原碼 補碼 反碼

2021-05-27 08:05:04 字數 3805 閱讀 1407

在計算機內,定點數有3種表示法:原碼、反碼和補碼

所謂原碼就是前面所介紹的二進位制定點表示法,即最高位為符號位,「0」表示正,「1」表示負,其餘位表示數值的大小。

反碼表示法規定:正數的反碼與其原碼相同;負數的反碼是對其原碼逐位取反,但符號位除外。

補碼表示法規定:正數的補碼與其原碼相同;負數的補碼是在其反碼的末位加1。

1、原碼、反碼和補碼的表示方法

(1)    原碼:在數值前直接加一符號位的表示法。即最高位為符號位,「0」表示正,「1」表示負,其餘位表示數值的大小。

例如:      符號位  數值位

[+7]原=        0    0000111  

[-7]原=         1    0000111  

注意:

a. 數0的原碼有兩種形式:

[+0]原=00000000   [-0]原=10000000

b. 8位二進位制原碼的表示範圍:-127~+127

(2)反碼:

正數:正數的反碼與原碼相同。正數的反碼與其原碼相同;負數的反碼是對其原碼逐位取反,但符號位除外

負數:負數的反碼,符號位為「1」,數值部分按位取反。

例如:     符號位 數值位

[+7]反=  0   0000111  b

[-7]反=  1   1111000  b

注意:a. 數0的反碼也有兩種形式,即

[+0]反=00000000b

[- 0]反=11111111b

b. 8位二進位制反碼的表示範圍:-127~+127

(3)補碼的表示方法

1)模的概念:把乙個計量單位稱之為模或模數。例如,時鐘是以12進製進行計數迴圈的,即以12為模。在時鐘上,時針加上(正撥)12的整數字或減去(反撥)12的整數字,時針的位置不變。14點鐘在捨去模12後,成為(下午)2點鐘(14=14-12=2)。從0點出發逆時針撥10格即減去10小時,也可看成從0點出發順時針撥2格(加上2小時),即2點(0-10=-10=-10+12=2)。因此,在模12的前提下,-10可對映為+2。由此可見,對於乙個模數為12的迴圈系統來說,加2和減10的效果是一樣的;因此,在以12為模的系統中,凡是減10的運算都可以用加2來代替,這就把減法問題轉化成加法問題了(注:計算機的硬體結構中只有加法器,所以大部分的運算都必須最終轉換為加法)。10和2對模12而言互為補數。

同理,計算機的運算部件與暫存器都有一定字長的限制(假設字長為8),因此它的運算也是一種模運算。當計數器計滿8位也就是256個數後會產生溢位,又從頭開始計數。產生溢位的量就是計數器的模,顯然,8位二進位制數,它的模數為28=256。在計算中,兩個互補的數稱為「補碼」。

2)補碼的表示:

正數的補碼與其原碼相同;負數的補碼是在其反碼的末位加1

正數:正數的補碼和原碼相同。

負數:負數的補碼則是符號位為「1」,數值部分按位取反後再在末位(最低位)加1。也就是「反碼+1」。

例如:       符號位 數值位

[+7]補=   0   0000111  b

[-7]補=   1   1111001  b

補碼在微型機中是一種重要的編碼形式,請注意:

a.             採用補碼後,可以方便地將減法運算轉化成加法運算,運算過程得到簡化。正數的補碼即是它所表示的數的真值,而負數的補碼的數值部份卻不是它所表示的數的真值。採用補碼進行運算,所得結果仍為補碼。

