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原碼,反碼,補碼

一. 機器數和真值

在學習原碼, 反碼和補碼之前, 需要先了解機器數和真值的概念.

1、機器數

一個數在計算機中的二進位制表示形式,  叫做這個數的機器數。機器數是帶符號的,在計算機用一個數的最高位存放符號, 正數為0, 負數為1.

比如,十進位制中的數 +3 ,計算機字長為8位,轉換成二進位制就是00000011。如果是 -3 ,就是 10000011 。

那麼,這裡的 00000011 和 10000011 就是機器數。

2、真值

因為第一位是符號位,所以機器數的形式值就不等於真正的數值。例如上面的有符號數 10000011,其最高位1代表負,其真正數值是 -3 而不是形式值131(10000011轉換成十進位制等於131)。所以,為區別起見,將帶符號位的機器數對應的真正數值稱為機器數的真值。

例:0000 0001的真值 = +000 0001 = +1,1000 0001的真值 = –000 0001 = –1

 

二. 原碼, 反碼, 補碼的基礎概念和計算方法.

在探求為何機器要使用補碼之前, 讓我們先了解原碼, 反碼和補碼的概念.對於一個數, 計算機要使用一定的編碼方式進行儲存. 原碼, 反碼, 補碼是機器儲存一個具體數字的編碼方式.

1. 原碼

原碼就是符號位加上真值的絕對值, 即用第一位表示符號, 其餘位表示值. 比如如果是8位二進位制:

[+1] = 0000 0001

[-1] = 1000 0001

第一位是符號位. 因為第一位是符號位, 所以8位二進位制數的取值範圍就是:

[1111 1111 , 0111 1111]

[-127 , 127]

原碼是人腦最容易理解和計算的表示方式.

2. 反碼

反碼的表示方法是:

正數的反碼是其本身

負數的反碼是在其原碼的基礎上, 符號位不變,其餘各個位取反.

[+1] = [00000001] = [00000001]

[-1] = [10000001] = [11111110]

可見如果一個反碼錶示的是負數, 人腦無法直觀的看出來它的數值. 通常要將其轉換成原碼再計算.

3. 補碼

補碼的表示方法是:

正數的補碼就是其本身

負數的補碼是在其原碼的基礎上, 符號位不變, 其餘各位取反, 最後+1. (即在反碼的基礎上+1)

[+1] = [00000001] = [00000001] = [00000001]

[-1] = [10000001] = [11111110] = [11111111]

對於負數, 補碼錶示方式也是人腦無法直觀看出其數值的. 通常也需要轉換成原碼在計算其數值.