系统:Windows 11
负数在计算机中以其绝对值的补码形式表达。计算机中,不管正数,还是负数都用二进制补码表示。正数的原码、反码、补码都一样。假设整型是8位二进制表示,那么正数的表示范围是0~127。补码表示是00000000~01111111。
原码:一个整数,按照绝对值大小转换成的二进制数,称为原码。比如00000000000000000000000000000101是5的原码。
反码:将二进制数按位取反,所得的新二进制数称为原二进制数的反码。取反操作指:原为1,得0;原为0,得1。(1变0;0变1)比如:将00000000000000000000000000000101每一位取反,得11111111111111111111111111111010。称:11111111111111111111111111111010是00000000000000000000000000000101的反码。
反码是相互的,所以也可称:11111111111111111111111111111010和00000000000000000000000000000101互为反码。
补码:反码加1称为补码。也就是说,要得到一个数的补码,先得到反码,然后将反码加上1,所得数称为补码。比如:00000000000000000000000000000101的反码是:11111111111111111111111111111010。那么,补码为:11111111111111111111111111111010+1=11111111111111111111111111111011所以,-5在计算机中表达为:11111111111111111111111111111011。转换为十六进制:0xFFFFFFFB。
计算机中的负数
计算机中负数的表示很麻烦,比如-1step1 :确认原码
-1的原码是1000 0001,其中最高位1是符号位,1表示负数,0表示正数;
step2:取反码
然后取 反码 ,正数的反码就是自身,但是负数的反码就需要将对应的1变为0,0变为1,但是符号位不变。
1000 0001 -->1111 1110
step3:计算补码
补码就是在反码的基础上+1, -1的反码是1111 1110,那么对应补码就是1111 1111
仔细观察就可以发现有如下规律:
-1 补码是1111 1111? ? (第255个)
-2? 补码是1111 1110? ?(第254个)
-3? 补码是 1111 1101? (第253个)
当初为了用255个数表示正数、负数、和0,
那么前1~127表示正数,范围是(1~127)
第128~255个数表示负数,范围是(-127 ~ -1)
反码+补码的 本质就是表示 第n个数对应到第 255-n+1个数的变换算法。
[编程]关于汇编语言的负数的表示以及运算
数在计算机中是以二进制形式表示的。数分为有符号数和无符号数。
原码、反码、补码都是有符号定点数的表示方法。
一个有符号定点数的最高位为符号位,0是正,1是副。
以下都以8位整数为例,
原码就是这个数本身的二进制形式。
例如
0000001 就是+1
1000001 就是-1
正数的反码和补码都是和原码相同。
负数的反码是将其原码除符号位之外的各位求反
[-3]反=[10000011]反=11111100
负数的补码是将其原码除符号位之外的各位求反之后在末位再加1。
[-3]补=[10000011]补=11111101
一个数和它的补码是可逆的。
为什么要设立补码呢?
第一是为了能让计算机执行减法:
[a-b]补=a补+(-b)补
第二个原因是为了统一正0和负0
正零:00000000
负零:10000000
这两个数其实都是0,但他们的原码却有不同的表示。
但是他们的补码是一样的,都是00000000
特别注意,如果+1之后有进位的,要一直往前进位,包括符号位!(这和反码是不同的!)
[10000000]补
=[10000000]反+1
=11111111+1
=(1)00000000
=00000000(最高位溢出了,符号位变成了0)
有人会问
10000000这个补码表示的哪个数的补码呢?
其实这是一个规定,这个数表示的是-128
所以n位补码能表示的范围是
-2^(n-1)到2^(n-1)-1
比n位原码能表示的数多一个
又例:
1011
原码:01011
反码:01011 //正数时,反码=原码
补码:01011 //正数时,补码=原码
-1011
原码:11011
反码:10100 //负数时,反码为原码取反
补码:10101 //负数时,补码为原码取反+1
0.1101
原码:0.1101
反码:0.1101 //正数时,反码=原码
补码:0.1101 //正数时,补码=原码
-0.1101
原码:1.1101
反码:1.0010 //负数时,反码为原码取反
补码:1.0011 //负数时,补码为原码取反+1
总结:
在计算机内,定点数有3种表示法:原码、反码和补码
所谓原码就是前面所介绍的二进制定点表示法,即最高位为符号位,“0”表示正,“1”表示负,其余位表示数值的大小。
反码表示法规定:正数的反码与其原码相同;负数的反码是对其原码逐位取反,但符号位除外。
补码表示法规定:正数的补码与其原码相同;负数的补码是在其反码的末位加1。
1、原码、反码和补码的表示方法
(1) 原码:在数值前直接加一符号位的表示法。
例如: 符号位 数值位
[+7]原=0 0000111 B
[-7]原=1 0000111 B
注意:a. 数0的原码有两种形式:
[+0]原=00000000B [-0]原=10000000B
b. 8位二进制原码的表示范围:-127~+127
2)反码:
正数:正数的反码与原码相同。
负数:负数的反码,符号位为“1”,数值部分按位取反。
例如: 符号位数值位
[+7]反= 00000111 B
[-7]反= 11111000 B
注意:a. 数0的反码也有两种形式,即
[+0]反=00000000B
[- 0]反=11111111B
b. 8位二进制反码的表示范围:-127~+127
3)补码的表示方法
1)模的概念:把一个计量单位称之为模或模数。例如,时钟是以12进制进行计数循环的,即以12为模。在时钟上,时针加上(正拨)12的整数位或减 去(反拨)12的整数位,时针的位置不变。14点钟在舍去模12后,成为(下午)2点钟(14=14-12=2)。从0点出发逆时针拨10格即减去10小 时,也可看成从0点出发顺时针拨2格(加上2小时),即2点(0-10=-10=-10+12=2)。因此,在模12的前提下,-10可映射为+2。由此 可见,对于一个模数为12的循环系统来说,加2和减10的效果是一样的;因此,在以12为模的系统中,凡是减10的运算都可以用加2来代替,这就把减法问 题转化成加法问题了(注:计算机的硬件结构中只有加法器,所以大部分的运算都必须最终转换为加法)。10和2对模12而言互为补数。
同理,计算机的运算部件与寄存器都有一定字长的限制(假设字长为8),因此它的运算也是一种模运算。当计数器计满8位也就是256个数后会产生溢 出,又从头开始计数。产生溢出的量就是计数器的模,显然,8位二进制数,它的模数为28=256。在计算中,两个互补的数称为“补码”。
2)补码的表示: 正数:正数的补码和原码相同。
负数:负数的补码则是符号位为“1”,数值部分按位取反后再在末位(最低位)加1。也就是“反码+1”。
例如: 符号位 数值位
[+7]补=00000111 B
[-7]补=11111001 B
补码在微型机中是一种重要的编码形式,请注意:
a.采用补码后,可以方便地将减法运算转化成加法运算,运算过程得到简化。正数的补码即是它所表示的数的真值,而负数的补码的数值部份却不是它所表示的数的真值。采用补码进行运算,所得结果仍为补码。
b.与原码、反码不同,数值0的补码只有一个,即[0]补=00000000B。
c.若字长为8位,则补码所表示的范围为-128~+127;进行补码运算时,应注意所得结果不应超过补码所能表示数的范围。
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