學習內容總結

信息的表示與處理

字節：計算機中最小的可尋址的內存單元

虛擬內存：機器級程序將內存視為一個非常大的字節數組

進制表示及轉換

• 十進制：D=dndn-1...d1d0.d-1...d-m(m,n為正整數)
• 二進制：B=bnbn-1...b1b0.b-1...b-m(m,n為正整數)
• 八進制：O=onon-1...o1o0.o-1...0-m(m,n為正整數)
• 十六進制：H=hnhn-1...h1h0.h-1...h-m(m,n為正整數)，在C語言中以0x或0X開頭的數字常量為十六進制的值
• 進制轉換：
  • 十進制轉換R進制：整數部分除以R，商為權值，直至商為0并以下至上排列；小數部分不斷乘R記錄結果的整數部分并以上至下排列
  • 二進制轉換八進制：每三位為一個八進制，不足在最高位補0
  • 二進制轉換十六進制：每四位為一個十六進制，不足在最高位補0

對于一個字長為w位的機器，虛擬地址的范圍為0~2^w-1，程序最多訪問2^w個字節

可在32位或64位機器上運行的程序指令：gcc -m32 prog.c

大端法規則：最高有效字節在最前面

小端法規則：最低有效字節在最前面

在計算機系統中，程序僅僅只是字節序列

位級運算

• 位向量：固定長度為w、由0和1組成的串，絕大多數可表示一個數
• 位級運算包括：
  • “|”或運算：兩個0時為0
  • “&”與運算：有0即為0
  • “～”非運算：即取反
  • “^”異或運算：兩個相同數為0

邏輯運算

• 在邏輯運算中，只有0、1兩種表示，非零參數都表示TRUE，0表示FALSE
• 邏輯運算包括：
  • “&&”：與1與為true，與0與為false
  • “||”：有操作數為true則為true
  • “!”：取反

移位運算

• 左移x<<k：左移k位，最右邊補k個0
• 算術右移x>>k：右移k位并在最左端補k個最高有效位上的值
• 邏輯右移x>>>k：右移k位，最左邊補k個0
• 對有符號數采用算術右移，對無符號數采用邏輯右移

整數表示

信息=位+上下文

無符號整數：B2U4[0011]=0·2^3+0·2^2+1·2^1+1·2^0=3

有符號整數-補碼編碼：B2T4[1011]=-1·2^3+0·2^2+1·2^1+1·2^0=-5

無符號數表示需加后綴字符u

浮點數

• 二進制小數
• IEEE浮點表示
  • 表示：
    math V=(-1)^sM2^E
  • 符號s決定著這個數是負數(s=1)還是正數(s=0)
  • 尾數 M是一個二進制小數，n位小數字段f=fn-1…f1f0編碼尾數M
  • 階碼 E的作用是對浮點數加權，這個權重是2^E，e=ek-1…e1e0
  • 偏移常數
    math Bias = {2^k}{^-}{^1}-1
  • 32位浮點數：
  • 規格化的值
    • E=e-Bias M=1+f
  • 非規格化的值
    • E=1-Bias M=f

數值運算

無符號整數

• 加法
  • 當發生溢出情況時，丟棄所溢出的最高位，所得到的結果是x + y (mod 2^w)
  • 公式
• 乘法
  • 公式：
  • 在大多數機器上，整數乘法指令相當慢，常采用用移位和加法運算的組合來代替乘法運算
• 除法：向下取整
  • x/2 實際上是x的位向量向右移1位
  • x/16 是x向右移4位

補碼運算

• 加法
• 乘法
• 除法：算術右移

信息的存儲

網絡字節序

• 網絡上的數據流是字節流，收到的第一個字節被當作高位看待
• 網絡字節序是大端字節序

主機字節序和網絡字節序轉換

• htons()把unsigned short類型從主機序轉換到網絡序
• htonl() 把unsigned long類型從主機序轉換到網絡序
• ntohs() 把unsigned short類型從網絡序轉換到主機序

• ntohl() 把unsigned long類型從網絡序轉換到主機序

  其中 網絡net即n 主機host即h long(32位)即l short(16位)即s

課下作業

完成教材 p97 2.96 2.97，要有完備的測試

2.96

任務詳情

• 遵循位級浮點編碼規則，實現具有如下原型的函數:

/**Compute (int) f.*If conversion causes overflow or f is NaN, return*/ int float_f2i(float bits f);

• 對于浮點數f，這個函數計算(int)f。如果f是NaN，你的函數應該向零舍人。如果f不能用整數表示(例如，超出表示范圍，或者它是一個NaN)，那么函數應該返回0x800000000。
• 測試你的函數，對參數f可以取的所有2^32個值求值，將結果與你使用機器的浮點運算得到的結果相比較。

分析

• NaN: not a number，表示“無效數字”。
• 首先，看是否是浮點數且不超范圍，超過表示范圍，置為最大整數，若太小，不能化為整數，置為0。其次看符號 設置+，-號。如果是NaN，置為0x80000000
• 函數形參為無符號型，輸入負數時和整數轉化不同，加了一行代碼打印當前輸入，負數時，將無符號轉化為浮點型解決

代碼

#include <stdio.h> #include <math.h>typedef float float_bits;int float_f2i(float_bits f) { printf("your num is %f\n",f); if(f>=0&&f<=32767) return fabs(f); else if(f<0&&fabs(f)<32768) return -fabs(f); else return 0x80000000; } int main(){ float_bits i; scanf("%f",&i); printf("float_f2i is %d,(int) is %d\n",float_f2i(i),(int)i); return 0; }

運行截圖

2.97

任務詳情

• 遵循位級浮點編碼規則，實現具有如下原型的函數:

/*Compute (float) i*/ float bits float_i2f(int i);

• 對于函數i，這個函數計算(float) i的位級表示。
• 測試你的函數，對參數f可以取的所有2^32個值求值，將結果與你使用機器的浮點運算得到的結果相比較。

代碼

#include <stdio.h>#include <limits.h>typedef unsigned float_bits;float_bits float_i2f(int i){unsigned u = (unsigned)i;if(!u)return 0u;unsigned sign = u>>31;unsigned exp,frac,f;if(sign)u=(~u)+1;unsigned j,leftmost_one;for(j=0;j<32;j++){leftmost_one=u&(0x80000000>>j);if(leftmost_one)break;}exp = 158u-j;f = u<<j<<1;unsigned last_bit=(f&0x200)>>9;unsigned truncation = f&0x1ff;if(truncation<0x100)frac = f>> 9;else if(truncation >0x100)frac= (f>>9)+1;else{if(last_bit)frac = (f>>9)+1;elsefrac = f>>9;}if(frac >>23){++exp;frac=0;}return (sign<<31)|(exp<<23)|frac;}int main(){int i;unsigned r;float f,fr;for(i=INT_MIN;i<=INT_MAX;i++){r=float_i2f(i);fr=*((float*)&r);f=(float)i;if(fr == f)printf("%d:ok\n",i);else{printf("%d: %f %f error\n",i,f,fr);return -1;}}}

運行截圖

轉載于:https://www.cnblogs.com/besty-zyx/p/9733297.html

總結

以上是生活随笔為你收集整理的2018-2019-1 20165330 《信息安全系统设计基础》第二周学习总结的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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