
0,015625
0,015625
0,015625
0,015625
0,015625
0,015625
0,015625
0,015625
0,015625
0,015625
0,015625
0,015625
0,015625
0,015625
0,015625
Esercizi
S
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
E
001
001
001
001
001
001
001
001
001
001
010
010
010
010
010
010
010
010
010
010
010
010
010
M
0110
0111
1000
1001
1010
1011
1100
1101
1110
1111
0000
0001
0010
0011
0100
0101
0110
0111
1000
1001
1010
1011
1100
E
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
M
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
fdS Significando
0,2500
1,3750
0,2500
1,4375
0,2500
1,5000
0,2500
1,5625
0,2500
1,6250
0,2500
1,6875
0,2500
1,7500
0,2500
1,8125
0,2500
1,8750
0,2500
1,9375
0,5000
1,0000
0,5000
1,0625
0,5000
1,1250
0,5000
1,1875
0,5000
1,2500
0,5000
1,3125
0,5000
1,3750
0,5000
1,4375
0,5000
1,5000
0,5000
1,5625
0,5000
1,6250
0,5000
1,6875
0,5000
1,7500
N=M*fds
0,343750
0,359375
0,375000
0,390625
0,406250
0,421875
0,437500
0,453125
0,468750
0,484375
0,500000
0,531250
0,562500
0,593750
0,625000
0,656250
0,687500
0,718750
0,750000
0,781250
0,812500
0,843750
0,875000
Normalizzato
Normalizzato
Normalizzato
Normalizzato
Normalizzato
Normalizzato
Normalizzato
Normalizzato
Normalizzato
Normalizzato
Normalizzato
Normalizzato
Normalizzato
Normalizzato
Normalizzato
Normalizzato
Normalizzato
Normalizzato
Normalizzato
Normalizzato
Normalizzato
Normalizzato
Normalizzato
Significando Δ=fds/2^4
1+M/2^4
0,015625
1+M/2^4
0,015625
1+M/2^4
0,015625
1+M/2^4
0,015625
1+M/2^4
0,015625
1+M/2^4
0,015625
1+M/2^4
0,015625
1+M/2^4
0,015625
1+M/2^4
0,015625
1+M/2^4
0,015625
1+M/2^4
0,015625
1+M/2^4
0,031250
1+M/2^4
0,031250
1+M/2^4
0,031250
1+M/2^4
0,031250
1+M/2^4
0,031250
1+M/2^4
0,031250
1+M/2^4
0,031250
1+M/2^4
0,031250
1+M/2^4
0,031250
1+M/2^4
0,031250
1+M/2^4
0,031250
1+M/2^4
0,031250
Esercizi
S
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
E
010
010
010
011
011
011
011
011
011
011
011
011
011
011
011
011
011
011
011
100
100
100
100
M
1101
1110
1111
0000
0001
0010
0011
0100
0101
0110
0111
1000
1001
1010
1011
1100
1101
1110
1111
0000
0001
0010
0011
E
2
2
2
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
4
4
4
4
M
13
14
15
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
0
1
2
3
fdS Significando
0,5000
1,8125
0,5000
1,8750
0,5000
1,9375
1,0000
1,0000
1,0000
1,0625
1,0000
1,1250
1,0000
1,1875
1,0000
1,2500
1,0000
1,3125
1,0000
1,3750
1,0000
1,4375
1,0000
1,5000
1,0000
1,5625
1,0000
1,6250
1,0000
1,6875
1,0000
1,7500
1,0000
1,8125
1,0000
1,8750
1,0000
1,9375
2,0000
1,0000
2,0000
1,0625
2,0000
1,1250
2,0000
1,1875
...
N=M*fds
0,906250
0,937500
0,968750
1,000000
1,062500
1,125000
1,187500
1,250000
1,312500
1,375000
1,437500
1,500000
1,562500
1,625000
1,687500
1,750000
1,812500
1,875000
1,937500
2,000000
2,125000
2,250000
2,375000
Normalizzato
Normalizzato
Normalizzato
Normalizzato
Normalizzato
Normalizzato
Normalizzato
Normalizzato
Normalizzato
Normalizzato
Normalizzato
Normalizzato
Normalizzato
Normalizzato
Normalizzato
Normalizzato
Normalizzato
Normalizzato
Normalizzato
Normalizzato
Normalizzato
Normalizzato
Normalizzato
Significando Δ=fds/2^4
1+M/2^4
0,031250
1+M/2^4
0,031250
1+M/2^4
0,031250
1+M/2^4
0,031250
1+M/2^4
0,062500
1+M/2^4
0,062500
1+M/2^4
0,062500
1+M/2^4
0,062500
1+M/2^4
0,062500
1+M/2^4
0,062500
1+M/2^4
0,062500
1+M/2^4
0,062500
1+M/2^4
0,062500
1+M/2^4
0,062500
1+M/2^4
0,062500
1+M/2^4
0,062500
1+M/2^4
0,062500
1+M/2^4
0,062500
1+M/2^4
0,062500
1+M/2^4
0,062500
1+M/2^4
0,125000
1+M/2^4
0,125000
1+M/2^4
0,125000
Esercizi
S
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
E
110
110
110
110
110
110
110
111
111
111
111
111
111
111
111
111
111
111
111
111
111
111
111
M
1001
1010
1011
1100
1101
1110
1111
0000
0001
0010
0011
0100
0101
0110
0111
1000
1001
1010
1011
1100
1101
1110
1111
E
6
6
6
6
6
6
6
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
M
9
10
11
12
13
14
15
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
fdS Significando
8,0000
1,5625
8,0000
1,6250
8,0000
1,6875
8,0000
1,7500
8,0000
1,8125
8,0000
1,8750
8,0000
1,9375
N=M*fds
12,500000
13,000000
13,500000
14,000000
14,500000
15,000000
15,500000
+Infinito
NaN
NaN
NaN
NaN
NaN
NaN
NaN
NaN
NaN
NaN
NaN
NaN
NaN
NaN
NaN
Normalizzato
Normalizzato
Normalizzato
Normalizzato
Normalizzato
Normalizzato
Normalizzato
Significando Δ=fds/2^4
1+M/2^4
0,500000
1+M/2^4
0,500000
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