二进制补码(表示方法)

计算机中的符号数有三种表示方法,即原码、反码和补码。三种表示方法均有符号位和数值位两部分,符号位都是用0表示“正”,用1表示“负”,而数值位,三种表示方法各不相同。在计算机系统中,数值一律用补码来表示和存储。原因在于,使用补码,可以将符号位和数值域统一处理;同时,加法和减法也可以统一处理。

定义

在介绍补码概念之前,先介绍一下“模”的概念:“模”是指一个计量系统的计数范围,如过去计量粮食用的斗、时钟等。计算机也可以看成一个计量机器,因为计算机的字长是定长的,即存储和处理的位数是有限的,因此它也有一个计量范围,即都存在一个“模”。

性质

在补码表示中,最高位(符号位)表示数的正负,在形式上与原码相同,即0正1负。但补码的符号位是数值的一部分,由补码定义式计算而得。例如,负小数补码中为1,这个1是真值(负)加模2后产生。

意义

补码“模”概念的引入、负数补码的实质、以及补码和真值之间的关系所揭示的补码符号位所具有的数学特征,无不体现了补码在计算机中表示数值型数据的优势,和原码、反码等相比可表现在如下方面:/n

解决了符号的表示的问题;/n

可以将减法运算转化为补码的加法运算来实现,克服了原码加减法运算繁杂的弊端,可有效简化运算器的设计;/n

在计算机中,利用电子器件的特点实现补码和真值、原码之间的相互转换,非常容易;/n

补码表示统一了符号位和数值位,使得符号位可以和数值位一起直接参与运算,这也为后面设计乘法器除法器等运算器件提供了极大的方便。

总之,补码概念的引入和当时运算器设计的背景不无关系,从设计者角度,既要考虑表示的数的类型(小数、整数、实数和复数)、数值范围和精确度,又要考虑数据存储和处理所需要的硬件代价。因此,使用补码来表示机器数并得到广泛的应用,也就不难理解了。

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