計算機負數補碼

2021-08-30 09:51:02 字數 4286 閱讀 1410

在計算機系統中,數值一律用補碼來表示(儲存)。

主要原因:使用補碼,可以將符號位和其它位統一處理;同時,減法也可按加法來處理。另外,兩個用補

碼表示的數相加時,如果最高位(符號位)有進製,則進製被捨棄。

2、補碼與原碼的轉換過程幾乎是相同的。

數值的補碼表示也分兩種情況:

(1)正數的補碼:與原碼相同。

例如,+9的補碼是00001001。

(2)負數的補碼:符號位為1,其餘位為該數絕對值的原碼按位取反;然後整個數加1。

例如,-7的補碼:因為是負數,則符號位為「1」,整個為10000111;其餘7位為-7的絕對值+7的原碼

0000111按位取反為1111000;再加1,所以-7的補碼是11111001。

已知乙個數的補碼,求原碼的操作分兩種情況:

(1)如果補碼的符號位為「0」,表示是乙個正數,所以補碼就是該數的原碼。

(2)如果補碼的符號位為「1」,表示是乙個負數,求原碼的操作可以是:符號位為1,其餘各位取

反,然後再整個數加1。

例如,已知乙個補碼為11111001,則原碼是10000111(-7):因為符號位為「1」,表示是乙個負

數,所以該位不變,仍為「1」;其餘7位1111001取反後為0000110;再加1,所以是10000111。

在「閒扯原碼、反碼、補碼」檔案中,沒有提到乙個很重要的概念「模」。我在這裡稍微介紹一下「模」

的概念:

「模」是指乙個計量系統的計數範圍。如時鐘等。計算機也可以看成乙個計量機器,它也有乙個計量範

圍,即都存在乙個「模」。例如:

時鐘的計量範圍是0~11,模=12。

表示n位的計算機計量範圍是0~2(n)-1,模=2(n)。【注:n表示指數】

「模」實質上是計量器產生「溢位」的量,它的值在計量器上表示不出來,計量器上只能表示出模的

餘數。任何有模的計量器,均可化減法為加法運算。

例如: 假設當前時針指向10點,而準確時間是6點,調整時間可有以下兩種撥法:

一種是倒撥4小時,即:10-4=6

另一種是順撥8小時:10+8=12+6=6

在以12模的系統中,加8和減4效果是一樣的,因此凡是減4運算,都可以用加8來代替。

對「模」而言,8和4互為補數。實際上以12模的系統中,11和1,10和2,9和3,7和5,6和6都有這個特

性。共同的特點是兩者相加等於模。

對於計算機,其概念和方法完全一樣。n位計算機,設n=8, 所能表示的最大數是11111111,若再

加1稱為100000000(9位),但因只有8位,最高位1自然丟失。又回了00000000,所以8位二進位制系統的

模為2(8)。 在這樣的系統中減法問題也可以化成加法問題,只需把減數用相應的補數表示就可以

了。把補數用到計算機對數的處理上,就是補碼。

另外兩個概念

一的補碼(one's complement) 指的是正數=原碼,負數=反碼

而二的補碼(two's complement) 指的就是通常所指的補碼

數在計算機中是以二進位制形式表示的。

數分為有符號數和無符號數。

原碼、反碼、補碼都是有符號定點數的表示方法。

乙個有符號定點數的最高位為符號位,0是正,1是副。

以下都以8位整數為例,

原碼就是這個數本身的二進位制形式。

例如0000001 就是+1

1000001 就是-1

正數的反碼和補碼都是和原碼相同。

負數的反碼是將其原碼除符號位之外的各位求反

[-3]反=[10000011]反=11111100

負數的補碼是將其原碼除符號位之外的各位求反之後在末位再加1。

[-3]補=[10000011]補=11111101

乙個數和它的補碼是可逆的。

為什麼要設立補碼呢?

第一是為了能讓計算機執行減法:

[a-b]補=a補+(-b)補

第二個原因是為了統一正0和負0

正零:00000000

負零:10000000

這兩個數其實都是0,但他們的原碼卻有不同的表示。

但是他們的補碼是一樣的,都是00000000

特別注意,如果+1之後有進製的,要一直往前進製,包括符號位!(這和反碼是不同的!)

[10000000]補

=[10000000]反+1

=11111111+1

=(1)00000000

=00000000(最高位溢位了,符號位變成了0)

有人會問

10000000這個補碼表示的哪個數的補碼呢?

其實這是乙個規定,這個數表示的是-128

所以n位補碼能表示的範圍是

-2^(n-1)到2^(n-1)-1

比n位原碼能表示的數多乙個

又例:1011

原碼:01011

反碼:01011 //正數時,反碼=原碼

補碼:01011 //正數時,補碼=原碼

-1011

原碼:11011

反碼:10100 //負數時,反碼為原碼取反

補碼:10101 //負數時,補碼為原碼取反+1

0.1101

原碼:0.1101

反碼:0.1101 //正數時,反碼=原碼

補碼:0.1101 //正數時,補碼=原碼

-0.1101

原碼:1.1101

反碼:1.0010 //負數時,反碼為原碼取反

補碼:1.0011 //負數時,補碼為原碼取反+1

總結: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。

例如: 符號位 數值位

[+7]原= 0 0000111 b

[-7]原= 1 0000111 b

注意:a. 數0的原碼有兩種形式:

[+0]原=00000000b [-0]原=10000000b

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。

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2^8=256。在計算中,兩個互補的數稱為「補碼」。

2)補碼的表示: 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。

計算機補碼

1 可以將符號位與其他位統一處理,無須單獨設定符號處理線路。2 只使用加法器就可以實現加減運算。3 兩個用補碼表示的數相加時,如果最高位 符號位 有進製,則進製被捨棄。例 求 7的補碼表示。解1 7的補碼表示為00000111,按照轉換規則得出 7的補碼表示為11111001。解2 還有一種做法是根...

計算機補碼

名詞解釋 補碼 1 在計算機系統中,數值一律有補碼來表示 儲存 使用補碼,可以將符號位和其他位統一處理 同時,減法也可按加法來處理.另外,兩個用補碼表示的資料相加時候,如果最高位 符號位 有進製,則進違被捨棄.2 補碼與原碼的轉換過程幾乎是相同的 數值的補碼表示也分兩種情況 1 正數的補碼 與原碼相...

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