b.           與原碼、反碼不同,數值0的補碼只有乙個,即       [0]補=00000000b。

c.             若字長為8位,則補碼所表示的範圍為-128~+127;進行補碼運算時,應注意所得結果不應超過補碼所能表示數的範圍。

2.原碼、反碼和補碼之間的轉換

由於正數的原碼、補碼、反碼表示方法均相同,不需轉換。

在此,僅以負數情況分析。

(1)    已知原碼,求補碼。

例:已知某數x的原碼為10110100b,試求x的補碼和反碼。

解:由[x]原=10110100b知,x為負數。求其反碼時,符號位不變,數值部分按位求反;求其補碼時,再在其反碼的末位加1。

1  0  1  1  0  1  0  0   原碼

1  1  0  0  1  0  1  1   反碼,符號位不變,數值位取反

1   +1

1  1  0  0  1  1  0  0   補碼

故:[x]補=11001100b,[x]反=11001011b。

(2)    已知補碼,求原碼。

分析:按照求負數補碼的逆過程,數值部分應是最低位減1,然後取反。但是對二進位制數來說,先減1後取反和先取反後加1得到的結果是一樣的,故仍可採用取反加1 有方法。

例:已知某數x的補碼11101110b,試求其原碼。

解:由[x]補=11101110b知,x為負數。求其原碼表示時,符號位不變,數值部分按位求反,再在末位加1。

1  1  1  0  1  1  1  0   補碼

1  0  0  1  0  0  0  1   符號位不變,數值位取反

1   +1

1  0  0  1  0  0  1  0   原碼

1.3.2  有符號數運算時的溢位問題

兩正數相加怎麼變成了負數???

1)(+72)+(+98)=?

0 1 0 0 1 0 0 0 b    +72

+  0 1 1 0 0 0 1 0 b    +98

1 0 1 0 1 0 1 0 b-42

兩負數相加怎麼會得出正數???

2)(-83)+(-80)=?

1 0 1 0 1 1 0 1 b    -83

+  1 0 1 1 0 0 0 0 b    -80

0 1 0 1 1 1 0 1 b+93

思考:這兩個題目,按照正常的法則來運算,但結果顯然不正確,這是怎麼回事呢?

答案:這是因為發生了溢位。

如果計算機的字長為n位,n位二進位制數的最高位為符號位,其餘n-1位為數值位,採用補碼表示法時,可表示的數x的範圍是   -2n-1≤x≤2n-1-1

當n=8時,可表示的有符號數的範圍為-128~+127。兩個有符號數進行加法運算時,如果運算結果超出可表示的有符號數的範圍時,就會發生溢位,使計算結果出錯。很顯然,溢位只能出現在兩個同符號數相加或兩個異符號數相減的情況下。

對於加法運算,如果次高位(數值部分最高位)形成進製加入最高位,而最高位(符號位)相加(包括次高位的進製)卻沒有進製輸出時,或者反過來,次高位沒有進製加入最高位,但最高位卻有進製輸出時,都將發生溢位。因為這兩種情況是:兩個正數相加,結果超出了範圍,形式上變成了負數;兩負數相加,結果超出了範圍,形式上變成了正數。

而對於減法運算,當次高位不需從最高位借位,但最高位卻需借位(正數減負數,差超出範圍),或者反過來,次高位需從最高位借位,但最高位不需借位(負數減正數,差超出範圍),也會出現溢位。

在計算機中,資料是以補碼的形式儲存的,所以補碼在c語言的教學中有比較重要的地位,而講解補碼必須涉及到原碼、反碼。本部分演示作何乙個整數的原碼、反碼、補碼。過程與結果顯示在列表框中,結果比較少,不必自動清除,而過程是相同的,沒有必要清除。故需設清除各部分及清除全部的按鈕。測試時注意最大、最小正負數。使用者使用時注意講解不會溢位:當有乙個數的反碼的全部位是1才會溢位,那麼它的原碼是10000...,它不是負數,故不會溢位。

在n位的機器數中,最高位為符號位,該位為零表示為正,為一表示為負;其餘n-1位為數值位,各位的值可為零或一。當真值為正時,原碼、反碼、補碼數值位完全相同;當真值為負時,原碼的數值位保持原樣,反碼的數值位是原碼數值位的各位取反,補碼則是反碼的最低位加一。注意符號位不變。

總結:提示資訊不要太少,可「某某數的反碼是某某」,而不是只顯示數值

原碼 反碼 補碼

正數 原碼 反碼 補碼一樣 7 原 0 0000111 b 7 反 0 0000111 b 7 補 0 0000111 b 負數 原碼就是原來的表示方法 反碼是除符號位 最高位 外取反 補碼 反碼 1 7 原 1 0000111 b 7 反 1 1111000 b 7 補 1 1111001 b 當...

原碼 反碼 補碼

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