Automaten und Rechnerarchitekturen - Kapitel 1
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Questions and Answers

Wie viele Bits werden im IEEE-754 Standard für den Exponenten verwendet?

  • 16-Bit
  • 32-Bit
  • 8-Bit (correct)
  • 4-Bit
  • Was ist der Wertebereich des Exponenten im IEEE-754 Standard?

  • 0 bis 127
  • -128 bis 127
  • 1 bis 100
  • 0 bis 255 (correct)
  • Wie viele Bits umfasst die Mantisse im IEEE-754 Standard?

  • 23-Bit (correct)
  • 16-Bit
  • 32-Bit
  • 64-Bit
  • Welcher konstante Wert wird vom Exponenten subtrahiert, um die Links- und Rechtsgleitung des Kommas zu ermöglichen?

    <p>127 (A)</p> Signup and view all the answers

    Wie wird die Mantisse im IEEE-754 Standard normalisiert?

    <p>Indem das Komma nach der ersten 1 geschoben wird (C)</p> Signup and view all the answers

    Was ist ein Byte?

    <p>8 Bit (B)</p> Signup and view all the answers

    Was wird als Most Significant Bit (MSB) bezeichnet?

    <p>Das Bit, das den höchsten Wert in einer Binärzahl hat (D)</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Operationen ist keine gültige Gleitkommaoperation?

    <p>SHIFT (A)</p> Signup and view all the answers

    Wie viele alphanumerische Zeichen können im ASCII-Zeichensatz kodiert werden?

    <p>128 (D)</p> Signup and view all the answers

    Was stellt der Least Significant Bit (LSB) dar?

    <p>Das Bit mit dem niedrigsten Wert in einer Zahl (D)</p> Signup and view all the answers

    Welche Zahl entspricht der ASCII-Codierung für das Zeichen 'A'?

    <p>65 (D)</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Aussagen über Gleitkommazahlen ist falsch?

    <p>Sie verwenden immer einen festen Typ. (A)</p> Signup and view all the answers

    Welches der folgenden Zeichen hat die ASCII-Codierung 48?

    <p>0 (D)</p> Signup and view all the answers

    Wie wird die Subtraktion von zwei N-stelligen Binärzahlen dargestellt?

    <p>a - b = a - b + 2N (A)</p> Signup and view all the answers

    Wie wird die Zahl -b im 1er-Komplement dargestellt?

    <p>2N - 1 - b (A)</p> Signup and view all the answers

    Welche Aussage über das 2er-Komplement ist korrekt?

    <p>Es wird durch Invertieren der Stellen und Addieren von 1 erreicht. (C)</p> Signup and view all the answers

    Welches der folgenden Merkmale beschreibt die Gleitkommadarstellung?

    <p>Das Komma gleitet zur ersten von 0 verschiedenen Zahl. (C)</p> Signup and view all the answers

    Was umfasst die Darstellung einer Gleitkommazahl nach dem IEEE-754 Standard?

    <p>Ein Vorzeichen-Bit, einen Exponenten und eine Mantisse. (D)</p> Signup and view all the answers

    Was ist eine der Hauptfunktionen der Zahlendarstellung im Rechner?

    <p>Effiziente Kodierung von Zahlen (C)</p> Signup and view all the answers

    Welches Zahlensystem bezieht sich auf eine Wertigkeit von 10?

    <p>Denärsystem (B)</p> Signup and view all the answers

    Was wird als kleinste Informationseinheit in einem Zahlensystem bezeichnet?

    <p>Stelle (A)</p> Signup and view all the answers

    Welches der folgenden Systeme hat die niedrigste Wertigkeit?

    <p>Binärsystem (A)</p> Signup and view all the answers

    Welche Operation wird typischerweise mit dem Datentyp 'Bit' durchgeführt?

    <p>AND (C)</p> Signup and view all the answers

    Welcher Datentyp hat eine Wertemenge, die Ganze Zahlen umfasst?

    <p>Int (C)</p> Signup and view all the answers

    Was sind Maschinen-Datentypen?

