補碼的計算

2021-09-25 15:29:44 字數 3251 閱讀 7572

1、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。

求給定數值的補碼表示分以下兩種情況:

(1)正數的補碼:與原碼相同。

【例1】+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2】求-7的補碼。

因為給定數是負數,則符號位為「1」。

後七位:+7的原碼(0000111)→按位取反(1111000)→加1(1111001)

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,其原碼就是補碼。

(2)如果補碼的符號位為「1」,表示是乙個負數,那麼求給定的這個補碼的補碼就是要求的原碼。

【例3】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」。

其餘七位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)。

「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。

3.補碼的絕對值(稱為真值)

【例4】-65的補碼是10111111

若直接將10111111轉換成十進位制,發現結果並不是-65,而是191。

事實上,在計算機內,如果是乙個二進位制數,其最左邊的位是1,則我們可以判定它為負數,並且是用補碼表示。

若要得到乙個負二進位制數的絕對值(稱為真值),只要各位(包括符號位)取反,再加1,就得到真值。

如:二進位制值:10111111(-65的補碼)

各位取反:01000000

加1:01000001(+65的補碼)

這裡補充補碼的代數加減運算:

1、補碼加法

[x+y]補 = [x]補 + [y]補

【例5】x=+0110011,y=-0101001,求[x+y]補

[x]補=00110011 [y]補=11010111

[x+y]補 = [x]補 + [y]補 = 00110011+11010111=00001010

注:因為計算機中運算器的位長是固定的,上述運算中產生的最高位進製將丟掉,所以結果不是

100001010,而是00001010。

2、補碼減法

[x-y]補 = [x]補 - [y]補 = [x]補 + [-y]補

其中[-y]補稱為負補,求負補的方法是: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6】1+(-1) [十進位制]

1的原碼00000001 轉換成補碼:00000001

-1的原碼10000001 轉換成補碼:11111111

1+(-1)=0

00000001+111111111=00000000

00000000轉換成十進位制為0

0=0所以運算正確。

這裡補充補碼的代數解釋:

任何乙個數都可以表示為-a=2^(n-1)-2^(n-1)-a;

這個假設a為正數,那麼-a就是負數。而根據二進位制轉十進位制數的方法,我們可以把a表示為:a=k0*2^0+k1*2^1+k2*2^2+……+k(n-2)*2^(n-2)

這裡k0,k1,k2,k(n-2)是1或者0,而且這裡設a的二進位制位數為n位,即其模為2^(n-1),而2^(n-1)其二項展開是:1+2^0+2^1+2^2+……+2^(n-2),而式子:-a=2^(n-1)-2^(n-1)-a中,2^(n-1)-a代入a=k0*2^0+k1*2^1+k2*2^2+……+k(n-2)*2^(n-2)和2^(n-1)=1+2^0+2^1+2^2+……+2^(n-2)兩式,2^(n-1)-a=(1-k(n-2))*2^(n-2)+(1-k(n-3))*2^(n-3)+……+(1-k2)*2^2+(1-k1)*2^1+(1-k0)*2^0+1,而這步轉化正是取反再加1的規則的代數原理所在。因為這裡k0,k1,k2,k3……不是0就是1,所以1-k0,1-k1,1-k2的運算就是二進位制下的取反,而為什麼要加1,追溯起來就是2^(n-1)的二項展開式最後還有一項1的緣故。而-a=2^(n-1)-2^(n-1)-a中,還有-2^(n-1)這項未解釋,這項就是補碼裡首位的1,首位1在轉化為十進位制時要乘上2^(n-1),這正是n位二進位制的模。

不能貼公式,所以看起來很麻煩,如果寫成代數式子看起來是很方便的。

注:n位二進位制,最高位為符號位,因此表示的數值範圍-2^(n-1) ——2^(n-1) -1,所以模為2^(n-1)。上面提到的8位二進位製模為2^8是因為最高位非符號位,表示的數值範圍為0——2^8-1。

原碼, 反碼 補碼的計算

在計算機內,有符號數有3種表示法 原碼 反碼和補碼。所有資料的運算都是採用補碼進行的。原碼 原碼就是符號位加上真值的絕對值,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。3 00000011 3 10000011反碼 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...

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...