原码
概念
原码(true form)是一种计算机中对数字的二进制定点表示方法。原码表示法在数值前面增加了一位符号位(即最高位为符号位),该位为0表示正数,该位为1表示负数,其余位表示数值的大小。
优点
小数的原码简单直观;例如,我们用8位二进制表示一个数,
+11的原码为00001011,
-11的原码为10001011
缺点
原码不能直接参加运算,可能会出错。
例如数学上,1+(-1)=0,
而在二进制中
原码
00000001+10000001=10000010,换算成十进制为130。
显然出错了.
计算机中所有的数均用0,1编码表示,数字的正负号也不例外,如果一个机器数字长是n位的话,约定最左边一位用作符号位,其余n-1位用于表示数值。
在符号位上用"0"表示正数;用"1"表示负数。数值位表示真值的绝对值。凡不足n-1位的,小数在最低位右边加零;整数则在最高位左边加零已补足n-1位。这种计算机的编码形式叫做原码。
记作X=[X]原。例如在字长n=8的机器内:
小数: [+0.1011]原=0.1011000
[-0.1011]原=1.1011000
整数: [+1011]原=00001011
[-1011]原=10001011
代码中的小数点”.”是在书写时为了清晰起见加上去的,在机器中并不出现。
原码是有符号数的最简单的编码方式,便于输入输出,但作为代码加减运算时较为复杂。
一个字长为n的机器数能表示不同的数字的个数是固定的2^n个,n=8时2^n=256;用来表示有符号数,数的范围就是-2^n-1~+2^n-1,n=8是这个范围就是-128~+127。但是在不需要考虑数的正负时,就不需要用一位来表示符号位,n位机器数全部用来表示是数值,这时表示数的范围就是0~2^n-1,n=8时这个范围就是0~255.没有符号位的数,称为无符号数。
补码
1、在计算机系统中,数值一律用补码来表示(存储)。
主要原因:使用补码,可以将符号位和其它位统一处理;同时,减法也可按加法来处理。另外,两个用补 码表示的数相加时,如果最高位(符号位)有进位,则进位被舍弃。
2、补码与原码的转换过程几乎是相同的。
正数的补码
与原码相同。
【例1】+9的补码是00001001。(备注:这个+9的补码说的是用8位的2进制来表示补码的,补码表示方式很多,还有16位2进制补码表示形式,以及32位2进制补码表示形式等。同一个数字在不同的补码表示形式里头,是不同的。比方说下面所要提到的-15的补码,在8位2进制里头是11110001,然而在16位2进制补码表示的情况下,就成了111111*********1。在这篇补码概述里头涉及的补码转换默认了把一个数转换成8位2进制的补码形式,每一种补码表示形式都只能表示有限的数字。)
负数的补码
符号位为1,其余位为该数绝对值的原码按位取反;然后整个数加1。
【例2】求-7的补码。
因为给定数是负数,则符号位为“1”。
后七位:+7的原码(0000111)→按位取反(1111000)→加1(1111001)
所以-7的补码是11111001。
已知一个数的补码,求原码的操作分两种情况:
(1)如果补码的符号位为“0”,表示是一个正数,其原码就是补码。
(2)如果补码的符号位为“1”,表示是一个负数,那么求给定的这个补码的补码就是要求的原码。
另一种方法求负数的补码如下:
例如:求-15的补码
第一步:+15:00001111
第二步:逐位取反(1变成0,0变成1),然后在末尾加1。
11110001
再举一个例子验证下:求-64的补码
+64:01000000
11000000
【例3】已知一个补码为11111001,则原码是10000111(-7)。
因为符号位为“1”,表示是一个负数,所以该位不变,仍为“1”。
其余七位1111001取反后为0000110;
再加1,所以是10000111。
在“闲扯原码、反码、补码”文件中,没有提到一个很重要的概念“模”。我在这里稍微介绍一下“模”
的概念:
“模”是指一个计量系统的计数范围。如时钟等。计算机也可以看成一个计量机器,它也有一个计量范
围,即都存在一个“模”。例如:
时钟的计量范围是0~11,模=12。
表示n位的计算机计量范围是0~2^(n)-1,模=2^(n)。
“模”实质上是计量器产生“溢出”的量,它的值在计量器上表示不出来,计量器上只能表示出模的
余数。任何有模的计量器,均可化减法为加法运算。
例如: 假设当前时针指向10点,而准确时间是6点,调整时间可有以下两种拨法:
一种是倒拨4小时,即:10-4=6
另一种是顺拨8小时:10+8=12+6=6
在以12模的系统中,加8和减4效果是一样的,因此凡是减4运算,都可以用加8来代替。
对“模”而言,8和4互为补数。实际上以12模的系统中,11和1,10和2,9和3,7和5,6和6都有这个特
性。共同的特点是两者相加等于模。
对于计算机,其概念和方法完全一样。n位计算机,设n=8, 所能表示的最大数是11111111,若再
加1称为100000000(9位),但因只有8位,最高位1自然丢失。又回了00000000,所以8位二进制系统的
模为2^8。 在这样的系统中减法问题也可以化成加法问题,只需把减数用相应的补数表示就可以
了。把补数用到计算机对数的处理上,就是补码。
另外两个概念
一的补码(one's complement) 指的是正数=原码,负数=反码
而二的补码(two's complement) 指的就是通常所指的补码。
小数补码求法:一种简单的方式,符号位保持1不变,数值位从右边数第一个1及其右边的0保持不变,左边按位取反。
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