    <p>Datentypen, die direkt über Maschinenbefehle operieren (D)</p> Signup and view all the answers

    Welche Funktion hat das Binärsystem in der Rechnerarchitektur?

    <p>Es ist am leichtesten zu realisieren (A)</p> Signup and view all the answers

    Was ist der binäre Wert von 128 im 8-Bit-Format?

    <p>10000000 (B)</p> Signup and view all the answers

    Wie viele Bits werden für die Mantisse in einem IEEE-754 single Format verwendet?

    <p>23 (B)</p> Signup and view all the answers

    Welches der folgenden Beispiele beschreibt einen Überlauf im Zweierkomplement?

    <p>Wert wird positiv, obwohl er negativ sein sollte (C)</p> Signup and view all the answers

    Was beschreibt die Schrittweite im Zweierkomplement?

    <p>Konstanter Abstand (C)</p> Signup and view all the answers

    Wie viele Byte entspricht eine Wortbreite von 32 Bit?

    <p>4 (D)</p> Signup and view all the answers

    Was ist der Unterschied im Abstand von Gleitkommazahlen im Vergleich zum Zweierkomplement?

    <p>Gleitkommazahlen haben variable Abstände. (A)</p> Signup and view all the answers

    Mit welchem Wert wird ein Underflow bei Gleitkommazahlen erreicht?

    <p>0 (A)</p> Signup and view all the answers

    Wie erfolgt die Adresszählung bei der Speicherung von 64-Bit-Wörtern?

    <p>Byteweise (B)</p> Signup and view all the answers

    Wie wird der ganze Teil einer Dezimalzahl ins Hexadezimalsystem umgewandelt?

    <p>Durch fortgesetztes Ausklammern. (C)</p> Signup and view all the answers

    Was ist der erste Schritt zur Umwandlung der Zahl 15741,233 ins Hexadezimalsystem?

    <p>15741,233 wird durch die höchste Potenz von 16 dividiert. (B)</p> Signup and view all the answers

    Welche Rolle spielen die Reste bei der Umwandlung ins Hexadezimalsystem?

    <p>Sie geben die Reihenfolge der Ziffern an. (A)</p> Signup and view all the answers

    Wie erfolgt die Umwandlung des Nachkommateils einer Dezimalzahl ins Hexadezimalsystem?

    <p>Durch sukzessive Multiplikation mit der Basis. (D)</p> Signup and view all the answers

    Welche Ziffer ergibt sich beim ersten Schritt der Umwandlung von 0,233 ins Hexadezimalsystem?

    <p>3 (C)</p> Signup and view all the answers

    Wie wird die Basis in der Umwandlung von Zahlensystemen dargestellt?

    <p>Als Potenz. (C)</p> Signup and view all the answers

    Was passiert, wenn der Nachkommateil der Zahl 0,233 in weiteren Schritten verarbeitet wird?

    <p>Die nächste Ziffer wird nacheinander bestimmt. (A)</p> Signup and view all the answers

    Was ist die korrekte Darstellung von 15741 ins Hexadezimalsystem?

    <p>3D7D16 (B)</p> Signup and view all the answers

    Wofür wird die Komplementdarstellung verwendet?

    <p>Für negative Zahlen. (C)</p> Signup and view all the answers

    Wie oft muss der Nachkommateil in der Regel verarbeitet werden?

    <p>Bis zu einer ausreichenden Genauigkeit. (D)</p> Signup and view all the answers

    Flashcards

    Zahlendarstellung

    Wie Zahlen im Rechner gespeichert und verarbeitet werden, um Speicherplatz und Rechenleistung zu optimieren.

    Maschinen-Datentypen

    Datentypen, die der Rechner direkt unterstützt. Ihre Operationen sind als Maschinenbefehle implementiert.

    Binärsystem

    Das Zahlensystem im Rechner, basierend auf zwei Zuständen (0 und 1).

    Wertigkeit

    Anzahl der möglichen Zustände einer Informations-Einheit. (z.B. 10 im Dezimalsystem, 2 im Binärsystem).

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    Bit

    Die kleinste Einheit der Daten im Rechner, entweder 0 oder 1.

