一、无符号整数的表示和运算
机器字长 决定了计算机能处理多少位的运算以及通用寄存器能存储的位数。例如8位机器字长的计算机只能处理8位的运算,以及通用寄存器只能存储8位。(现代PC的机器字长一般为32位/64位)
1.存储
8位只能存储 0 ~ 255 范围的整数。若超出范围则只能存储最低的8位。
2.加法
无符号数的二进制运算和十进制类似,产生进位就进位即可。
3.减法
减法和十进制不同,二进制的减法分为被减数A 和减数B。
进行减法运算时被减数A 不变。减数B全部取反,末位+1。
然后减法变成加法,用A加变化后的B。如下图所示。
二、带符号整数的表示和运算
1.原码 | 存储
原本的8位存储,拆开为1+7,用一位作为符号位,0代表+,1代表-。其余七位为数值位。
而这也就是所谓的原码。表示范围为 -127 ~ 127。(8位机器字长)
在此表示方法中0的表示会有+0和-0两种形式,但它们表示的数是相同的。
原码不能进行加法运算 ,因为符号位不能参与运算。所以需要补码表示法。
2.原码、反码和补码
上图揭示了三种码的互相转换规则,可以看到原码和反码可以互相转换,但是补码无法以相同的规则反过来转换成反码。
(1)原码与补码的快速转换
在手算中,我们可以从右往左数找到第一个1,这个1左边所有数值位取反就可以得到原码的补码 。同理用此方法我们也可以快速得到补码的原码。
(2)计算机中补码转原码
计算机中将补码转原码与将原码转补码的方式是一样的。补码的数值位全部取反,然后末位+1。
3.补码的加法运算
有了补码之后我们就可以按照我们习惯的思路进行进位加法运算了。且符号位参与运算。得到结果后将结果的补码转为原码就可以得到真值。
4.补码的减法运算
同样的,我们需要把减法变为加法。A-B转为A+(-B)。问题是如何把B 的补码转为**-B**的补码。
上图为如何把B 的补码转为**-B**的补码的操作。全部位(包括符号位)取反,末位+1即可。
快速转换为相反数补码的方式
我们前面提到原码与补码的快速转换,是从右往左第一个1的左边数值位全部取反。
这里补码转换为相反数的补码的操作有些类似,我们依然可以从右往左找到第一个1,只不过这时1左边的所有位包括符号位都要取反才能转换为相反数的补码。
这样我们就可以把补码减法也变成我们熟知的进位加法的形式。如上图所示。
三、 原码、反码和补码特性对比
原码和反码几乎没区别,无符号整数也很好理解。但是补码比较特殊它的表示范围在**-128** ~127 ,可以表示的最小数是**-128**,并且0只有一种表示形式,而原码和反码的0都有两种表示形式。