1. Seznámení s učebnou, a základy reprezentace dat

• pro vyučující: cvičení 1

1. požadavky na zápočet, hodnocení
2. seznámení s učebnou
3. opakování PSY
   • reprezentace záporných čísel
   • dvojková, desítková a šestnácková soustava
   • little endian / big endian
   • čísla s pevnou desetinnou čárkou
   • základní bitové operace s čísly (masky - bitový and, or; posuny operátory «, »)

Cílem cvičení je seznámení s učebnou, zopakování základních pojmů na téma reprezentace dat v počítači

• Učebna KN-23
• Vzdálený přístup
• V případě problémů s instalací kontaktuje Aleše Kapicu ze skupiny IT (http://support.dce.felk.cvut.cz/mediawiki/index.php/IT_kontakty) případně další kolegy ze skupiny IT, kteří mají správu hardware a sítí na starosti.

Co Vás tento semestr čeká:

• domácí úkoly 1 až 4 budou zadané a odevzdávané elektronickou formou
• vstup k zadání a odevzdání úkolů 1 a 3 je přes adresu https://dcenet.fel.cvut.cz/apo/
• Na stránce “Assignments” naleznete seznam zadaných úkolů
• Pro vyzkoušení práce s odevzdávacím systémem je k dispozici nehodnocená varianta prvního úkolu 1st training homework
• Případnými problémy s odevzdávacím systémem se obracejte na svého cvičícího nebo u úkolů 1 a 3 přímo na autora/správce sytému Richarda Šustu

Na cvičení budeme vycházet z následujícího programu v C, který budeme dále modifikovat.

Program pro zobrazování reprezentace čísel v paměti:

/* Simple program to examine how are different data types encoded in memory */
 
#include <stdio.h>
 
/*
 * The macro determines size of given variable and then
 * prints individual bytes of the value representation
 */
#define PRINT_MEM(a) print_mem((unsigned char*)&(a), sizeof(a))
 
void print_mem(unsigned char *ptr, int size) {
  int i;
  printf("address = 0x%016lx\n", (long unsigned int)ptr);
 
  for (i = 0; i < size; i++) {
    printf("0x%02x ", *(ptr+i)); // == printf("0x%02x ", ptr[i]);
  }
 
  printf("\n");
}
 
int main() {
  /* try for more types: long, float, double, pointer */
  unsigned int unsig = 5;
  int sig = -5;
 
  /* Read GNU C Library manual for conversion syntax for other types */
  /* https://www.gnu.org/software/libc/manual/html_node/Formatted-Output.html */
  printf("value = %d\n", unsig);
  PRINT_MEM(unsig);
 
  printf("\nvalue = %d\n", sig);
  PRINT_MEM(sig);
 
  return 0;
}

gcc -Wall -pedantic -o print_binrep ./print_binrep.c 

1. Vyzkoušejte si ručně sčítání a odčítání celých čísel v doplňkovém kódu
   • uveďte, jak bude vypadat 8-mi bitová reprezentace čísla -14 v dvojkové soustavě, v hexadecimální soustavě
   • uveďte, jak bude vypadat 16 a 32 bitová reprezentace čísla -14 v hexadecimální soustavě
   • demonstrujte výpočet např. 28-14 jako součet čísla 28 a -14 ve dvojkové soustavě
   • ověřte, zda výpočet např. 10-14 spočtený jako součet čísla 10 a -14 dává správný výsledek
   • kdy může dojít k přetečení a jak poznáte, že k němu došlo?
     • Najděte dvě 8 bitová čísla, jejichž součet se nevejde do 8 bitové reprezentace a ověřte, jak počítač tyto čísla sečte.
     • Zkuste najít dvě záporná 8 bitová čísla, jejichž součet se nevejde do 8 bitové reprezentace.
2. Násobení celých čísel
   • demonstrujte výpočet např. 7*6
   • jak se výpočet změní v případě záporných čísel? např. -7*6, -7*(-6), 7*(-6)
3. Dělení celých čísel
   • demonstrujte výpočet např. 42/7, 43/7
   • jak se výpočet změní v případě záporných čísel?
4. Čísla s pevnou řádovou čárkou
   • Uvažujte 16 bitová čísla s pevným počtem 8 bitů za řádovou čárkou
   • Jak bude vypadat reprezentace čísel 5,25 a 0,1 jako celé číslo bez znaménka v desítkové a šestnáctkové - hexadecimální soustavě
   • Sečtěte tato čísla v desítkové soustavě a výsledek převeďte na reprezentaci reálného čísla v desítkové soustavě
   • Vynásobte tato čísla v desítkové soustavě a výsledek převeďte na reprezentaci reálného čísla v desítkové soustavě
   • Vydělte tato čísla v desítkové soustavě a výsledek převeďte na reprezentaci reálného čísla v desítkové soustavě
5. Čísla s pohyblivou řádovou čárkou - float, double
   • V programu binrep zjistěte, jak je uloženo číslo 2.5
     • Určete jak vypadá znaménko, exponent a mantisa tohoto čísla
   • Stejné zjistěte pro číslo -31,75, 3.67342e-40. Jaký je zásadní rodíl mezi těmito dvěma čísly (nemyslíme tím znaménko čísla)
     • pro tisk čísel využijte formát %e, tedy printf(“value = %e\n”, a);
   • Zjistěte jak je uloženo číslo float a = 2e38; a číslo float b = 2 * a;
   • Zjistěte co dělá makro INFINITY ze souboru #include <math.h>
     • zkuste program float inf = INFINITY;
   • Najděte číslo double x; takové, aby jeho násobek dvěmi byl nekonečno.
     • Nápověda, čísla typu double mají 11-bitů na exponent s nulou posunutou o 1023.
6. Studenti se pokusí upravit program binrep tak:
   • aby vypisoval výsledek po jednotlivých bitech od bitu číslo 31 po bit 0
     • pro datové typy s menším rozsahem (short int, unsigned short int, unsigned char, signed char) od nejvýznamnějšího bitu po nejméně významný bit.
   • aby pro čísla typu float uměl vytisknout znaménko, exponent a mantisu i s případnou skrytou jedničkou.

• Stránky s online verzí simulátoru QtRvSim a souvisejícími materiály
• představení rozhraní a použití simulátoru QtRvSim na konferenci FOSDEM panem Dupákem
• https://support.dce.felk.cvut.cz/pos/cv1/ - Práce v příkazové řádce POSIXového systému, kompilace a její automatizace (make)
• http://support.dce.felk.cvut.cz/pos/cv-langc/ - Základy jazyka C
• http://www.gnu.org/software/libc/manual/html_node/Formatted-Output.html - Dokumentace k řízení formátovaného výstupu pro implementaci printf z knihovny funkcí pro jazyk C (GLIBC) z projektu GNU
• Základní příkazy pro práci v příkazové řádce (prezentace) na Bootlin