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    Integer

    Ganzzahlige Datentypen im Rechner mit limitierten Werten (z.B. 16 Bit).

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    Byte / Character

    Gruppe von 8 Bits, z.B. zum Speichern von Buchstaben oder Sonderzeichen.

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    Denärsystem

    Zahlensystem mit der Basis 10, wie wir es im Alltag verwenden.

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    Gleitkommazahl

    Eine Zahl, die in einem Computer gespeichert wird, indem Vorzeichen, Mantisse und Exponent benutzt werden.

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    ASCII-Codierung

    Eine Standardmethode für die Darstellung von alphanumerischen Zeichen mit Bytekodierungen.

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    Binärwerte

    Werte, die mit den Ziffern 0 und 1 dargestellt werden.

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    1er-Komplement

    Darstellung einer negativen Zahl durch Invertieren aller Stellen einer positiven Zahl (0en werden zu 1en und 1en zu 0en).

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    2er-Komplement

    Darstellung einer negativen Zahl durch das 1er-Komplement plus 1.

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    Gleitkommadarstellung

    Methode zur Speicherung von Zahlen im Computer mit endlicher Genauigkeit, indem das Komma immer zur ersten von Null verschiedenen Ziffer geschoben wird.

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    Mantisse

    Der Teil einer Gleitkommazahl, der die genaue Zahl darstellt.

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    IEEE-754

    Standard für die Darstellung von Gleitkommazahlen in Computern.

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    IEEE-754 Gleitkommazahl (single)

    Eine 32-Bit-Darstellung von Gleitkommazahlen mit Vorzeichenbit, 8-Bit-Exponent und 23-Bit-Mantisse.

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    Exponent (IEEE-754)

    8-Bit-Wert, der den Wertebereich der Zahl durch Verschieben des Kommas beeinflusst.

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    Mantisse (IEEE-754)

    23-Bit-Wert, der die Nachkommastellen der Zahl repräsentiert (normalisiert).

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    Normalisierung (Mantisse)

    Mantisse wird so verschoben, dass die höchstwertige Bit der Mantisse 1 ist.

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    Umwandlung von dezimal zu hexadezimal

    Vorgehen zum Umwandeln einer Dezimalzahl in eine Hexadezimalzahl.

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    Horner-Schema

    Methode, um den ganzzahligen und den gebrochenen Anteil einer Zahl in ein anderes Zahlensystem umzuwandeln.

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    Dezimalzahl in Hexadezimalzahl

    Beispiel: Die Dezimalzahl 15741 wird in die Hexadezimalzahl 3D7D umgewandelt.

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    Umwandlung ganzzahliger Anteil

    Die Dezimalzahl wird sukzessive durch die Basis (z.B. 16) dividiert, die Reste ergeben die Ziffern im neuen Zahlensystem.

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    Umwandlung gebrochener Anteil

    Der Nachkommateil wird sukzessive mit der Basis (z.B. 16) multipliziert, die ganzzahligen Anteile bilden die neuen Nachkommaziffern.

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    Hexadezimalziffern

    Die Ziffern 0-9 und A-F dienen zur Darstellung von Zahlen im Hexadezimalsystem.

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    Komplementdarstellung

    Eine Methode zur Darstellung negativer Zahlen in einem Zahlensystem.

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    Dezimal zu Hexadezimal (Beispiel)

    Umwandlung von 0,233 dezimal in 0,3BA5 hexadezimal.

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    Basis(b)

    Die Basis eines Zahlensystems bestimmt die Menge der verwendeten Ziffern. Beispiel: Basis 16 für Hexadezimalzahlen.

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    Horner-Schema - Ganzzahlig

    Methodisches Ausklammern von Potenzen der Basis zur Bestimmung der ganzzahligen Ziffern des Zielsystems.

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    IEEE-754 - single

    Ein Standard für die Darstellung von Gleitkommazahlen in Computern, der die Zahlen in Vorzeichen, Exponent und Mantisse aufteilt, wobei die Mantisse eine bestimmte Anzahl von Bits verwendet.

