原码,反码,补码,移码的表示范围以及数据溢出

计算机组成原理——原码、反码、补码的表示范围 原码、反码、补码的表示范围是如何得到的原码纯整数的原码纯小数的原码反码纯整数的反码纯小数的反码补码纯整数的补码纯小数的补码 原码 首先说原码,原码是有符号数中最简单的编码方式。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):0表示为正数,1表示为负数,其余为数值位,表示数值大小。 纯整数的原码 原码的范围是 – (2n–1) ≤ x ≤ 2n–1(n是整数位数) 这是如何得到的呢? 以机... 阅读详情
AI摘要

本文介绍了二进制表示法中的原码、反码、补码和移码在不同位宽下的范围,并详细解释了数据溢出时的处理方法,通过例题解析了如何在实际计算中应用这些概念。

1.表示范围:

假设二进制机器字长是n+1位,且为整数(因为有一位是符号位,这样表示更好理解)

原码表示的范围: −(2^{n}-1)≤  x  ≤2^{n}-1

反码表示的范围: −(2^{n}-1)≤  x  ≤2^{n}-1

补码表示的范围:      −2^{n}≤  x  ≤2^{n}-1

移码表示的范围:      −2^{n}≤  x  ≤2^{n}-1

移码的符号位中0表示负数,1表示正数,简单来说,原码的补码数值位不变,符号位取反就是移码。
对于8位寄存器:
原码表示范围为 -127-127,即1111 1111~0111 1111
反码表示范围为 -127-127,即1000 0000~0111 1111
补码表示范围为 -128-127,即1000 0000~0111 1111
移码表示范围为 -128-127,即0000 0000~1111 1111

2.数据溢出:

数据溢出原理:数据范围的表示是一个环状结构,如果数据增长到最大值,则数据从最小值方向开始依次递增,如果数据减到最小值,则数据从最大值方向开始依次递减。

方法总结:

①
如果超过该范围的最大值,正值,那么使用该数值减去2^{n}  (n是多少bit 1字节=8bit 2字节=16bit),例如200,超过了127,则200-2^{8}=-56 在该区间内,输出-56
例如500,超过了127,则500-256=244,不在该区间,继续减去256,244-256=-12,在该区间内,输出-12
②
如果超过该范围的最小值,负值,那么使用该数值加上2^{n} (n是多少bit 1字节=8bit 2字节=16bit),例如-200,超过了最小值,则-200+2^{8}=56 在该区间内,输出56
例如-600,超过了-127,则-600+256=-344,不在该区间,继续+256,-344+256=-88,在该区间内,输出-88

3.例题分析:

例题1(期末考试题): 
若寄存器内容为00000000,若它等于-128,则为(   C )
A. 原码
B. 补码
C. 移码
D. 反码
解题:
符号位为0,所以ABD即原码、反码、补码为正数,正数的原码、反码、补码相同,转换为十进制为0;
移码的符号位中0表示负数,00000000即为-128,由于-128超出8位寄存器原码和反码的范围,所以计算-128的时候不能使用符号位不变数值位取反加一,需要特殊记。

例题2(某公司笔试题):
下列代码的运行结果(B)
short i = 65537;
int j = i + 1;
printf(“i = % d, j = % d\n”, i, j);
A i=65537,j=65538
B i=1,j=2.
C i=-1,j=0
D i=1,j=65538
解题:
short为16位,表示范围为(补码):−2^{15}≤  x  ≤2^{15}-1
int为32位,表示范围为(补码):−2^{31}≤  x  ≤2^{31}-1
i = 65537,超出最大表示范围,使用上述我讲的方法计算,则 65537-2^{16}=1;
根据程序自上而下执行,i = 1,  j = i + 1 = 2,所以选B。


例题3(期末考试题):
设机器数采用补码表示(含1位符号位),若寄存器内容为9BH,则对应的十进制数为(   D )
A. -97
B. -101
C. -27
D. 155
解题:
方法一:9BH转化为十进制为155,因为8位寄存器补码表示范围为 -128-127,溢出,使用上述我讲的方法计算,则155 - 2^{8} = -101;
方法二:9BH转化为二进制为10011011,补码10011011转为原码为11100101,转换为十进制为-101;

4.总结感悟:

这篇文章是我在一次面试后写的,当时面试官问我关于原码,反码,补码,移码的认知,我直接就懵了,面试居然还会问这种问题,我就给面试官简单讲了一下原码,反码,补码,移码的含义和转换,显然面试官不是想听我给他讲定义和转换的,然后面试官下一个问题就是关于数据溢出的,后面又深度的问了我很多关于数据溢出的问题,以及发生数据溢出的解决方案(当时面试官给我描述了一个数据溢出的场景),让我现场敲代码给出解决方案,我当时的做法是换了一个更大的数据储存类型,还加了边界检查以及异常抛出,后面又从数据溢出引出关于内存管理的很多问题,都是给我一个场景,让我现场手撕代码给出解决方案,不过还好,都是一些基础,有一定的代码量和知识储备没有太大问题。

最后给大家一个建议,不管平时学习还是办公,对于一个知识领域,一定要深度学习其底层的原理,不要只停留在表层,仅仅会用是完全不够的。

如果觉得我的这篇文章对你有帮助,请点赞收藏加关注,谢谢大家。

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