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原碼反碼補碼

法規 二進制 兩種 符號 方法 限制 大小 硬件 問題

對於原碼反碼補碼的問題,對應的在計算機內,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

註意: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範圍:-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

註意: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範圍:-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,時鐘是以12進制進行計數循環的,即以12為模。在時鐘上,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點鐘在舍去模12後,成為(下午)2點鐘(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(註: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。

同理,計 算機的運算部件與寄存器都有一定字長的限制(假設字長為8),因此它的運算也是一種模運算。當計數器計滿8位也就是256個數後會產生溢出,又從頭開始計 數。產生溢出的量就是計數器的模,顯然,8位二進制數,它的模數為28=256。在計算中,兩個互補的數稱為“補碼”。

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”,數值部分按位取反後再在末位(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,請註意:

a.采用補碼後,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,則補碼所表示的範圍為-128~+127;進行補碼運算時,應註意所得結果不應超過補碼所能表示數的範圍。

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