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    Exponent

    Ein Teil der Gleitkommadarstellung, der die Skalierung der Mantisse angibt. Im IEEE-754 - Standard wird er mit 8 Bits dargestellt und ermöglicht den Umgang mit sehr großen und sehr kleinen Zahlen.

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    Gleitkommaarithmetik

    Rechenoperationen für die Darstellung von Zahlen mit einem Komma, um den Umgang mit sehr großen und sehr kleinen Zahlen zu ermöglichen.

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    Addition von Gleitkommazahlen

    Beim Addieren von Gleitkommazahlen müssen die Exponenten zuerst angeglichen werden. Anschließend werden die Mantissen addiert. Die resultierende Mantisse wird dann durch den gemeinsamen Exponenten skaliert.

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    Subtraktion von Gleitkommazahlen

    Die Subtraktion von Gleitkommazahlen erfolgt ähnlich wie die Addition. Die Exponenten werden angeglichen, die Mantissen subtrahiert und das Ergebnis wird durch den gemeinsamen Exponenten skaliert.

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    Multiplikation von Gleitkommazahlen

    Die Multiplikation von Gleitkommazahlen erfolgt durch Multiplikation der Mantissen und Addition der Exponenten. Der resultierende Exponent wird dann mit der multiplizierten Mantisse skaliert.

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    Division von Gleitkommazahlen

    Die Division von Gleitkommazahlen erfolgt durch Division der Mantissen und Subtraktion der Exponenten. Der resultierende Exponent wird dann mit der dividierten Mantisse skaliert.

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    Study Notes

    Automaten und Rechnerarchitekturen - Sommersemester 2024

    • Das Semester 2024 behandelt Automaten und Rechnerarchitekturen.
    • Kapitel 1 fokussiert auf die Zahlendarstellung und elementare Datentypen.
    • Der Inhalt umfasst Zahlendarstellung, elementare Datentypen, Zahlensysteme, Darstellung negativer Zahlen und Gleitkommazahlen.
    • Prof. Dr. Uwe Brinkschulte und apl. Prof. Dr. Mathias Pacher leiten das Modul.

    Zahlendarstellung

    • Menschen verwenden verschiedene Zahlen; für Rechner müssen diese effizient kodiert werden.
    • Effizienz beinhaltet den Speicherplatz und die Rechenleistung.
    • Maschinen-Datentypen ermöglichen direkten Umgang mit Zahlen.
    • Software verarbeitet weitere Datentypen.

    Systeme zur Informationsdarstellung

    • Systeme unterscheiden sich durch die Anzahl der Zustände der kleinstmöglichen Informations-Einheit.
    • Die Wertigkeit oder der Entscheidungsgrad des Systems entspricht der Anzahl der Zustände.
    • Beispiele für Zahlensysteme sind Denärsysteme (mit Wertigkeit 10) und Binärsysteme (mit Wertigkeit 2).
    • Binärsysteme werden in Rechnern verwendet.

    Maschinen-Datentypen

    • Datentypen werden durch Wertebereiche und Operationen definiert.
    • Maschinenbefehle implementieren Operationen in Maschinen-Datentypen (z.B. Bit, Byte/Character, Integer, Gleitkommazahlen).

    Binärsysteme

    • N-stellige Binärwerte werden durch Bits repräsentiert.
    • Ein Byte besteht aus 8 Bits.
    • ASCII-Zeichensatz kodiert alphanumerische Zeichen in Byte.
    • MSB (Most Significant Bit) und LSB (Least Significant Bit) markieren die höchstwertige und niedrigstwertige Stelle.

    ASCII-Codierung

    • Tabelle mit ASCII-Codierung für verschiedene Zeichen.

    Zahlensysteme

    • Zur Darstellung von Zahlen in b-wertigen Systemen werden einzelnen Stellen Werte zugeordnet (Stellenwertsysteme).
    • Der Dezimalpunkt steht rechts von z0.
    • Jeder Position i in der Ziffernreihe entspricht ein Stellenwert, der eine Potenz der Wertigkeit b des Zahlensystems ist.
    • Die Basis b ist die Grundlage des Zahlensystems.
    • Der Wert X einer Zahl ist die Summe der Werte aller Einzelstellen z i.
    • Dezimalsystem und Dualsystem sind Beispiele für Stellenwertsysteme.

