【计算机组成&体系结构】整数的表示和运算 | 原码、反码和补码

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。

相关推荐
大佬,救命!!!2 天前
git 常用操作整理
git·学习笔记
fen_fen10 天前
数据库联表Sql语句(3个表)建一个新表(MySQL,Postgresql,SQL server)2
数据库·学习笔记
鸿·蒙11 天前
《Oracle DBA入门实战:十大高频问题详解与避坑指南》
学习笔记·数据库管理·oracle数据库·dba入门·it技术干货
fen_fen12 天前
numpy学习笔记10:arr *= 2向量化操作性能优化
学习笔记·numpy
fen_fen16 天前
numpy学习笔记8:数组属性和基础操作的详细描述
学习笔记·numpy
怪兽也会哭哭21 天前
部署项目至服务器:响应时间太长,无法访问此页面?
运维·服务器·学习笔记
秀儿还能再秀24 天前
淘宝母婴购物数据可视化分析(基于脱敏公开数据集)
python·数据分析·学习笔记·数据可视化
王嘉俊9251 个月前
计算系统概述核心知识图谱(考研专项版)
考研·计算机组成原理·计组
A.sir啊1 个月前
计算机组成原理知识点精汇(一)计算机基础知识
硬件架构·cpu·计算机组成原理·冯诺依曼
猫猫村晨总2 个月前
网络安全学习笔记之Internet基本知识
web安全·网络安全·学习笔记