關於為什么負數的補碼為符號位不變各位取反加1


數在計算機中是以二進制形式表示的。
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后在末位再加1。
[-3]補=[10000011]補=11111101
一個數和它的補碼是可逆的。

為什么要設立補碼呢?

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之后有進位的,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(最高位溢出了,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?
其實這是一個規定,這個數表示的是-128
所以n位補碼能表示的范圍是
-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制定點表示法,即最高位為符號位,“0”表示正,“1”表示負,其余位表示數值的大小。

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位二進制原碼的表示范圍:-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位二進制反碼的表示范圍:-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,時鍾是以12進制進行計數循環的,即以12為模。在時鍾上,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點鍾在舍去模12后,成為(下午)2點鍾(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可映射為+2。由此可見,對於一個模數為12的循環系統來說,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:計算機的硬件結構中只有加法器,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。



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”,數值部分按位取反后再在末位(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.采用補碼后,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。采用補碼進行運算,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,則補碼所表示的范圍為-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范圍。

//  -64 1100 0000   取反   1011 1111補碼1100 0000

1100 0000+1100 0000=1000 0000=-0(高位舍棄)

-64的絕對值,即為0100 0000

絕對值和補碼相加

0100 0000+1100 0000=0000 0000=+0

 暈了,實在弄不明白,記住以后再想吧


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