    Zahlensysteme (Fortsetzung)

    • Interessante Zahlensysteme sind Dual-, Oktal-, Dezimal- und Hexadezimalzahlen.
    • Ganze Zahlen (Integer) in Rechnern haben oft 8, 16, 32 oder 64 Bits.
    • Manche haben ein Vorzeichen (signed), und andere nicht (unsigned).

    Hexadezimalkodierung

    • Kurze Darstellung von 4-Bit-Integerzahlen mit Hexadezimalcodes.
    • Hexadezimalzahlen werden oft mit 0x präfixiert (z.B. 0x7D).

    Umwandlung von Zahlensystemen

    • Umwandlung einer Zahl einer beliebigen Basis b in die Dezimalzahl mit der Stellenwertformel.
    • Umwandlung einer Dezimalzahl in eine Zahl beliebiger Basis b mit Euklidischen Algorithmus oder Horner-Schema.

    Umwandlung von Zahlensystemen (Beispiele)

    • Umwandlung von 15741,233 in Hexadezimalsystem Beispiel.

    Horner-Schema

    • Getrennte Betrachtung der ganzzahligen und gebrochenen Anteile bei der Umwandlung.

    Komplementdarstellung

    • Komplementdarstellung vereinfacht die Subtraktion und Addition negativer Zahlen in N-stelligen Binärzahlen.
    • 1er-Komplement: Invertieren jeder Stelle (0 wird zu 1, 1 wird zu 0).
    • 2er-Komplement: 1er-Komplement der Zahl plus 1.

    Gleitkommazahlen

    • Digitale Computer nutzen endliche Genauigkeit, wodurch Zahlen gerundet werden müssen.
    • Bei der Gleitkommadarstellung wird das Komma so verschieben, dass die erste von 0 verschiedenen Ziffer an den Ort steht.
    • Das Ergebnis ist die Mantisse m multipliziert mit der Basis b hoch der Exponent e.
    • Die Mantisse und der Exponent haben feste Stellenanzahlen.
    • Die Anpassung wird Normalisierung genannt.
    • Beispiele für die Darstellung von Gleitkommazahlen.
    • IEEE-754-Standard definiert Gleitkommazahlen mit verschiedenen Wertebereichen und Genauigkeiten, die in Computern verwendet werden.

    IEEE 754 - single-Präzision

    • Eine 32-Bit Gleitkommazahl besteht aus Vorzeichen-Bit, 8-Bit Exponent und 23-Bit Mantisse.
    • Der 8-Bit Exponent kann Werte aus einem bestimmten Wertebereich annehmen.
    • Die 23-Bit Mantisse stellt einen 24-Bit-Wert dar, wobei das Komma an die erste Stelle gesetzt wird.
    • Exakt-Beispiele für einzelne Gleitkommawerte im IEEE 754-Standard.

    Gleitkommaarithmetik

    • Addition, Subtraktion, Multiplikation und Division von Gleitkommazahlen (A und B) mit bestimmten Formeln um C zu berechnen.

    Vergleich der Zahlenbereiche

    • Unterschiede in Zahlenbereichen zwischen Zweierkomplement und Gleitkommazahlen bei 32 Bit Speichergröße.

    Speicheraufbau

    • Wortbreiten von 8 Bit (Byte), 16 Bit, 32 Bit, und 64 Bit.
    • Speicheraufbau in Bytes.
    • Wichtige Speichergrößen (z.B Bytes, Bits).
    • Adresszählung erfolgt stets Byte-weise.
    • Anordnung der Daten im Speicher (aligned/misaligned).
    • Byte-Reihenfolge (Big-Endian und Little-Endian).

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    In diesem Quiz erfährst du alles über die Zahlendarstellung und elementare Datentypen. Kapitel 1 behandelt verschiedene Zahlensysteme, die Kodierung von Zahlen und die Darstellung negativer sowie Gleitkommazahlen. Teste dein Wissen über die Grundlagen der Rechnerarchitekturen!

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