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  • 1 # 風吹向歲月味少

    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。

    一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

    一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之後有進位的,要一直往前進位,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這個補碼錶示的哪個數的補碼呢?

    其實這是一個規定,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一個

    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。

    反碼錶示法規定: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。

    補碼錶示法規定: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=00000111b

    [-7]原=10000111b

    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=00000111b

    [-7]反=11111000b

    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:把一個計量單位稱之為模或模數。例如,時鐘是以12進位制進行計數迴圈的,即以12為模。在時鐘上,時針加上(正撥)12的整數位或減去(反撥)12的整數位,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,對於一個模數為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: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=00000111b

    [-7]補=11111001b

    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的補碼只有一個,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。

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