5

Как в оперативной памяти представить вещественное число, если с обычными числами вроде все более менее понятно (под переменную выделяется память и туда в двоичной форме записывается число), то с вещественными числами не все так просто понять)) Как вообще компьютер понимает дробное это число или нет, как он понимает как его нужно складывать, делить и умножать. И еще вопрос из этой же темы почему разрядность процессора влияет на точность вещественного число. Ведь если мы возьмем 32 битный процессор и возьмем тип данных long, который занимает 64 бита, то процессор не сможет за раз обработать число с этим типом данных и он разобьет эту операцию на несколько инструкций, так вот почему так нельзя сделать с вещественным числом и получить высокую точность? Заранее спасибо за ответы!

6
  • ru.wikipedia.org/wiki/… 28 июл 2018 в 8:36
  • "почему так нельзя сделать с вещественным числом" Почему нельзя? Можно. 28 июл 2018 в 8:53
  • @HolyBlackCat, ну а зачем тогда пишут что в научных целях для более высокой точности используют процессор с большей разрядностью ? 28 июл 2018 в 9:00
  • Разрядность процессора в современных реалиях обычно относится к размеру указателя, видимого из пользовательского кода. т.е. 32 битный процессор вполне может обрабатывать и 64 битный long и 64 битный double безо всяких затруднений и разбиений на мелкие инструкции. Про использование процессора с большей разрядностью для большей точности - это уже архаизм. 28 июл 2018 в 9:06

1 ответ 1

13

Как вообще компьютер понимает дробное это число или нет, как он понимает как его нужно складывать, делить и умножать.

Процессор никак не может знать тип данных, хранящийся по тому или иному адресу памяти. Для него это просто последовательность байт. Смысл, структура и размер определяются исключительно текущей командой процессора и её флагами. То есть вы можете, например, сначала записать по некоему адресу целое восьмибайтное число (mov [адрес], 1234567812345678h), а затем взять первые четыре байта из восьми и поместить их в стек математического сопроцессора, будто это дробное число одинарной точности (fld dword [адрес]). Разумеется, значение в стеке будет уже другим, так как хоть байты одни и те же, но изменилась их интерпретация.

То есть единственное место процессора, знающее как работать с вещественными числами — это соответствующая часть арифметико-логического устройства. Для остальной части процессора это просто некая последовательность байт.

Однако из этого правила есть исключения. Например Эльбрусы работают с меченой (тегированной) памятью, где тип данных в каждой ячейке задаётся при записи в неё и хранится в области атрибутов. И тут процессор действительно знает, какой тип данных где лежит.

Как в оперативной памяти представить вещественное число, если с обычными числами вроде все более менее понятно (под переменную выделяется память и туда в двоичной форме записывается число), то с вещественными числами не все так просто понять

Из первого пункта ответа становится понятным, что для переменных типа чисел с плавающей запятой также выделяется память, и туда также в двоичном виде записывается число (четыре байта для чисел одинарной точности и восемь для двойной).

И еще вопрос из этой же темы почему разрядность процессора влияет на точность вещественного числа? Ведь если мы возьмем 32 битный процессор и возьмем тип данных long, который занимает 64 бита, то процессор не сможет за раз обработать число с этим типом данных и он разобьет эту операцию на несколько инструкций, так вот почему так нельзя сделать с вещественным числом и получить высокую точность?

Какой бы из двух способов обработки вещественных мы не выбрали, ни один из них не зависит от разрядности процессора:

  • Intel 8087 (который FPU) и его эмуляция в более современных процессорах работают в своём, 80-разрядном формате, который фиксирован и никак не может совпадать с разрядностью процессора, ибо не степень двойки.

  • Скалярные операции (SIMD — например SSE или AVX) также оперируют буферами фиксированного размера в 128 бит, превышающего разрядность процессора. Соответственно, и разбиение этого буфера на отдельные числа также ни на что не завязано, ибо за это также отвечает отдельный вычислительный блок.

Таким образом, разрядность процессора влияет здесь только опосредованно и только на количество тактов, требуемое для загрузки вещественных чисел.

А вот на что разрядность действительно влияет, так это на размер обычных регистров, которые как раз и используются в целочисленной арифметике.

Как вообще хранится это число в памяти? Имеется в виду как отделяется целая часть от дробной, если в жизни мы можем отделить по знаку запятой, то как компьютер хранит это в памяти? Отдельно целую отдельно дробную часть?

Если говорить простыми словами, вещественное число хранится как совокупность трёх компонент:

  1. Знак (хранится отдельно для нужд математического анализа, где существуют положительный и отрицательный ноль).

  2. Число вида 1,xxxxxxx.... Причём способ хранения этого числа достаточно интересный, в виде суммы вида:

        1,0 + a_1\frac{1}{2} + a_2\frac{1}{4} + a_3\frac{1}{8} + ... + a_n\frac{1}{2^n}

    где различные a — это нули и единицы, значение которых формирует мантиссу.

  3. Количество двоичных разрядов, на которое надо сдвинуть запятую для получения нужного числа. В десятичном виде это будет выглядеть как умножение на целую степень двойки. Это называется порядок.

Но это верно только для стандарта IEEE 754. Существуют архитектуры и с другим представлением вещественных чисел, однако они не так распространены.

3
  • Большое спасибо за развёрнутый ответ, но для меня все равно осталось непонятным как вообще хранится это число в памяти ? Имеется в виду как отделяется целая часть от дробной если в жизни мы можем отделить по знаку запятой то как компьютер хранит это в памяти ? Отдельно целую отдельно дробную часть ? 28 июл 2018 в 9:52
  • @НикитаАнтонов, дополнил ответ. 28 июл 2018 в 10:08
  • 1
    @НикитаАнтонов, советую ознакомиться с этим обзором (на русском) стандарта IEEE 754. Написано все очень простым языком, да и сам принцип хранения чисел тоже довольно прост. Нужно просто посидеть немного и вы обязательно всё поймете.
    – eanmos
    28 июл 2018 в 13:51

Ваш ответ

By clicking “Отправить ответ”, you agree to our terms of service and acknowledge that you have read and understand our privacy policy and code of conduct.

Всё ещё ищете ответ? Посмотрите другие вопросы с метками или задайте свой вопрос.